DE1451949A1

DE1451949A1 - Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1451949A1
Application number: DE19651451949
Authority: DE
Inventors: Kretzschmar Dipl-Ing Peter; Meurer Dr-Ing Siegfried
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1965-11-17
Filing date: 1965-11-17
Publication date: 1969-07-10
Also published as: GB1128266A; BE689843A

Description

Αχύασβ

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnb'erg, «.-.-- _ it

Augsburg 1451949

Stadtbachstraße 1

P.B. 2382

Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine insb. einen Diesel- bzw. Vielstoffdieselmotor mit im Kolben angeordnetem Brennraum und Luftdrehbewegung im Zylinder.

Um eine gute Ausspülung des Zylinders einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen, hat man u.a. neben einer nochmaligen Eröffnung des Auslaßventils nach -OT bereits eine mehr oder weniger große Ventilzeitüberschneidun& von Ein- und Auslaßventil angewendet. Es ist ferner bekannt, zum Zweck des Nachladens das Einlaßventil nochmals zu öffnen bzw. über den unteren Totpunkt des Kolbens hinaus offen zu lassen. Beide Maßnahmen bereiten jedoch bei Brennkraftmaschinen mit im Kolben angeordnetem Brennraum insofern Schwierigkeiten, als durch die Anbringung von hierfür im Kolben erforderlichen Ventiltaschen die Luftdrehung im Verbrennungsraum stark beeinträchtigt und durch Spaltraumverbrennung der thermische Prozeß ungünstig beeinflußt wird. Dadurch "ist eine Aufladung nur in beschränktem Umfang infolge mangelnder innerer Kühlung möglich.

Dieser Mangel kann bei einer Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch behoben werden, daß eines der dem Einlaß dienenden Ventile derart im Zylinderdeckel angeordnet ist, daß dasselbe in geöffnetem Zustand im Bereich der oberen Totpunkt stellung des Kolbens in den Brennraum eintauchen kann und getrennt steuerbar ist. Durch eine derartige Maßnahme ergibt sich eine Reihe von Möglichkeiten zur Leistungssteigerung der Maschine. So bewirkt oeispielsweise die Voreröffnung des Einlaßventils eine beliebig lange Ventilüberschneidung mit dem oder den Auslaßventilen und damit eine bessere Ausspülung des Zylinders bei Aufladung. Andererseits kann durch längeres Offenhalten oder Wiederöffnen

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l· ..· il^:,a.laß¥GntIls ü'ber den untersn ϊ'οΐραηΐεΐ; des Kolbens hinaus ein l:-:ahlaä©2i mixiels eines Hilfsgobläses ©rr-eiclr-.v werden* Diese Mti3ii:^:.i-""',s ist in solchen jpällsa. -γογλ besonderem ""r^eilg :■ ι icnes. die "":'. orderliohs leistung mit 3Ih.°? irsisaiigsiiüA",. MaseivL&-2 aioht err.-l'-. übar imä nur eine e·=;*^ 20 $igs Mehrleistung erforderlich ii'tj iar welche die treiwendung- der üblichen Aufladegebläse zu kostspielig ist, die bekanntlich das Drehmomentverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtern. Darüber hinaus ist mit dem erfindungsgemäßen unä insbesondere mit einem gegen.den Brennraum schließenden Ventil eine Verbesserung der Luftwirbelung im Brennraum zu erreichen, weil durch die zentrale Anordnung und die durch das geöffnete Vt-ntil gebildete Senke auch im Breniiraumkern ein Luftdrall erzeugt wird, während mit den üblichen am Umfang verteilt angeordneten Einlaßventilen durch die Wirbelschirme bzw. die Drallkanäle sich der Luftdrall im wesentlichen nur auf die Äandzonen beschränkt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird zudem das Verdichtungsverhältnis nicht beeinträchtigt.

Es ist nun zwar bekannt, zum Zweck einer besseren Füllung ein weiteres Einlaßventil außer dem üblichen Ein- und Auslaßventil im Zylinder anzuordnen. Dasselbe befindet sich jedoch dabei, wie die übrigen Ventile auch, in der Mähe des Zylinderrand^s. Schwierigkeiten hinsichtlich einer Ventilüberschneidung bestehen dabei nicht, da der Brennraum nicht im Kolben, sondern im wesentlichen im Zylinder angeordnet ist.

Ferner ist bei Brennkraftmaschinen bereits vorgeschlagen worden den Eintritt der Ladung und den Austritt der Abgase durch zwei ineinander geführte Ventile zu steuern, welche in geöffnetem Zustand in einen scheibenförmigen Brennraum im Zylinderdeckel eintauchen, in welchem auch der Kolben im OT zum Teil hineinragt. Diese Maßnahme wurde getroffen, um eine platzsparende Unterbringung der Ventile und eine gute Ausspülung des Brennraumes zu ermöglichen. Eine Behinderung der Ventileröffnung durch den Kolben ist jedooh nicht vorhanden.

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Bei Brennkraftmaschinen mit vier Ventilen pro Zylinder und einem seitlich im Zylinderkopf angebrachten Brennraum hat man das eine Auslaßventil in der maschinenauswärts gelegenen AbBchlußwand des kugeligen Brennraums im Zylinderdeckel angeordnet, während die übrigen Ventile in der Ebene der Zylinderkopfinnenfläche aufsitzen. Diese Ausführung weist jedoch weder einen Brennraum im Kolben noch eine von den üblichen Ventilen unabhängige Steuerung des Ventils im Brennraum auf.

In der Zeionnung sind AusfLihrungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Zylinderdeckel einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II der Fig. 1,

Fig. 3 ein Steuerdiagramra für die Ventilanordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 und 5 den Ventilmechanismus in verschiedenen Stellungen für die Ausführung nach Fig. 1,

Fig. 6 und 7 eine weitere Ausführung des Ventilantriebes.

Die Brennkraftmaschine nach der Erfindung kann jeweils mit einem oder mehreren Einlaß- (1) und Auslaßventilen (2), entweder gerad- oder ungeradzahlig, versehen sein. Eines der Einlaßventile soll dt.bei in geöffnetem Zustand im Bereich der oberen Totpunktstellung in den Brennraum 5 des Kolbens 6 eintauchen, wie aue Fig. 2 ersichtlich ist. Bei paarweiser Anordnung der Ventile ist es zweckmäßig gemeinsame Einlaßkanäle 5 gegebenenfalls mit drallerz>.ugenden Mitteln vorzusehen, ebenso wie ein gemeinsamer Kanal 4 zu den Auslaßventilen2 geführt ist.

Koaxial zum Brennraum 5 ist ein weiteres Ventil 7 vorgesehen, das sowohl als Einlaß- wie auch als kombiniertes Ein- und Ausiaßventil ausgebildet sein kann. Da die Eröffnung und Schließung des Ventils 7 durch das Eintauchen desselben in den Brennraum 5

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in keiner Stellung des Kolbens 6 "behindert wird, kann bei gesonderter Betätigung des Ventile 7» wie aus dem Diagremm Fig. 3 hervorgeht, eine beliebig große Ventilüberschneidung desselben mit den Auslaßventilen erzielt werden- Es ist dabei mit 8 die Auslaßventilerhebungskurve und mit 9 die der Einlaßventile während eines Arbeitsspiele schematisch dargestellt, während die Erhebungskurve des Ventils 7 bei einer. Maschine mit Hilfsgebläse mit der Kurve angedeutet ist. Aus letzterer geht hervor, daß dieses Ventil bereits vor dem Schließen der Auslaßventile geöffnet und erst nach dem Schließen der üblichen Einlaßventile geschlossen wird. Es kann auoh ein zweimaliges Eröffnen des Ventile 7» wie in gestrichelten linien gezeigt ist, erfolgen, wenn hierfür eine besondere Betätl*- gung vorgesehen wird« Bei Verwendung eines HilfsgeblÄees ist für das Ventil 7 ein eigener Einlaßkanal getrennt von dem. der übrigen Einlaßventile 1 angebracht, während bei freisaugenden oder voll aufgeladenen Maschinen ein gemeinsamer Einlaßkanal vorgesehen ist.

Eine besondere.vorteilhafte Ausbildung für den Betätigungsmechanismus der erfindungsgemäßen Einlaßventilanordnung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Die Betätigung der beiden Einlaßventile 1 und des mittigen Einlaßventile 7 erfolgt dabei in bekannter Weise über eine Stoßstange 13, die auf den kipphebel 14 einwirkt, letzterer iat schwenkbar um eine schräg zur Mäschinenlängsachse 15 angeordnete Welle 16 und wirkt auf eine auf den Enden aller drei Ventile 1, 7 aufliegende Druckplatte 17 mittels eines Kugelbolzens Ί8 oder dgl. ein, und zwar außerhalb des Schwerpunkts, wobei der Angriffspunkt näher dem Ventil 7 .liegt. Auf diese Weise wird bei Betätigung des Kipphebels zuerst das Ventil 7 geöffnet, und zwar so lange bis die Nase 19 der Druckplatte 17 an einem festen Anschlag,20 anliegt (sjehe Fig. 4). Beim Weiterbewegen des Kipphebels schwenkt dann der Teil- der Druckplatte 17 um den Anschlag 20, der auf die Ventilschaf.tenden der beiden Einlaßventile 1 einwirkt und öffnet auoh diese (vergl. Fig. 5) bei geöffnetem Ventil Selbstverständlich kann das in den Kolbenbrennraum eintauchende Ventil auoh durch einen eigenen Steuermechanismus, wie erwähnt,

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oder in anderer bekannter Weise z.B. hydraulisch betätigt werden, insbesondere wenn mehrmals während eines Arbeitsspiele geöffnet werden soll (Pig. 3). Auf der Achse 16 schwenkbar ist auch der Kipphebel 21 für die beiden Auslaßventile 2 angeordnet, wobei zur Betätigung derselben zwischen den Ventilschaftenden und dem Kipp-, hebel 21 ein Querhaupt 22 vorgesehen ist. Die beschriebene Ventilsteuerung ist selbstverständlich auch für andere mehrventilige Brennkraftmaschinen verwendbar bei denen die Steuerzeiten der Ventile einander überschneiden bzw. versetzt zueinander sind. In diesem Fall (z.B. zwei Ein bzw. Auslaßventile) wird an Stelle einer Druckplatte ein exzentrisch betätigtes Querhaupt benutzt.

Die Einspritzdüse 23 ist zweckmäßigerweise, wie gezeichnet, zwi-'sehen dem einen Ein- und Auslaßventil angeordnet, derart, daß der eingespritzte Brennstoffstrahl schräg unterhalb des oberen Randes tangential auf die Wand des Brennraums 5 im Kolben 6 gerichtet, ist. Zur Erzeugung eines Luftdralls sind die Einlaßventile in bekannter Weise mit Schirmen versehen und die Einlaßkanäle gegebenenfalls als Drallkanäle ausgebildet.

Bei Verwendung des Ventils, welches in den Kolbenbrennraum eintaucht als koaxiales lombiniertes Bin- und Auslaßventil sind entweder zwei über die üblichen Einlaßventile und das in den Kolbenbrennraum eintauchende Einlaßventil bzw. die üblichen Auslaßventile und das in den Kolbenbrennraum eintauchende Auslaßventil greifende exzentrisch betätigte Druckplatten oder bei mehrmaliger Erhebung während eines Arbeitsspiels vier getrennt arbeitende Kipphebel vorgesehen. Diese Art von Ventilen ermöglicht im übrigen, wie bekannt, eine ideale Ausspülung des Brennraumes und seine vollkommene Reinigung von Abgasen.

In den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform des Ventilantriebs dargestellt, mit welchem beispielsweise eine Ventilüberschneidung des Ventils 7 mit den Auslaßventilen 2 und ein Schließen desselben vor den üblichen Einlaßventilen 1 ermöglicht wird (vergl. gestrichelte Linie in Fig. 3). Das Schließen des Ventils 7 erfolgt -dabei unter der Kra.f t seiner eigenen Feder zweckmäßigerweise unter Verwendung eines Flüssigkeitsdämpfers.

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!).:.,> it ami liolbentasimrauia siiirsuehesiä© Ye&til 7 v?ird für den PaXl ä'-v ^öffnung und aos Sffiüließens; naoh 5.sa üblicher: Auslaßventilen do/uli einen ai Zylinderdeckel bsi 24 sngelsiürt:^ einarsuljöB Hebel über -"is.Ki lOigelöoizes. 26 betätigte. Pi© Bswo^u-ic --".θβ Hebens 25 erfolg torch ©inen fefisrncien Stößel 27 as joisla^Tentilkipphebel 21 , der C-L- nach einer der Facheröffnung entsprechenden Bewegung des letsteren wirksam wird. Fach Erreichen des vollen Hubes des Zusataventils 7 wird durch Federn 28 eine Sperrklinke 29 in eine lage bewegt, in welcher der am freien Ende eine Solle 30 aufweisendeHebel 25 arretiert ist. Der Auslaßkipphebel 21 bewegt sich nun wieder zurück, so daß die Auslaßventile etwa im oberen Totpunkt geschlossen werden. Gleichzeitig mit dem nun folgenden Saughub des Kolbens werden durch den Kipphebel 14 die üblichen Einlaßventile 1 geöffnet, während das Schließen des Yentils 7 beginnt. Zu diesem Zweck ist am Einlaßkipphebel 14 in Verlängerung desselben eine Druckrolle 31 angebracht, welche beim Senken des Hebels 14 auf die Klinke 29 einwirkt und diese in die ausgezogene Stellung zurückschwenkt, so daß das Ventil 7 unter der 'Jirimng der V^ntilfedern 32 geschlossen wird. G-leichseitig verschwankt sich damit der Hebel 25 in die Ausgangsstellung. Der Teil der Klinke 29» der mit der Rolle 30 des Hebels 25 in Eingriff steht, ist kurvenförmig ausgebildet entsprechend der gewünschten Öffnungskurve des Yentils 7. ~

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Brennkraftmaschinen mit einer bestimmten Zahl von Ein- und Auslaßventilen pro Zylinder beschränkt. Das Wesentliche der Erfindung besteht vielmehr darin, ein in den Brennraum im oberen Totpunkt des Kolbens beim Öffnen eintauchendes Ventil anzuordnen, das sowohl als Einlaß- bzw. kombiniertes Ein- und Auslaßventil dient und auch getrennt steuerbar ist, wodurch eine beliebige Ventilübersclineidung und infolge besserer Spülung und Nachladung ein Anheben der leistung bei Ma-schinen mit einem im Kolben angeordneten Brennraum ermöglicht wird..

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Claims

£382 "7" U51949 Patentansprüche t

1. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmasohine, insbesondere Diesel- bzw. Vielstoffdieselmotor, mit im Kolben angeordnetem Brennraum, dadurch gekennzeichnet, daß eines der zum Einlaß dienenden Ventile derart im Zylinderdeckel angeordnet ist, daß dasselbe in geöffnetem Zustand im Bereich der oberen Totpunktstellung des Kolbens in den Brennraum eintauchen kann und getrennt steuerbar ist. ·

2. Viertakt- Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kolbenbrennraum eintauchende Ventil als Einlaßventil ausgebildet und bei Auflademotoren wesentlich vor (20-30° KW) dem Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens bereits geöffnet ist.

3. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kolbenbrennraum eintauchende Ventil neben den üblichen Ventilen vorgesehen ist.

4. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmasohine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kolbenbrennraum eintauchende Ventil als kombiniertes Ein- und Auslaßventil ausgebildet ist,

5. Vfertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4». dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kolbenbrennraum eintauchende Ventil duroh'den das oder die die gleiche Funktion ausübenden anderen Ventile bewegenden Kipphebel betätigbar ist.

6. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mindestens vier Ventilen pro Zylinder nach Anspruch 1 und 3t dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den die gleiche Punktion ausübenden Ventilschaf tenden und deren Kipphebel eine Druckplatte vorgesehen ist,, außerhalb deren Schwerpunkt die Kipphebel angreifen.

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7. Viertakt-HubkolbenbrennkraftmaBchine naoh Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenplatte ein Anschlag vorgesehen ist.

8. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschin-e nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kolbenbrennraum eintauchenden Ventile getrennt durch eigene Kipphebel bzw. hydraulisch gesteuert sind.

9. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenneedofanet, daß das in den Kolbenbrennraum eintauchende Einlaßventil über- einen verriegelbaren Zwischenhebel durch . äen Auslaßveiiiiilkipphebel zu öffnen land vom Einlaßventilkipp-

sehließljar iat. ■ ■ .

10. Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschiae nach Anspruch 1 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß für die Verriegelung ein federnder Daumen schwenkbar vorgesehen ist.

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