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Brennkraftmaschine mit einem Aussenventil und einem darin geführten Innenventil
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undfaches der genannten Abrundung. Die Innenfläche der Rundung geht an einem nach innen gerichteten zylindrischen und dann konisch verjüngten Nabenteil über, der sich zur Führung des Innenventiles bis nahe an den Ventilteller erstreckt,"derart, dass der Durchströmquerschnitt der vom Innenventil gesteuerten Gase erheblich verkleinert wird.
Neben dem stark verkleinerten Durchströmquerschnitt des Aussenventiles für die vom Innenventil gesteuerten Gase können die Wanddurchführungen zufolge der flachen Ausbildung nur mit relativ kleinen Durchströmquerschnitten ausgebildet werden. Für das so ausgebildete Aussenventil sind relativ grosse Wandstärken erforderlich, damit bei Anwendung mehrerer Durchtrittsöffnungen die verbleibenden Wandteile die mechanische Beanspruchung aushalten können. Die relativ grossen Wandstärken zusammen mit dem nach innen geführten Nabenteil bewirken eine erhebliche Wärmestauung, wodurch eine rasche Abkühlung der Ventile verhindert wird, was bei Brennkraftmaschinen während der bekannten Kühlperiode von besonderem Nachteil ist.
Der nach innen gerichtete Nabenteil zur Führung des Innenventiles und die relativ kleinen Durchströmöffnungen haben ausserdem den Nachteil der Strömungsbehinderung und der Vergrösserung des Gewichtes des Aussenventiles.
Alle diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, dass der glockenförmige Teil des Aussenventiles, wie an sich bekannt, in Form einer mit Durchtrittsöffnungen versehenen Wölbung unmittelbar in den hohlen Ventilschaft übergeht, und dass diese Wölbung über den Querschnitt grössten Durchmessers des glockenförmigen Teiles annähernd halbkugelig ausgebildet ist und deren Durchtrittsöffnungen zweckmässig bis zur Ansatzstelle des sich nach oben erstreckenden Ventilschaftes reichen.
Diese Ausgestaltung des Aussenventiles hat mehrfache Vorteile, die vor allem darin bestehen, dass wegen der halbkugeligen Wöl-
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bung die Durchtrittsöffnungen grösser ausfallen als bei der bekannten Ausführung.
Ausserdem gelingt es zufolge der halbkugeligen Wölbung, die innere Oberfläche des Aussenventiles glatt auszubilden. Es sind keine
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Führungs- bzw. NabenteileEinbauten, wie Rippen, vorhanden, die die Strömung behindern und die Kühlung erschweren könnten. Die Masse des Aussenventiles wird stark verkleinert, wodurch die Wärmeaufnahme geringer wird und eine rasche Abkühlung erfolgen kann. Die kleinere Masse des Aussenventiles bedingt ferner kleine Steuerkräfte für dasselbe.
Wegen der halbkugeligen Wölbung des Kopfes des Aussenventiles, die sich in stetig verlaufendem Linienzug an den glockenförmigen unteren Teil des Aussenventiles anschliesst, erhält man einen günstigen Kräftefluss, der sich gerade bei den auf ein Ventil zur Einwirkung kommenden, besonderen Beanspruchungen in hohem Grade, selbst bei Dauerbeanspruchung, günstig auswirkt, weil die in Schaftrichtung auftretenden, beim Schliessen des Ventiles zur Einwirkung kommenden Schläge federnd von der halbkugeligen Wölbung des Ventilkopfes aufgefangen werden.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn, wie dies an sich bekannt ist, das Aussenventil der Brennkraftmaschine als Einlassventil und das Innenventil als Auslassventil ausgebildet wird. Schon wegen der grösseren Aussenfläche des Aussenventiles wird dann die Kühlwirkung der von aussen kommenden relativ kühlen Luft besser.
Auch ist es, wie bereits bekannt, vorteilhaft, die heissen Gase auf kürzestem Wege nach aussen abzuführen, wozu das Innenventil besser geeignet ist, als das Aussenventil, besonders dann, wenn die von aussen kommende Luft mit einer Wirbelbewegung in den Zylinder einströmt. Ähnliche Verhältnisse lassen sich auch bei umgekehrter Verwendung von Aussen- und Innenventil erzielen u. zw. dann, wenn in diesem Falle wiederum dafür gesorgt wird, dass die von aussen kommende Luft mit einer Wirbelbewegung in den Zylinder einströmt, was z. B. dadurch erzielt wird, dass man dem Luftstrom durch geeignete Führung desselben eine spiralige Bewegung aufzwingt, welche dieser dann auch noch bei seinem Eintritt in den Zylinder beibehält.
Die Federwirkungen bei der auftretenden Schlagbeanspruchung des Ventiles sind bei der erfindungsgemässen Ausgestaltung besonders günstig, wenn in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens dreieckförmige Durchtrittsöffnungen in der halbkugeligen Wölbung des Aussenventiles vorgesehen werden, so dass deren Unterteilungen von relativ schmalen Stegen gebildet sind, die bei auf- tretenden Stössen elastisch nach aussen ausfedern können.
Auch kann man den gekrümmten Teil des Abgaskanales im Zylinderkopf, in der Draufsicht gesehen, exzentrisch zur Ventilachse ausbilden, so dass die seitliche Begrenzungswand dieses Kanalteiles in Richtung der verlängerten Abgaskanalachse nahe am übergangsteil liegt, wobei die Durchtrittsöffnungen im Übergangsteil symmetrisch zu beiden Seiten der Abgaskanalachse angeordnet sind, so dass die Abgase in bezug auf die Abströmrichtung von der Meridianlinie dieses Wandteiles an in zwei Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit getrennt um die Wölbung des Einlassventiles herumgeführt sind. Hiedurch wird noch eine zusätzliche Verbesserung hinsichtlich des verlustfreien Abströmens der Abgase erreicht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung verlaufen die Stege zwischen den im übergangsteil vorhandenen Durchtrittsöffnungen radial von innen nach aussen, wobei die die Durchtrittsöffnungen begrenzenden Seitenflächen der Stege und des glockenförmigen Teiles bogenförmig ineinander übergehen. Es wäre aber auch möglich, die Stege zwischen den Durchtrittsöffnungen zwecks Vermeidung von Wärmespannungen von innen nach aussen schraubenförmig verwunden auszuführen und ihre Seitenflächen bogenförmig in den glockenförmigen Teil übergehen zu lassen.
Bei der letztgenannten Ausgestaltung wird bei der Erwärmung und damit Ausdehnung der Stege durch die durchtretenden Gase der glockenförmige Teil des Aussenventiles um das Zentrum dieses Ventiles gedreht, so dass, wie schon erwähnt, die Ent stehung von Wärmespannungen im Aussenventil weitgehend verhindert sind.
Im Sinne einer günstigen Wärmebeanspruchung bzw. günstiger Dehnungsverhältnisse erscheint es auch zweckmässig, die Ausbildung so zu treffen, dass auf der Aussenseite die Stege mit verhältnismässig grossem Krümmungsradius annähernd tangential in den hohlen Ventilschaft übergehen.
Die Durchtrittsöffnungen sind dabei in allen Fällen so gross bemessen, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Gase im glockenförmigen Teil beim Durchtritt durch dieselben annähernd unverändert erhalten bleibt.
Die Austrittsöffnungen im halbkugeligförmigen übergangsteil werden dabei vorteilhafterweise in der Form sphärischer Dreiecke ausgebildet, deren axiale Höhe kleiner ist als die in Umfangsrichtung gemessene grösste Breite.
Eine besonders günstige Ausgestaltung erhält man dann, wenn man nach einem weiteren Merkmal der Erfindung den halbkugelförmigen Übergangsteil, den glockenförmigen
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Teil und den hohlen Ventilschaft des Aussenventiles einstückig ausführt.
Die Seitenwände der die Durchtrittsöffnungen trennenden Stege weisen an der Verbindungsstelle mit dem hohlen Ventilschaft in axialer Richtung verlaufenden Erzeugenden auf, wodurch eine entsprechende weitere Verbesserung der Strömungsverhältnisse erzielt wird.
In der nachfolgenden Beschreibung ist der Erfindungsgegenstand an Hand der zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung noch näher erläutert. Dabei zeigen in der Zeichnung Fig. 1 einen Axialschnitt durch den Zylinderkopf mit teleskopartig ineinandergeführten Ein- und Auslassventilen als erste Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Zy-
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artigen äusseren Ventiles im Axialschnitt und Fig. 4 eine Draufsicht des in Fig. 3 darge- : stellten Ventiles.
Fig. 1 zeigt im Axialschnitt den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit teleskopartig ineinandergeführten Ein- und Auslassventilen. Das Einlassventil 1 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Aussenventil und das Auslassventil 2 als Innenventil ausgebildet. 3 ist der Entrittskanal für die Ladeluft und 4 der Austrittskanal für die Abgase der Maschine. Das Einlassventil 1 und das Auslassventil 2 werden mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung geöffnet. Das Schliessen dieser Ventile erfolgt durch Federn 7, 8, die gegen entsprechende Stützorgane 5, 6 der Ventile wirken.
In Fig. 1 sind beide Ventile, das innere Auslass- und das äussere Einlassventil, im offenen Zustand dargestellt ; im geschlossenen Zustand bilden sie den Abschluss des Zylinders 10 der Brennkraftmaschine.
Das äussere Ventil 1 wird vom glockenförmigen Mantel la gebildet. Im kugelig gewölbten, nach oben an den glockenförmigen Mantel sich anschliessenden übergangsteil lb. sind dreieckförmige Durchtrittsöffnungen le vorgesehen. Die durch das innere Ventil ausströmenden Abgase treten durch die öffnungen le in den gekrümmten Teil 4a des Abgaskanales 4 ein, der den übergangsteil lb umgibt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit drei Durchtrittsöffnungen das Auslangen gefunden. Diese bilden sphärische Dreiecke, deren axiale Höhe kleiner ist als die in Umfangsrichtung gemessene grösste Breite.
Die Stege le, welche die Durchtrittsöffnungen voneinander trennen, verlaufen hier radial von innen nach aussen, wobei die die Durchtrittsöffnungen begrenzenden Seitenflächen der Stege und des glockenförmigen Teiles la bogenförmig ineinander übergehen. Auf der Aussenseite gehen die Stege le mit verhältnismässig grossem Krümmungsradius annähernd tangential in den hohlen Ventilschaft ld über. In der gleichen Weise ist der übergang der Umfangsflächen der Stege le in den glockenförmigen Teil la ausgebildet. Die Strömungsverhältnisse können noch dadurch begünstigt werden, dass die die Durchtritts- öffnungen 1e begrenzenden Seitenwände der Stege le an der Verbindungsstelle le mit dem hohlen Ventilschaft 1d in axialer Richtung verlaufende Erzeugende aufweisen.
Die Führung des Innenventilschaftes beginnt im Meridianpunkt des halbkugeligen über- gangs teile 5 1b und verläuft von dieser Stelle aus nur nach aussen, wodurch die Masse und das Gewicht des Aussenventiles entsprechend klein gehalten werden können.
Die durchgebohrte Spindel ld geht von der äusseren Wand des über : gangsteiles 1b aus und dient zur Betätigung des Aussenventiles 1. Die Bohrung dieser Spindel enthält die Ventilstange zur Betätigung des Innenventiles 2. Wie schon erwähnt, ist eine nabenartige Verlängerung der Spindel 1d in das Innere des übergangsteiles nicht vorhanden. Es sind auch keine Rippen vorgesehen, die vom Mantel des übergangsteiles ausgehen. Das Innere des übergangsteiles ist frei von querschnitt-
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7c12 geführt ; diese Führung wird von einer Verdickung im übergangsteil 1b gebildet, und enthält einen Dichtungsring 13 oder aber bloss eine oder mehrere Nuten, die eine, Labyrinthdichtung bilden. Der Zylinder 12 wird von einem Wandteil des Einlasskanales 3 gebildet.
In Fig. 2 sind das Einlassventil 1 und das Auslassventil 2, von oben gesehen, dargestellt.
Der gekrümmte Abgaskanalteil 4a ist durch eine entsprechende Aushöhlung im Zylinderkopf 9 gebildet, an die sich der eigentliche Abgaskanal 4 anschliesst. Der Eintrittskanal für die Ladeluft ist mit 3 bezeichnet und teilweise im Schnitt dargestellt ; dieser ist spiralförmig um das äussere Einlassventil herum ausgebildet.
Das Aussenventil 1 steuert den Eintritt der Ladeluft aus dem Kanal 3 in den Zylinder der Brennkraftmaschine. Der untere glockenförmige Teil la des Aussenventiles 1 wird von der eintretenden Luft umspült und an der Zylinderkopfwand 10a entlang in den Innenraum des Zylinders 10 geleitet.
Der gekrümmte Kanalteil 4a ist, wie man aus der in Fig. 2 dargestellten Draufsicht entnehmen kann, exzentrisch zur Ventilachse ausgebildet, so dass die seitliche Begrenzungswand 4d in Richtung der verlängerten Abgaskanalachse x-x nahe am übergangsteil
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dass die Abgase in bezug auf die Abströmrichtung von der Meridianlinie dieses Wandteiles an in zwei Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit getrennt um die Wölbung des Einlassventiles herumgeführt sind.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel der glockenförmige Teil la, der halbkugelförmige übergangsteil lb und der hohle Ventilschaft ld des Aussenventiles einstückig ausgebildet.
In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführung der Durchtrittsöffnungen le dargestellt. Die Unterteilungen bestehen wiederum aus schmalen Stegen le, die aber teilweise schräg und gebogen bzw. schraubenförmig gebogen ausgeführt sind. Es wird damit der Zweck verfolgt, dass bei einer Erwärmung dieser Stege zufolge der durchtretenden Auspuffgase und der dabei entstehenden Dehnung ein Drehen oder Ausweichen des glockenförmigen Teiles la des Aussenventiles 1 eintritt, wodurch das Entstehen von Wärmespannungen in den schmalen Stegen und dem glockenförmigen Teil la weitgehend verhindert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschine mit einem zentral im Zylinderkopf angeordneten, vorzugsweise als Einlassventil ausgebildeten Aussenventil und einem darin geführten, vorzugsweise als Auslassventil dienenden Innenventil, wobei das mit einem glockenförmigen Teil versehene Aussenventil das Innenventil umschliesst und das Innenventil seinen Sitz im Aussenventil, das Aussenventil seinen Sitz im Zylinderkopf hat, ferner das Aussenventil Durchtrittsöffnungen für die vom Innenventil gesteuerten Gase und einen hohlen Ventilschaft aufweist, der zugleich als Führung für den Ventilschaft des Innenventils dient und an einem übergangsteil des Aussenventils endseitig ansetzt, welcher Übergangsteil an den glockenförmigen, vom Ventilsitz aus nach oben sich erweiternden Teil des Aussenventils anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der glockenförmige Teil (la) des Aussenventils,
wie an sich bekannt, in Form einer mit Durchtritts- öffnungen flic) versehenen Wölbung unmittelbar in den hohlen Ventilschaft (ld) übergeht, und dass diese Wölbung über dem Querschnitt grössten Durchmessers des glockenförmigen Teiles (la) annähernd halbkugelig ausgebildet ist und deren Durchtritts- öffnungen zweckmässig bis zur Ansatzstelle des sich nach oben erstreckenden Ventil- schaftes reichen.