DE19941782B4

DE19941782B4 - Einlassventil für Hubkolben-Brannkraftmaschine

Info

Publication number: DE19941782B4
Application number: DE19941782A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2019-09-03
Also published as: DE19941782A1

Abstract

Die Leistung eines 4-Takt-Verbrennungsmotors wird entscheidend von der Zylinderfüllung mit Frischgas und der Gemischverwirbelung im Brennraum beeinflusst. Bisherige Verwirbelungsvorrichtungen, häufig bezeichnet mit Drallvorrichtungen, gehen einher mit einer reduzierten Zylinderfüllung. Das neuartig gestaltete Einlassventil versucht beide Kriterien, d. h. hohe Zylinderfüllung und intensive Gemischverwirbelung, zu optimieren. DOLLAR A An der Ventiltelleroberseite eines Einlassventils (1) mit flacher oder leicht positiv geneigter Tellerfläche (2), werden umlaufend mehrere flächige Vertiefungen (5) angebracht. Die konstruktive Ausgestaltung dieser Vertiefungen versetzt die an der Ventiltellerrückseite entlanggleitenden Strömungsschichten (A) in eine Drehbewegung. Weiter vom Ventiltellerrücken entfernt einströmende Luft- oder Luftkraftstoffschichten (B-D) werden nicht beeinflusst. Die füllungsmindernde Aufwirbelung im kritischen Bereich zwischen Ventil und Sitzring (14) kann dadurch vermieden werden. DOLLAR A Das Einlassventil eignet sich zum allgemeinen Einsatz in 4-Takt-Motoren, insbesondere jedoch für freiansaugende, leistungsgesteigerte Ottomotoren.

Description

Einlassventile mit Profilierung zur Drallerzeugung finden sich z. B. in den Druekschriften US 47 44 344 A oder DE 42 06 231 A1 . Ziel dieser und ähnlicher Erfindungen ist die Verwirbelung des, während des Ansaugtaktes, in den Brennraum einströmenden Gasgemisches, um dadurch eine Verbesserung der Gemischverbrennung zu erzielen. Die meisten dieser Schriften beziehen sich auf Dieselmotoren, da bei ihnen die richtige Drallausbildung und Gemischverwirbelung entscheidenden Einfluss auf den Ablauf der Verbrennung hat.

Darüber hinaus sind in den Druckschriften DE 7 18 970 A und US 15 33 167 A Ventile mit Profilierugen am Ventilteller beschrieben.

Im folgenden werden leistungsgesteigerte Benzinmotoren betrachtet. Neben der optimalen Gemischverwirbelung steht hier die maximale Zylinderfüllung während des Ansaugtaktes im Vordergrund. Diese wird neben anderen Faktoren von der Größe der Querschnittsfläche zwischen geöffnetem Einlassventil (1) und Ventilsitzring (10) im Zylinderkopf bestimmt. Dabei wird versucht die kritischen Bereiche am Ventilteller und an der Sitzringkontur so zu gestalten, dass Einströmverluste minimiert werden. Dazu werden die Ventiltelleroberseiten (2) poliert, die Sitzwinkelauflagefläche am Ventil (Ventilsitzfläche (3)) so schmal wie möglich gehalten und der Winkel zwischen Ventiltelleroberseite (2) und Ventiltellerboden (4) ist in der Regel leicht positiv. An der Kontur des Ventilsitzringes (10) ist die Sitzwinkelauflagefläche ebenfalls sehr schmal ausgeführt und der Umlenkbereich des Ventilsitzringes (10) zwischen Ansaugkanal (11) und Brennraum (13) ist häufig rund ausgeführt. Unter der Annahme, dass bisherige Drallvorrichtungen bereits Verwirbelungen im kritischen Spalt (14) zwischen Ventilteller und Ventilsitzring erzeugen, dürfte somit eine optimale Zylinderfüllung nicht gegeben sein.

Der Erfindung liegt des Ziel zugrunde, obigen Zielkonflikt zu beseitigen bzw zu minimieren, d. h. eine Verwirbelung der einströmenden Luft-/Luftkraftstoffschichten bei gleichzeitig hoher Zylinderfüllung zu erreichen.

Während des Ansaugtaktes wird der kritische Spalt (14) zwischen Ventilsitzring (10) und Ventilteller von Luftschichten durchströmt, deren Einströmgeschwindigkeiten und Strömungsverläufe sich in Abhängigkeit von Ventilhub, Ventilüberschneidung und Ansaugunterdruck verändern. Aus stationären Fließbankversuchen weiß man, dass die am Ventilteller entlanggleitende Strömung (im folgenden auch als Stromfaden bezeichnet) in etwa den Weg A durchläuft. Durch die flächigen Vertiefungen (5) an der Ventiltelleroberseite (2) werden nun Teile dieses Stromfadens A in eine Drehbewegung versetzt ohne bereits im kritischen Spalt (14) aufgewirbelt zu werden. Die Verwirbelung der Schicht A mit den übrigen Schichten erfolgt erst im Brennraum (13} (2).

Durch den Umlenkeffekt übt die einströmende Luftschicht A eine Kraft auf das Einfassventil (1) in Radialrichtung aus. Die Höhe dieser Kraft dürfte abhängig sein von Anzahl und Ausführung der Vertiefungen (5), von der Einströmgeschwindigkeit und der Ventilgröße. Im Betriebsfall dürfte diese Kraft eine leichte Drehbewegung des Einlassventils bewirken, die durchaus wünschenswert ist. Einseitiges Einschlagen des Ventilsitzringes und frühzeitige Undichtigkeiten werden vermieden. In diesem Zusammenhang sei auf einschlägige Literatur oder Patente zu Ventildrehvorrichtungen hingewiesen.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der 1-3 erläutert. 1 und 2 zeigen die interessierenden Positionen für vorliegendes Patent. Der Kolben (12) saugt während des Ansaugtaktes bei sich öffnenden Einlassventil (1) Luft oder ein Luft Brennstoffgemisch (Stromfäden A-D) an. Pos. (13) kennzeichnet dabei den Brennraum und Pos. (11) den Ansaugkanal. Der kritische Spalt (14) im Hinblick auf Einströmverluste befindet sich zwischen Ventilsitzring (10) und Ventiltelleroberseite (2) bzw. Ventilsitzfläche (3). Am Einlassventil (1) sind umlaufend symmetrisch flächige Vertiefungen (5) angebracht, wobei zwei der sechs Vertiefungen (5) sichtbar sind. 3 zeigt die Ausführung der Vertiefungen (5) im Detail. Während des Ansaugvorgangs wird der Luftstrom A, durch die abgesenkte Fläche (8) durchgeleitet, von der Kante (6) der Vertiefung (5) zwangsgeführt und in eine Drehbewegung versetzt. Der unmittelbar über A liegende Strom B wird dabei nicht beeinflusst. Im Brennraum erfolgt eine Verwirbelung zwischen axial einströmenden Luftschichten B-D und der in Drehung versetzten Luftschicht A. Insbesondere bei leistungsgesteigerten Zweiven tilmotoren mit einer Zündkerze die bauartbedingt außermittig angebracht ist, tritt häufig das Problems des Motorklingelns auf, als Folge von hoher Verdichtung und ungünstigen Brennwegen, Als Folge muss der Zündzeitpunkt weiter in Richtung spät gelegt werden, was wiederum eine Leistungseinbuße nach sich zieht. Der Effekt der vorliegenden Erfindung wirkt obigen Nachteilen entgegen.

(1): Einlassventil
(2): Ventiltelleroberseite
(3): Ventilsitzfläche
(4): Ventiltellerboden
(5): Vertiefungen
(6): Kante der Vertiefung
(7): Übergang zwischen Vertiefung und Ventiltelleroberseite
(8): Abgesenkte Fläche
(9): Beginn der Vertiefung
(10): Ventilsitzring
(11): Ansaugkanal
(12): Kolben
(13): Brennraum
(14): Kritischer Spalt

Claims

Einlassventil für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Ventilteller, einem Ventilsitz mit einer Ventilsitzfläche (3) und radial umlaufend flächigen Vertiefungen (5) auf einer Ventiltelleroberseite (2), die beim Ansaugvorgang eine unmittelbar an der Ventiltelleroberseite (2) entlangströmende Luft- / Gemischschicht in eine Drehbewegung versetzen und in einem kritischen Spalt (14) zwischen dem Ventilteller und einem Ventilsitzring (10) des Zylinders keine oder vernachlässigbare Verwirbelungen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstruktion dieser Vertiefungen (5) als Ausschnittsvolumen fiktiver Zylinderkörper mit der Ventiltelleroberseite (2) beschrieben werden kann, wobei die fiktiven Zylinderkörper in Einströmrichtung und in Radialrichtung gegen die Ventiltelleroberseite (2) geneigt sind, der Beginn (9) der Vertiefungen (5) axial verläuft und die Ausläufe der Vertiefungen (5) die Ventilsitzfläche (3) schneiden und die in Axialrichtung des Einlassventils gemessene Höhe der Vertiefungen (5) vom Beginn (9) bis zum Auslauf in die Ventilsitzfläche (3) zunimmt.
Einlassventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Übergänge (7) zwischen den Vertiefungen (5) und der Ventiltelleroberseite (2) abgerundet ausgeführt sind.
Einlassventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (7) entfallen und die abgesenkte Fläche (8) einer Vertiefung (5) von der Kante (6) der nächsten Vertiefung (5) begrenzt wird.