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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tellerventil für eine mit Erdgas zu betreibende Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die
JP S61-229908 A offenbart einen Motor, der in jedem Zylinder zwei Einlassventile aufweist. Jedes Einlassventil weist auch einen jeweils unabhängigen Einlasspfad auf. Jedes Einlassventil weist an seinem Kopfbereich mehrere Rippen auf.
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Brennkraftmaschinen dienen dazu, die in einem Kraftstoff enthaltene Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln. Hierzu weisen Brennkraftmaschinen wenigstens einen Brennraum auf, in dem der jeweilige Kraftstoff verbrannt wird. Die bei der Verbrennung entstehende Volumenausdehnung wird anschließend in eine rotatorische Drehbewegung übersetzt. Neben den in flüssiger Form vorliegenden Kraftstoffen wie beispielsweise Benzin, Diesel, Flüssiggas (= Autogas, LPG) oder Flüssigerdgas (LNG) finden auch andere als Gas vorliegende Kraftstoffe Verwendung, beispielsweise in Form von verdichtetem Erdgas (CNG) oder von Wasserstoff (H2). Um ein zündfähiges und effizientes Gemisch für den Verbrennungsvorgang zu erhalten, wird der jeweilige Kraftstoff vor seiner Verbrennung mit Umgebungsluft, insbesondere mit dem darin enthaltenen Sauerstoff (O2) vermischt.
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War es insbesondere bei mit Benzin betriebenen Kraftfahrzeugen bis vor einiger Zeit noch üblich, das gewünschte Gemisch mittels eines Vergasers außerhalb des Brennraums bereitzustellen, herrschen heute moderne Einspritzsysteme vor, welche den Kraftstoff direkt in den bereits mit Luft befüllten Brennraum einbringen. Auf diese Weise findet die Gemischbildung nunmehr nahezu ausschließlich innerhalb des Brennraums statt. Insofern unterscheiden sich die Brennkraftmaschinen heutiger Kraftfahrzeuge im Wesentlichen nur noch in Fremdzünder und Selbstzünder. Dabei gelten Ottomotoren als Fremdzünder. Bei ihnen wird das im Brennraum befindliche Gemisch zunächst verdichtet und anschließend fremd gezündet, beispielsweise über eine Zündkerze. Demgegenüber werden Dieselmotoren als Selbstzünder bezeichnet. Bei ihnen konzentriert sich die Verdichtung auf die dem Brennraum zugeführte Luft, welche hierdurch einen raschen Temperaturanstieg erfährt. Die dabei erzeugte Temperatur ist ausreichend, um den anschließend in die komprimierte Luft einzuspritzenden Diesel-Kraftstoff selbst zu entzünden.
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Um bei als Hubkolbenmotor arbeitenden Brennkraftmaschinen einen möglichst raschen intermittierenden Ladungswechsel innerhalb des Brennraums zwischen bei der Verbrennung entstehendem Abgas und frischem zündfähigen Gemisch zu erhalten, muss der Brennraum in geeigneter Weise abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. In diesem Zusammenhang hat sich die Anordnung von federbelasteten Tellerventilen etabliert, welche einen ausreichenden Öffnungsquerschnitt für die erforderlichen Ein- oder Auslässe zur Verfügung stellen. Hierzu weist der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine wenigstens einen Einlasskanal für das Frischgas und einen Auslasskanal für das Abgas auf, welche jeweils fluidleitend mit der zugehörigen Brennkammer verbunden sind. Deren Öffnungen werden durch je ein Tellerventil verschlossen, welches hierfür einen Ventilschaft mit einem endseitig an diesem angeordneten Ventilkopf besitzt.
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Im geschlossenen Zustand stützt sich der Ventilkopf des federbelasteten Tellerventils über seine zumeist ringförmige Dichtfläche an einem um die jeweilige Öffnung herum angeordneten Ventilsitz ab. Da die bei der Verbrennung im Brennraum entstehende Volumenausdehnung auch auf einen dem Brennraum zugewandten Flächenbereich (Ventilteller) des Ventilkopfes trifft, wird der Ventilkopf – zusätzlich zu der auf ihn wirkenden Federkraft – gegen den Ventilsitz gepresst. Auf diese Weise wirkt das Tellerventil selbstschließend, so dass keine weiteren Kräfte notwendig sind, um dieses während der Verbrennung geschlossen zu halten. Demgegenüber erfolgt das Öffnen des Tellerventils entsprechend gegen die Federkraft.
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Aus der
US 2007/0240696 A1 geht ein Tellerventil hervor, welches trotz gleicher Abmessungen einen gegenüber konventionellen Ausgestaltungen größeren effektiven Öffnungsquerschnitt für das ein- oder ausströmende Gas aufweist. Hierzu ist dessen Ventilkopf zweigeteilt, wobei dieser einen äußeres Kopfteil und ein innerhalb des äußeren Kopfteils drehbar gelagerten inneren Kopfteil besitzt. Beide Kopfteile weisen Ventilöffnungen auf, welche durch Verdrehen der beiden Kopfteile relativ zueinander zumindest bereichsweise zueinander fluchtend ausrichtbar sind.
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Auf diese Weise können die Ventilöffnungen fluidleitend verbunden werden, wobei sie einen gemeinsamen Durchgang durch den Ventilkopf hindurch bilden. So kann der beim linearen Verlagern des Tellerventils aus dem Ventilsitz heraus entstehende Ringspalt in seiner Öffnungsfläche vergrößert werden, indem die lineare Verlagerung mit einer entsprechenden relativen Verdrehung der beiden Kopfteile zueinander einhergeht.
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Insbesondere bei mit verdichtetem Erdgas (CGN) betriebenen Brennkraftmaschinen stellt das direkte Einblasen des Erdgases in den jeweiligen Brennraum eine geeignete Methode dar, um bei anstehendem Ladungsdruck eine hohe Ladungsdichte bereitzustellen. Um hierbei die höchstmögliche Ladungsdichte zu erreichen, sollte das Einblasen des Erdgases nach der Schließzeit des Einlasses erfolgen. Hierdurch wird der Druck des Erdgases dem durch die rein verstärkte Luftinduktion bereits aufgebauten Ladedruck hinzugefügt. Aufgrund des somit späten Zeitpunktes zum Einblasen des Erdgases ist die noch verbleibende Zeit zu dessen Vermischung mit der Verbrennungsluft überaus begrenzt. Aus diesem Grund muss die Geometrie des einzublasenden Gasstroms so ausgebildet sein, dass diese – zusätzlich zu der über den Einlass erfolgenden Bewegung der einzufüllenden Luft – die Vermischung innerhalb des Brennraumes weitestgehend unterstützen.
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Die übliche Ausgestaltung von nach außen öffnenden Tellerventilen erzeugt zunächst einen kegelförmigen Gasstrom, welcher sich durch den ringförmigen Ringspalt zwischen deren kegelstumpfförmigem Ventilkopf und dem Ventilsitz des Zylinderkopfes ausbildet. Aufgrund der Impulsübertragung des Gasstroms auf die Verbrennungsluft kommt es zu einem lokalen Abfall des statischen Drucks, wodurch sich die Geometrie des Gasstroms nachteilig verändern kann. Hierdurch fällt der Gasstrom unterhalb des Ventilkopfes entweder zu einem einwärts gezogenen, geraden Strom zusammen oder wird so weit aufgefächert, dass dieser an der Zylinderwand des Brennraums entlang streicht. Das jeweilige Verhalten des Gasstroms hinsichtlich seiner Geometrie ist abhängig von der Ausgestaltung des Ventilkopfes des Tellerventils. Insbesondere der Kegelwinkel des den Ventilkopf umgebenden Randbereichs ist hierbei ausschlaggebend, wobei der Gasstrom bei großem Kegelwinkel nach außen bricht, während er bei einem kleinen Kegelwinkel nach innen kollabiert. Zwischen dem jeweiligen Verhalten des Gasstroms gibt es einen Übergangswert für den Kegelwinkel des Randbereichs.
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Da in beiden möglichen Verhaltensweisen des Gasstroms der angestrebte Vermischungsprozess aufgrund der so nur begrenzten Verteilung des Erdgases innerhalb der Verbrennungsluft nur wenig effektiv ist, bietet die Ausgestaltung derartiger Tellerventile daher durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tellerventil für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine mit Erdgas betreibbare Brennkraftmaschine dahingehend weiterzuentwickeln, dass dieses einen stabilen Gasstrom in den zugehörigen Brennraum der Brennkraftmaschine hinein ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Tellerventil mit den Merkmalen von Anspruch 1. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird nachfolgend ein Tellerventil aufgezeigt, welches als Teil einer Brennkraftmaschine zum Öffnen und Schließen eines Einlasses in einen Brennraum der Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Besonders bevorzugt kann dieses bei einer mit verdichtetem Erdgas (CNG) zu betreibenden Brennkraftmaschine Verwendung finden. Weiterhin kann die so ausgestattete Brennkraftmaschine bevorzugt zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs dienen.
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Das Tellerventil umfasst einen Ventilschaft, welcher sich zwischen seinen beiden Enden in einer Längsrichtung erstreckt. An einem seiner Enden ist ein Ventilkopf angeordnet, welcher im eingebauten Zustand des Tellerventils in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine insbesondere zum Verschließen des mit dem Brennraum fluidleitend verbundenen Einlasses dienen kann. Dabei kann der Ventilkopf entweder nachträglich mit dem Ventilschaft gepaart sein oder aber – im bevorzugten Sinne einer Einheit – materialeinheitlich einstückig mit dem Ventilschaft verbunden sein. In dieser Ausgestaltung ist das Tellerventil dazu vorgesehen, über wenigstens einen Abschnitt des Ventilschafts linear verschieblich innerhalb der Brennkraftmaschine, insbesondere innerhalb deren Zylinderkopf, gelagert zu sein.
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In vorteilhafter Weise kann sich der Ventilkopf senkrecht zur Längsrichtung des Ventilschafts um diese herum erstrecken. Hiernach kann sich der Ventilkopf innerhalb einer Ebene erstrecken, auf welcher die Längsrichtung des Ventilschafts rechtwinklig als Normale ausgerichtet ist.
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Der Ventilkopf selbst weist einen umlaufenden Randbereich auf, welcher aufgrund seiner zumindest bereichsweisen konischen Ausgestaltung zumindest in Teilen als kegelstumpfförmig anzusehen ist. Mit anderen Worten ist der Randbereich des Ventilkopfes gegenüber der Längsrichtung des Ventilschaftes um einen Kegelwinkel umlaufend geneigt. Alternativ hierzu kann die Neigung des Randbereiches auch auf einen im eingebauten Zustand dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Flächenbereich (Ventilteller) des Ventilkopfes bezogen sein. Dies insbesondere vor dem Hintergrund, dass der Ventilschaft eine Neigung gegenüber dem Ventilkopf aufweisen kann.
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In jedem Fall umfasst der Randbereich des Ventilkopfes eine Dichtfläche, welche dazu ausgebildet ist, sich im eingebauten Zustand des Tellerventils gegen einen um den Einlass herum angeordneten Ventilsitz der Brennkraftmaschine abzustützen. Insofern dient die Dichtfläche zur Anlage an besagten Ventilsitz, wobei die Form der Dichtfläche in vorteilhafter Weise an die Gestalt des Ventilsitzes angepasst ist. Besonders bevorzugt kann die Dichtfläche hierbei ringförmig ausgestaltet sein.
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Erfindungsgemäß weist der Randbereich des Ventilkopfes eine gegenüber konventionellen Tellerventilen veränderte Ausgestaltung auf. So sind an dem Randbereich einzelne Teilflächen angeordnet, welche von dem restlichen Randbereich abweichend ausgebildet sind. Hierbei geht es primär um die Neigung der in Rede stehenden Teilflächen, welche zumindest bereichsweise von dem Kegelwinkel der restlichen Fläche des Randbereiches abweichen. Hiernach weisen die Teilflächen zumindest bereichsweise einen vom Kegelwinkel unterschiedlichen Neigungswinkel auf, mit dem sie gegenüber der Längsrichtung des Ventilschaftes (alternativ gegenüber dem Ventilteller des Ventilkopfes) geneigt sind.
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Hinsichtlich der voneinander abweichenden Winkel ist der auf die zumindest bereichsweise Neigung der Teilflächen bezogene Neigungswinkel gegenüber dem Kegelwinkel des übrigen Randbereiches kleiner ausgestaltet. Hiernach werden die Teile des Gasstroms über den Neigungswinkel der Teilflächen weiter unterhalb des Ventilkopfes geleitet, während die den Kegelwinkel des restlichen Randbereiches passierenden Teile des Gasstroms weiter nach außen abgelenkt werden. Auf diese Weise kann eine Art welliger Verlauf des im Wesentlichen auch weiterhin kegelförmigen Gasstroms entstehen, um dessen Stabilität zu erhöhen.
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In Bezug auf die Ausgestaltung der Teilflächen und der verbleibenden Flächen des Randbereiches sind nun diverse Ausführungen denkbar. So können die zumindest bereichsweise voneinander unterschiedlich geneigten Flächen in Form von einzelnen Facetten und/oder Segmenten vorliegen. Weiterhin können besagte Flächen eine ebene Ausgestaltung oder eine von einer entsprechend flachen Ausbildung abweichende Formung besitzen.
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Erfindungsgemäß sind die Teilflächen in Form von Ausschnitten aus dem Ventilkopf heraus ausgebildet, so dass diese zumindest teilweise gegenüber der Oberfläche des Randbereiches zurückspringen. Mit anderen Worten stellt der um den Kegelwinkel umlaufend geneigte Randbereich zunächst die umfangsseitige Grundform des Ventilkopfes dar, aus welcher heraus dann die einzelnen Teilflächen beispielsweise spanabhebend gebildet sind. Über die in Rede stehende Grundform des Ventilkopfes kann somit auf einfache Weise der Kegelwinkel seines Randbereiches festgelegt sein, wohingegen die Neigung der einzelnen Teilflächen für jede Teilfläche individuell im Anschluss bestimmbar ist. Dabei können die Ausgestaltungen aller Teilflächen, also auch der jeweilige Neigungswinkel einander identisch sein.
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Wie bereits im Vorfeld ausgeführt, besitzt der Ventilkopf einen Ventilteller. Als Ventilteller wird im Sinne der Erfindung jene Fläche des Ventilkopfes bezeichnet, welche – im eingebauten Zustand des Tellerventils – dem zugehörigen Brennraum zugewandt ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Ventilteller somit um eine dem Ventilschaft abgewandten Fläche des Ventilkopfes. In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung vor, dass sich die einzelnen Teilflächen jeweils zwischen der Dichtfläche und besagtem Ventilteller des Ventilkopfes erstrecken.
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Hiernach können die Teilflächen jeweils Teile der gesamten Strecke zwischen Ventilteller und Dichtfläche einnehmen, wodurch der Randbereich des Ventilkopfes zwischen Ventilteller und Dichtfläche in quasi einzelne Abschnitte unterteilt ist. Auf diese Weise wechseln sich Teilflächen und verbleibende Bereiche des Randbereichs zwischen zwei Teilflächen ab, so dass sich ein alternierender Wechsel in den Neigungen des Randbereichs zwischen dessen Kegelwinkel und dem Neigungswinkel der Teilflächen ergibt.
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Ergänzend zu der Anordnung der Teilflächen im Sinne einzelner Ausschnitte aus dem Ventilkopf des Tellerventils heraus sind diese so ausgestaltet, dass sich die einzelnen Teilflächen bis in den Ventilteller hinein erstrecken. Hierdurch ist der Ventilkopf im Bereich der einzelnen Teilflächen entsprechend ausgespart, wodurch sich beispielsweise ein quasi welliger Verlauf des den Ventilteller begrenzenden Randes ergibt. Als Rand wird hierbei der Übergang zwischen der Fläche des Ventiltellers und dem Randbereich des Ventilkopfes verstanden. Durch das somit vorliegende Zurückspringen der einzelnen Teilflächen bis in den Ventilteller hinein sind überaus kleine Neigungswinkel für die Teilflächen realisiert.
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Weiterhin sind die Teilflächen des Tellerventils so ausgestaltet, dass diese sich zumindest bereichsweise bogenförmig zwischen den sie begrenzenden Teilen oder Abschnitten des Randbereiches erstrecken. Hierbei ist die Bogenform so zu verstehen, dass diese sich von dem Randbereich aus in den Ventilkopf hinein krümmt bzw. zur Längsrichtung des Ventilschaftes hin gekrümmt ist. Durch die bogenförmige Ausgestaltung der Teilflächen wird der Gasstrom in diesen Bereichen in seiner Weiterleitung vorteilhaft geformt, was im Ergebnis dessen Stabilität weiter erhöht.
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Der sich hieraus insgesamt ergebende Vorteil liegt in der Bereitstellung voneinander unterschiedlich geneigter Teile des Randbereichs, welche einen direkten Einfluss auf die Ausbildung des Gasstroms um den Ventilkopf herum ausüben. Aufgrund der nunmehr verschieden ausgerichteten Teile des Randbereichs wird der beim Öffnen des Tellerventils dessen Ventilkopf umspülende Gasstrom entsprechend anders geleitet, als es bei im Stand der Technik üblichen, umlaufend gleichmäßig geneigten Randbereichen der Fall ist. In der Folge kommt es zu einer gezielten Beeinflussung der Geometrie des Gasstroms, welcher im Ergebnis eine nun deutlich stabilere Struktur besitzt. Einem etwaigen Auffächern oder gar Kollabieren des Gasstroms ist somit wirksam entgegen gewirkt.
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Insbesondere bei einer mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschine ermöglicht das erfindungsgemäße Tellerventil nun ein überaus rasches und gleichzeitig stabiles Einbringen des Gasstroms in den Brennraum, wodurch auch bei nur kurzem Einbringzeitraum eine effektive Vermischung mit der Verbrennungsluft gewährleistet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens können die einzelnen Teilflächen des Randbereiches einen gleichmäßigen Abstand zueinander in Umfangsrichtung des Ventilkopfes aufweisen. Hierzu können die Teilflächen in einem gleichmäßigen Winkelmaß voneinander beabstandet um den Randbereich des Ventiltellers herum angeordnet sein. Auf diese Weise erhält der beim Öffnen des Tellerventils erzeugbare Gasstrom eine gleichmäßige Struktur, welche insgesamt eine erhöhte Stabilität in der Geometrie des Gasstroms ermöglicht.
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Besonders bevorzugt können der Neigungswinkel der Teilflächen und der Kegelwinkel des restlichen Randbereiches so gewählt sein, dass diese entsprechend oberhalb und unterhalb eines instabilen Winkels für die üblicherweise gleichmäßige Leitung des Gasstroms liegen. So obliegt es dem Fachmann, den in der jeweiligen Ausführung und Anwendung instabilen Winkel für einen gleichmäßig geneigten Randbereich des Ventilkopfes zu ermitteln/festzulegen. Der instabile Winkel stellt in der Regel den Übergang zwischen einem inneren oder äußeren Zusammenbruch des Gasstroms dar. Auf dieser Basis kann dann der Neigungswinkel der Teilflächen in besonders bevorzugter Weise entsprechend kleiner und der Kegelwinkel des restlichen Randbereiches entsprechend größer als besagter instabiler Winkel gewählt werden.
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Es ist vorgesehen, dass der Ventilschaft des erfindungsgemäßen Tellerventils eine Einschnürung aufweisen kann, welche bevorzugt im Bereich des Ventilkopfes angeordnet ist. Als Einschnürung wird eine umlaufende Querschnittsveränderung des Ventilschaftes im Sinne einer Querschnittsverjüngung angesehen. Hiernach weist der übrige Ventilschaft einen ersten Durchmesser auf, während er im Bereich seiner Einschnürung einen demgegenüber kleineren zweiten Durchmesser besitzt. Die Lage der Einschnürung im Bereich des Ventilkopfes ist insofern vorteilhaft, als dass hierdurch mehr Volumen um die Einschnürung des Ventilschaftes herum gegenüber einem den Ventilschaft zumindest abschnittsweise aufnehmenden Einlasskanal zur Verfügung gestellt wird. Hierdurch bildet sich um die Einschnürung des Ventilschaftes herum eine Art Reservoir, wodurch der beim Öffnen des Tellerventils erforderliche Gasstrom genügend Gasvolumen besitzt, um in den Brennraum eingefüllt zu werden.
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Die Einschnürung kann hierzu in vorteilhafter Weise so ausgebildet sein, dass dieses sich – ausgehend von dem Ventilkopf – mit einer vorbestimmten Länge in Richtung eines dem Ventilkopf gegenüberliegenden Endes des Ventilschaftes erstreckt.
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In vorteilhafter Weise kann die Einschnürung des Ventilschaftes einen umlaufenden Übergangsbereich zu dem Ventilkopf und/oder zu dem ersten Durchmesser des übrigen Ventilschaftes hin aufweisen. Als Übergangsbereich wird beispielsweise eine Ausrundung angesehen, welche sich in Form einer Kehle zwischen den jeweiligen Abschnitten des Tellerventils erstreckt. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann der Übergangsbereich auch eine beispielsweise konische Ausgestaltung aufweisen. Ziel des Übergangsbereiches ist es, eine möglichst barrierefreien Abstufung zwischen den sich ändernden Durchmessern des Tellerventils zu erhalten. Auf diese Weise wird einem möglichen Stau mit entsprechender Veränderung des Druckes und/oder einer etwaigen Verwirbelung ausreichend entgegengewirkt. Gegenüber einem abrupten Übergangssprung kann der Übergangsbereich insofern angepasst geformt sein.
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Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Randbereich des Ventilkopfes genau oder wenigstens fünf, bevorzugt zehn einzelne Teilflächen umfassen, welche in Umfangsrichtung gesehen gleich verteilt angeordnet sind. Dazwischen sind, wie bereits erwähnt, die verbleibenden Bereiche des Randbereiches angeordnet sind. Die Teilflächen können abweichend voneinander geneigt sein, was natürlich nicht ausschließen soll, dass zwei oder mehr Teilflächen auch gleich ausgeführt sein können. Sind alle Teilflächen identisch ausgeführt ergeben sich so zwei unterschiedliche Winkel zum einen die Neigung der verbleibenden Bereiche und zum anderen die Neigung der Teilflächen, so dass diese entsprechend oberhalb und unterhalb des instabilen Winkels für die üblicherweise gleichmäßige Leitung des Gasstroms liegen. Trotz der Teilflächen ist natürlich eine hinreichende Abdichtung im geschlossenen Zustand des Tellerventils gegeben.
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Das nunmehr vorgestellte erfindungsgemäße Tellerventil ermöglicht insbesondere bei mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschinen einen überaus stabilen Gasstrom des Erdgases in den zugehörigen Brennraum hinein. Dem sich bei üblichen Ausgestaltungen des Ventilkopfes von Tellerventilen mitunter einstellenden Zusammenbruch des Gaststroms ist insofern wirksam entgegengewirkt. Ursächlich hierfür ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Randbereiches des Ventilkopfes, welcher aufgrund des Wechsels seiner das Erdgas leitenden Oberflächenneigungen eine Stabilisierung des Gasstroms ermöglicht.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines halben Querschnitts durch einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Tellerventils im eingebauten Zustand sowie
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2 den Abschnitt des Tellerventils aus 1 im ausgebauten Zustand in einer perspektivischen Darstellungsweise.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Tellerventils 1 zu entnehmen. Aufgrund der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Tellerventils 1 um dessen Längsrichtung x herum ist dieses nur hälftig gezeigt. Wie zu erkennen, stellt 1 eine angedeutete Einbausituation des Tellerventils 1 in einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine dar, wobei lediglich eine Seitenwand 2 eines fluidleitend mit einem Brennraum 3 der Brennkraftmaschine verbundenen Einlasskanals 4 angedeutet ist. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich vorliegend um einen mit Erdgas A (z.B. verdichtetes Erdgas CNG) betriebenen Ottomotor.
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Das Tellerventil 1 umfasst einen Ventilschaft 5, welcher sich in Längsrichtung x des Tellerventils 1 erstreckt. An einem ersten Ende 6 des Ventilschaftes 5 ist ein Ventilkopf 7 angeordnet, welcher senkrecht zur Längsrichtung x ausgerichtet ist. Aufgrund der nur hälftigen Darstellung des Tellerventils 1 in 1 versteht es sich von selbst, dass sowohl der Ventilkopf 7 als auch der Ventilschaft 5 sich rotationssymmetrisch um die Längsrichtung x des Tellerventils 1 herum erstrecken. Insofern weist der Ventilkopf 7 eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Ausgestaltung auf. Dabei weist der Ventilkopf 7 einen dem Brennraum 3 zugewandten und somit dem Ventilschaft 5 abgewandten Ventilteller 8 auf, welcher vorliegend kreisrund ausgebildet ist.
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Umfangsseitig des Ventilkopfes 7 weist dieser einen umlaufenden Randbereich 9 auf, welcher eine ebenfalls umlaufende Dichtfläche 10 besitzt. Aufgrund der runden Form des Ventilkopfes 7 weist die Dichtfläche 10 eine in 2 näher ersichtliche ringförmige Struktur auf. Die Dichtfläche 10 ist dazu vorgesehen, im geschlossenen Zustand des Einlasskanals 4 an einen um den Einlasskanal 4 herum angeordneten Ventilsitz 11 angelegt zu werden. Hierzu sind Ventilsitz 11 und Dichtfläche 10 zumindest bereichsweise entsprechend formangepasst.
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Mit Blick auf 2, welche das Tellerventil 1 aus 1 in einer perspektivischen Ansicht zeigt, wird deutlich, dass der Randbereich 9 des Ventilkopfes 7 an diesem angeordnete Teilflächen 12 besitzt, welche eine gegenüber dem restlichen Randbereich 9 unterschiedliche Ausgestaltung aufweisen. Dabei sind die einzelnen Teilflächen 12 in einem gleichmäßigen Winkelmaß b voneinander beabstandet um den Randbereich 9 des Ventilkopfes 7 herum angeordnet. Die Teilflächen 12 sind als gegenüber dem Randbereich 9 zurückspringende Ausschnitte des Ventilkopfes 7 ausgebildet, wobei sie sich zwischen der ringförmigen Dichtfläche 10 und dem Ventilteller 8 des Ventilkopfes 7 erstrecken. Die ringförmige Dichtfläche 10 wird so nicht beeinträchtigt, so dass trotz der Teilflächen 12 eine hinreichende Abdichtung erhalten bleibt.
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Der Ventilkopf 7 ist dabei dergestalt, dass sowohl dessen Randbereich 9 als auch dessen Ventilteller 8 im Bereich der Teilflächen 12 entsprechend ausgespart sind. Dabei sind die einzelnen Teilflächen 12 zwischen den diese jeweils begrenzenden Abschnitten des Randbereiches 9 bogenförmig ausgebildet. Dabei ist deren jeweilige Bogenform in den Ventilkopf 7 hinein gerichtet und somit zur Längsrichtung x des Ventilschaftes 5 hin gekrümmt.
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In 1 ist eine der besagten Teilflächen 12 in Form eines gegenüber dem Randbereich 9 zurückspringenden Ausschnitts näher ersichtlich. Der in 1 gezeigte Schnitt durch das Tellerventil 1 ist dabei durch den höchsten Punkt des bogenförmigen Verlaufs der Teilfläche 12 geführt. Hierbei ist gut zu erkennen, dass die Teilfläche 12 in diesem Bereich gegenüber dem sie seitlich einschließenden Teil des Randbereiches 9 unterschiedlich geneigt ist. Dabei ist der Randbereich 9 des Ventilkopfes 7 um einen Kegelwinkel c gegenüber der Längsrichtung x des Ventilschaftes 5 umlaufend geneigt, während die Teilfläche 12 einen von dem Kegelwinkel c kleineren Neigungswinkel d gegenüber der Längsrichtung x aufweist. Aufgrund der unterschiedlichen Neigungen von Randbereich 9 und Teilflächen 12 wird das Erdgas A unterschiedlich über diese in den Brennraum 3 hinein geleitet, wobei sich eine stabile Geometrie des Gasstromes an Erdgas A ergibt.
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Weiterhin besitzt der Ventilschaft 5 eine um diesen herum verlaufende Einschnürung 13, welche sich – ausgehend von dem Ventilkopf 7 – über eine Länge e zu einem dem Ventilkopf 7 gegenüberliegenden Ende 14 des Ventilschaftes 5 hin erstreckt. Dabei weist die Einschnürung 13 einen gegenüber einem ersten Durchmesser f des Ventilschaftes 5 kleineren zweiten Durchmesser g auf. Um eine möglichst strömungsgünstige Gestalt zu erhalten, besitzt die Einschnürung 13 zu dem Ventilkopf 7 und dem übrigen Ventilschaft 5 hin verlaufende Übergangsbereiche 15, 16 auf, von denen ein erster Übergangsbereich 15 zwischen dem ersten Durchmesser f und dem zweiten Durchmesser g des Ventilschaftes 5 verläuft, während der zweite Übergangsbereich 16 zwischen dem zweiten Durchmesser g des Einschnürung 13 und dem Ventilkopf 7 gelegen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tellerventil
- 2
- Seitenwand von 4
- 3
- Brennraum
- 4
- Einlasskanal
- 5
- Ventilschaft von 1
- 6
- erstes Ende von 5
- 7
- Ventilkopf von 1
- 8
- Ventilteller von 1
- 9
- Randbereich von 7
- 10
- Dichtfläche an 9
- 11
- Ventilsitz von 4
- 12
- Teilfläche an 9
- 13
- Einschnürung von 5
- 14
- zweites Ende von 5
- 15
- erster Übergangsbereich zwischen f und g
- 16
- zweiter Übergangsbereich zwischen 13 und 7
- A
- Erdgas bzw. Gasstrom
- b
- Winkelmaß zwischen 12
- c
- Kegelwinkel von 9 gegenüber x
- d
- Neigungswinkel von 12 gegenüber x
- e
- Länge von 13
- f
- erster Durchmesser von 5
- g
- zweiter Durchmesser von 5
- x
- Längsrichtung von 1 bzw. 5
