DE19735315A1 - Hot gas engine with a cam-controlled, shaft-guided inlet valve - Google Patents

Hot gas engine with a cam-controlled, shaft-guided inlet valve

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DE19735315A1 DE1997135315 DE19735315A DE19735315A1 DE 19735315 A1 DE19735315 A1 DE 19735315A1 DE 1997135315 DE1997135315 DE 1997135315 DE 19735315 A DE19735315 A DE 19735315A DE 19735315 A1 DE19735315 A1 DE 19735315A1
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    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf eine Heißgas-Kraftmaschine mit einem nockengesteuerten, schaftgeführten Einlaß­ ventil, wobei das einen eine gesonderte Verbrennungskammer mit einer Arbeits­ kammer der Kraftmaschine verbindenden Einlaßkanal steuernde und in die Ar­ beitskammer gegen eine Schließfeder öffnende, als Tellerventil gestaltete Einlaß­ ventil über den Ventilschaft mit einem vom kanalseitigen Gasdruck der Verbren­ nungskammer beaufschlagten Ausgleichskolben in Verbindung steht.The invention relates to a preamble of claim 1 Hot gas engine with a cam-controlled, shaft-guided inlet valve, which is a separate combustion chamber with a working Chamber of the engine connecting inlet channel controlling and in the Ar beitskammer against a closing spring opening, designed as a poppet valve valve via the valve stem with a gas pressure from the channel of the combustion compensation chamber is connected.

Eine derartige, als Brennkraftmaschine gestaltete Heißgas-Kraftmaschine ist bei­ spielsweise aus der DE-PS 730 040 bekannt, bei der zur Entlastung des Ventiltrie­ bes des nockengesteuerten Einlaßventils durch den im Einlaßkanal herrschenden hohen Gasdruck jedes Einlaßventil mit einem Gegenkolben ausgebildet ist, dessen dem kanalseitigen Gasdruck ausgesetzte Fläche im wesentlichen der insbe­ sondere in der Ventil-Schließstellung diesem Gasdruck ausgesetzten Fläche des Ventiltellers entspricht. Mit dieser Druck-Kompensation erübrigt sich für das Teller- Einlaßventil eine verstärkt ausgelegte Schließfeder, so daß in dem Einlaßventil- Trieb beim Öffnen des Teller-Einlaßventiles Belastungen in üblicher Weise ge­ geben sind. Such a hot gas engine designed as an internal combustion engine is shown in known for example from DE-PS 730 040, in which to relieve the valve train bes of the cam-controlled inlet valve by the prevailing in the inlet channel high gas pressure each inlet valve is formed with a counter piston, the the area exposed to the gas pressure on the duct essentially the special in the valve closed position exposed to this gas pressure surface of the Corresponds to valve plates. This pressure compensation eliminates the need for plate Inlet valve a strengthened closing spring, so that in the inlet valve Driven loads in the usual way when opening the plate inlet valve are given.  

In der Schließphase dieses Einlaßventils bei einem etwa mit dem in der Gleich­ druck-Verbrennungskammer herrschenden Druck in der Arbeitskammer wirkt auf das Tellerventil arbeitskammerseitig dieser Druck und zusätzlich im Einlaßkanal der dort herrschende Gasdruck auf den Gegenkolben bzw. Ausgleichskolben, so daß in dem Ventiltrieb in Schließrichtung hohe Schließbelastungen auftreten, die wäh­ rend des Kontaktes des Einlaßventil-Triebes mit dem Steuernocken der Nocken­ welle auf diese nachteilig einwirken.In the closing phase of this inlet valve at about the same as in the same pressure combustion chamber prevails pressure in the working chamber the poppet valve on the working chamber side this pressure and in addition in the inlet duct there prevailing gas pressure on the counter-piston or compensating piston, so that high closing loads occur in the valve drive in the closing direction, which rend the contact of the inlet valve drive with the control cam of the cams wave adversely affect this.

Aus der DE-PS 5 21 925 ist für eine Heißgas-Kraftmaschine eine gesonderte Ver­ brennungskammer bekannt, aus der ein Gas von im wesentlichen konstantem Druck einer nachgeschalteten Brennkraftmaschine über ein gesteuert nach innen öffnendes Auslaßventil zugeführt ist. Dieses gegen den Gasdruck in der Verbren­ nungskammer zu öffnende Auslaßventil ist zur Entlastung des Ventilgetriebes mit einem gesteuert beidseitig druckbeaufschlagten Ausgleichskolben ausgerüstet. Öffnen dieses Auslaßventils gegen den Gasdruck in der Verbrennungs­ kammer ist beispielsweise der einerseits vom Gasdruck beaufschlagte Ausgleichs­ kolben andererseits von einem diesem Gasdruck entsprechenden Druck beauf­ schlagt und dadurch der Druck auf beiden Seiten des Ausgleichskolbens zum Öff­ nen des Ventils ausgeglichen.From DE-PS 5 21 925 is a separate Ver for a hot gas engine combustion chamber known, from which a gas of substantially constant Pressure of a downstream internal combustion engine controlled by an inward opening exhaust valve is supplied. This against the gas pressure in the combustion Opening chamber opening valve is to relieve the valve gear with equipped with a compensating piston which is pressurized on both sides. Open this exhaust valve against the gas pressure in the combustion Chamber is, for example, the balancing acted upon by the gas pressure piston on the other hand acted on by a pressure corresponding to this gas pressure strikes and thereby the pressure on both sides of the compensating piston to the opening balanced the valve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemäße Heißgas- Kraftmaschine eine Anordnung des mit dem Teller-Einlaßventil verbundenen Aus­ gleichskolbens aufzuzeigen derart, daß beim Schließen des Teller-Einlaßventils aus dem hohen Gasdruck in der Arbeitskammer der Kraftmaschine resultierende Belastungen auf den Ventiltrieb vermieden sind.The invention is based, for a generic hot gas Engine an arrangement of the associated with the plate inlet valve same piston to show in such a way that when closing the plate inlet valve resulting from the high gas pressure in the working chamber of the engine Loads on the valve train are avoided.

Diese Aufgabe ist mit dem Patenanspruch 1 gelöst und zwar dadurch, daß der Ausgleichskolben auf der dem Einlaßkanal-Gasdruck abgewandten Seite in einer Ausgleichskolben-Kammer über einen Verbindungskanal mit der Arbeitskammer der Kraftmaschine in gasführender Verbindung steht derart, daß am Ausgleichs­ kolben in der Schließphase des Teller-Einlaßventiles im wesentlichen ein Druck­ ausgleich bewirkt ist. This problem is solved with claim 1, namely in that the Compensating piston on the side facing away from the inlet duct gas pressure in one Compensating piston chamber via a connecting channel with the working chamber the engine in gas-carrying connection is such that the compensation piston in the closing phase of the plate inlet valve essentially a pressure compensation is effected.  

Mit der Erfindung sind in vorteilhafter Weise hohe mechanische und tribologische Belastungen im Ventiltrieb des Teller-Einlaßventiles vermieden.With the invention are high mechanical and tribological advantageously Loads in the valve train of the plate inlet valve avoided.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine in baulich vorteilhaft einfacher Weise für unterschiedliche Ventiltriebsarten geeignete Anordnung dadurch erreicht, daß die Ausgleichskolben-Kammer zum benachbarten Einlaßkanal offen ausgebildet an­ geordnet ist derart, daß der Ausgleichskolben insbesondere bei geschlossenem Teller-Einlaßventil zur Kompensation des auf den Ventilteller wirkenden Gas­ druckes von diesem direkt beaufschlagt ist.In an embodiment of the invention is a structurally advantageous simple for different valve train types suitable arrangement achieved in that the Compensating piston chamber open to the adjacent inlet duct is arranged in such a way that the compensating piston is closed, in particular Disc inlet valve to compensate for the gas acting on the valve disc pressure is directly applied by this.

In einer anderen erfindungsgemäßen Anordnung ist der Ausgleichskolben als Be­ tätigungselement des Teller-Einlaßventiles kanalgasdruckseitig von der Schließ­ feder und arbeitskammer-druckseitig vom Steuernocken einer Nockenwelle beauf­ schlagt, wobei die Nockenwelle in einer mit der Ausgleichskolben-Kammer gas­ führend verbundenen Nische im Maschinengehäuse im wesentlichen gasdicht ge­ lagert angeordnet ist.In another arrangement according to the invention, the compensating piston is designed as Be Actuating element of the plate inlet valve on the duct gas pressure side of the closing Actuate spring and working chamber pressure side from the control cam of a camshaft strikes, the camshaft in a gas with the balance piston chamber leading connected niche in the machine housing is essentially gas-tight is arranged.

Die Erfindung ist anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Beispiele be­ schrieben. Es zeigtThe invention is based on examples shown schematically in the drawing wrote. It shows

Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Anordnung eines Ausgleichskolbens eines Teller-Einlaßventils einer Heißgas-Kraftmaschine, und Fig. 1 shows a first arrangement according to the invention of a compensating piston of a plate inlet valve of a hot gas engine, and

Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung mit einem als Ventil-Be­ tätigungselement dienenden Ausgleichskolben des Teller-Einlaß­ ventiles. Fig. 2 shows a second arrangement according to the invention with an actuating element serving as a valve compensating piston of the plate inlet valve.

Eine nicht näher gezeigte Heißgas-Brennkraftmaschine 1 ist mit einem nocken­ gesteuerten, schaftgeführten Teller-Einlaßventil 2 ausgerüstet, wobei das einen eine gesonderte, nicht gezeigte Gleichdruck-Verbrennungskammer mit einer ledig­ lich angedeuteten Arbeitskammer 3 der Brennkraftmaschine 1 verbindenden Ein­ laßkanal 4 steuernde und in die Arbeitskammer 3 gegen eine Schließfeder 5 öff­ nende Teller-Einlaßventil 2 über den Ventilschaft 6 mit einem vom kanalseitigen Gasdruck der Verbrennungskammer beaufschlagten Ausgleichskolben 7 in Ver­ bindung steht.A hot gas internal combustion engine 1 , not shown, is equipped with a cam-controlled, shaft-guided plate inlet valve 2 , the one connecting a separate, not shown constant pressure combustion chamber with a single-indicated working chamber 3 of the internal combustion engine 1 connecting a control channel 4 and into the Working chamber 3 against a closing spring 5 öff Nende plate inlet valve 2 via the valve stem 6 with a balancing piston 7 acted upon by the channel-side gas pressure of the combustion chamber in Ver connection.

Um beim Schließen des Teller-Einlaßventiles 2 die Belastungen auf den Ventiltrieb 8 aus dem am Ventilteller 9 durch den in der Arbeitskammer 3 herrschenden Druck, der etwa dem in der Verbrennungskammer entspricht, zu reduzieren, steht der Ausgleichskolben 7 auf der dem Einlaßkanal-Gasdruck abgewandten Seite 10 in einer Ausgleichskolben-Kammer 11 über einen im Ventilschaft 6 angeordneten Verbindungskanal 12 mit der Arbeitskammer 3 der Brennkraftmaschine 1 in gas­ führender Verbindung derart, daß am Ausgleichskolben 7 in der Schließphase des Teller-Einlaßventiles 2 im wesentlichen ein Druckausgleich bewirkt ist.In order to reduce the loads on the valve train 8 from the pressure on the valve plate 9 due to the pressure prevailing in the working chamber 3 , which corresponds approximately to that in the combustion chamber, when the plate inlet valve 2 is closed, the compensating piston 7 is on the side facing away from the inlet channel gas pressure Page 10 in a compensating piston chamber 11 via a connection channel 12 arranged in the valve stem 6 with the working chamber 3 of the internal combustion engine 1 in gas-conducting connection such that a pressure equalization is essentially effected on the compensating piston 7 in the closing phase of the plate inlet valve 2 .

Eine baulich einfache,erfindungsgemäße Anordnung ist gemäß Fig. 1 dadurch erreicht, daß die Ausgleichskolben-Kammer 11 zum benachbarten Einlaßkanal 4 offen ausgebildet angeordnet ist derart, daß der Ausgleichskolben 7 insbesondere bei geschlossenem Teller-Einlaßventil 2 zur Kompensation des auf den Ventilteller 9 wirkenden Gasdruckes von diesem direkt flächig beaufschlagt ist. Diese Anord­ nung ist vorteilhafterweise für alle Ventiltriebsarten 8 verwendbar, beispielsweise für einen in der Fig. 1 gezeigten Tassenstößeltrieb.A structurally simple arrangement according to the invention is achieved according to FIG. 1 in that the compensating piston chamber 11 is arranged to be open to the adjacent inlet duct 4 in such a way that the compensating piston 7, in particular when the plate inlet valve 2 is closed, for compensating the gas pressure acting on the valve plate 9 is directly acted upon by this. This arrangement is advantageously usable for all types of valve train 8 , for example for a bucket tappet drive shown in FIG. 1.

Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt die Fig. 2, bei der der Ausgleichskolben 7' als Übertragungselement des Teller-Einlaßventiles 2' kanaldruckseitig von der Schließfeder 5' und arbeitskammer-druckseitig vom Steuernocken 13 einer Nockenwelle 14 des Ventiltriebes 8' beaufschlagt ist, wobei die Nockenwelle 14 in einer mit der Ausgleichskolben-Kammer 11' verbundenen Nische 15 im Maschinengehäuse 16 im wesentlichen gasdicht gelagert angeordnet ist. Hierbei ist die Ausgleichskolben-Kammer 11' über einen im Maschinengehäuse 16 angeordneten Verbindungskanal 12' mit der Arbeitskammer 3' verbunden, womit ein im Durchmesser dünner, ungeschwächter Ventilschaft 6' erzielt ist. Wei­ ter ist dem Ausgleichskolben 7' der im Einlaßkanal 4' herrschende Gasdruck über einen im Maschinengehäuse 16 vorgesehenen Stichkanal 17 vermittelt.Another embodiment of the arrangement according to the invention is shown in FIG. 2, in which the compensating piston 7 'is acted upon as a transmission element of the plate inlet valve 2 ' on the channel pressure side by the closing spring 5 'and on the pressure chamber side by the control cam 13 of a camshaft 14 of the valve drive 8 ', whereby the camshaft 14 is arranged in a gas-tight manner in a recess 15 connected to the compensating piston chamber 11 'in the machine housing 16 . In this case, the equalizing piston chamber 11 'is connected to the working chamber 3 ' via a connecting channel 12 'arranged in the machine housing 16 , thus achieving a valve shaft 6 ' which is thin in diameter and is not weakened. Wei ter the balance piston 7 'of the inlet duct 4' prevailing gas pressure is mediated through a provided in the machine housing 16 pass channel 17th

Claims (5)

1. Heißgas-Kraftmaschine mit einem nockengesteuerten, schaftgeführten Einlaßventil,
  • - wobei das einen eine gesonderte Verbrennungskammer mit einer Arbeitskammer (3, 3') der Kraftmaschine (1, 1') verbindenden Ein­ laßkanal (4, 4') steuernde und in die Arbeitskammer (3, 3') gegen eine Schließfeder (5, 5') öffnende, als Tellerventil gestaltete Einlaß­ ventil (2, 2') über den Ventilschaft (6, 6') mit einem vom kanalseitigen Gasdruck der Verbrennungskammer beaufschlagten Ausgleichskol­ ben (7, 7') in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Ausgleichskolben (7, 7') auf der dem Einlaßkanal-Gasdruck abgewandten Seite (10, 10') in einer Ausgleichskolben-Kammer (11, 11') über einen Verbindungskanal (12, 12') mit der Arbeitskammer (3, 3') der Kraftmaschine (1, 1') in gasführender Verbindung steht derart,
  • - daß am Ausgleichskolben (7, 7') in der Schließphase des Teller-Ein­ laßventiles (2, 2') im wesentlichen ein Druckausgleich bewirkt ist.
1. hot gas engine with a cam-controlled, shaft-guided inlet valve,
  • - The one a separate combustion chamber with a working chamber ( 3 , 3 ') of the engine ( 1 , 1 ') connecting a lasskanal ( 4 , 4 ') controlling and in the working chamber ( 3 , 3 ') against a closing spring ( 5 , 5 ') opening inlet valve ( 2 , 2 ') designed as a poppet valve is connected via the valve stem ( 6 , 6 ') to a compensation piston ( 7 , 7 ') acted upon by the gas pressure of the combustion chamber on the duct side,
    characterized by
  • - That the compensating piston ( 7 , 7 ') on the side facing away from the inlet duct gas pressure ( 10 , 10 ') in a compensating piston chamber ( 11 , 11 ') via a connecting duct ( 12 , 12 ') with the working chamber ( 3 , 3 ') of the engine ( 1 , 1 ') is in gas-carrying connection,
  • - That on the compensating piston ( 7 , 7 ') in the closing phase of the plate-A lassventiles ( 2 , 2 ') is essentially a pressure equalization.
2. Heißgas-Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Ausgleichskolben-Kammer (11) zum benachbarten Einlaßkanal (4) offen ausgebildet angeordnet ist derart,
  • - daß der Ausgleichskolben (7) insbesondere bei geschlossenem Tel­ ler-Einlaßventil (2) zur Kompensation des auf den Ventilteller (9) wir­ kenden Gasdruckes von diesem direkt flächig beaufschlagt ist.
2. Hot gas engine according to claim 1, characterized in
  • - That the compensating piston chamber ( 11 ) is arranged open to the adjacent inlet channel ( 4 ) such
  • - That the compensating piston ( 7 ) especially when the Tel ler inlet valve ( 2 ) is closed to compensate for the valve plate ( 9 ) we acting gas pressure from this directly flat.
3. Heißgas-Kraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskolben-Kammer (11) über einen im Ventilschaft (6) angeordneten Verbindungskanal (12) mit der Arbeitskammer (3) in gasführender Verbin­ dung steht.3. Hot gas engine according to claim 2, characterized in that the compensating piston chamber ( 11 ) via a valve stem ( 6 ) arranged connecting channel ( 12 ) with the working chamber ( 3 ) is in gas-carrying connection. 4. Heißgas-Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Ausgleichskolben (7') als Übertragungselement des Teller- Einlaßventiles (2') kanalgasdruckseitig von der Schließfeder (5') und arbeitskammer-druckseitig vom Steuernocken (13) einer Nocken­ welle (14) beaufschlagt ist, wobei
  • - die Nockenwelle (14) in einer mit der Ausgleichskolben-Kammer (11') verbundenen Nische (15) im Maschinengehäuse (16) im wesentli­ chen gasdicht gelagert angeordnet ist.
4. hot gas engine according to claim 1, characterized in
  • - That the compensating piston ( 7 ') as a transmission element of the plate inlet valve ( 2 ') duct gas pressure side of the closing spring ( 5 ') and pressure chamber side of the control cam ( 13 ) of a cam shaft ( 14 ) is acted upon, whereby
  • - The camshaft ( 14 ) in a with the compensation piston chamber ( 11 ') connected niche ( 15 ) in the machine housing ( 16 ) is arranged in a gas-tight manner.
5. Heißgas-Kraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskolben-Kammer (11') über einen im Maschinengehäuse (16) an­ geordneten Verbindungskanal (12') mit der Arbeitskammer (3') in gasfüh­ render Verbindung steht.5. Hot gas engine according to claim 4, characterized in that the compensating piston chamber ( 11 ') via an in the machine housing ( 16 ) to an orderly connecting channel ( 12 ') with the working chamber ( 3 ') is in gas-conducting connection.
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