DE1056417B

DE1056417B - Brennkraftmaschine mit einem zentral im Zylinderkopf angeordneten Aussenventil und einem darin gefuehrten Innenventil

Info

Publication number: DE1056417B
Application number: DEB36234A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alfred J Buechi
Original assignee: Dipl-Ing Alfred J Buechi
Current assignee: Dipl-Ing Alfred J Buechi
Priority date: 1954-07-02
Filing date: 1955-06-23
Publication date: 1959-04-30

Description

Brennkraftmaschine mit einem z=entral im Zylinderkopf angeordneten Außenventil und einem darin geführten Innenventil Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem zentral im Zylinderkopf angeordneten Außenventil und einem darin geführten Innenventil.
Derartig aufgebaute Brennkraftmaschinen sind bereits bekannt, wobei die Ventile so gestaltet sind, daß das glockenförmige Außenventil das Innenventil umschließt und das Innenventil seinen Sitz im Außenventil und das Außenventil seinen Sitz im Zylinderkopf hat und das Außenventil Durchtrittsöffnungen für die vom. Innenventil gesteuerten Gase hat und einen hohlen Ventilschaft aufweist, der zugleich als Führung für den Ventilschaft des Innenventils dient, und daß ferner der glockenförmige Teil des Außenventils sich nach oben erweitert.
Bei dieser bekannten Ventilausbildung ist der Übergang zwischen dem glockenförmigen Teil des Außenventils und dem hohlen 'Ventilschaft mit Einbauten in Form von Rippen versehen, die zwischen sich nach oben ausmündende Durchtrittsöffnungen für die Gase aufweisen. Diese Ausbildung des Ventils hat den Nachteil, daß zwischen den Einbauten und der Wandung des glockenförmigen Teiles einerseits und dem hohlen Ventilschaft andererseits zahlreiche Winkel und Ecken vorhanden sind, die nicht nur die Gefahr von Brüchen infolge von Kerbwirkung mit sich bringen, sondern außerdem auch den Nachteil der Strömungsbehinderung und der übermäßigen Erwärmung haben.
Alle diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß der glockenförmige Teil des Außenventils, wie an sich bekannt, in den hohlen Ventilschaft übergeht und daß der Übergangsteil oberhalb des (Querschnitts größten Durchmessers des glockenförmigen Teils die Form einer etwa halbkugeligen Wölbung hat, in welcher die Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind.
Diese Ausgestaltung des Außenventils hat mehrfache Vorteile, die einmal darin bestehen, daß wegen der halbkugeligen Wölbung die Durchtrittsöffnungen größer ausfallen als bei der bekannten Ausführung. Wegen der halbkugeligen Wölbung gelingt es zum andern, die innere Oberfläche des Außenventils glatt auszubilden, so daß keine von der inneren Oberfläche in das Innere hineinragenden Rippen oder Einbauten vorhanden sind, die die Strömung behindern und die Kühlung erschweren. Die Masse des Außenventils wird stark verkleinert, wodurch die Wärmeaufnahme geringer wird und eine rasche Abkühlung erfolgen kann. Die kleinere Masse des Außenventils bedingt ferner kleine Steuerkräfte- für dasselbe. Schließlich erhält man wegen der halbkugeligen Wölbung des Außenventils, die sich in stetig verlaufendem Linienzug an den glockenförmige=r unteren Teil des Außenventils anschließt, einen günstigen Kräftefluß, der sich gerade bei den auf ein Ventil zur Einwirkung kommenden besonderen Beanspruchungen in hohem Grade, selbst bei Dauerbeanspruchungen günstig auswirkt, weil die in Schaftrichtung auftretenden,. beim Schließen des Ventils zur Einwirkung kommenden Schläge federnd von der halbkugeligen Wölbung aufgefangen werden.
Die Federwirkung bei der auftretenden Schlagbeanspruchung des Ventils ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besonders günstig, wenn in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens dreieckförmige Durchtrittsöffnungen in der halbkugeligen Wölbung des Außenventils vorgesehen werden, so daß deren Unterteilungen von relativ schmalen Stegen gebildet sind, die bei auftretenden Stößen elastisch nach außen ausfedern können.
Es ist vorteilhaft, in bekannter Weise das Außenventil der Brennkraftmaschine als Einlaßventil und das Innenventil als Auslaßventil auszubilden. Schon wegen der größeren Außenfläche des Außenventils wird dann die Kühlwirkung der von außen kommenden relativ kühlen Luft besser. Auch ist es vorteilhaft, die heißen Gase auf kürzestem Wege nach außen abzuführen, wozu das Innenventil besser geeignet ist als das Außenventil, besonders dann, wenn die von außenkommende Luft mit einer Wirbelbewegung in den Zylinder einströmt. Die zylindrische Führung des Außenventils kann in bekannter Weise von einem Wandteil des Einlaßkanals gebildet sein.
Auch kann man die die Abgase aufnehmende Aushöhlung im Zylinderkopf so ausbilden, daß die Abgase in bezug auf die Abströmrchtung beidseitig getrennt oberhalb um die Wölbung- des Einlaßventils herumgeführt werden, wodurch ein weitgehend verlustfreies Abströmen der Abgase erreicht wird.
Man kann die Stege entweder im wesentlichen radial verlaufen lassen oder aber sie zwischen den Durchtrittsöffnungen von innen nach außen verwunden ausführen. Die letzte Ausführungsform hat den Vorteil, daß bei der Erwärmung und damit Ausdehnung dieser Stege durch die durchtretenden Gase der glockenförmige Teil des Außenventils sich um das Zentrum dieses Ventils dreht, so daß die Entstehung von Wärmespannungen im Außenventil verhindert wird.
Damit die axiale Höhe des Außenventils klein ausfällt, können die Durchtrittsöffnungen im halbkugelförmigen Übergangsteil sphärische Dreiecke bilden, deren axiale Höhe kleiner ist als die in Umfangsrichtung gemessene größte Breite; man kann dabei mit nur drei Durchtrittsöffnungen auskommen.
Die Zeichnung veranschaulicht zwei beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgegenstandes für Brennkraftmaschinen.
Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch den Zylinderkopf mit teleskopartig ineinander geführten Ein- und Auslaßventilen einer Brennkraftmaschine, die eine erste Ausführung des Erfindungsgegenstandes darstellt; Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführung eines glockenartigen äußeren Ventils einer Brennkraftmaschine im Axialschnitt; Fig. 4 ist eine Draufsicht des in Fig. 3 dargestellten Ventils.
Fig. 1 zeigt im Axialschnitt die besonders ausgebildeten Teile des Erfindungsgegenstandes im Zusammenbau mit den sich anschließenden Teilen einer Brennkraftmaschine mit teleskopartig ineinander geführten Ein- und Auslaßventilen. Das Einlaßventil 1 ist als Außenventil und das Auslaßventil 2 als Innenventil ausgebildet. 3 ist der Eintrittskanal für die Ladeluft und 4 der Austrittskanal für die Abgase der Maschine. Das Einlaßventil 1 und das Auslaßventil2 werden mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung ;eöffnet. Das Schließen dieser Ventile erfolgt durch Sie Federn 7 und 8 über Federteller 5 und 6, die mit len ihnen zugeordneten Ventilen starr verbunden sind.
In Fig. 1 sind beide Ventile, das innere Auslaß- und las äußere Einlaßventil, im: offenen Zustand darge-;tellt; im geschlossenen Zustand bilden sie den Ab-,chluß des Zylinders 10 der Brennkraftmaschine.
Das äußere Ventil 1 wird vom glockenförmigen \.Zantel 1a gebildet. Im kugelig gewölbten, nach oben in den glockenförmigen Mantel sich anschließenden Jbergangsteil 1 b sind dreieckförmige Durchtrittsiffnungen 1 c vorgesehen. Die durch das innere Ventil tuspuffenden Abgase treten durch die Öffnungen 1 c in len Kanal 4 d ein, der den Übergangsteil 1 b umgibt.
Die durchbohrte Spindel 1 d geht von der äußeren rNand des Übergangsteiles aus und dient zur Beätigung des Außenventils 1. Die Bohrung dieser ipindel enthält die Ventilstange zur Betätigung des nnenventils 2. Eine nabenartige Verlängerung der >pindel 1 d in das Innere des Übergangsteiles ist nicht ,orhanden. Es sind auch keine Rippen vorhanden, die ,om Mantel des Übergangsteiles ausgehen. Das Innere des Übergangsteiles ist frei von querschnittverengenden Einbauten. An der Stelle 11 wird der übergangsteil 1 b in einem Zylinder 12 geführt; diese Führung wird von einer Verdickung im Übergangsteil gebildet und enthält einen Dichtungsring 13 oder aber bloß eine oder mehrere Nuten, die eine Labyrinthdichtung bilden. Der Zylinder 12 wird von einem Wandteil des Eintrittskanals 3 gebildet.
In Fig. 2 sind das Einlaßventil 1 und das Auslaßventil2 von oben gesehen dargestellt. 4a ist eine Aushöhlung im Zylinderkopf 9, an die sich der Austrittskanal 4 anschließt. Der Eintrittskanal.für die Ladeluft ist mit 3 bezeichnet und teilweise im Schnitt dargestellt; dieser ist spiralförmig um das äußere Einlaßventil herum ausgebildet.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind drei dreieckförmige Durchtrittsöffnungen 1 c im Übergangsteil 1 b für den Kanal 4 des Innenventils vorgesehen. Die Unterteilungen 1 e dieser Öffnungen bestehen aus schmalen, verdickten Stegen. Die Kanten dieser Wandteile oder Stege sind beim Übergang auf den Teil 11 gebogen ausgeführt. Die Stege 1 e verlaufen radial.
Der Teil 4a des Austrittskanals 4 für das Innenventil ist als Aushöhlung im Zylinderkopf exzentrisch zum halbkugelförmigen Teil 1 b des Außenventils ausgebildet und umgibt den Ventilkopf in derartigen Abständen, daß das durch die Durchtrittsöffnungen 1 c strömende Druckmittel möglichst keine Geschwindigkeits- und Druckverluste in dieser Aushöhlung um den Übergangsteil 1 b herum erfährt. Die Aushöhlung 4a kann so exzentrisch ausgebildet sein, daß das Druckmittel in ihr von einer Scheitellinie 4 b an in zwei in entgegengesetzter Richtung um den Übergangsteil 1 b strömende Teilströme unterteilt wird, die im Kanal 4 sich treffen und in Pfeilrichtung der Austrittsöffnung am Zylinderkopf 9 zuströmen. Das Außenventil 1 steuert den Eintritt der Ladeluft aus dem Kanal 3 in den Zylinder der Brennkraftmaschine. Der untere glockenförmige Teil 1 a des Außenventils 1 wird von der eintretenden Luft umspült, die an der Zylinderkopf-,vand 10 a entlang in den Innenraum des Zylinders 10 geleitet wird.
In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführung der Durchtrittsöffnungen 1 c dargestellt. Die Unterteilungen bestehen wiederum aus schmalen Stegen, die aber teilweise schräg und gebogen bzw. schraubenförmig gebogen ausgeführt sind. Es wird damit der Zweck verfolgt, daß bei einer Erwärmung dieser Stege zufolge der durchtretenden Auspuffgase und der dabei entstehenden Dehnung ein Drehen oder Ausweichen des glockenförmigen Teiles 1 a des Außenventils 1 eintritt, wodurch das Entstehen von Wärmespannungen in den schmalen Stegen und dem glockenförmigen Teil 1 a weitgehend verhindert wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Brennkraftmaschine mit einem zentral im Zylinderkopf angeordneten Außenventil und einem darin geführten Innenventil, wobei das mit einem glockenförmigen Teil versehene Außenventil das Innenventil umschließt und das Innenventil seinen Sitz im Außenventil und das Außenventil seinen Sitz im Zylinderkopf hat, ferner das Außenventil Durchtrittsöffnungen für -die vom Innenventil gesteuerten Gase und einen hohlen Ventilschaft aufweist, der zugleich als Führung für den Ventilschaft des Innenventils dient, ferner der glocken förmige Teil des Außenventils sich nach oben erweitert, dadurch gekennzeichnet, daß der glockenförmige Teil (1 a) - wie an sich bekannt - in den hohlen Ventilschaft (1 d) übergeht und daß der -CTbergangsteil (1 b) oberhalb des Querschnitts größten Durchmessers des glockenförmigen Teiles (1 a) die Form einer etwa halbkugeligen Wölbung hat, in welcher die Durchtrittsöffnungen (1c) vorgesehen sind. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt in der Wölbung aus dreieckförmigen Durchtrittsöffnungen (1 c) besteht, deren Unterteilungen von relativ schmalen Stegen (1 e) gebildet sind. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise das Außenventil (1) als Einlaßventil und das Innenventil (2) als Auslaßventil ausgebildet ist. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, bei welcher eine die Abgase aufnehmende Aushöhlung im Zylinderkopf so, ausgebildet ist, daß die Abgase in bezug auf die Abströmrichtung beidseitig getrennt um das Einlaßventil herumgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Aushöhlung (4a) um den Übergangsteil (1 b) herum und exzentrisch zu diesem angeordnet ist. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (1 e) radial von innen nach außen verlaufen und ihre Seitenflächen beim Übergang auf den glockenförmigen Teil (1 a) gebogen sind. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (1 e) von innen nach außen etwa schraubenförmig derart gebogen sind, daß der glockenförmige Teil (1 a) bei einer Erwärmung der Stege durch die durchtretenden heißen Gase sich um seine Mittellinie dreht, womit das Entstehen von Wärmespannungen bei Verlängerung durch Wärmedehnung der Stege verhindert wird (Fig. 3 und 4). 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite die Stege (1 e) mit verhältnismäßig großem Krümmungsradius in den hohlen Ventilschaft (1 d) übergehen. B. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der glockenförmige Teil (1 a) eine ununterbrochene Innenfläche aufweist und stetig auf die Innenfläche der etwa halbkugelförmigen Wölbung des Übergangsteiles (1 b) übergeht. 9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - daß die Durchtrittsöffnungen im halbkugelförmigen Übergangsteil (1 b) sphärische Dreiecke bilden, deren axiale Höhe kleiner ist als die in Umfangsrichtung gemessene größte Breite. 10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur drei Durchtrittsöffnungen im Übergangsteil (1 b) vorgesehen sind. 11. Brennkrafimaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Führung für das Außenventil in bekannter Weise von einem Wandteil (12) des Einlaßkanals (3) gebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 478 053; französische Patentschrift Nr. 1021442; britische Patentschrift Nr. 577 740; USA.-Patentschriften Nr. 2 439 618, 2 444 083.