DE19504239A1 - Einlaßventil für einen Brennraum einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Einlaßventil für einen Brennraum einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Einlaßventil für einen
Brennraum einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des
Anspruchs 1. Es ist bereits eine Einlaßventil bekannt (DE-OS
36 00 067) das einen hohlen Schaft aufweist, in welchem ein
Auslaßventil verschiebbar gelagert ist. Das Auslaßventil
besitzt einen Auslaßventilteller, der Teil eines
Einlaßventiltellers des Einlaßventils ist, und zwar der Art,
daß in Schließstellung des Auslaßventils der
Auslaßventilteller bündig mit dem Einlaßventilteller
abschließt. In Offenstellung des Auslaßventils ist der
Auslaßventilteller vom Einlaßventilteller abgehoben, um die
nach der Verbrennung in einem Brennraum der
Brennkraftmaschine eingeschlossenen Abgase über den hohlen
Schaft des Einlaßventils aus dem Brennraum abzuführen. Die
Abgase strömen dabei aus dem hohlen Schaft des Einlaßventils
aus mehreren Auslaßöffnungen aus, die schlitzförmig aus
einer äußeren Mantelfläche des hohlen Schaftes ausgenommen
sind. Bei geöffnetem Einlaßventil ist das Auslaßventil
geschlossen, um über das offene Einlaßventil hinweg ein
Brennstoff-Luft-Gemisch aus einem Einlaßkanal anzusaugen.
Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird üblicherweise von einem
Brennstoffeinspritzventil aufbereitet, das den Brennstoff in
Form eines Brennstoffstrahls in Richtung des Einlaßventils
abgibt. Der das Brennstoffeinspritzventil verlassende
Brennstoff zerfällt dabei in feinste Brennstofftröpfchen, um
ein möglichst homogenes Brennstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen.
Dabei kann es, insbesondere im kalten Zustand der
Brennkraftmaschine oder bei plötzlichen Lastwechseln, zu
einer Kondensation der Brennstofftröpfchen an Innenwandungen
des Einlaßkanals, an Innenwänden des Brennraums und
insbesondere am Ventilteller des Einlaßventils kommen, wobei
sich ein Wandfilm aus Brennstoff bildet. Aus einem
derartigen Wandfilm können sich nur relativ große
Brennstofftropfen ablösen, die dann im Brennraum zu einem
lokal überfetteten Brennstoff-Luft-Gemisch führen. Ein
überfettetes Brennstoff-Luft-Gemisch verbrennt jedoch nur
unvollständig, so daß sich der Anteil schädlicher
Bestandteile im Abgas dementsprechend erhöht.
Das erfindungsgemäße Einlaßventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß
auf einfache Art und Weise eine Kondensation des
beispielsweise von einem Brennstoffeinspritzventil
abgegebenen Brennstoffs, insbesondere am Ventilteller des
Einlaßventils, vermieden wird. Vorteilhafterweise wird
dadurch eine insbesondere während eines Kaltstarts und der
nachfolgenden Warmlaufphase sowie bei bestimmten
Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ansonsten
stattfindende Erhöhung der schädlichen Bestandteile im Abgas
verhindert. Darüber hinaus verringert sich mit dem
erfindungsgemäß ausgebildeten Einlaßventil auch der
Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine. Von Vorteil ist
ebenfalls, daß das erfindungsgemäße Einlaßventil gegenüber
dem Stand der Technik eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 angegebenen Einlaßventils möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in teilweiser Schnittdarstellung ein
erfindungsgemäß gestaltetes Einlaßventil 1, das insbesondere
für eine gemischverdichtende, fremdgezündete
Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Das Einlaßventil 1 ist in
einem Zylinderkopf 3 der Brennkraftmaschine untergebracht
und beispielsweise in einer Ventilführungshülse 7
verschiebbar gelagert. Das Einlaßventil 1 besitzt einen
Ventilteller 12, der eine einem Brennraum 20 der
Brennkraftmaschine zugewandte, ebene Ventilschließfläche 17
und eine dem Brennraum 20 abgewandte Ventiltellerfläche 14
hat. Die Ventiltellerfläche 14 geht mit Krümmung in einen
zylindrischen Schaft 9 des Einlaßventils 1 über, der an
einem nicht näher dargestellten Betätigungsende außerhalb
des Zylinderkopfes 3 endet. Zur Betätigung des Einlaßventils
1 greift in bekannter Weise am Betätigungsende des Schaftes
9 beispielsweise ein Kipphebel an, der das Einlaßventil 1 in
eine Offen- und mittels einer Ventilfeder in eine
Schließstellung zurückbringt.
Das Einlaßventil 1 ist in der Zeichnung in seiner
Schließstellung dargestellt, bei der ein ringförmiger
Abschnitt der Ventiltellerfläche 14 an einem beispielsweise
konisch ausgebildeten Ventilsitz 15 anliegt. Der Ventilsitz
15 wird zum Beispiel von einem hülsenförmigen Ventileinsatz
16 gebildet, der beispielsweise mittels einer Preßpassung in
den Zylinderkopf 3 eingebracht ist. In Offenstellung des
Einlaßventils 1 mit vom Ventilsitz 15 abgehobener
Ventiltellerfläche 14 wird eine Strömungsverbindung
freigegeben, die über das offene Einlaßventil 1 einen
Einlaßkanal 18 mit dem Brennraum 20 der Brennkraftmaschine
verbindet.
Der Einlaßkanal 18 ist beispielsweise über einen Dichtring
11 mit einem Ansaugrohr 22 der Brennkraftmaschine verbunden.
Das Einlaßventil 1 öffnet bekanntermaßen bei der nach unten
gerichteten Bewegung eines im Brennraum 20 verschiebbaren
Kolbens, wobei Luft über das Ansaugrohr 22 aus der Umgebung
angesaugt wird. Der angesaugten Luft wird beispielsweise im
Ansaugrohr 22 Brennstoff zugemischt, um zur nachfolgenden
Verbrennung im Brennraum 20 ein zündfähiges Brennstoff-Luft-
Gemisch zu erhalten. Zur Brennstoffaufbereitung ist
beispielsweise ein elektromagnetisch betätigbares
Brennstoffeinspritzventil 24 vorgesehen, das am Ansaugrohr
22 angebracht ist, um den Brennstoff in Form eines mehr oder
weniger gebündelten, beispielsweise kegelförmigen
Brennstoffstrahls 25 in Richtung des Einlaßventils 1 in das
Ansaugrohr 22 und den Einlaßkanal 18 abzugeben. Das in der
Zeichnung nur teilweise dargestellte
Brennstoffeinspritzventil 24 ist zur Brennstoffversorgung
beispielsweise über einen Brennstoffverteiler (ein
sogenanntes Fuel-Rail) an einer Brennstofförderpumpe 26
angeschlossen, die den Brennstoff aus einem
Brennstoffbehälter 27 fördert.
Der vom Brennstoffeinspritzventil 3 abgegebene Brennstoff
zerfällt stromabwärts des Brennstoffeinspritzventils 24 in
feinste Brennstofftröpfchen, die sich im Ansaugrohr 22 und
im Einlaßkanal 18 mit der strömenden Luft vermischen, so daß
ein möglichst homogenes Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht.
Das Brennstoff-Luft-Gemisch strömt bei offenem Einlaßventil
1 in den Brennraum 20 ein, wird gezündet und verbrennt dort
bei geschlossenem Einlaßventil 1. Um insbesondere in der
Kaltstartphase und der nachfolgenden Warmlaufphase sowie bei
bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine eine
möglichst vollständige Verbrennung des Brennstoff-Luft-
Gemisches zu erhalten, muß ein Kondensieren des vom
Brennstoffeinspritzventil 24 abgegebenen Brennstoffs an
Wänden des Ansaugrohres 22, an Wänden des Einlaßkanals 18,
an Innenwänden des Brennraums 20 und insbesondere am
Einlaßventil 1 an der Ventiltellerfläche 14 verhindert
werden. Hierzu besitzt das Einlaßventil 1 einen Schaft 9,
der erfindungsgemäß nicht massiv ausgebildet ist, sondern
einen Hohlraum 28 in seinem Inneren aufweist. Der Hohlraum
28 hat eine längliche Form und ist beispielsweise durch
Bohren aus dem Schaft 9 ausgenommen. Der Hohlraum 28
erstreckt sich ausgehend von einem Übergangsbereich 31
zwischen Ventiltellerfläche 14 und Schaft 9 in Richtung
einer Ventillängsachse 5 des Einlaßventils 1 und endet im
geschlossenen Zustand des Einlaßventils 1 in der
Ventilführungshülse 7.
An einem in der Ventilführungshülse 7 gelegenen Endbereich
29 des Hohlraums 28 besitzt der Schaft 9 zumindest eine
Einlaßschaftöffnung 30, die von einer äußeren Mantelfläche
34 des Schaftes 9 in den Hohlraum 28 führt. Die
Ventilführungshülse 7 besitzt ebenfalls eine Öffnung 36, die
von einer Innenfläche 37 zu einer Außenfläche 38 der
Ventilführungshülse 7 führt. Die Ventilführungsöffnung 36
ist beispielsweise durch Bohren aus der Ventilführungshülse
7 ausgenommen und erstreckt sich zum Beispiel quer zur
Ventillängsachse 5 des Einlaßventils 1. Die
Ventilführungsöffnung 36 der Ventilführungshülse 7 ist über
eine korrespondierende Zylinderöffnung 40 im Zylinderkopf 3
mit einer Druckleitung 41 verbunden. Die Druckleitung 41 ist
mit einem beispielsweise elektromagnetisch betätigbaren
Zweiwege-Ventil 44 verbunden. Das Zweiwege-Ventil 44 ist
über eine Anschlußdruckleitung 42 an einen Druckluftbehälter
45 angeschlossen. Der Druckluftbehälter 45 ist über eine
Druckluftbehälterleitung 46 zum Beispiel an eine
Pumpvorrichtung 47 angeschlossen. Die Pumpvorrichtung 47 ist
beispielsweise in Form einer membranangetriebenen Luftpumpe
ausgebildet, bei der die in einem Kurbelwellengehäuse der
Brennkraftmaschine von einem Kolben durch seine Auf- und
Abwärtsbewegungen erzeugten Druckschwankungen zum Pumpen
eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Luft, ausgenutzt
werden. Der Druckluftbehälter 45 kann bei laufender
Brennkraftmaschine in bestimmten Betriebsbereichen von der
Pumpvorrichtung 47 mit Luft nachgefüllt werden, um zur
Druckluftversorgung ausreichend Druckluft im
Druckluftbehälter 45 bereitzustellen. In Offenstellung des
Zweiwege-Ventils 44 steht der vom Druckluftbehälter 45
bereitgestellte Druck über die Anschlußdruckleitung 42, die
Druckleitung 41 und über die Zylinderöffnung 40 an der
Ventilführungsöffnung 36 der Ventilführungshülse 7 an.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist in Schließstellung
des Einlaßventils 1 ein axialer Abstand von der
Ventilführungsöffnung 36 der Ventilführungshülse 7 zur
Einlaßschaftöffnung 30 des Schaftes 9 vorhanden, wobei die
Ventilführungsöffnung 36 näher am Brennraum 20 liegt, als
dies bei der Einlaßschaftöffnung 30 des Schaftes 9 der Fall
ist. Weiterhin ist im Übergangsbereich 31 zwischen Schaft 9
und Ventiltellerfläche 14 zumindest eine Auslaßöffnung 50 am
Ventilteller 12 vorgesehen, die beispielsweise quer zur
Ventillängsachse 5 aus der Ventiltellerfläche 14 ausgenommen
ist, um eine Strömungsverbindung mit dem Hohlraum 28 des
Schaftes 9 herzustellen. Der axiale Abstand der
Ventilführungsöffnung 36 zur Einlaßschaftöffnung 30 sowie
deren Öffnungsquerschnitte sind derart gewählt, daß es beim
Übergang von der Schließstellung in die Offenstellung des
Einlaßventils 1, insbesondere im Bereich der maximalen
Offenstellung des Einlaßventils 1, zu einer Überdeckung der
Einlaßschaftöffnung 30 mit der Ventilführungsöffnung 36
kommt, die in maximaler Offenstellung des Einlaßventil 1
vollständig ineinander münden. Bei sich überdeckenden
Öffnungen 30, 36 strömt Druckluft vom Druckbehälter 45 über
die Anschlußdruckleitung 42, das offen geschaltete Zweiwege
Ventil 44 in die Druckleitung 41 und über die
Zylinderöffnung 40 in die Ventilführungsöffnung 36 in den
Hohlraum 28 ein und über die zumindest eine Auslaßöffnung 50
aus der Ventiltellerfläche 14 wieder aus. Vorzugsweise sind
mehrere Einlaßschaftöffnungen 30 am Umfang der äußeren
Mantelfläche 34 des Schaftes 9 vorgesehen, so daß auch bei
einer Rotation des Einlaßventils 1 eine Strömungsverbindung
der Ventilführungsöffnung 36 mit zumindest einer der
mehreren Einlaßschaftöffnungen 30 vorhanden ist. Es ist auch
denkbar, am Umfang der Außenfläche 38 der
Ventilführungshülse 7 mehrere Ventilführungsöffnungen 36
vorzusehen, die dann mit beispielsweise mehreren,
schlitzförmigen Einlaßschaftöffnungen 30 korrespondieren, um
in Offenstellung des Einlaßventils 1 stets eine
Strömungsverbindung vom Druckluftbehälter 45 zur
Auslaßöffnung 50 des Einlaßventils 1 herzustellen. Es ist
auch möglich, daß im Bereich der Ventilführungsöffnung 36 an
der Innenfläche 37 eine umlaufende Nut ausgebildet ist, mit
der sich in Offenstellung die Einlaßschaftöffnung 30 in
jeder Drehstellung des Einlaßventils 1 überdecken kann.
Durch die im Bereich der Ventiltellerfläche 14 aus zumindest
einer Auslaßöffnung 50 ausströmende Druckluft bildet sich in
Offenstellung des Einlaßventils 1 ein Luftfilm, der im
wesentlichen den Ventilteller 12 umgibt. Der Luftfilm
verhindert, daß es insbesondere im kalten Zustand der
Brennkraftmaschine sowie in bestimmten Betriebsbereichen der
Brennkraftmaschine zu einer ansonsten stattfindenden
Kondensation von Brennstofftröpfchen kommt, die sich dann
insbesondere an der Ventiltellerfläche 14 anlagern. Wie in
der Zeichnung dargestellt ist, ist es auch möglich, mehrere
Auslaßöffnungen 50 aus der Ventiltellerfläche 14
auszunehmen, die zum Beispiel vom Übergangsbereich 31
zwischen Ventiltellerfläche 14 und Schaft 9 radial zum
Hohlraum 28 führen, um durch die ausströmende Luft einen
besonders gleichmäßigen Luftfilm an der Ventiltellerfläche
14 zu erzeugen. Es ist auch möglich, anstelle oder
zusätzlich zu den Auslaßöffnungen 50 im Übergangsbereich 31
weitere Auslaßöffnungen 50 vorzusehen, die beispielsweise
aus der Ventiltellerfläche 14 oder aus der äußeren
Mantelfläche 34 des Schaftes 9, insbesondere in der Nähe des
Ventiltellers 12, ausgenommen sind. Die Anordnung der
Auslaßöffnungen 50 kann auch derart erfolgen, daß eine
Vielzahl von Auslaßöffnungen 50 siebförmig die
Ventiltellerfläche 14 durchlöchern. Die aus der Vielzahl von
Auslaßöffnungen 50 aus tretende Druckluft erzeugt einen
besonders gleichmäßigen Luftfilm, der dann die ganze
Ventiltellerfläche 14 mit dem Ventilteller 12 umgibt.
Es ist aber auch möglich, die Ventiltellerfläche 14 mit
einer rauhen Oberfläche auszubilden, welche die aus einer
Auslaßöffnung 50 oder beispielsweise aus mehreren
Auslaßöffnungen 50 aus tretende Druckluft an der rauhen
Oberfläche derart verwirbelt, daß sich ein Luftstrom um den
Ventilteller 12 herum ausbildet. Die Herstellung einer
rauhen Oberfläche der Ventiltellerfläche 14 kann
beispielsweise durch einen Sinterprozeß erfolgen, bei dem
eine Metallschicht auf die Ventiltellerfläche 14 aufgebracht
wird, um eine rauhe Oberfläche zu erzeugen. Zur Herstellung
der Auslaßöffnungen 50 und der rauhen Oberfläche der
Ventiltellerfläche 14 ist es auch möglich, das Einlaßventil
1 zweiteilig auszubilden, wobei ein Teil beispielsweise aus
dem Schaft 9 und ein Teil aus dem Ventilteller 12 besteht,
die nach der getrennten Bearbeitung von Schaft 9 und
Ventilteller 12 wieder zusammengefügt werden.
Das Ausblasen der Druckluft am Einlaßventil 1 ist
insbesondere während der Kaltstartphase und der
nachfolgenden Warmlaufphase sowie in bestimmten
Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine vorgesehen. Der
Zeitpunkt der Druckluftzufuhr ist einerseits abhängig vom
gewählten Abstand der wenigstens einen Ventilführungsöffnung
36 zur wenigstens einen Einlaßschaftöffnung 30 und
andererseits vom Zweiwege-Ventil 44 steuerbar. Das Zweiwege
Ventil 44 ist hierzu beispielsweise über eine elektrische
Anschlußleitung 52 an ein elektronisches Steuergerät 53
angeschlossen, das nur bei bestimmten Betriebsbereichen,
insbesondere in der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine,
das Zweiwege-Ventil 44 in eine Offenstellung bringt, um
Druckluft aus dem Einlaßventil 1 auszublasen. Die
Druckluftzufuhr ist insbesondere während der ersten 120
Sekunden nach dem Start der Brennkraftmaschine vorgesehen.
Es ist aber auch möglich, die Druckluftzufuhr zusätzlich
noch in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine
durchzuführen, bei denen beispielsweise nur kurzzeitig
erhöhte schädliche Bestandteile im Abgas, zum Beispiel bei
Vollast, auftreten. Derartige Betriebsbereiche können vom
elektronischen Steuergerät 53 mittels mit dem Steuergerät 53
verbundener Sensoren erfaßt werden.
Die über die Ventiltellerfläche 14 des Ventiltellers 12
abgegebene Druckluft bewirkt zudem, daß eine verbesserte
Vermischung des vom Brennstoffeinspritzventil 24 abgegebenen
Brennstoffs, insbesondere im Brennraum 20, stattfindet. Dies
führt zu einer optimalen Verbrennung des Brennstoffs im
Brennraum 20, wodurch sich auch der Brennstoffverbrauch der
Brennkraftmaschine reduziert. Überdies erfolgt durch die im
Hohlraum 28 strömende und aus dem Ventilteller 12
ausströmende Druckluft eine Kühlung des Einlaßventils 1, so
daß dessen thermische Belastung, insbesondere bei Vollast
der Brennkraftmaschine, reduziert wird, wodurch sich unter
anderem die Lebensdauer des Einlaßventils 1 erhöht.
Claims (7)
1. Einlaßventil für einen Brennraum einer
Brennkraftmaschine, das einen Ventilteller und einen hohlen
Schaft mit einem Hohlraum hat, durch welchen ein gasförmiges
Medium strömen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das
gasförmige Medium über zumindest eine im Schaft (9)
vorgesehene Einlaßschaftöffnung (30) in den Hohlraum (28)
einströmt und aus zumindest einer Auslaßöffnung (50) wieder
ausströmt, welche an einer dem Brennraum (20) der
Brennkraftmaschine abgewandten Seite des Einlaßventils (1)
vorgesehen ist.
2. Einlaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zumindest eine Auslaßöffnung (50) in einem
Übergangsbereich (31) zwischen Ventilteller (12) und Schaft
(9) vorgesehen ist.
3. Einlaßventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die zumindest eine Auslaßöffnung (50)
aus einer dem Brennraum (20) abgewandten Ventiltellerfläche
(14) des Ventiltellers (12) ausgenommen ist.
4. Einlaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zumindest eine Auslaßöffnung (50) aus einer äußeren
Mantelfläche (34) des Schaftes (9) ausgenommen ist.
5. Einlaßventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Auslaßöffnungen (50) vorgesehen
sind, die sich radial vom Hohlraum (28) zum Ventilteller
(12) erstrecken.
6. Einlaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine dem Brennraum (20) abgewandte Ventiltellerfläche (14)
des Ventiltellers (12) über die das aus der zumindest einen
Auslaßöffnung (50) austretende Medium strömt, rauh
ausgebildet ist.
7. Einlaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Einlaßventil (1) aus zwei Teilen, dem Schaft (9) und dem
Ventilteller (12) , hergestellt ist.
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1996
- 1996-02-06 JP JP8020252A patent/JPH08240107A/ja active Pending
- 1996-02-07 US US08/597,769 patent/US5617835A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104405466A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-03-11 | 大连理工大学 | 压缩空气发动机高压进气门 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US5617835A (en) | 1997-04-08 |
JPH08240107A (ja) | 1996-09-17 |
EP0726385B1 (de) | 1999-03-03 |
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