DE3600067A1

DE3600067A1 - Einlassventil und auslassventil, insbesondere fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE3600067A1
Application number: DE19863600067
Authority: DE
Inventors: Juergen Schaefler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-03
Filing date: 1986-01-03
Publication date: 1987-07-09

Description

Die Erfindung betrifft die Ausbildung des Einlassventils und desAuslassventils mit Teller und Schaft, insbesondere für Verbrennungsmotoren.

Bekanntlich wird bei Verbrennungsmotoren angestrebt, mit dem Ansaughub eine möglichst grosse Gasmenge in kurzer Zeit dem Verbrennungsraum zuzuführen und durch intensive Zerwirblung eine günstige Voraussetzung für die optimale Verbrennung zu erreichen. Um dabei die Schadstoffemission und Ablagerungen im Verbrennungsbereich möglichst zu verringern, wird zusätzlich ein hoher Lambda-Wert bzw. ein sparsamer Verbrauch von Brennstoff angestrebt.

Diese Zusammenhänge führten bekanntlich dazu, dass namhafte Hersteller ihre Motoren mit mindestens zwei Einlassventilen -anstelle eines einzigen- ausrüsten. Nach Angaben dieser Hersteller wird dadurch nicht nur der Füllungsgrad pro Hub erhöht, sondern auch eine zusätzliche vorteilhafte Zerwirbelung des Gemisches erreicht. Ausserdem ergeben sich gewisse Verbesserungen bezüglich der Steuerzeiten durch kürzeren Ventilhub.

Trotz dieser Vorteile konnte sich jedoch die Bauweise mit mehreren Einlassventilen pro Zylinder wegen des erheblichen technischen Aufwandes und anderer Nachteile noch nicht überzeugend durchsetzen. Auch besteht noch eine Anwendungseinschränkung dieses Prinzips dadurch, dass die Anordnung mehrerer Einlassventile einen Mindest-Zylinderdurchmesser verlangt, sodass die grosse Zahl der Mittelklasse- und Kleinmotoren auf die Vorteile mehrerer Einlassventile verzichten muss.

Die Aufgabe der Erfindung wird daher darin gesehen, das Einlassventil und das Auslassventil der behandelten Art so zu gestalten, dass nicht nur die Qualitäten des Mehrventil-Prinzips erhalten bleiben, sondern darüber hinaus noch zusätzliche Verbesserungen erreicht werden, welche insbesondere den Aufwand für die Steuermittel, die Ventilzeiten und die Erweiterung des Anwendungsbereichs betreffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 bis 6 gekennzeichneten Merkmale, wodurch folgende grundsätzliche Fortschritte erreicht sind:

a) das Ansaugvolumen des einzigen Einlass-Ventils ist zumindest gleich oder grösser als das gesamte Ansaugvolumen der bekannten mehrfachen Einlass-Ventile pro Zylinder.
b) der Einlass-Spalt des Ventils erfasst flächenmässig den gesamten Verbrennungsraum, sodass ein hoher Füllungsgrad bei kurzen Hubzeiten ereicht ist
c) durch eine gründliche Zerwirbelung des Gemischs ergibt sich ein optimaler Verbrennungsablauf, der hohe Lambda-Werte zulässt mit geringem Verbrauch und niedrigen Schadstoffabgaben
d) Anwendung des erfindungsgemässen Prinzips auch bei kleinen Zylinderdurchmessern.

Weitere Einzelheiten Der Erfindung sind anhand der Zeichnung erläutert, in welcher Ausführungsbeispiele schematisiert dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 den Zylinderkopf im Vertikalschnitt, mit den Ventilen, bei geöffnetem Einlassventil

Fig. 2 eine Teilansicht der Ventile in der Schliesslage

Fig. 3 die Fig. 1 bei geöffnetem Auslassventil

Fig. 4 eine zusätzliche Einrichtung im Steuerungsbereich

Im Zylinderkopf 1 des oben gesteuerten Zylinders 2 ist der hohle Schaft 3 des Einlassventils 4 axial beweglich geführt. Dessen Ventilteller 5 bzw. dessen Sitzfläche 6 besitzen einen mittleren Durchmesser, der etwa 75% des Brennraumdurchmessers beträgt, wobei von einem kreisförmigen Brennraum 7 ausgegangen wird. Das steuerseitige Ende des Ventilschaftes 3 ist mit der Ventilfeder 8 versehen, die sich am Zylinderkopf 1 abstützt. Die Steuernocken 9 und deren Nockenwelle 10 sind schematisch angedeutet.

Im hohlen Ventilschaft 3 des Einlassventils 4 ist der Schaft 12 des Auslassventils 13 konzentrisch axial beweglich geführt. Die Sitzfläche 14 des Auslass-Ventiltellers 15 ist im Ventilteller 5 des Einlassventils 4 angeordnet und kann mit dem üblichen Durchmesser ausgeführt sein. Die Ventilfeder 16 des Auslass-Ventils stützt sich über eine Stützfläche 17 des Einlass-Ventilschaftes 3 ab.

Die Gemischzufuhr erfolgt über den Einlasskanal 18, die Abgasabfuhr über den Auslasskanal 19, welcher durch Wandöffnungen 20 im Ventilschaft 3 mit dessen Hohlraum 21 und damit mit der Auslass-Öffnung im Brennraum verbunden ist.

Zur Abführung der Abgaswärme sind im Zylinderkopf Kühlräume 22 vorgesehen, die an den Kühlwasserkreislauf angeschlossen sind. Ausserdem kann die Innenwandfläche des Ventilschaftes 3 im Bereich des Einlasskanals 18 mit einer wärmedämmenden Schicht 23, z. B. aus einem keramischen Werkstoff, belegt sein.

Die Anschlussbohrung 24 dient für die Zündkerze bzw. die Einspritzdüse bei Otto- bzw. Dieselmotoren.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausbildung des Steuerkopfes ermöglicht die ortsfeste Abstützung der Auslass-Ventilfeder 16 über einen Stützbügel 26, der auf dem Zylinderkopf 1 befestigt ist. Der Bügel kann die Lager 27 für die Nockenwelle 10 aufnehmen. Sein Mittelstück 28 enthält die Auslassventilfeder 16, die sich am Boden 29 des Mittelstücks abstützt.

In den Fig. 1, 2, 3 sind die Ventilpositionen beim Ablauf der Arbeitsspiele des Kolbens K dargestellt, wobei Fig. 1 das Ansaugen, Fig. 2 das Komprimieren und Expandieren, Fig. 3 das Ausstossen der Gase betrifft. Beim Ansaugen genügt infolge des grossen ringförmigen Einlassquerschnitts ein kurzer Ventilhub, sodass der Zeit- und Energieaufwand für die Beschleunigung der Ventilmasse, sowie die erforderlichen Dimensionen der Ventilfeder 8 nicht nachteilig sind. Die geringe Weite des Einlass-Spaltes ergibt noch den Vorteil einer Düsenwirkung und damit einer hohen Einströmgeschwindigkeit mit kurzer Schliesshubdauer, sodass das Gas nach dem vollen Kolbenhub noch nachwirbeln kann. Dazu kommt, dass der aus dem Kanal 18 kommende Gemischstrom bereits im Ventilvorraum infolge des günstigen Raumquerschnittes in Verbindung mit der ausgerundeten Form des Ventil-Tellerhalses 5 a intensiv verwirbelt wird. Die Vorteile dieser Vorgänge sind bekannt und sind insbesondere auch beim Start und bei Teillastzuständen wichtig.

Bei der Auslassposition nach Fig. 3 ist das Auslassventil 13 völlig geöffnet. Da dieses gegen einen Druck von mehreren bar öffnen muss, entspricht der wesentlich kleinere Durchmesser des Tellers 15 dieser Bedingung. Der Durchtrittsquerschnitt im Hohlraum 21 des Schaftes 3 bis zum Abgaskanal 19 ist ausreichend für eine rasche Abführung des Abgases.

Die Belastung der Einlassventil-Feder 8, welche durch die Abstützung der Ventilfeder 16 entsteht, dürfte die Funktionen des Einlass-Ventils 4 nicht störend beeinflussen, da dessen Massenwiderstand wesentlich grösser ist als beim Auslassventil 13. Dementsprechend ist auch die Ventilfeder 8 um ein Mehrfaches steifer ausgelegt als die Auslassfeder 16. Ausserdem wird beim Ausstosshub der Einlassventil-Teller 5 zusätzlich im Schliess-Sinne belastet, wodurch die Wirkung der Ventilfeder 16 kompensiert wird und das Einlassventil 4 dicht geschlossen bleibt. Für alle Fälle können jedoch die schon beschriebenen Mittel nach Fig. 4 vorgesehen sein, mit welchen die Abstützkraft der Feder 16 auf den Zylinderkopf übertragen wird.

Die beschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispiele betreffen insbesondere Otto-Motore. Analog sind die erfindungsgemässen Vorschläge grundsätzlich auch bei Diesel-Motoren anwendbar, wobei die funktionellen Unterschiede nur geringe bauliche Änderungen erfordern. Auch ist es denkbar, bei Einlassventilen für grosse Leistungen, also mit grossem Durchmesser des Ventiltellers, in diesem Teller mehrere Auslassventile nach dem Erfindungsprinzip vorzusehen.

Grundsätzlich besteht eine Anwendungsmöglichkeit der Erfindung bei allen Pumpen mit Saug- und Druckventilen der behandelten Art, wodurch sich eine raumsparende Bauweise erzielen lässt.

Bezugszeichen-Liste 1 Zylinderkopf
2 Zylinder
3 Einlassventil-Schaft
4 Einlassventil
5 Einlassventil-Teller
5 a Ventilteller-Hals
6 Sitzfläche (zu 5)
7 Brennraum
8 Ventilfeder (zu 4)
9 Steuernocken
10 Nockenwelle
11 --
12 Auslassventil-Schaft
13 Auslassventil
14 Ventilsitz (zu 13)
15 Auslassventil-Teller
16 Ventilfeder (zu 13)
17 Stützfläche
18 Einlass-Kanal
19 Auslasskanal
20 Wandöffnungen
21 Hohlraum
22 Kühlräume
23 Keramik-Schicht
24 Anschlussbohrung
25 - -
26 Stützbügel
27 Lager (für Nockenwelle)
28 Mittelstück
29 Boden
K Kolben

Claims

1) Einlaßventil und Auslassventil mit Teller und Schaft, insbesondere für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass im hohlen Schaft (3) des Einlassventils (4) der Schaft (12) des Auslassventils (13) achsparallel beweglich geführt ist, und dass der Auslassventil-Teller (15) im Einlassventil-Teller (5) angeordnet ist.

2) Einlassventil und Auslassventil nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass deren Ventilteller (5, 15) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

3) Ventile nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Schaft (3) des Einlassventils zur Abgasabführung dient, wobei der Schaftinnenraum über Wandöffnungen (20) mit dem Abgaskanal (19) des Zylinderkopfes (1) ständig verbunden ist.

4) Ventile nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Einlassventiltellers (5) etwa dem Durchmesser des wirksamen Brennraumes (7) im Zylinderkopf entspricht.

5) Ventile nach den vorhergehenden Ansprüchen, für Otto-Motoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandfläche des hohlen Schaftes (3) mit einer ansich bekannten wärmedämmenden Schicht (23), z. B. aus Keramik, belegt ist.

6) Ventile nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung der Einlassventil-Feder (8) steiler ist, als diejenige der Auslassventil-Feder (16).