DE102017221527A1 - Valve Piston System of an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ventil-Kolben-System (20) eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, mit einem auf- und ab bewegbar geführten Kolben (26), mit mindestens einem einlassseitigen Gaswechselventil (21) und mindestens einem auslassseitigen Gaswechselventil (22), wobei der Kolben (26) an einem den Gaswechselventilen (21, 22) zugewandten Ende eine mittige Kolbenmulde (27) und den Gaswechselventilen (21, 22) zugewandte, seitliche Ventiltaschen (28) aufweist, die in die mittige Kolbenmulde (27) übergehen, und wobei die jeweilige Ventiltasche (28) derart tellerabschnittartig oder trichterabschnittartig ausgebildet ist, dass eine dem jeweiligen Gaswechselventil (21, 22) zugewandte Fläche (29) derselben gegenüber einer Senkrechten (30) zur Axialrichtung des Kolbens (26) oder einer Senkrechten (30) zur Axialrichtung (25) eines Ventilkörpers (24) des jeweiligen Gaswechselventils (21, 22) geneigt ist. Valve piston system (20) of a cylinder of an internal combustion engine, with an up and down movably guided piston (26), with at least one inlet side gas exchange valve (21) and at least one outlet side gas exchange valve (22), wherein the piston (26) an end facing the gas exchange valves (21, 22) a central piston recess (27) and the gas exchange valves (21, 22) facing, lateral valve pockets (28) which pass into the central piston recess (27), and wherein the respective valve pocket (28 ) such a plate portion-like or funnel portion-like is formed, that the respective gas exchange valve (21, 22) facing surface (29) thereof relative to a vertical (30) to the axial direction of the piston (26) or a vertical (30) to the axial direction (25) of a valve body (24) of the respective gas exchange valve (21, 22) is inclined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil-Kolben-System einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a valve-piston system of an internal combustion engine and an internal combustion engine.
Brennkraftmaschinen verfügen typischerweise über mehrere Zylinder. Jeder Zylinder einer Brennkraftmaschine verfügt über einen Kolben, der in einer Zylinderlaufbuchse des jeweiligen Zylinders auf und ab bewegbar geführt ist. Darüber hinaus verfügt jeder Zylinder einer Brennkraftmaschine über mindestens ein einlassseitiges Gaswechselventil für zumindest Ladeluft und mindestens ein auslassseitiges Gaswechselventil für Abgas. Dann, wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgeführt ist, wird über das oder jedes einlassseitige Gaswechselventil nicht nur Ladeluft, sondern auch gasförmiger Kraftstoff in Form eines Gas-Luft-Gemischs zur Verbrennung dem jeweiligen Zylinder zugeführt. Dann, wenn die Brennkraftmaschine als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt ist, verfügt jeder Zylinder über mindestens einen Injektor, über welchen der Kraftstoff dem Zylinder zugeführt werden kann.Internal combustion engines typically have several cylinders. Each cylinder of an internal combustion engine has a piston which is guided in a cylinder liner of the respective cylinder movable up and down. In addition, each cylinder of an internal combustion engine has at least one inlet-side gas exchange valve for at least charge air and at least one outlet-side gas exchange valve for exhaust gas. Then, when the internal combustion engine is designed as a gas engine, not only charge air, but also gaseous fuel in the form of a gas-air mixture for combustion is supplied to the respective cylinder via the or each inlet side gas exchange valve. Then, when the internal combustion engine is designed as a diesel engine, each cylinder has at least one injector, via which the fuel can be supplied to the cylinder.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass ein Kolben eines Zylinders einer Brennkraftmaschine an einer den Gaswechselventilen zugewandten Fläche bzw. an einem den Gaswechselventilen zugewandten Ende über eine mittige Kolbenmulde verfügt. Weiterhin ist es bekannt, dass an diesem Ende des Kolbens den Gaswechselventilen zugewandte Ventiltaschen ausgebildet sind, wobei über solche Ventiltaschen eine Kollision zwischen den Kolben und Ventilkörpern der Gaswechselventile im Betrieb der Brennkraftmaschine vermieden werden kann.From practice it is known that a piston of a cylinder of an internal combustion engine has a central piston recess on a surface facing the gas exchange valves or on an end facing the gas exchange valves. Furthermore, it is known that the gas exchange valves facing valve pockets are formed at this end of the piston, with such valve pockets, a collision between the piston and valve bodies of the gas exchange valves during operation of the internal combustion engine can be avoided.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Ventil-Kolben-System einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventil-Kolben-System zu schaffen.Proceeding from this, the present invention has the object to provide a novel valve-piston system of an internal combustion engine and an internal combustion engine with such a valve-piston system.
Diese Aufgabe wird durch ein Ventil-Kolben-System einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die jeweilige Ventiltasche derart tellerabschnittartig oder trichterabschnittartig ausgebildet, dass eine dem jeweiligen Gaswechselventil zugewandte Fläche derselben gegenüber einer Senkrechten zur Axialrichtung des Kolbens oder einer Senkrechten zur Axialrichtung eines Ventilkörpers des jeweiligen Gaswechselventils geneigt ist. Bedingt dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Ventil-Kolben-System die Ventiltaschen tellerabschnittartig oder trichterabschnittartig ausgebildet sind, wird die Ausbildung sogenannter Hotspots im Übergangsbereich zwischen den Ventiltaschen und der Kolbenmulde vermieden. Ferner entstehen bei der Verbrennung weniger Verwirbelungen, sodass insgesamt die Verbrennung des Kraftstoffs effektiver und demnach mit höherem Wirkungsgrad erfolgen kann.This object is achieved by a valve-piston system of an internal combustion engine according to claim 1. According to the invention, the respective valve pocket is formed in the manner of a plate section or funnel section, such that a surface thereof facing the respective gas exchange valve is inclined relative to a perpendicular to the axial direction of the piston or perpendicular to the axial direction of a valve body of the respective gas exchange valve. Due to the fact that in the valve-piston system according to the invention, the valve pockets are formed like a plate section or funnel section, the formation of so-called hotspots in the transition region between the valve pockets and the piston recess is avoided. Furthermore, less turbulence occurs during combustion, so that overall the combustion of the fuel can take place more effectively and therefore with higher efficiency.
Vorzugsweise ist die dem jeweiligen Gaswechselventil zugewandte Fläche der jeweiligen Ventiltasche in Richtung auf die Kolbenmulde geneigt. Dies ist zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Hotspots sowie zur Reduzierung von Verwirbelungen besonders bevorzugt.Preferably, the respective gas exchange valve facing surface of the respective valve pocket is inclined in the direction of the piston recess. This is particularly preferred for reducing or avoiding hotspots and for reducing turbulences.
Nach einer Weiterbildung ist ein Ventilkörper des jeweiligen Gaswechselventils derart kegelabschnittartig oder kegelstumpfabschnittartig ausgebildet, dass eine der jeweiligen Ventiltasche zugewandte Fläche desselben gegenüber der Senkrechten zur Axialrichtung des Ventilkörpers geneigt ist. Vorzugsweise ist die der jeweiligen Ventiltasche zugewandte Fläche des jeweiligen Ventilkörpers von der Kolbenmulde weg geneigt. Auch dies ist zur Vermeidung von Hotspots sowie zur Reduzierung von Verwirbelungen bevorzugt. Weiterhin wird ein Sicherheitsabstand zwischen den Ventilkörpern der Gaswechselventile und dem Kolben bei minimalem Bauraum eingehalten.According to a development, a valve body of the respective gas exchange valve is formed in such a cone-like or frusto-conical section that one of the respective valve pocket facing surface thereof is inclined relative to the perpendicular to the axial direction of the valve body. Preferably, the surface of the respective valve body facing the respective valve pocket is inclined away from the piston recess. Again, this is preferred to avoid hotspots and to reduce turbulence. Furthermore, a safety distance between the valve bodies of the gas exchange valves and the piston is maintained with minimal space.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die dem jeweiligen Gaswechselventil zugewandte Fläche der jeweiligen Ventiltasche mit einem ersten Winkel geneigt, wobei die der jeweiligen Ventiltasche zugewandte Fläche des jeweiligen Ventilkörpers mit einem zweiten Winkel geneigt ist. Vorzugsweise sind der erste Winkel und der zweiten Winkel gleich groß, sodass die geneigten Flächen parallel zueinander verlaufen. Alternativ ist der zweite Winkel größer als der erste Winkel. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Hotspots sowie zur Reduzierung von Verwirbelungen im Brennraum des Zylinders unter Gewährleistung eines Sicherheitsabstands zwischen den Ventilkörpern der Gaswechselventile und dem Kolben bei minimalem Bauraum bevorzugt.According to a development of the invention, the respective gas exchange valve facing surface of the respective valve pocket is inclined at a first angle, wherein the respective valve pocket facing surface of the respective valve body is inclined at a second angle. Preferably, the first angle and the second angle are equal, so that the inclined surfaces are parallel to each other. Alternatively, the second angle is greater than the first angle. This embodiment of the invention is preferred for reducing or avoiding hotspots and for reducing turbulence in the combustion chamber of the cylinder while ensuring a safety distance between the valve bodies of the gas exchange valves and the piston with minimal space.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 10 definiert.The internal combustion engine according to the invention is defined in
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine Draufsicht auf einen Zylinder einer Brennkraftmaschine; -
2 einen Ausschnitt aus einem aus der Praxis bekannten Ventil-Kolben-System einer Brennkraftmaschine; -
3 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Ventil-Kolben-System einer Brennkraftmaschine.
-
1 a plan view of a cylinder of an internal combustion engine; -
2 a section of a known from practice valve-piston system of an internal combustion engine; -
3 a section of a valve-piston system according to the invention of an internal combustion engine.
Die Erfindung betrifft ein Ventil-Kolben-System einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a valve-piston system of an internal combustion engine and an internal combustion engine.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung bei Brennkraftmaschinen geschränkt ist, in denen ein flüssiger Kraftstoff, wie Diesel, Schweröl oder Rückstandsöl, verbrannt wird. Vielmehr kann die Erfindung auch bei Gasmotoren zum Einsatz kommen, bei welchen ein gasförmiger Kraftstoff verbrannt wird, wobei bei derartigen Gasmotoren ein Gemisch aus Ladeluft und gasförmigem Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders über die einlassseitigen Gaswechselventile
Wie
An einem den Gaswechselventilen
Ferner weist der Kolben
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist die jeweilige Ventiltasche
Durch diese Ausgestaltung wird die Ausbildung sogenannter Hotspots insbesondere im Bereich der Ventiltaschen
Der Ventilkörper
Wie ausgeführt, ist die dem jeweiligen Gaswechselventil bzw. dem jeweiligen Ventilkörper
Alternativ ist es auch möglich, dass der erste Winkel α und der zweite Winkel
Die beiden Winkel
Mit der Erfindung kann die Ausbildung von unerwünschten Hotspots bzw. Bereichen mit zu hohen Temperaturen, insbesondere im Übergangsbereich zwischen den Ventiltaschen
Die Erfindung kann sowohl bei Dieselbrennkraftmaschinen als auch bei Otto-Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommen und zwar sowohl bei 2-Takt als auch bei 4-Takt Brennkraftmaschinen. Dabei kann in den Zylindern der jeweiligen Brennkraftmaschine sowohl ein flüssiger Kraftstoff, wie zum Beispiel Diesel, Schweröl oder Rückstandsöl, oder auch ein gasförmiger Kraftstoff, wie zum Beispiel Erdgas, verbrannt werden.The invention can be used both in diesel internal combustion engines and in Otto internal combustion engines, both in 2-stroke and in 4-stroke internal combustion engines. In this case, both a liquid fuel, such as diesel, heavy oil or residual oil, or a gaseous fuel, such as natural gas, are burned in the cylinders of the respective internal combustion engine.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Zylindercylinder
- 1111
- einlassseitiges Gaswechselventilinlet-side gas exchange valve
- 1212
- auslassseitiges Gaswechselventiloutlet gas exchange valve
- 1313
- Injektorinjector
- 1414
- Ventilkörpervalve body
- 1515
- Axialrichtungaxially
- 1616
- Kolbenpiston
- 1717
- Kolbenmuldepiston bowl
- 1818
- Ventiltasche valve pocket
- 2020
- Ventil-Kolben-SystemValve-piston system
- 2121
- einlassseitiges Gaswechselventilinlet-side gas exchange valve
- 2222
- auslassseitiges Gaswechselventiloutlet gas exchange valve
- 2323
- Zylindercylinder
- 2424
- Ventilkörpervalve body
- 2525
- Axialrichtungaxially
- 2626
- Kolbenpiston
- 2727
- Kolbenmuldepiston bowl
- 2828
- Ventiltaschevalve pocket
- 2929
- Flächesurface
- 3030
- Senkrechtevertical
- 3131
- Kanteedge
- 3232
- Flächesurface
- 3333
- Senkrechtevertical
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