AT2163U1 - CHARGE CHANGE CONTROL FOR FOUR-STROKE COMBUSTION ENGINES - Google Patents

CHARGE CHANGE CONTROL FOR FOUR-STROKE COMBUSTION ENGINES Download PDF

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AT2163U1
AT2163U1 AT39497U AT39497U AT2163U1 AT 2163 U1 AT2163 U1 AT 2163U1 AT 39497 U AT39497 U AT 39497U AT 39497 U AT39497 U AT 39497U AT 2163 U1 AT2163 U1 AT 2163U1
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Andreas Dipl Ing Zieger
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Andreas Dipl Ing Zieger
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Abstract

Die Güte des Ladungswechsels einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine ist für die Leistung und den Wirkungsgrad von ausschlaggebender Bedeutung. Ziel der Mehrventiltechnik ist es, durch die Steigerung des effektiven Strömungsquerschnittes die Leistung des Motors anzuheben.Motoren mit vier Ventilen pro Brennraum werden seit einigen Jahren standardmäßig eingesetzt, eine Steigerung der Ventilanzahl ist wegen des enormen Aufwandes nur vereinzelt zu erwarten.Mit Hilfe der vorgestellten Ladungswechselsteuerung gelingt es, ein und dasselbe Tellerventil zur Auslaßsteuerung und zur Einlaßsteuerung zu verwenden, d.h. das Ventil steuert nacheinander die ausströmende und die einströmende Gasmasse. Um das Tellerventil befindet sich ein zylindrischer Membrankasten, deren Membranzungen den Brennraum bei geöffnetem Tellerventil entsprechend den vorherrschenden Druckverhältnissen im gesamten Ladungswechselsystem entweder mit dem Einlaßkanal oder mit dem Auslaßkanal verbinden. Zur Einleitung und Unterbrechung des Ladungswechsels dient eine Nockenwelle, die das Ventil über einen Zeitraum von ca. 360o Kurbelwinkel geöffnet hält.The quality of the gas exchange of a four-stroke internal combustion engine is of crucial importance for the performance and the efficiency. The aim of multi-valve technology is to increase the power of the engine by increasing the effective flow cross-section. Engines with four valves per combustion chamber have been used as standard for a few years, an increase in the number of valves can only be expected occasionally due to the enormous effort involved succeeds in using one and the same poppet valve for exhaust control and for intake control, ie the valve controls the outflowing and the inflowing gas mass in succession. Around the poppet valve there is a cylindrical diaphragm box, the diaphragm connections of which connect the combustion chamber with the poppet valve open, either to the inlet channel or to the outlet channel, depending on the prevailing pressure conditions in the entire charge exchange system. A camshaft is used to initiate and interrupt the gas exchange, which keeps the valve open for a period of approx. 360o crank angle.

Description

AT 002 163 Ul a) Technisches Gebiet der ErfindungAT 002 163 Ul a) Technical field of the invention

Maschinenbau - Verbrennungskraftmaschinen b) Stand der TechnikMechanical engineering - internal combustion engines b) State of the art

Wenige Jahrzehnte nach Erfindung der Verbrennungskraftmaschine wurde bereits versucht, die Leistungsdichte des Motors durch die Anordnung möglichst vieler Ventile im Zylinderkopf anzuheben. Motoren mit vier Ventilen pro Brennraum werden seit einigen Jahren standardmäßig eingesetzt.A few decades after the invention of the internal combustion engine, attempts were already made to increase the power density of the engine by arranging as many valves as possible in the cylinder head. Engines with four valves per combustion chamber have been used as standard for several years.

Ziel der Mehrventiltechnik ist es, durch die Steigerung der effektiven Strömungsquerschnitte die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Prinzipiell lassen sich die Einlaßzeitquerschnitte bei Ausnutzung der maximal unterzubringenden Ventilgröße durch die Ventilanzahl, die Steuerzeiten und den Ventilhub beeinflussen. Die Erhöhung der Ventilanzahl bringt die deutlichste Steigerung des Strömungsquerschnittes. Durch die Verringerung der Durchfluß-verluste infolge der niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten sind bei gleicher Druckdifferenz höhere Massenflüsse möglich.The aim of multi-valve technology is to increase the performance of the internal combustion engine by increasing the effective flow cross-sections. In principle, the inlet cross-sections can be influenced by the number of valves, the control times and the valve lift when the maximum valve size to be accommodated is used. The increase in the number of valves brings the most significant increase in the flow cross-section. By reducing the flow losses due to the low flow velocities, higher mass flows are possible with the same pressure difference.

In den letzten Jahren wurden trotz des enormen Aufwandes Zylinderköpfe mit fünf Ventilen pro Brennraum entwickelt, da diese noch höhere Gasdurchsätze ermöglichen. Eine weitere Steigerung der Ventilanzahl ist bei Beibehaltung der „runden“ Kolbenform nicht zu erwarten. c) Technische AufgabeDespite the enormous effort, cylinder heads with five valves per combustion chamber have been developed in recent years because they enable even higher gas throughputs. A further increase in the number of valves is not to be expected if the "round" piston shape is retained. c) Technical task

Erhöhung des Wirkungsgrades und der Leistung einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine durch die Verringerung der Ladungswechselverluste. 2 AT 002 163 Ul d) ErfindungIncreasing the efficiency and performance of a four-stroke internal combustion engine by reducing the gas exchange losses. 2 AT 002 163 Ul d) Invention

Ladungswechselsteuerung für Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen e) FigurenübersichtCharge change control for four-stroke internal combustion engines e) Figure overview

Figur A: Teil des Zylinderkopfes - Schnittdarstellung Figur B: Zylindrischer MembrankastenFigure A: Part of the cylinder head - sectional view Figure B: Cylindrical membrane box

Figur C: Nockenform (-------------- herkömmliche Nockenform)Figure C: cam shape (-------------- conventional cam shape)

Figur D: Hubverlauf ( -------------- herkömmliche Nockenform) (1) Tellerventil (2) Membrankasten (3) Membranfederfeld im Einlaßkanal (4) Brennraum (5) Einlaßkanal (6) Membranfederfeld im Auslaßkanal (7) Auslaßkanal (8) Membranzunge im Auslaßkanal (9) Membranzunge im Einlaßkanal (10) Anschlag im Auslaßkanal (11) Anschlag im Einlaßkanal (12) Nockenform (13) Hubverlauf 3 AT 002 163 Ul f) Beschreibung der ErfindungFigure D: Stroke (-------------- conventional cam shape) (1) poppet valve (2) diaphragm box (3) diaphragm spring field in the inlet duct (4) combustion chamber (5) inlet duct (6) diaphragm spring field in the outlet duct (7) outlet channel (8) membrane tongue in the outlet channel (9) membrane tongue in the inlet channel (10) stop in the outlet channel (11) stop in the inlet channel (12) cam shape (13) stroke 3 AT 002 163 Ul f) Description of the invention

Die Güte des Ladungswechsels einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine ist für die Leistung und den Wirkungsgrad von ausschlaggebender Bedeutung.The quality of the gas exchange of a four-stroke internal combustion engine is of crucial importance for the performance and the efficiency.

Gegenstand der Erfindung ist eine Ladungswechselsteuerung für Viertaktmotoren, die jedes Tellerventil zur Einlaßsteuerung und zur Auslaßsteuerung verwendet. Ein und dasselbe Tellerventil steuert nacheinander den Auspuffvorgang und den Einlaßvorgang. Zu diesem Zweck befindet sich um jedes Tellerventil (1) ein zylindrischer Membrankasten (2) mit zwei Membranfederfeldem. Die Membranfederfelder befinden sich zur Erzeugung möglichst großer Strömungsquerschnitte auf Kegelschnittflächen des zylindrischen Membrankastens. Ein Membranfederfeld (3) verbindet den Brennraum (4) mit dem Ansaugkanal (5), das zweite Membranfederfeld (6) verbindet den Brennraum mit dem Auspuffkanal (7). Auf den Membranfederfeldem liegen dünne Membranzungen (8,9), deren maximales Öffnen durch Anschläge (10,11) begrenzt wird.The invention relates to a charge exchange control for four-stroke engines, which uses each poppet valve for intake control and exhaust control. One and the same poppet valve controls the exhaust process and the intake process in succession. For this purpose there is a cylindrical diaphragm box (2) with two diaphragm spring fields around each poppet valve (1). The membrane spring fields are located on the conical surfaces of the cylindrical membrane box to generate the largest possible flow cross sections. A diaphragm spring field (3) connects the combustion chamber (4) with the intake duct (5), the second diaphragm spring field (6) connects the combustion chamber with the exhaust duct (7). Thin diaphragm tongues (8,9) lie on the diaphragm spring fields, the maximum opening of which is limited by stops (10,11).

Entsprechend den vorherrschenden Druckverhätnissen im gesamten Ladungswechselsystem wird der Brennraum bei geöffnetem Tellerventil mit Hilfe der Membranzungen selbständig und druckgesteuert entweder mit dem Auspuffkanal oder mit dem Ansaugkanal verbunden. Das Tellerventil wird zur Einleitung und Unterbrechung des Ladungswechsels verwendet. Das Öffnen und Schließen des Tellerventils erfolgt durch eine Nockenwelle (12), die das Ventil über eine Zeitdauer von ca. 360° Kurbelwinkel geöffnet hält (13). 4In accordance with the prevailing pressure conditions in the entire gas exchange system, the combustion chamber is automatically and pressure-controlled connected to the exhaust duct or the intake duct with the help of the diaphragm seals when the poppet valve is open. The poppet valve is used to initiate and interrupt the gas exchange. The poppet valve is opened and closed by a camshaft (12), which keeps the valve open for a period of approx. 360 ° crank angle (13). 4th

Claims (5)

AT 002 163 Ul Ansprüche 1) Ladungswechselsteuerung für Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekenn zeichnet, daß ein und dasselbe Tellerventil zur Einlaßsteuerung und zur Auslaßsteuerung verwendet wird.AT 002 163 Ul Claims 1) Charge change control for four-stroke internal combustion engines, characterized in that one and the same poppet valve is used for the intake control and for the exhaust control. 2) LadimgsWechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Ladungswechsels durch Tellerventil(e) und Membranzungen erfolgt.2) Ladimgs exchange control according to claim 1, characterized in that the charge exchange is controlled by poppet valve (s) and membrane seals. 3) Ladungswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich um das Tellerventil ein zylindrischer Membrankasten befindet.3) Charge change control according to claim 1, characterized in that there is a cylindrical membrane box around the poppet valve. 4) Ladungswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Tellerventil der Brennraum entsprechend den vorherrschenden Druckverhältnissen im Ladungswechselsystem mit Hilfe der Membranzungen entweder mit dem Ansaugsystem oder mit dem Auspuffsystem verbunden wird.4) Charge exchange control according to claim 1, characterized in that when the poppet valve is open the combustion chamber is connected to the intake system or to the exhaust system in accordance with the prevailing pressure conditions in the charge exchange system with the aid of the membrane perforations. 5) Ladungswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ladungswechsels eine Nockenwelle verwendet wird, die das Tellerventil für eine Zeitdauer von ca. 360° Kurbelwinkel geöffnet hält. 55) Charge change control according to claim 1, characterized in that a camshaft is used to control the charge change, which keeps the poppet valve open for a period of approximately 360 ° crank angle. 5
AT39497U 1997-06-26 1997-06-26 CHARGE CHANGE CONTROL FOR FOUR-STROKE COMBUSTION ENGINES AT2163U1 (en)

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