EP0114184A2 - Valve control for internal-combustion engines with outwardly opening piston valves to achieve an optimum combustion space - Google Patents

Valve control for internal-combustion engines with outwardly opening piston valves to achieve an optimum combustion space Download PDF

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EP0114184A2
EP0114184A2 EP83108279A EP83108279A EP0114184A2 EP 0114184 A2 EP0114184 A2 EP 0114184A2 EP 83108279 A EP83108279 A EP 83108279A EP 83108279 A EP83108279 A EP 83108279A EP 0114184 A2 EP0114184 A2 EP 0114184A2
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EP
European Patent Office
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valves
combustion chamber
valve
combustion
piston
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EP83108279A
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Johannes Reitz
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IRM ANTRIEBSTECHNIK GmbH
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IRM ANTRIEBSTECHNIK GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L5/00—Slide valve-gear or valve-arrangements
    • F01L5/04—Slide valve-gear or valve-arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/30—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of positively opened and closed valves, i.e. desmodromic valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/20—Shapes or constructions of valve members, not provided for in preceding subgroups of this group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

Definitions

  • the temperature of the exhaust valve is very high, 700 to 800 ° C.
  • the valve disk opens against the pressure in the cylinder and, as it were, plunges into the hot exhaust gas stream. This requires a high quality material, possibly armor and much more. Nevertheless, there are no functional problems with the conventional valve train.
  • the overlap of the valves depends on the engine speed. It mainly determines the valve pocket depth in the piston. The valve pockets in turn affect crushing areas and combustion chamber. In any case, the overlap determines a free space size that somehow negatively affects the combustion chamber.
  • the high temperature of the exhaust valve determines the position of the combustion chamber and the position of the spark plug. The hot environment of the exhaust valve has a great influence on the volumetric delivery rate and essentially determines the ignition timing.
  • valve disks in the combustion chamber make a specific flow difficult and that it would be desirable to think about an improved gas exchange control in terms of flow resistance.
  • the known toggle lever (1) lends itself (see FIGS. 1 and 2).
  • the force is absorbed in the system and not by the valve train (2).
  • the toggle lever (1) is stretched a little over maximum against the stop (17). This makes the system stable. Changes in length due to expansion and wear are absorbed by resilient elements (6).
  • Fig. 1 shows a cross section in the full suction stroke
  • Fig. 2 shows a longitudinal section of the closed exhaust valve.
  • the inlet valve (19) is fully open.
  • the opening cam (5) overflows to the closing flank, at the same time the closing cam (3) runs onto its rocker arm (4). Its flank determines the movement of the rocker arm and thus the toggle lever (1).
  • the trailing edge of the opening cam (5) now has play.
  • the valve (19) or (20) comes on shortly before the toggle lever goes into the extended position.
  • the cam (3) presses the toggle lever (1) approx. 1 ° over the extended position and pre-tensions the valve by a certain amount.
  • the locking cam (3) now runs with play between the flank and the rocker arm.
  • the opening cam (5) runs with its flank onto the rocker arm (4). It now determines the movement of the knee lever.
  • the kinematics are such that the opening takes place at a higher speed than the closing.
  • the pressure of the exhaust gases supports the opening of the exhaust valve and the high temperature of the exhaust gases has less possibility of heating the exhaust piston valve (20). This meets the desire to be able to drive an effectively higher compression.
  • the movement of the inlet valve piston (19) supports the intake process when opening and closing.
  • Fig. 3 shows a section through a possible piston crown shape in TDC and the top view thereof with the piston valves (35) and (36) adapted to the combustion chamber shape.
  • the compressed mixture can flow from the narrowing pinch gaps of the pinch zones into the channel cross-sections (32) that widen in the direction of flow.
  • the mixture is conducted in the channels (33), which can also have a curved shape, in the tangential direction into the combustion bowl (34) and ignited.
  • the test must show channel depths, number and course as well as the cheapest form of the burner.
  • a major advantage is that the swirl (see Fig. 3) is steered so that components with a higher mass (not completely evaporated fuel particles) are conveyed into the combustion bowl.
  • the mass particles are naturally carried outwards against the cylinder wall, where, according to film observations, no exact combustion takes place. Inflammation of such particles in the combustion bowl is more likely.

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Abstract

More recent investigations have designated the limits of combustion chamber design as very significantly dependent on the position, the shape and the temperature as well as the overlapping; this is respective to the required spaces for the valves. Since attempts are being made to increase further the compression, particularly in the case of 4-stroke petrol engines, with given fuel octane levels, the invention with the designation "Valve control for internal-combustion engines with outwardly opening piston valves to achieve an optimum combustion space" is based on the idea that the valves which normally open inwards into the combustion chamber be redesigned to open outwards. In the past, thought had also been given to known slide-valve controls. The criterion was the free design opportunity that was ideal to the greatest possible extent. The problem of the closing force in the case of outwardly opening valves in the operating stroke has been solved according to the invention by a bell crank system. The valves are designed in the shape of pistons in order to reduce the flow resistance. The piston shape assists the valve control process. The temperature particularly of the exhaust valve ought to be considerably lower. The combustion chamber design is homogeneous, i.e. it has no fissures. The combustion chamber can be arranged as a combustion basin in the piston, underneath the spark plug. The pressure surfaces and gaps can be laid out in an optimally even manner. It could be imagined that the piston surface was provided with twisted-shaped channels so that the twist did not occur until compression in the direction of the basin, which would not be so detrimental to the volumetric efficiency as the generation of the twist in the channel. Finally, reference is made to the simple and cheap engine construction resulting from the outwardly opening piston valves. <IMAGE>

Description

PatentanmeldungPatent application

Gaswechselsteuerung für Brennkraftmaschinen mit nach außen öffnenden Kolbenventilen zur Erlangung eines optimalen BrennraumesGas exchange control for internal combustion engines with outward opening piston valves to achieve an optimal combustion chamber

Prov.Nr: 8243Prov.Nr: 8243

Die Gaswechselsteuerung geschieht heute bei 4-Takt-Motoren wohl ausschließlich über pilzförmige Ventile, die sich beim Öffnen in den Brennraum hineinbewegen. Diese Ventile haben den eindeutigen Vorteil, daß sie sich durch den Druck im Zylinder fest auf den Sitz legen und dadurch

  • a) eine im üblichen Sinne absolute Dichtheit und -sofern das Ventilspiel vorhanden ist-
  • b) eine volle Entlastung des Ventiltriebes garantieren.
With 4-stroke engines, the gas exchange control is nowadays only possible via mushroom-shaped valves that move into the combustion chamber when opened. These valves have the clear advantage that they lie firmly on the seat due to the pressure in the cylinder and thereby
  • a) an absolute tightness in the usual sense and-insofar as the valve clearance is present-
  • b) guarantee full relief of the valve train.

Die Temperatur des Auslaßventiles ist sehr hoch, 700 bis 800° C. Grund: der Ventilteller öffnet gegen den Druck im Zylinder und taucht gewissermaßen in den heißen Abgasstrom. Dies verlangt einen hochwertigen Werkstoff, eventuell eine Panzerung und vieles mehr. Trotzdem gibt es keine funktionellen Probleme beim herkömmlichen Ventiltrieb.The temperature of the exhaust valve is very high, 700 to 800 ° C. Reason: the valve disk opens against the pressure in the cylinder and, as it were, plunges into the hot exhaust gas stream. This requires a high quality material, possibly armor and much more. Nevertheless, there are no functional problems with the conventional valve train.

Jedoch die Absicht, die Verdichtung vornehmlich beim Otto-Motor immer mehr zu steigern, zeigt verschiedene Grenzen auf. Hier sind Überschneidung, Ventiltaschentiefe, Ventiltemperatur, Massen, Ventilbruchmöglichkeit, Lage der Zündkerze und schließlich daraus resultierend derHowever, the intention to increase the compression, especially in the Otto engine, shows different limits. Here there is overlap, valve pocket depth, valve temperature, masses, possibility of valve breakage, position of the spark plug and ultimately the resulting

Oktanzahlbedarf zu nennen. Alle genannten Faktoren sind irgendwie voneinander abhängig.To name octane requirement. All of the above factors are somehow interdependent.

Die Überschneidung der Ventile ist abhängig von der Motordrehzahl. Sie bestimmt hauptsächlich die Ventiltaschentiefe im Kolben. Die Ventiltaschen wiederum beeinträchtigen Quetschflächen und Brennraum. In jedem Falle bestimmt die Überschneidung eine Freiraumgröße, die irgendwie den Brennraum negativ beeinflußt. Die hohe Temperatur des Auslaßventiles bestimmt mit die Lage des Brennraumes wie die Position der Zündkerze. Die heiße Umgebung des Auslaßventils hat großen Einfluß auf den volumetrischen Liefergrad und bestimmt wesentlich den Zündzeitpunkt mit.The overlap of the valves depends on the engine speed. It mainly determines the valve pocket depth in the piston. The valve pockets in turn affect crushing areas and combustion chamber. In any case, the overlap determines a free space size that somehow negatively affects the combustion chamber. The high temperature of the exhaust valve determines the position of the combustion chamber and the position of the spark plug. The hot environment of the exhaust valve has a great influence on the volumetric delivery rate and essentially determines the ignition timing.

Neuerdings hat sich gezeigt, daß in Verbindung mit sog. Drallkanälen zwecks besserer Aufbereitung des Gemisches und Einspritzung die Ventilteller im Brennraum eine gezielte Strömung schwierig gestalten und daß es wünschenswert wäre, sich über eine im Strömungswiderstand verbesserte Gaswechselsteurung Gedanken zu machen.It has recently been shown that in connection with so-called swirl ducts for the purpose of better preparation of the mixture and injection, the valve disks in the combustion chamber make a specific flow difficult and that it would be desirable to think about an improved gas exchange control in terms of flow resistance.

Es gab in der ersten Hälfte unseres Jahrhunderts eine Menge Schiebersteuerungen, vornehmlich in Flugzeugmotoren, die den Ventiltrieb ersetzen sollten. Mehr oder weniger scheiterten die Konstruktionen an dem Abdichtungsproblem. Alle Drehschieber hatten mindestens eine sich bewegende Zone im Bereich der Feuergase, wobei hohe Temperatur und Trockenlauf den Ausschlag gaben. Nach heutiger Anschauung lassen die bekannten Schiebersteuerungen keinen wünschenswerten Brennraum zu.There were a lot of spool controls in the first half of our century, mostly in aircraft engines, to replace the valve train. The constructions more or less failed due to the sealing problem. All rotary valves had at least one moving zone in the area of the fire gases, whereby high temperature and dry running were the deciding factors. According to today's view, the known slide controls do not allow a desirable combustion chamber.

AufgabenstellungTask

So stellte sich die Aufgabe, bei gegebenen Kraftstoffen die Verdichtung so hoch wie möglich zu treiben und Wege zur Verwirklichung auszuarbeiten . Das oft angegebene hohe Verdichtungsverhältnis eines Motors sagt aber nichts über die Kompressionsenddrücke und Zünddrücke aus, wenn nicht auch der Liefergrad bekannt ist. Hier geht es um hohe Verdichtung und hohe Zünddrücke bei bestmöglichem Liefergrad und bei klopffreiem Betrieb. Vom Stand der Technik ausgehend, sollten -ohne Priorität- alle positiven und negativen Einflußgrößen und Erkenntnisse aus üblicher Ventil- und alter Schiebersteuerung berücksichtigt werden.The task was to drive compression as high as possible for given fuels and to work out ways to achieve this. The often stated high compression ratio of an engine says nothing about the compression end pressures and ignition pressures, unless the degree of delivery is also known. This involves high compression and high ignition pressures with the best possible delivery rate and knock-free operation. Starting from the state of the art, all positive and negative influencing variables and knowledge from conventional valve and old slide control should be considered without priority.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Um einen optimalen Brennraum zu schaffen, sollen zunächst die Freiraumgrößen für die Überschneidung der Ventile verschwinden (Ventiltaschen). Dies bedeutet eine Uberschneidung gleich "null" aber hier sind auch Sicherheitsabstände zum Auslaßventil erforderlich. Es bedarf also einer generell anderen Öffnungsrichtung. Nur durch Wegfall von Ventiltaschen im Kolben und/oder anderer Räume kann eine gleichmäßige Quetschströmung mit einem gewissen Drall in den Brennraum (Brennmulde) strömen. Um den Liefergrad nicht durch Drallkanäle zu verschlechtern, liegt es nahe, den Brennraum im Zylinderkopf plan oder kugelförmig zu gestalten und den Kolbenboden mit flachen Drallkanälen im Bereich der Quetschfläche zu versehen, die in die Brennmulde einmünden, um so hier einen turbolenten Wirbel zu erzeugen, damit möglichst Wärme aus dem Kolbenboden entzogen werden kann und eine rasche Durchzündung und Verbrennung erfolgt. Die Ventildurchbrüche sind nur bei planen und kugelförmigen Formen echte Kreise und nur hier ist eine völlige Angleichung der Ventile an die Brennraumform möglich. Die Zündkerze ist weitgehendst zentral anzuordnen. Die Bewegungsrichtung der Ventile muß durch Mitte Kugel gehen. Es bleiben auf Grund der Überlegungen nur nach außen öffnende Ventile übrig. Damit taucht

  • a) das Problem der Dichtheit unter höchstem Innendruck auf und
  • b) das Problem der Abkopplung der Gaskräfte auf den Ventiltrieb.
In order to create an optimal combustion chamber, the free space sizes for the overlap of the valves should initially disappear (valve pockets). This means an overlap of "zero" but safety distances to the exhaust valve are also required here. A generally different opening direction is therefore required. Only by dispensing with valve pockets in the piston and / or other rooms can a uniform squeezing flow with a certain swirl flow into the combustion chamber (combustion bowl). In order not to deteriorate the delivery rate due to swirl ducts, it makes sense to design the combustion chamber in the cylinder head to be flat or spherical and to provide the piston crown with flat swirl ducts in the area of the squeezing surface, which open into the combustion bowl, in order to generate a turbulent vortex here, so that heat can be extracted from the piston crown as far as possible and rapid ignition and combustion take place. The valve breakthroughs are real circles only in the case of flat and spherical shapes and only here can the valves be completely matched to the shape of the combustion chamber. The spark plug should be arranged largely centrally. The direction of movement of the valves must go through the middle of the ball. Due to the considerations, only valves that open outwards remain. With that dives
  • a) the problem of tightness under the highest internal pressure on and
  • b) the problem of decoupling the gas forces on the valve train.

Hier bietet sich (Siehe Fig. 1 und Fig. 2) der bekannte Kniehebel (1) an. In gestreckter Lage (rechts in Fig.1 und Fig.2) wird die Kraft im System aufgenommen und nicht vom Ventiltrieb (2). Es besteht ein Spiel zwischen Kipphebel (4) und dem Nockengrundkreis (2a). Dasselbe gilt im Beispiel Fig.1 und Fig.2 für Öffnungs-(5) und Schließnocken(3). Der Kniehebel (1) ist einen geringen Betrag über Maximum gespannt gegen den Anschlag (17). Somit wird das System stabil. Längenänderung durch Dehnung und Verschleiß werden von federnden Elementen (6) aufgenommen. Sie bestimmen letztlich den maximalen Druck im Zylinder (7). Im Kolbenventil (19)und(20) ist demzufolge eine entsprechende Vorspannkraft, die von der Schaftwand (11) aufgenommen wird. Bei gestrecktem Kniehebel, also geschlossenem Ventil, wirkt entsprechend der Federkennlinie diese Kraft als Druck auf den Ventilsitz (22). Im Inneren stützt ein Aluminium-Blechring (8) das Federelement (6) gegen die Ventilplatte (10) ab. Der untere Kniehebel (1) besitzt eine Kugel (13), die in der Pfanne (15) sitzt. Sie besitzt ein Gewinde, über das die richtige Vorspannung eingestellt werden kann. Das ganze System steht unter Schmieröldruck.Here, the known toggle lever (1) lends itself (see FIGS. 1 and 2). In the extended position (on the right in Fig. 1 and Fig. 2), the force is absorbed in the system and not by the valve train (2). There is play between the rocker arm (4) and the cam base circle (2a). The same applies in the example of Fig. 1 and Fig. 2 for opening (5) and closing cams (3). The toggle lever (1) is stretched a little over maximum against the stop (17). This makes the system stable. Changes in length due to expansion and wear are absorbed by resilient elements (6). Ultimately, you determine the maximum pressure in the cylinder (7). Accordingly, there is a corresponding pretensioning force in the piston valve (19) and (20), which is absorbed by the stem wall (11). When the toggle lever is extended, i.e. the valve is closed, this force acts as pressure on the valve seat (22) in accordance with the spring characteristic. Inside, an aluminum sheet metal ring (8) supports the spring element (6) against the valve plate (10). The lower toggle lever (1) has a ball (13) that sits in the pan (15). It has a thread that can be used to set the correct preload. The whole system is under lubricating oil pressure.

Beispiel Fig. 1 und Fig. 2 zeigt die mögliche Variante mit desmodromischer, also Zwangssteuerung, ohne Federn. Verschiedene Entwürfe haben ergeben, daß zunächst diese Steuerungsart als die günstigste erscheint. Die Montage ist einfach. Das Kniehebelsystem wird vorher komplett mit Kolbenventil montiert und dann eingesetzt. Nach dem Befestigen im Kopf wird die Einstellung vorgenommen:

  • * Der Kniehebel (1) wird bis zum Anschlag aus dem die Anschlagschraube (17) entfernt wurde, durchgedrückt.
  • * In Öffnung (18) wird eine Kraftmeßuhr eingeschraubt.
  • * Der Kniehebel wird zurück über seine gestreckte Lage gedrückt und die hierbei auftretende maximale Kraft gemessen. Sie ist festgelegt und berechenbar. Stimmt sie nicht, so ist von oben mittels Schraubenzieher, bei losem Aufsetzen des Kolbenventils auf seinen Sitz, die Kugelpfanne (15) entsprechend hinein- oder herauszudrehen.
Example Fig. 1 and Fig. 2 shows the possible variant with desmodromic, ie forced control, without springs. Various designs have shown that this type of control initially appears to be the cheapest. Assembly is easy. The toggle lever system is completely assembled with the piston valve and then used. After fastening in the head, the setting is made:
  • * The toggle lever (1) is pushed through until the stop from which the stop screw (17) was removed.
  • * A force gauge is screwed into opening (18).
  • * The toggle is pushed back over its extended position and the maximum force that occurs is measured. It is fixed and predictable. If it is not correct, screw the ball socket (15) in or out from above using a screwdriver when the piston valve is loosely placed on its seat.

Unter dem Tellerfederpaket (6) Beispiel Fig.1 liegt ein Federstahlblech mit mehreren hochgestellten Armen (21), die ein genaues Einstellen ermöglichen und die Lage der Kugelpfanne (15) fixieren. Stimmt die Knickkraft, wird die Anschlagschraube (17) fest eingeschraubt und im Beispiel die Bohrung (18) verschlossen. Anschließend wird die Nockenwelle montiert und die Spiele Grundkreis/ Schlepphebel in bekannter Weise eingestellt.Under the plate spring assembly (6) example Fig.1 there is a spring steel sheet with several raised arms (21), which allow precise adjustment and fix the position of the ball socket (15). If the buckling force is correct, the stop screw (17) is screwed in tightly and in the example the bore (18) is closed. Then the camshaft is assembled and the games base circle / rocker arm set in a known manner.

Funktionsbeschreibung:Function description:

Fig. 1 stellt einen Querschnitt im vollen Saughub, Fig. 2 einen Längsschnitt des geschlossenen Auslaßventils dar.Fig. 1 shows a cross section in the full suction stroke, Fig. 2 shows a longitudinal section of the closed exhaust valve.

Das Einlaßventil (19) ist voll geöffnet. Der Öffnungsnocken (5) läuft auf die Schließflanke über, im selben Moment läuft der Schließnocken (3) auf seinen Kipphebel (4). Seine Flanke bestimmt die Bewegung des Kipphebels und damit des Kniehebels (1). Die ablaufende Flanke des Öffnungsnockens (5) hat jetzt Spiel. Kurz bevor der Kniehebel in die Strecklage geht, setzt das Ventil (19) oder (20) auf. Der Nocken (3) drückt den Kniehebel (1) ca. 1° über die Strecklage und spannt dabei das Ventil um einen bestimmten Betrag vor. Nun herrscht ein stabiler Zustand und ein Druck auf dem Ventilsitz, der entsprechend dem Sitzkegel (im Beispiel 60°) eine gewünschte Größenordnung hat. Die Kraft ist höher als der Zünddruck. Der Schließnocken (3) läuft jetzt mit Spiel zwischen Flanke und Kipphebel ab.The inlet valve (19) is fully open. The opening cam (5) overflows to the closing flank, at the same time the closing cam (3) runs onto its rocker arm (4). Its flank determines the movement of the rocker arm and thus the toggle lever (1). The trailing edge of the opening cam (5) now has play. The valve (19) or (20) comes on shortly before the toggle lever goes into the extended position. The cam (3) presses the toggle lever (1) approx. 1 ° over the extended position and pre-tensions the valve by a certain amount. Now there is a stable condition and pressure on the valve seat, which has a desired order of magnitude corresponding to the seat cone (60 ° in the example). The force is higher than the ignition pressure. The locking cam (3) now runs with play between the flank and the rocker arm.

Beim Öffnen läuft der Öffnungsnocken (5) mit seiner Flanke auf den Kipphebel (4) auf. Er bestimmt jetzt die Bewegung des Kniehebels. Die Kinematik ist so, daß das Öffnen sich mit höherer Geschwindigkeit vollzieht als das Schließen. Der Druck der Abgase unterstützt das Öffnen des Auslaßventils und die hohe Temperatur der Abgase hat weniger Möglichkeit das Auslaßkolbenventil (20) aufzuheizen. Dies kommt dem Wunsch, eine effektiv höhere Verdichtung fahren zu können, entgegen. Die Bewegung des Einlaßventilkolbens (19) unterstützt den Ansaugprozeß beim Öffnen wie beim Schließen.When opening, the opening cam (5) runs with its flank onto the rocker arm (4). It now determines the movement of the knee lever. The kinematics are such that the opening takes place at a higher speed than the closing. The pressure of the exhaust gases supports the opening of the exhaust valve and the high temperature of the exhaust gases has less possibility of heating the exhaust piston valve (20). This meets the desire to be able to drive an effectively higher compression. The movement of the inlet valve piston (19) supports the intake process when opening and closing.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine mögliche Kolbenbodenform in OT und die Draufsicht dazu mit den an die Brennraumform angepaßten Kolbenventilen (35) und (36).Fig. 3 shows a section through a possible piston crown shape in TDC and the top view thereof with the piston valves (35) and (36) adapted to the combustion chamber shape.

Im Zylinder und Brennraum (31) ist der Kolben(37) am Verdichtungshubende im OT angelangt.In the cylinder and combustion chamber (31), the piston (37) has reached the top of the compression stroke end.

Beim Verdichten kann das komprimierte Gemisch aus den enger werdenden Quetschspalten der Quetschzonen in die in Strömungsrichtung weiter werdenden Kanalquerschnitte (32) strömen. Das Gemisch wird in den Kanälen (33), die auch eine gekrümmte Form haben können, in tangentialer Richtung in die Brennmulde (34) geleitet und gezündet.During compression, the compressed mixture can flow from the narrowing pinch gaps of the pinch zones into the channel cross-sections (32) that widen in the direction of flow. The mixture is conducted in the channels (33), which can also have a curved shape, in the tangential direction into the combustion bowl (34) and ignited.

Kanaltiefen, Anzahl und Verlauf sowie die günstigste Form der Brennmulde muß der Versuch ergeben.The test must show channel depths, number and course as well as the cheapest form of the burner.

Aussichtenoutlook

Eine der Patentanmeldung entsprechende Konstruktion läßt neben der nahezu idealen Brennraumgestaltung eine billige Motorenbauweise zu.

  • 1) Es besteht die Möglichkeit, einen Motorblock mit integriertem Kopf mit beliebigem Ventilwinkel zu bauen. Das geht mit nach innen öffnenden, heute üblichen Ventilen nicht.
  • 2) Es besteht eine gute Möglichkeit, die Quetschspalten und den Kolbenboden so zu gestalten, daß beim Verdichten des Gemisches besonders im Bereich vor dem OT ein Drall erzeugt wird, der in eine zentrale Brennmulde im Kolben mündet. Auf diese Weise kann auf den, den volumetrischen Liefergrad beeinträchtigenden Drallkanal verzichtet werden.
A construction corresponding to the patent application allows, in addition to the almost ideal combustion chamber design, a cheap engine design.
  • 1) It is possible to build an engine block with an integrated head with any valve angle. This is not possible with inward opening valves that are common today.
  • 2) There is a good possibility to design the pinch gaps and the piston crown in such a way that when the mixture is compressed, a swirl is generated, especially in the area before TDC, which opens into a central combustion bowl in the piston. In this way, the swirl channel, which affects the volumetric delivery rate, can be dispensed with.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß der Drall (siehe Fig.3) so gelenkt wird, daß auch Bestandteile mit höherer Masse (nicht völlig verdampfte Kraftstoffpartikel) in die Brennmulde gefördert werden. Im Gegensatz hierzu werden bei Drallkanälen, die rotierend in den Zylinder eingeleitet werden, die Massenteilchen naturgemäß nach außen gegen die Zylinder-Wandung getragen, wo nach Filmbeobachtungen keine exakte Verbrennung mehr stattfindet. Eine Entflammung solcher Partikel in der Brennmulde ist wahrscheinlicher.A major advantage is that the swirl (see Fig. 3) is steered so that components with a higher mass (not completely evaporated fuel particles) are conveyed into the combustion bowl. In contrast to this, in the case of swirl ducts which are introduced into the cylinder in a rotating manner, the mass particles are naturally carried outwards against the cylinder wall, where, according to film observations, no exact combustion takes place. Inflammation of such particles in the combustion bowl is more likely.

Claims (7)

Anspruch 1: Gaswechselsteuerung für Brennkraftmaschinen dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventile nicht wie heute üblich in den Brennraum hinein, sondern sich nach außen bewegen und so den Steuerquerschnitt freigeben.Claim 1: Gas exchange control for internal combustion engines, characterized in that the valves do not move into the combustion chamber as is customary today, but move outwards and thus release the control cross section. Anspruch 2: Nach Anspruch 1 ... dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung sowie die notwendige Vorspannung des Ventils auf den Ventilsitz über ein Kniehebelsystem bewirkt wird.Claim 2: According to claim 1 ... characterized in that the actuation and the necessary pretensioning of the valve on the valve seat is effected via a toggle lever system. Anspruch 3: Nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile eine Kolbenform haben und axial durch ein oder mehrere Federelemente auf den Sitz gedrückt und axiale Längenveränderungen des Systems innerhalb der Federkonstante ausgeglichen werden.Claim 3: According to claims 1 and 2, characterized in that the valves have a piston shape and are axially pressed onto the seat by one or more spring elements and axial changes in length of the system are compensated for within the spring constant. AnsDruch 4: Nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß Bearbeitung des Ventilsitzes und Montage der Ventile von außerhalb des Brennraumes bewirkt werden kann.AnsDruch 4: According to claims 1 to 3, characterized in that processing of the valve seat and assembly of the valves can be effected from outside the combustion chamber. Anspruch 5: ... dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinderblock mit angegossenem Kopf machbar ist, der einen beliebigen Ventilwinkel haben kann.Claim 5: ... characterized in that a cylinder block with a molded head is feasible, which can have any valve angle. Anspruch 6: ... dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Brennraum im Zylinderkopf von den Ventilsitzen so angeschnitten wird, daß Kreise entstehen und die auf den Sitz gedrückten Ventile die Kugelform vervollständigen bzw. Kugelabschnitte darstellen, die keine Ventiltaschen oder anderweitig schädliche Räume im Brennraum entstehen lassen.Claim 6: ... characterized in that the spherical combustion chamber in the cylinder head is cut by the valve seats in such a way that circles are formed and the valves pressed onto the seat complete the spherical shape or represent spherical sections that do not produce valve pockets or other harmful spaces in the combustion chamber to let. Anspruch 7: Nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Brennraumes und der Kolbenboden im Bereich des Quetschspaltes so ausgeführt werden, daß die Ladung durch Anordnung entsprechender Kanäle einen Drall erhält, der in einer Brennmulde endet. (Fig.3)Claim 7: According to claim 6, characterized in that the surface of the combustion chamber and the piston crown in the area of the pinch gap are designed so that the charge receives a swirl by arranging corresponding channels, which ends in a combustion bowl. (Fig.3)
EP83108279A 1983-01-14 1983-08-23 Valve control for internal-combustion engines with outwardly opening piston valves to achieve an optimum combustion space Withdrawn EP0114184A3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

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DE3301007 1983-01-14
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