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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen mit Gaswechselventilen, welche für einen Betrieb mit Brenngas ausgelegt sind, im Rahmen dessen Brenngas in einen Einlasskanal zum Brennraum eingeblasen wird, d. h. bevorzugt gemäß dem Saugrohrprinzip, werden üblicherweise Gaseinblasventile vorgesehen, welche über ein Steuergerät gesteuert werden. Insbesondere werden hierbei Öffnungsbeginn, Öffnungsende und Öffnungsdauer über das Steuergerät gesteuert.
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Derartige Ventile, welche zumeist als elektromechanische, federbelastete Plattenventile ausgeführt sind, sind sowohl in nachteiliger Weise teuer als auch schmutzempfindlich. Bei einem Nennhub in der Größenordnung von 0,3–0,5 mm können bereits geringe Partikelanhaftungen zu Fehlfunktionen führen. In ebenfalls nachteiliger Weise sind diese Ventile, welche bevorzugt als Konstanthubventile ausgeführt sind, unflexibel im Hinblick auf deren Hubsteuerbarkeit.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine der vorstehend bezeichneten Art anzugeben, mit welcher obige Nachteile herkömmlicher Gaseinblasventile überwunden werden, wobei die Ventilanordnung vorteilhaft einfach und robust ausbildbar, darüber hinaus kostengünstig bereitstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Gaswechselventilen (Einlassventile/Auslassventile), bevorzugt in Form eines Gasmotors. Ein solcher Gasmotor ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt ein Großmotor mit insbesondere einer Mehrzahl von Zylindern, z. B. mit 8 bis 20 Zylindern. Anwendung findet der Gasmotor zum Beispiel in Anlagen zur Erzeugung elektrischer Energie, insbesondere in Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (zum Beispiel Blockheizkraftwerken) oder Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, mit Nutzkraftfahrzeugen, insbesondere Schiffen, oder Personenkraftfahrzeugen, in Industrieanwendungen, bevorzugt stationär betrieben, insbesondere an einem (Erd-)Gasversorgungsnetz. Bevorzugt arbeitet eine zur Verwendung mit der Erfindung vorgesehene Brennkraftmaschine nach dem Ottoprinzip bzw. mit Fremdzündung.
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Die Ventilanordnung weist ein Einlassventil auf, welches einem Brennraum-Einlasskanal (einer Brennkraftmaschine) zugeordnet ist, insbesondere an einem Brennraum-Einlasskanal angeordnet sein kann. Das Einlassventil kann bevorzugt auf herkömmliche Weise mittels eines Ventilschafts und eines damit verbundenen Ventiltellers bzw. Ventilkopfs gebildet sein, welcher (am Zylinderkopf) an einem Ventilsitz(ring) des Einlassventils gegen den Brennraum abdichtet.
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Die Ventilanordnung weist weiterhin ein Gas(einblas)ventil auf, welches für ein selektives Einblasen von Brenngas in den Brennraum-Einlasskanal bereitgestellt ist, insbesondere an dem Brennraum-Einlasskanal angeordnet sein kann, weiterhin insbesondere im Rahmen einer Anordnung, bei welchem dem Gasventil ein selektives Versperren eines Gaskanals hin zu dem Brennraum-Einlasskanal ermöglicht ist. Über das Gasventil und die über den Brennraum-Einlasskanal an den Brennraum zugeführte Luft wird insoweit das im Brennraum zu verbrennende Gemisch bereitgestellt, d. h. insbesondere nach dem Saugrohrprinzip.
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In kennzeichnender Weise ist bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung das Gasventil derart mit dem Einlassventil gekoppelt, dass bei Betätigung des Einlassventils (insbesondere Öffnungsvorgang, Schließvorgang, Ventilhub) das Gasventil mitbetätigt wird, insbesondere über das Einlassventil.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ventilanordnung wird es ermöglicht, Eindüsebeginn, -ende und Ventilhubverlauf des Gasventils (insbesondere im Rahmen einer mit der Kopplung erzielten Zwangsführung) auf einfache Weise einzustellen, so dass der Bedarf einer aufwändigen Steuerung des Gasventils vorteilhaft entfällt. Weiterhin wird es mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ebenfalls unaufwändig ermöglicht, ein konstantes, temporares Kraftstoff-Luft-Verhältnis während des Ansaugtaktes über eine Mehrzahl von Zylindern hinweg einzustellen. Auf vorteilhaft einfache Weise ist darüber hinaus ein maximierter Gemisch-Homogenisierungsgrad einer jeden Zylinderladung erzielbar.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Ventilanordnung sehen vor, dass das Gasventil mechanisch an das Einlassventil gekoppelt ist. Hierdurch ist der Steuerungsaufwand minimal, einhergehend mit verringerter Fehleranfälligkeit z. B. aufgrund der hierbei nicht benötigten Ventil-Steuerungselektronik für das Gasventil. Somit kann auch die Standfestigkeit der mit der Erfindung äußerst robust und ausfallarm ausbildbaren Ventilanordnung vorteilhaft optimiert werden.
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Ausführungsformen der Ventilanordnung können – im Rahmen einer mechanischen Kopplung bzw. Zwangsbetätigung – vorsehen, dass das Gasventil über eine Mitnehmeranordnung mit dem Einlassventil mitbetätigbar gekoppelt ist (mittelbar oder unmittelbar), bevorzugt zum Beispiel über einen Ventilschaft des Einlassventils gekoppelt. Über die Mitnehmeranordnung kann zum Beispiel ein Ventil(schließ)körper des Gasventils verlagert werden, welcher z. B. gegen einen Sitz des Gasventils wirkt, das heißt um das Gasventil, mithin einen Brenngas (über das Gasventil) zuführenden Gaskanal zum Brennraum-Einlasskanal, selektiv zu öffnen. Die Mitnehmeranordnung kann z. B. mittels eines Gestänges gebildet sein, z. B. zum Beispiel mit dem Ventilschaft des Einlassventils in Wirkeingriff stehen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sehen daneben vor, das Gasventil über einen Ventilschaft des Einlassventils mit dem Einlassventil mitbetätigbar zu koppeln. Hierbei wird das Gasventil zum Beispiel unmittelbar durch das Einlassventil betätigt. Zum Beispiel kann der Ventilschaft des Einlassventils hierbei einen Ventil(schließ)körper des Gasventils aufweisen, insbesondere einen Ventilschließkörper, welcher im Rahmen der Kopplung zusammen mit einem Ventilschaft des Einlassventils hubbewegbar ist. Der Ventilschließkörper kann z. B. ein einfacher Teller, eine Ringschulter, eine Auskragung etc. sein, welche(r) den Ventilschaft beispielsweise, z. B. starr verbunden, umgibt.
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Allgemein wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt, dass die Ventilanordnung derart ausgestaltet ist, dass das Gasventil synchron mit dem Einlassventil mitbetätigt wird, insbesondere bewegungssynchron und weiterhin insbesondere zeitsynchron, d. h. ohne Zeitversatz. Mit anderen Worten ist auch eine Kopplung von Gasventil und Einlassventil dergestalt beabsichtigt, dass der Ventilhub des Gasventils dem Ventilhub des Einlassventils bei einer Mitbetätigung entspricht. Gerade aus derartigen Wesensmerkmalen der Ventilanordnung können äußerst einfach umzusetzende Steuer- bzw- Regelstrategien für das Gasventil bzw. den Motorbetrieb resultieren.
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Im Rahmen der Erfindung wird insbesondere eine Ventilanordnung vorgeschlagen, bei welcher das Gasventil bevorzugt (im Wesentlichen) koaxial mit bzw. zu dem Einlassventil gebildet bzw. angeordnet ist, insbesondere koaxial mit dessen Ventilschaft, so dass die Gefahr auftretender Unwuchten vorteilhaft vermieden ist und die bewegte Masse klein gehalten werden kann. Zum Beispiel kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein Ventilkörper des Gasventils, zum Beispiel hülsenförmig gebildet, den Ventilschaft des Einlassventils umgibt, und insbesondere ein mit dem Ventilschaft wirkverbundener bzw. gekoppelter Ventilschließkörper des Gasventils, zum Beispiel in Form eines Ventilellers, gegen den Ventilkörper des Gasventils bzw. einen daran gebildeten Ventilsitz wirken kann (der Strömungsweg des in den Einlasskanal einzublasenden Gases führt hierbei insbesondere durch den selektiv mittels des Ventilschließkörpers absperrbaren Ventilkörper). Eine solche Anordnung ist weiterhin vorteilhaft in einer einfachen Bohrung bzw. Aufnahme im Zylinderkopf unterbringbar.
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Gemäß der vorstehend erläuterten Ausgestaltung kann der Ventilkörper des Gasventils z. B. weiterhin einen Gaskanal bzw. internen Strömungsweg ausbilden, welcher bevorzugt als Ringkanal oder (stabilisierend) segmentierter Ringkanal gebildet ist (und weiterhin bevorzugt den Ventilschaft des Einlassventils über einen Abschnitt desselben umgibt). Ein solcher Gaskanal kann als Schußkanal bereitgestellt der Gaseinblasung in den Brennraum-Einlasskanal vorteilhaft zuträglich sein. Bevorzugt weist ein solcher Kanal eine Einmündung (seitens der Brenngaszufuhr) und eine Ausmündung (in den Einlasskanal) auf, von welchen wenigstens eine, bevorzugt die Ausmündung, mittels des Ventilschließkörpers des Gasventils absperrbar ist. Um einen harten Anschlag des Ventilschließkörpers gegen den Ventilkörper des Gasventils zu vermeiden, kann für den Ventilschließkörper eine federnde oder elastische Abstützung am Ventilsitz bzw. Ventilkörper vorgesehen werden, z. B. vorteilhaft einfach realisierbar mittels einer Dichtung, welche z. B. auch den Ventilsitz am Ventilkörper bildet.
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Die vorstehend erläuterte (koaxiale) Ventilanordnung ist auf vorteilhaft einfache Weise herstellbar, vormontierbar und vorteilhaft kompakt bauend, so dass das Gas(einblas)ventil – Bauraum sparend – im Zylinderkopf unterbringbar ist, insbesondere sämtlich. Allgemein kann mit der vorgeschlagenen Ventilanordnung nach der Erfindung auf beabsichtigte Weise eine zylinderselektive Lambdaregelung im Rahmen einer Gasmengenregelung je Zylinder erfolgen, zum Beispiel durch Hubanpassung am Gasventil und/oder Gas-Druckregelung. Eine Gasdruckregelung (bezüglich des an das Gasventil zugeführten Brenngases) kann z. B. auf einfache Weise mittels einer Drosselplatte oder einem anderen geeigneten Stellgerät erfolgen, z. B. einem Proportionalventil, d. h. allgemein vorteilhaft unabhängig von der mitgekoppelten Steuerstellung des Gasventils. Die Ermittlung der zur Gemischbildung erforderlichen Gasmasse bzw. Luftmasse kann modellbasiert erfolgen, zum Beispiel mittels Kennlinien in einem Steuergerät hinterlegt werden. Auf vorteilhafte Weise ist die Ventilanordnung modular aufbaufähig.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Brennkraftmaschine, insbesondere der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens eine wie vorstehend erläuterte, insbesondere eine Mehrzahl solcher Ventilanordnungen aufweist. Zum Beispiel können einem jeweiligen Brennraum ein oder mehrere erfindungsgemäße Ventilanordnungen zugeordnet sein, z. B. je zwei.
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Die Brennkraftmaschine kann zur Gasdosierung bzw. Mengenregulierung an ein Gasventil eine Gaszumessvorrichtung, z. B. ein separates Ventil aufweisen, insbesondere zum Beispiel eine Drosselklappe oder ein Proportionalventil, s. a. oben, und weiterhin insbesondere je Zylinder. Eine solche Gaszumessvorrichtung kann bevorzugt ein – mit Bezug auf das Gasventil – getrennt regelbares, z. B. elektromagnetisches Ventil sein, welches mit der Erfindung vorteilhaft unabhängig von Eindüsebeginn, -ende und Hubverlauf des Gasventils ist. Ein jeweiliges Zumess- bzw. Dosierventil kann – vorteilhaft EMV sicher – z. B. unterhalb eines Ventildeckels der Brennkraftmaschine untergebracht werden. Die Zumessvorrichtung kann z. B. ausgehend von einer Brenngasversorgung der Brennkraftmaschine, insbesondere seitens eines Gas-Rails, angeströmt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht einer Ventilanordnung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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2 exemplarisch und schematisch eine Schnittansicht einer Ventilanordnung gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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3 exemplarisch und schematisch den Querschnitt einer möglichen Ausgestaltung eines Ventilkörpers eines Gasventils gemäß der Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt exemplarisch eine Ventilanordnung 1 für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Gasmotor, wobei die Ventilanordnung 1 an einem Zylinderkopf 3 der Brennkraftmaschine bereitgestellt ist, das heißt einem Zylinder bzw. Brennraum 5 (und Kolben 7) der Brennkraftmaschine zugeordnet.
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Die Ventilanordnung 1 umfasst ein Einlassventil 9, welches einem (Brennraum-)Einlasskanal 11 der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Über den Brennraum-Einlasskanal 11, welcher sich zumindest über einen Abschnitt durch den Zylinderkopf 3 erstreckt, wird Luft, insbesondere verdichtet (zum Beispiel mittels wenigstens eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine) an den Brennraum 5 gefördert, Pfeil A. In Abhängigkeit der Stellung des Einlassventils 9 wird die bereitgestellte Luft zur Bereitstellung eines zündfähigen Gemisches im Brennraum 5 selektiv in den Brennraum 5 eingelassen.
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Das Einlassventil 9 weist ein Ventilglied 13 auf, welches mittels eines Ventiltellers 15 und einem damit verbundenen Ventilschaft 17 gebildet ist, wobei das Ventilglied 13 in einer Schließrichtung –B federbelastet ist, das heißt über eine Ventilfeder 19. Die Ventilfeder (Druckfeder) 19 ist an ihrem brennraumfernen Ende 21 gegen einen mit dem Ventilschaft 17 positionstreu verbundenen Federteller 23 abgestützt, andernends gegen den Zylinderkopf 3, zum Beispiel mittelbar über eine Ventildrehvorrichtung 25, alternativ zum Beispiel unmittelbar am Zylinderkopf 3.
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Über einen Ventiltrieb (nicht dargestellt), z. B. gebildet mittels einer Nocke bzw. einer Nockenwelle, welche(r) gegen das ventiltellerferne Ende 17a des Ventilschafts 17 wirkt, ist das Einlassventil 9 betätigbar, das heißt dessen Teller 15 aus dem Sitz 27 in Richtung Brennraum 5 ausrückbar (Offenstellung +B), federbelastet in den Sitz 27 rückstellbar (Schließstellung). Der Ventilsitz 27, gegen welchen der Ventilteller 15 in der in 1 gezeigten Schließstellung wirkt, kann mittels eines Ventilsitzringes gebildet sein.
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Der Ventilschaft 17 des am Zylinderkopf 3 angeordneten Einlassventils 9 ist gedichtet am Zylinderkopf 3 geführt, Bezugszeichen 29, wobei unter der Ventilfeder 19 bevorzugt eine – wie vorstehend bereits erwähnt – Ventildrehvorrichtung (rotocap) 25 mit dem Ventilschaft 17 wirkverbunden angeordnet bzw. positionstreu gelagert ist. Die Ventildrehvorrichtung 25 sorgt dafür, dass das Ventilglied 13 bei jedem Öffnungshub etwas gedreht wird, so dass eine gleichmäßige Erwärmung des Ventiltellers 15 im Verbrennungsbetrieb erzielt wird, daneben aber unbeabsichtigte thermische Verformung des Ventiltellers 15 sowie die Ablagerung von Verbrennungsrückständen auf Ventilteller 15 und Ventilsitz 27 wirksam vermieden ist (selbstverständlich sind jedoch auch Ausgestaltungen der Ventilanordnung 1 ohne Ventildrehvorrichtung 25 von der Erfindung mitumfasst).
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Um im Brennraum 5 wie beabsichtigt zündfähiges Gemisch bereitstellen zu können, das heißt ein Brenngas-Luft-Gemisch, weist die Ventilanordnung 1 weiterhin ein Gasventil 31 auf, welches – nach dem Saugrohrprinzip – für ein selektives Einblasen von Brenngas, Pfeil C, in den Brennraum-Einlasskanal 11 bereitgestellt ist, wobei eine Einblasung von Brenngas im Rahmen der Erfindung bevorzugt mit einem Niederdruck-Niveau vorgesehen ist.
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Wie das Einlassventil 9 ist auch das Gasventil 31 eingerichtet, in Abhängigkeit seiner Hubstellung einen Fluidkanal 33 selektiv zu versperren bzw. zu öffnen, insbesondere einen über das Gasventil 31 an den Brennraum-Einlasskanal 11 geführten Kraftstoff- bzw. Brenngaskanal 33 selektiv zu versperren bzw. zu öffnen. Der Brenngaskanal 33 kann hierbei als Bohrung durch den Zylinderkopf 3 ausgeführt sein, zum Beispiel Teil einer Stichleitung sein, welche von einem Gas-Rail der Brennkraftmaschine abzweigt (nicht dargestellt).
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Wie 1 weiter veranschaulicht, ist das Gasventil 31 – gemäß der Erfindung – hierbei derart mit dem Einlassventil 9 gekoppelt, dass bei Betätigung des Einlassventils 9 das Gasventil 31 mitbetätigt wird, d. h. insbesondere über das Einlassventil 9. Durch die erfindungsgemäße Kopplung, welche bevorzugt mechanisch erfolgt, ist eine äußerst einfache Zumessung des Brenngases ermöglicht, woneben die Ventilanordnung 1 äußerst robust und standfest ausbildbar ist.
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Bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung der Ventilanordnung 1 weist das Gasventil 31 ein Ventilschließglied 35 bzw. einen Ventilschließkörper auf, welcher als Ventilteller gebildet mit einem (Kegel-)Sitz 37 am Zylinderkopf 3 zusammenwirkt, wobei der Brenngaskanal 33 über den Sitz 37 an den Einlasskanal 11 geführt ist. Gebildet ist der Sitz 37 des Gasventils 31 hierbei in der Wandung 39 des Brennraum-Einlasskanals 11, z. B. durch eine gesenkte Bohrung, alternativ z. B. mittels eines (eingepressten) Sitzringes. Hubbeweglich aus seinem Sitz 37 und in seinen Sitz 37 verlagerbar bzw. mit dem Einlassventil 9 gekoppelt ist der Ventilschließkörper 35 über eine Mitnehmeranordnung 41 der Ventilanordnung 1.
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Die Mitnehmeranordnung 41 umfasst eine – an ihrem ersten Ende – mit dem Ventilteller 35 verbundene Mitnehmerstange 43, welche andernends an dem Ventilschaft 17 des Einlassventils 9 angelagert ist. Für die Anlagerung an dem Ventilschaft 17 umfasst die Mitnehmeranordnung 41 neben dem Federteller 23 der Ventilfeder 19 eine mit dem Ventilschaft 17 positionstreu verbundene Konterscheibe 45, zwischen welchen (Federteller 23 und Konterscheibe 45) die Mitnehmerstange 43 endseitig gefangen bzw. festgelegt ist, bevorzugt insbesondere spielfrei. Mithin ist die Mitnehmerstange 43 gezwungen, eine Hubbewegung des Ventilschafts 17 bzw. Ventilglieds 13 des Einlassventils 9 sowohl in zeitlicher als auch in bewegungsumfänglicher Hinsicht mitzuvollziehen (synchron), folglich auch der Ventilteller 35 des Gasventils 31.
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Ersichtlich ist die Mitnehmeranordnung 41 hierbei eingerichtet, ein gleichzeitiges Einrücken und Ausrücken der Ventilschließelemente 15, 35 von Einlassventil 9 und Gasventil 31 aus ihrem jeweiligen Sitz 27, 37 zu ermöglichen, das heißt durch geeignetes Ablängen der Mitnehmerstange 43 und deren Festlegung bzw. Positionierung am Ventilschaft 17 des Einlassventils 9. Derart ermöglicht die Kopplung bzw. Mitnehmeranordnung 41 sowohl ein zeitgleiches Öffnen als auch ein zeitgleiches Schließen von Gasventil 31 und Einlassventil 9, das heißt insbesondere eine synchrone Mitbetätigung des Gasventils 31.
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Um der Mitnehmerstange 43 der Mitnehmeranordnung 41 den beabsichtigten Hubumfang zu ermöglichen, kann für diese, welche ansonsten in einer Führung 47, zum Beispiel einer Bohrung, im Zylinderkopf 3 geführt aufgenommen sein kann, ein geeigneter Freiraum 49 an deren am Ventilschaft 17 festgelegtem Ende bereitgestellt werden. Zur Abdichtung an der Führung 47 kann eine bloße Gleitdichtung vorgesehen sein, alternativ zum Beispiel ein Dichtungselement.
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2 veranschaulicht eine bevorzugte Ventilanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Ventilanordnung 1 ist wie bei der Ausgestaltung nach 1 an einem Zylinderkopf 3 der Brennkraftmaschine bereitgestellt, das heißt einem Zylinder bzw. Brennraum 5 der Brennkraftmaschine zugeordnet, wobei der Brennraum-Einlasskanal 11 nunmehr in einer Querschnittsansicht dargestellt ist, nicht jedoch im Längsschnitt.
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Wie bei 1 umfasst die Ventilanordnung 1 ein Einlassventil 9, welches dem Brennraum-Einlasskanal 11 zugeordnet ist. Das Einlassventil 9 weist auch hier ein Ventilglied 13 auf, welches mittels eines Ventiltellers 15 und einem damit verbundenen Ventilschaft 17 gebildet ist. Wie vor ist das Ventilglied 13 wiederum in Schließrichtung –B federbelastet, i. e. über seine Ventilfeder 19. Die Ventilfeder (Druckfeder) 19 ist an ihrem brennraumfernen Ende gegen einen mit dem Ventilschaft 17 positionstreu verbundenen Federteller 23 abgestützt.
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Wie bei der Ausgestaltung nach 1 ist das Einlassventil 9 über einen Ventiltrieb betätigbar (nicht dargestellt), welcher gegen das ventiltellerferne Ende 17a des Ventilschafts 17 wirkt. Weiterhin wie bei der Ausgestaltung nach 1 ist das brennraumnahe Ende der Ventilfeder 19 auch gegen eine Ventildrehvorrichtung (rotocap) 25 abgestützt.
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Auch bei der Ausgestaltung gemäß 2 weist die Ventilanordnung 1 zur Bereitstellung von zündfähigem Brenngas-Luft-Gemisch ein Gasventil 31 auf, welches – nach dem Saugrohrprinzip – für ein selektives Einblasen von Brenngas, Pfeil C, in den (Brennraum-)Einlasskanal 11 bereitgestellt ist, ebenfalls bevorzugt für eine Einblasung von Brenngas, welches mit Niederdruck beaufschlagt ist, zum Beispiel mit Niederdruck eines Niveaus im Bereich von 5–20 bar. Das Gasventil 31 ist wie vor bereitgestellt, einen Brenngaskanal 33 (über den Zylinderkopf 3 an den Brennraum-Einlasskanal 11 geführt) selektiv zu versperren bzw. zu öffnen.
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Erfindungsgemäß ist auch bei der Ventilanordnung 1 gemäß 2 das Gasventil 31 derart mit dem Einlassventil 9 gekoppelt, dass bei Betätigung des Einlassventils 9 das Gasventil 31 mitbetätigt wird, d. h. insbesondere über das Einlassventil 9.
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Gemäß der in 2 dargestellten Ventilanordnung 1 weist das Gasventil hierbei einen Ventilkörper 51 auf, welcher im Wesentlichen von hülsenförmiger, insbesondere zylindrischer Gestalt ist. An einem brennraumfernen Ende definiert der Ventilkörper 51 eine Aufnahme 53 zur Abstützung bzw. Halterung der Ventildrehvorrichtung 25, wozu der Ventilkörper 51 einen ringförmigen Überstand aufweist.
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Der Ventilkörper 51 umfasst weiterhin eine Durchtrittsöffnung 55 insbesondere kreisförmigen Querschnitts, welche von einer inneren Wand 57 des Ventilkörpers 51 definiert ist und durch welche hindurch der Ventilschaft 17 des Einlassventils 9 samt der diesen umgebenden Dichtung 29 (in Anlage an der Innenwand 57) geführt ist. Mittels der Innenwand 57 wird hierbei sowohl eine Abdichtung als auch eine gute Führung des Ventilschafts 17 des Einlassventils 9 erzielt.
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Weiterhin umfasst der Ventilkörper 51 eine äußere Wand bzw. Außenwand 59, welche eine Umfangsmantelfläche des Ventilkörpers 51 bildet. Zwischen der Außenwand 59 und der Innenwand 57 und am brennraumfernen Ende gedeckelt, ist am Ventilkörper 51 weiterhin ein Gaskanal 61 insbesondere als Schusskanal gebildet, welcher über einen einlassseitigen Ringraumabschnitt 61a anströmbar insbesondere als Ringkanal 61 (um den Ventilschaft 17 herumgeführt) bereitgestellt ist. Bevorzugt ist der Ringkanal 61 segmentiert gebildet, insbesondere mittels Längsrippen 63, einhergehend mit hoher Stabilität des Gasventilkörpers 51.
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3 veranschaulicht die segmentierte Form des Ringkanals 61 im Querschnitt näher.
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Nun wieder mit Bezug auf 2 ist der Ringkanal 61 über eine Einmündung 65 ausgehend von einem Brenngas-Kanal 33 anströmbar, d. h. an einem brennraumfernen Ende des Gasventilkörpers 51, wobei die Einmündung 65 an bzw. mittels einem Kniestück 67 ausgeführt sein kann, welches zur Anbindung an den Brenngaskanal 33 bereitgestellt ist, insbesondere an dem Ventilkörper 51 angeformt ist. Der an die Einmündung 65 geführte Brenngaskanal 33 kann hierbei mittels einer einfachen Stichleitung bzw. -bohrung 69 im Zylinderkopf 3 oder z. B. mittels eines Rohrstücks bereitgestellt sein. An einem brennraumnahen Ende 71 des Ventilkörpers 51 mündet der (segmentierte) Ringkanal 61 aus dem Ventilkörper 51 aus.
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Über einen Abschnitt umgeben ist der Ventilkörper 51 von einer brennraumseitig geöffneten Aufnahmehülse 73 bzw. einem Ventilgehäuse. Die Aufnahmehülse 73 bildet an deren brennraumseitigen Ende eine zum Ventilschaft 17 weisende Ringschulter 75 (Flansch), an welcher – gefangen zwischen dem Ausmündungsende 71 des Ventilkörpers 51 und der Ringschulter 75 – ein insbesondere weichdichtendes Dichtungselement 77 positioniert ist, durch welches hindurch sich der Ringkanal 61 unter Bildung einer Ausmündung 79 des Gaskanals 61 fortsetzt. Das Dichtungselement 77 bildet bei dieser Ausgestaltung weiterhin einen Ventilsitz 37 des Gasventils 31.
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Zwischen dem Dichtungselement 77 und einer Stufe 81 in der Außenwand 59 des Ventilkörpers 51 ist innerhalb der Aufnahmehülse 73 den Ventilkörper 51 umgebend weiterhin eine Druckfeder 83 aufgenommen, mittels welcher das Dichtungselement 77 federbelastet in Position gehalten bzw. gegen die Ringschulter 75 gedrängt wird.
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Die derart gebildete Anordnung aus Aufnahmehülse 73 sowie den darin angeordneten Komponenten Dichtungselement 77, Ventilkörper 51 und Spiralfeder 83 ist im (Inneren des) Zylinderkopfs 3 aufgenommen und darin auch abgestützt, wozu im Zylinderkopf 3 wenigstens eine geeignete Sockelfläche 85 ausgebildet ist. In Position gedrängt bzw. fixiert wird die Anordnung bevorzugt über die Ventilfeder 19 des Einlassventils 9, zum Beispiel auch über eine weitere Feder, welche z. B. ebenfalls über die Ventildrehvorrichtung 25 gegen den Ventilkörper 51 wirkt. Positioniert ist die Anordnung hierbei derart, dass die Ausmündung 79 des Gaskanals 61 in Kommunikation mit dem Einlasskanal 11 bringbar ist (wenn die Ausmündung 79 unversperrt ist).
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Einen mit dem Ventilschaft 17 des Einlassventils 9 gekoppelten Schließkörper 35 des Gasventils 31 bildend weist der Ventilschaft 17 des Einlassventils 9 weiterhin eine Ringschulter bzw. einen Ventilteller 35 auf. Der Ventilteller 35 ist bevorzugt integral mit dem Ventilschaft 17 gebildet, alternativ zum Beispiel daran ortsfest fixiert. Der Ventilteller 35 ist hierbei derart angeordnet, dass derselbe in der Schließstellung des Einlassventils 9 gegen die Ausmündung 79 des Gaskanals 61 des Gasventils 31 abdichtend an derselben anliegt, d. h. dieselbe absperrt, vorliegend insbesondere an der den Ventilsitz 37 bildenden Weichdichtung 77 (wobei mittels der Weichdichtung 77 ein harter Anschlag des Ventiltellers 35 am Sitz 37 vermieden ist).
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Bei einem Öffnungshub des Einlassventils 9, bei welchem sich dessen Ventilteller 15 in Richtung +B bzw. hin zum Brennraum 5 bewegt, vollzieht der an den Ventilschaft 17 mechanisch – über die feste Verbindung – gekoppelte Schließkörper 35 des Gasventils 31 die Hubbewegung in gleicher Weise mit, d. h. sowohl in zeitlicher Hinsicht als auch im Hinblick auf den Bewegungsumfang der Hubbewegung (synchrone Mitbetätigung).
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Kehrt der Ventilteller 15 des Einlassventils 9 in den Sitz 27 zurück – entsprechend der in 2 gezeigten Schließstellung des Einlassventils 9 – gelangt auch der Schließkörper 35 des Gasventils 31 wieder gegen die Ausmündung 79 des durch den Ventilkörper 51 und die Dichtung 77 geführten Gaskanals 61 in Anlage und verschließt diese somit, d. h. auch das Gasventil 31 nimmt seine Schließstellung wieder ein (synchrone Mitbetätigung).
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Mit dem Gasventil 31 gemäß der Ventilanordnung 1 nach 2 sind insbesondere aufgrund seiner konzentrischen Anordnung in Bezug auf die bewegte Masse Unwuchten vorteilhaft vermieden, woneben die bewegten Massen vorteilhaft gering sind. Durch die Kapselung mittels Ventilkörper 51 und Gehäuse 73 ist der Eintrag von Schmutzpartikeln wirksam vermieden und eine lange Lebensdauer gewährleistet. Ersichtlich ist das Gasventil 31 im Rahmen der vorgeschlagenen Ventilanordnung 1 kompakt bereitstellbar, vorteilhaft vormontierbar und im Hinblick auf seinen Montageaufwand äußerst einfach installierbar, so dass eine vorteilhaft robust arbeitende Ventilanordnung 1 bereitgestellt wird, deren Steuerungsaufwand zudem vorteilhaft äußerst gering ausfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilanordnung
- 3
- Zylinderkopf
- 5
- Brennraum
- 7
- Kolben
- 9
- Einlassventil
- 11
- Brennraum-Einlasskanal
- 13
- Ventilglied
- 15
- Ventilteller
- 17
- Ventilschaft
- 17a
- Ende
- 19
- Ventilfeder
- 21
- Brennraumfernes Ende
- 23
- Federteller
- 25
- Ventildrehvorrichtung
- 27
- Ventilsitz
- 29
- Dichtung
- 31
- Gasventil
- 33
- Brenngas-Kanal
- 35
- Ventilschließkörper
- 37
- Sitz
- 39
- Wandung
- 41
- Mitnehmeranordnung
- 43
- Mitnehmerstange
- 45
- Konterung
- 47
- Führung
- 49
- Freiraum
- 51
- Ventilkörper
- 53
- Aufnahme
- 55
- Durchtrittsöffnung
- 57
- innere Wand
- 59
- Außenwand
- 61
- Gaskanal
- 61a
- Ringraumabschnitt
- 63
- Rippe
- 65
- Einmündung
- 67
- Kniestück
- 69
- Stichleitung
- 71
- Ende
- 73
- Ventilgehäuse
- 75
- Schulter
- 77
- Dichtungselement
- 79
- Ausmündung
- 81
- Stufe
- 83
- Feder
- 85
- Sockelfläche
