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Die
Erfindung betrifft ein Gaswechselventil mit einem insbesondere als
Klappe ausgeführten Absperrelement und einem Sitz, an dem
das Absperrelement anlegbar ist.
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Ein
Gaswechselventil der genannten Art ist bei Brennkraftmaschinen allgemein
bekannt. Die Druckschrift
US
1,542,617 zeigt ein Gaswechselventil mit einem, an dem
Sitz des Ventils anliegenden Absperrelement, wodurch die Verbindung
von einem Gaskanal zu einer Kammer geschlossen ist.
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Die
Dichtigkeit des Gaswechselventils beruht dabei auf dem gleichmäßigen
Anliegen einer Kontaktfläche des Absperrelements an einer
Kontaktfläche des Sitzes des Gaswechselventils. Damit die
Dichtigkeit stets sichergestellt ist, werden die Kontaktflächen
derart aufeinander eingestellt, dass der Winkel zwischen den beiden
Flächen exakt festgelegt ist. Verschleiß und Toleranzen
werden dabei durch mechanische Einrichtungen oder die Einstellung
des Winkels zwischen den Kontaktflächen kompensiert und/oder
verringert.
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Es
sind auch Gaswechselventile bekannt, bei denen das Absperrelement
nicht parallel zum Sitz bewegt wird, sondern relativ zum Sitz drehbar
ist. Ein solches Gaswechselventil zeigen die Druckschriften
US 1,639,217 ,
US 2,622,574 ,
DE 970 490 und
DE 297 07 955 U1 . Bei drehbaren
Absperrelementen, insbesondere solchen wie dem in der
US 3,299,869 gezeigten, die im geöffneten
Zustand teilweise im Gaskanal und teilweise in der Kammer positioniert sind,
ist es besonders schwierig, das Absperrelement dicht schließend
an dem Sitz anliegen zu lassen. Dies ist auch darin begründet,
dass im geschlossenen Zustand einseitig ein hoher Druck auf das
Gaswechselventil wirkt.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein
Gaswechselventil der eingangs genannten Art derart auszuführen,
dass ein Ausgleichen der Fertigungstoleranzen, der thermischen und/oder
verschleißbedingten Längenänderungen
des Gaswechselventils auf einfache Weise und ohne den Bauraum des
Ventils wesentlich zu vergrößern möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst mit einem Gaswechselventil gemäß den
Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen
besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist
also ein insbesondere druckausgleichendes und/oder rotatorisch getriebenes
Gaswechselventil vorgesehen, das ein relativ zu dem Sitz und/oder
dem Absperrelement elastisch bewegliches Dichtelement aufweist.
Hierdurch ist es möglich, Fertigungstoleranzen des Gaswechselventils,
thermisch bedingte und/oder verschleiß bedingte Änderungen
der Ventillänge auszugleichen. Dabei wird beispielsweise
ein am Absperrelement angeordnetes Dichtelement beim Schließen
des Gaswechselventils in Richtung des Sitzes bewegt, sodass das Dichtelement
an dem Sitz anliegt und die Dichtigkeit des Gaswechselventils herstellt.
Bei einer Anordnung des Dichtelements an dem Sitz wird das Dichtelement
in Richtung des Absperrelements bewegt. Weiterhin ist es möglich,
dass das Dichtelement durch den anstehenden Druck in der Dichtungswirkung
selbstverstärkend wirkt.
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Hierbei
ist es besonders günstig, dass das Dichtelement durch den
am Gaswechselventil anstehenden Druck gegen den Absperrkörper
und/oder den Sitz auslenkbar ist. Hierdurch ist es möglich,
auf Einrichtungen, die von Außen auf das Gaswechselventil
einwirken, um die Dichtigkeit zu verbessern, oder auf aufwendige
Gestaltungen des Absperrkörpers und/oder des Sitzes zu
verzichten. Vielmehr wird erreicht, dass der anstehende Druck sich
direkt auf die Dichtigkeit des Gaswechselventils auswirkt, und zwar
derart, dass mit dem auf das Gaswechselventil wirkenden Druck die
Dichtigkeit hergestellt wird.
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Günstig
ist es, dass das Dichtelement als ein in dem Absperrelement und/oder
in den Sitz elastisch verschiebbarer Körper ausgebildet
ist. Hierdurch kann insbesondere der Längenausgleich des
Gaswechselventils erreicht werden. Das Dichtelement ist dabei ein
eigenständiger Körper, der bei der Druckeinwirkung,
im Sitz angeordnet, gegen das Absperrelement geschoben wird und/oder
im Absperrelement angeordnet gegen den Sitz geschoben wird. Das Dichtelement
kann auch eine Vorspannung aufweisen, gegen die es beim Schließen
des Gaswechselventils bewegt wird und so die Dichtigkeit des Gaswechselventils,
unabhängig von der Längung des Gaswechselventils,
hergestellt wird.
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Vorteilhaft
ist es, dass das Dichtelement als ein elastischer Körper
ausgebildet ist und an dem Absperrelement und/oder an dem Sitz angeordnet
ist. Hierdurch ist es möglich, das Gaswechselventil mit einer
geringen Anzahl einzelner, beweglicher Teile auszuführen,
was sich günstig auf die Langlebigkeit des Gaswechselventils
und die Herstellungskosten auswirkt. Dabei ist das Dichtelement
beispielsweise ein Teil des Absperrelements, dass bei anstehendem Druck
elastisch von dem Absperrelement weg, an den Sitz beweglich ist.
Das Dichtelement kann auch als ein lippenartiges Bauteil an dem
Absperrelement und/oder dem Sitz angeordnet sein. Ein solches Dichtelement
dichtet das Gaswechselventil bei anstehendem Druck durch eine elastische
Verformung ab, wobei das Dichtelement bei geschlossenem Gaswechselventil
an dem Absperrelement und/oder dem Sitz anliegt und von den Druckkräften
verstärkt gegen das Absperrelement und/oder den Sitz gepresst wird.
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Günstig
ist es, dass das Gaswechselventil ein Rotationslager aufweist, mittels
dem das Absperrelement relativ zum Sitz drehbar ist. Ein solches als
Klappe ausgeführtes Gaswechselventil ermöglicht
es, insbesondere durch die geeignete Lage der Drehachse, dass gezielt
das notwendige Betätigungsmoment einstellbar ist. Darüber
hinaus ist eine solche Klappe ein druckausgeglichenes Gaswechselventil.
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Vorteilhaft
ist es, dass zumindest an einem Teil des Umfangs des Sitzes und/oder
des Absperrelements das Dichtelement angeordnet ist. Hierdurch ist
es möglich, das Gaswechselventil gerade bei Absperrelementen,
die im geöffneten Zustand nur teilweise in dem später
druckbeaufschlagten Raum positioniert werden, mit unterschiedlichen
Dichtelementen oder teilweise ohne ein erfindungsgemäßes
Dichtelement auszuführen. Beispielsweise kann bei einem
als Klappe ausgeführten Gaswechselventil ein erfindungsgemäßes
Dichtelement umlaufend am Sitz vorgesehen werden. Zusätzlich
kann in dem Bereich, der im geöffneten Zustand in eine
Verbrennungskammer einschwenkt, ein Dichtelement am Absperrelement
vorgesehen werden. Dies ist besonders günstig gerade für
den Schwenkbereich, in dem ein klassischer Ventilsitz nicht realisiert
werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist das Gaswechselventil, etwa in der Form eines Pilzventils,
für den Gaswechsel in Brennkraftmaschinen einsetzbar, wobei
das Gaswechselventil eine Kammer beherrscht, die als Brennraum ausgeführt
ist.
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Eine
günstige Ausführung ist dann erzielt, wenn das
Gaswechselventil in einer nockenwellenlosen Brennkraftmaschine eingesetzt
wird, wobei insbesondere eine elektromagnetische Betätigung
dieses Gaswechselventils vorgesehen ist.
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Durch
die Anordnung eines Rotationslagers außerhalb einer als
Verbrennungsraum ausgeführten Kammer ist es möglich,
das Dichtelement umlaufend um den Sitz und damit nahtlos auszuführen.
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Günstig
ist es, dass das Absperrelement mittels eines insbesondere rotatorischen
Aktuators antreibbar ist. Als Aktuator kann beispielsweise ein Elektromotor
eingesetzt werden. Hierdurch ist es möglich, den Schwenkwinkel
des Absperrelements exakt einzustellen. Durch eine gezielte Einstellung des
Schwenkwinkels in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels eines
dem Gaswechselventil zugeordneten Kolbens ist die Bewegung des Gases
beeinflussbar. So kann das als Klappe in einer schaufelnden Bewegung öffnende
Absperrelement beim Ansaugvorgang den Strom der Ladeluft gezielt
lenken und dessen Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen.
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Die
Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon
in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt in
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1 eine
geschnittene Darstellung eines Gaswechselventils mit einer ersten
Ausführungsform des Dichtelements als ein elastisch verschiebbarer Körper;
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2 eine
geschnittene Darstellung des Gaswechselventils mit einer zweiten
Ausführungsform des Dichtelements;
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3 eine
Draufsicht eines als Klappe ausgebildeten Gaswechselventils;
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4 eine
geschnittene Darstellung eines als Klappe ausgebildeten Gaswechselventils;
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5 eine
geschnittene Darstellung des Gaswechselventils mit einer Variation
der zweiten Ausführungsform des Dichtelements;
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6 eine
geschnittene Darstellung des Gaswechselventils mit einer weiteren
Variation der zweiten Ausführungsform des Dichtelements;
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7 eine
geschnittene Darstellung des Gaswechselventils mit einer dritten
Ausführungsform des Dichtelements.
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1 zeigt
eine geschnittene Darstellung eines pilzförmigen Gaswechselventils 1 einer
nicht gezeigten Brennkraftmaschine mit einer ersten Ausführungsform
des Dichtelements 4 als ein elastisch verschiebbarer Körper.
Das Dichtelement 4 ist dabei in einem Absperrelement 2 des
Gaswechselventils 1 verschiebbar angeordnet. Das hier gezeigte
Gaswechselventil 1 wird zum Schließen in Richtung
des Pfeils 6 in die dargestellte Position bewegt. Auf das Dichtelement 4 wirkt,
meist einseitig, ein Druck, gegen den das Ventil eine als Brennkammer
ausgebildete Kammer 8 und einen Gaskanal 9 voneinander trennen
soll. Das Dichtelement 4 wird in dieser Position gegen
einen als Sitz 3 ausgebildeten Ventilsitz des Gaswechselventils 1 bewegt.
Die Bewegung des Dichtelements 4 wird von einer auf das
Dichtelement 4 wirkenden Radialkraft 7 verursacht.
Die Radialkraft 7 ist eine Komponente des anstehenden und
auf das Gaswechselventil 1 wirkenden Drucks. Die Auslenkung
des Dichtelements 4 erfolgt dabei elastisch, also mit einer
Rückstellung des Dichtelements 4 in seine Ausgangsposition
bei einer Minderung des anstehenden Drucks und der Radialkraft 7.
Die Minderung des Drucks tritt ein, wenn das Gaswechselventil 1 geöffnet
wird.
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2 zeigt
eine geschnittene Darstellung des Gaswechselventils 1 mit
einer zweiten Ausführungsform des Dichtelements 4.
Bei dem hier gezeigten Gaswechselventil 1 ist das Dichtelement 4 als
ein Teil des Absperrelements 2 des Gaswechselventils 1 ausgeführt.
Dieser das Dichtelement 4 bildende Bereich des Absperrelements 2 ist
auf Grund seiner geometrischen Ausformung und/oder des gewählten Werkstoffes
elastisch. Der an dem Gaswechselventil 1 anstehende Druck übt
eine Kraft auf das Dichtelement 4 aus, welches dadurch
ausgelenkt wird. Diese elastische Verformung des Dichtelements 4 führt
dazu, dass sich das Dichtelement 4 in einer Linienberührung
an den Sitz 3 anlegt. Die einander zugewandten Flächen
das Dichtelements 4 und des Sitzes 3 schließen
dabei einen Winkel 10 ein.
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Die 3 und 4 zeigen
eine geschnittene Darstellung und eine Draufsicht eines als Klappe ausgebildeten
Gaswechselventils 1 in einer geschlossenen Position. Ein
solches Gaswechselventil 1 ragt in der geöffneten
Position mit einem Teil des Absperrelements 2 in den Gaskanal 9 und
gleichzeitig mit einem anderen Teil des Absperrelements 2 in die
Kammer 8. Eine solche Positionierung wird erreicht durch
ein Rotationslager 5 des Gaswechselventils 1,
mittels dem das Absperrelement 2 entsprechend Pfeil 6 bewegt
wird. Bei dem in den 3 und 4 dargestellten
Gaswechselventil 1 ist ein erfindungsgemäßes
Dichtelement 4 nur an dem Teil des Absperrelements 2 angeordnet,
der in geöffneter Position des Gaswechselventils 1 in
die Kammer 8 verschwenkt ist.
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5 zeigt
eine geschnittene Darstellung des Gaswechselventils 1 mit
einer Variation der bereits in 2 beschriebenen
zweiten Ausführungsform des Dichtelements 4. Das
Dichtelement 4 ist als ein Teil des Absperrelements 2 des
Gaswechselventils 1 ausgeführt und wird von einer
auf das Dichtelement 4 wirkenden Radialkraft 7 in
Richtung des Sitzes 3 ausgelenkt. Die Radialkraft 7 ist
eine Komponente des anstehenden und auf das Gaswechselventil 1 wirkenden
Drucks. Das Dichtelement 4 liegt in einer Linienberührung
an dem Sitz 3 an, wobei die einander zugewandten Flächen
das Dichtelements 4 und des Sitzes 3 einen Winkel 10 einschließen.
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6 zeigt
eine geschnittene Darstellung des Gaswechselventils 1 mit
einer weiteren Variation der zweiten Ausführungsform des
Dichtelements 4. Bei dieser Variation des Dichtelements 4 sind
das Dichtelement 4 und das Absperrelement 2 trichterförmig
gestaltet. Der anstehende Druck übt dabei auf das Absperrelement 2 eine
Normalkraft aus, die hier durch den Pfeil 11 dargestellt
ist. Diese Normalkraft kann in zwei Komponenten zerlegt werden,
die Radialkraft 7 und eine Axialkraft 12. Die
Axialkraft 12 wird von einem Widerlager des Gaswechselventils 1 aufgenommen,
die Radialkraft 7 wirkt auf das Dichtelement 4 und
bewegt dies an den Sitz 3 des Ventils, wie bereits in den 2 und 5 beschrieben,
wobei hier das gesamte Absperrelement 2 elastisch ausgebildet
ist und so das Dichtelement 4 selbst bildet.
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7 zeigt
eine geschnittene Darstellung des Gaswechselventils 1 mit
einer dritten Ausführungsform des Dichtelements 4.
In der hier gezeigten Darstellung ist das als eine elastische Lippe
ausgebildete Dichtelement 4 an dem Sitz 3 des
Gaswechselventils 1 angeordnet und wird bei anstehendem Druck
in Richtung des Absperrelements 2 ausgelenkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 1542617 [0002]
- - US 1639217 [0004]
- - US 2622574 [0004]
- - DE 970490 [0004]
- - DE 29707955 U1 [0004]
- - US 3299869 [0004]