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Ventil, insbesondere Einlassventil für Gasmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere Einlassventil für Gasmaschinen, dessen Hubhöhe z. B. hydraulisch der geforderten Leistung der Maschine angepasst wird.
Gas-Luft-Gemische haben bekanntlich eine obere und eine untere Zündgrenze, deren Bereich je nach Art des Gases unterschiedlich ist. Bei BelastJ1ngsänderungen der MaschIne mUl3 somit sowohl die Luft- als auch die Gasmenge geregelt werden, damit das Gemisch immer innerhalb dieser Zündgrenzen bleibt, also sogenannte Aussetzer zuverlässig vermieden werden. Je kleiner nun die Belastung der Gasmaschine ist, umso genauer muss dieGaszutetlung für den Zylinder sein, weil hier bereits kleine Mengenschwankungen zum Über- oder Unterschreiten der Zündgrenzen führen können.
Alle Ventilsteuerungen, seien sie mechanisch oder hydraulisch, ergeben bei gleicher Einstellung der Maschine bei aufeinanderfolgenden Ventilhüben Unterschiede, die bei der mechanischen Steuerung in den notwendigen Spielen der Übertragungsgestänge und bei der hydraulischen Steuerung in der Zusammen- drückbarkeitder Steuerflüssigkeit bzw. in diversen Leckstellen ihre Ursache haben. Diese Unterschiede in den Ventilhüben wirken sich aber bei den üblichen Ventilausführungen im Bereich kleiner Leistungen in so grossen relativen Mengenschwankungen aus, dass es häufig zum Über-oder Unterschreiten der Zündgrenze und damit zum Aussetzen der Maschine kommt.
DerErfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Ventil so auszubilden, dass trotz der unvermeid-
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dass das Gas-Luft-Gemisch sicher innerhalb der Zündgrenzen bleibt. Dies auch dann, wenn das gleiche Ventil für Gase mit verschiedenen Heizwerten verwendet werden soll.
Erfindungsgemäss wird nun der an den Ventilteller unmittelbar anschliessende Teil des Ventilschaftes oder ein vom Ventilteller ausgehender und den Ventilschaft koaxial umgebender Schirm bei geöffnetem Ventil gegenüber dem Ventilsitz nur mit geringem Spiel ausgeführt. In diesem Teil sind Kanäle oder Öffnungen vorgesehen, die einen mit der Grösse des Ventilhubes progressiv zunehmendenDurchtrittsquer- schnitt ergeben, wobei beim grössten Ventilhub der für Vollast erforderliche volle Durchtrittsquerschnitt zur Verfügung steht.
Dadurch wird sich bei kleinen Ventilhüben infolge des gesteuerten kleinen Durchtrittsquerschnittes eine Schwankung in der Hubhöhe des Ventiles auf die einströmende Gasmenge nur sehr wenig auswirken, im Gegensatz zu den üblichen Ventilen, wo kleine Schwankungen im Ventilhub bei kleiner Hubhöhe verhältnismässig grosse Änderungen des Durchströmquerschnittes ergeben. Trotz dieser Vorteile bei kleinem Ventilhub bleiben aber die Eigenschaften des voll geöffneten Ventiles ungeändert erhalten. Die Durchströmkanäle oder Durchströmöffnungen werden so bemessen, dass bei vollem Hub mit dem Gas geringsten Heizwertes die Vollast erreicht wird.
Damit können auch Gase höheren Heizwertes ohne Umbau des Ventiles verwendet werden, da die Feinregelung im Teillastbereich auch filr diese Gase hinreichend genau ist, um einen aussetzerfreien Betrieb zu gewährleisten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Durchst : ömkanäle aus axial oder schraubenlinienförmig am Umfang eines verstärkten Ventilschaftes verlaufenden, nach oben durchgehenden. Nuten bestehen. Ausser einer verhätlnismässig einfachen Herstellung kommt bei schraubenlinienförmigen Nuten noch eine vorteilhafte Drallkomponente für das in den Zylinder einströmende Gas hinzu, welche eine gute Mischung des Zylinderinhaltes bewirkt. Eine ähnliche Wirkung ergibt sich, wenn die Nuten über den Umfang des Schaftes nicht regelmässig verteilt sind, so dass eine im bezug auf die Ventilachse unsymmtrische Gasströmung entsteht.
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Die Querschnittsform der Nuten des : erstärkten Ventilschaftes kann an sich sich beliebig sein, doch wird mitrückticiit auf eine kostensparende Herstellung des Ventiles mit einfachen Werkzeugen die Kontur des Nutenquerscnnittes als Teil eines Kreises vorzuziehen sein. Bei dieser Querschnittsform ergibt sich unter anderem auch der Vorteil, dass die Veränderung des wirksamen Querschnittes besonders einfach zu realisieren ist. Der an seinem Umfang das Kreisprofil tragende Fräser wird bei der Herstellung der Nuten entlang dem Ventilschaft derart geführt, dass sein Abstand von der Achse des Ventilschaftes in Richtung zur Ventilsitzfläche hin stetig zunimmt. so dass die Tiefe der Nut in der gleichen Richtung progressiv abnimmt.
Um die Wirkung der erfindungsgemässen Ausbildung des Ventiles noch zu verstärken, kann, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, der verstärkte Ventilschaft im Bereich des Ventilsitzes gleich dem Innendurchmesser des Ventilsitzes ausgeführt sein, wobei die genannten durchgehenden Nuten am Ende dieses Bereiches beginnen und weitere, im Querschnitt wesentlich kleinere Nuten vorgesehen sind, die sich nur über einen Teil des verstärkten Ventilschaftes erstrecken, aber bis zur Ventilsitzfläche reichen.
Eine andere Ausbildungsmöglichkeit des Ventiles nach der Erfindung besteht schliesslich darin, das an den Ventilsitz anschliessend ein dünnwandiger Schirm hochgezogen ist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Ventilsitzes und allmählich in den Innendurchmesser des Ventilsitzes übergeht. Der Schirm weist als Durchströmöffnungen dienende Durchbrechungen auf, die sich über die ganze Höhe des Schirmes erstrecken und sich gegen den Ventilsitz hin verjüngen. Bei dieser Ausführung wird gegenüber den früher genannten Ausbildungsformen Material bzw. Gewicht am Ventil eingespart, so dass sich dieses Ventil besonders für raschlaufende Maschinen gut eignen wird.
Die vorstehend angeführten erfinderischen Massnahmen unterscheiden sich wesentlich von jenen bau- lichenMassnahmen, die fürEinlassventile für Brennkraftmaschinen, die mit flüssigem Kraftstoff betrieben werden, vorgeschlagen wurden, um eine gute Durchmischung des Zylinderinhaltes während des Einströmens des Kraftstoff-Luftgemisches oder der Verbrennungsluft zu erzielen.
Zu diesem Zweck sind unter anderem an der dem Ventilschaft zugekehrten Seite annähernd radial verlaufende Rippen angeordnet worden, durch die dem Kraftstoff-Luftgemisch ein ? Rotationsströmung aufgezwungen wird. Da-die Höhe der Rippen nur etwa ein Drittel des gesamten Ventilhubes beträgt und ausserdem ihre Breite gegenüber der Grösse des zwischen den Rippen und über diesen zur Verfügung stehenden freienDurchtrittsquerschnittes nicht insCewicht fällt, ergeben Ventile dieser Art selbst zu Beginn des Ventilhubes, wenn die Rippen des Ventiles also noch nicht zur Gänze ausserhalb des Ventilsitzes des Zylinderkopfes liegen, keine wirksame Veränderung desEinlassquerschnittes in Abhängigkeit von der Grösse des Ventilhubes.
Nach einem andern bekannten Vorschlag ist am Ventilteller ein konzentrisch zum Ventilschaft liegender kragenförmiger Ansatz angeordnet, der eine Öffnung aufweist, durch die bei geöffnetem Ventil die einströmende Luft unter einem entsprechenden Winkel in den Zylinderraum gelangt. Die Form dieser Öffnung ist so gewählt, dass schon vom Beginn des Ventilhubes an eine kräftige Strömung in dem Zylinder ausgebildet ist. Hiefür ist bezeichnend, dass im Gegensatz zum vergleichbaren Vorschlag nach der Erfindung die Breite dieser'Öffnung über die ganze Höhe annähernd gleich gross gehalten ist.
Die Erfindung ist an einigen beispielsweisen Ausbildungsformen in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. l und 2 ein Ventil nach der Erfindung in Ansicht und im Grundriss, Fig. 3 und 4 bzw. Fig. 5 und 6 je ein weiteres erfindungsgemässss Ausführungsbeispiel, ebenfalls im Auf-und Grundriss. Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung..
Bei allen Ausführungen bezeichnet 1 den Ventilteller, 2 den konischen Ventilsitz und 3 den Ventilschaft. Wie nur in Fig. 3 dargestellt, gehört zum Ventilsitz 2 des Ventiles eine entsprechende Gegensitz fläche 4 am Einströmgehäuse 10. Die Darstellung zeigt das Ventil in vollgeöffnetem Zustande.
Bei den Ausführungen nach Fig. 1-6 ist der Ventilschaft 3 in seinem etwa über die doppelte Länge
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reich zylindrisch, mit einem nur etwas kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 2 bzw. des Einströmkanales 11 ausgebildet. Beim Beispiel Fig. 3 und 4 nimmt der Durchmesser des verstärkten Teiles des Schaftes 3 im unteren Bereich allmählich bis auf den Innendurchmesser des Ventilsitzes 2 zu. Bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 weist der verstärkte Ventilschaft 3'lediglich über einen Brucilteil seiner Höhe einen Durchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser des Ventisitzes 2 ist.
Von diesem mit 6 bezeichneten Teil aus verjüngt sich dann der verstärkte Teil allmählich auf einen Durchmesser, der zwischen dem Durchmesser des Schaftes 3 und dem Innendurchmesser des Ventilsitzes liegt.
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Bei allen drei Ausführungen sind je vier axial verlaufende, im Querschnitt kreisbogenförmige und nach oben durchgehende Nuten 5 vorgesehen, welche bei den Ausführungen Fig. 1-4 am Ventilsitz 2 beginnen, allmählich an Tiefe zunehmen und schliesslich bis zum Durchmesser des Ventilschaftes 3 reichen. Bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 beginnen die Nuten 5 erst am Ende des zylindrischen Teiles 6, entsprechen aber im weiteren Verlauf jenen der vorhergehenden Beispiele. Zusätzlich sind noch am Ventilsitz 2 beginnende und im Querschnitt wesentlich kleinere Nuten 7 vorgesehen, die sich jedoch nur über einen Teil der Höhe des verstärkten Schaftes erstrecken und daher nur bei kleinen Ventilhüben allein wirksam sind.
Bei der Ausführung nach Fig. 7 ist an Stelle des verdickten Ventilschaftes ein dünnwandiger Schirm 8 vom Ventilteller 1 aus hochgezogen, der sich vom Ventilsitz 2 ausgehend zunächst etwas verjüngt und dann zylindrisch bleibt. In dem. Schirm 8 sind axial verlaufende Durchströmöffnungen 9 vorgesehen, deren Begrenzungen zum Ventilsitz 2 hin spitz zusammenlaufen.
Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten beispielsweisen Ausführungen beschränkt, vielmehr liegt es ebenfalls im Bereich der Erfindung, etwa durch die Neigung der Nuten gegen die Achsrichtung des Ventilschaftes oder durch ungleiche Ausbildung oder unsymmetrische Anordnung der Nuten am Umfang des Ventilschaftes die Richtung oder sonstige Beschaffenheit des im Zylinder eintretenden Gasstromes zu beeinflussen.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Einlassventil fürGasmaschinen, dessen Hubhöhe z. B. hydraulisch der geforderten Leistung der Maschine angepasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Ventilteller (l) unmittelbar anschliessende Teil (3') des Ventilschaftes oder ein vom Ventilteller ausgehender und den Ventilschaft koaxial umgebender Schirm (8) bei geöffnetem Ventil gegenüber dem Ventilsitz (4) nur ein geringes Spiel aufweist und in diesem Teil Kanäle (5) oder Öffnungen (9) vorgesehen sind, die einen mit der Grösse des Ventilhubes progressiv zunehmenden Durchtrittsquerschnitt ergeben, wobei beim grössten Ventilhub der für Vollast erfor derliche volle Durchtrittsquerschnitt zur Verfügung steht.
2. Ventil nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmkanäle aus Nuten (5) bestehen, die in axialer Richtung oder schraubenlinienförmig am Aussenumfang eines verstärkten Ventilschaftes (3') nach oben durchgehend verlaufen.