DE19754138A1

DE19754138A1 - Hubventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einlaß-Hubventil

Info

Publication number: DE19754138A1
Application number: DE19754138A
Authority: DE
Inventors: Jurij Gartner; Roland Ast; Reinhold Otten
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2017-12-06
Also published as: DE19754138B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Hubventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Einlaß-Hubventil, dessen Ventilteller einen einem Ventilsitz angepaßten konischen Sitzabschnitt aufweist, an welchen sich in Richtung zum Brenn raum hin ein weiterer Teller-Randabschnitt anschließt.

Hubventile von Brennkraftmaschinen bzw. insbesondere die Ventilteller der selben besitzen auch heute üblicherweise noch den gleichen Aufbau wie in früheren Zeiten, so wie dies beispielsweise in der deutschen Patent schrift 744 250 dargestellt ist. Der sich an den Ventilschaft anschließende sog. obe re Tellerabschnitt geht dabei unter einem sog. Ventiltellerwinkel in einen ko nischen Sitzabschnitt über, mit welchem das Hubventil bzw. dessen Ventil teller auf einem Ventilsitz, der insbesondere als separater Sitzring ausgebil det ist, aufsitzt, wenn das Ventil geschlossen ist. An diesen Sitzabschnitt schließt sich zum Brennraum hin ein zylindrischer Teller-Randabschnitt an, der zumeist mit einer Fase in die dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte sog. Teller-Stirnfläche übergeht.

Die Fase zwischen dem Teller-Randabschnitt und der Teller Stirnfläche be günstigt jedoch in Verbindung mit der üblichen zylindrischen Ausgestaltung des Teller-Randabschnittes das Rückströmen an einem Einlaßventil, d. h. daß die zunächst über das offene Einlaßventil in den Brennkraftmaschinen- Zylinder eingebrachte Frischladung insbesondere gegen Ende der Ventil schließbewegung über das noch geringfügig offene Einlaßventil uner wünschterweise wieder in den Ansaugkanal ausgeschoben wird. Dies ist jedoch im Hinblick auf eine gewünschte hohe Zylinderbefüllung, d. h. auf ein Einbringen von möglichst viel Frischladung bei geöffnetem Einlaßventil un günstig.

Eine Hubventilgestaltung aufzuzeigen, bei der diese geschilderte Problema tik nicht auftritt, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Teller- Randabschnitt dem Sitzabschnitt gleichsinnig konisch geformt ist, wobei der Winkel zwischen der Außenkante des Teller-Randabschnittes und einer zur Ventil-Längsachse senkrechten Ebene in der Größenordnung von 50° bis 70° liegt, während der dementsprechende Winkel des Sitzabschnittes in der Größenordnung von 40° bis 50° liegt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind In halt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist der bisher üblich zylindrisch gestaltete Teller- Randabschnitt somit ebenfalls konisch gestaltet, und zwar im wesentlichen in der gleichen Richtung bzw. im gleichen Sinn wie der Sitzabschnitt, d. h. daß der Durchmesser des Ventiltellers zum Zylinder bzw. Brennraum der Brenn kraftmaschine hin zunimmt. Der günstigste sog. und oben definierte Konus winkel liegt dabei in der angegebenen Größenordnung von 50° bis 70°. Be reits diese Maßnahme führt zu einem verringerten Rückströmen von Frischladung bei noch teilweise geöffnetem Einlaßventil, da der hierdurch gegenüber Ventiltellern mit zylindrischem Teller-Randabschnitt vergrößerte Ventiltellerdurchmesser dieses Rückströmen behindert bzw. nurmehr einen verringerten freien Strömungsquerschnitt hierfür freiläßt.

Noch weiter verringert werden kann das Rückströmen von Frischladung oder Frischgas aus dem Brennraum bzw. aus dem Zylinder in den vom Hubventil verschließbaren Einlaßkanal, wenn die vom Teller-Randabschnitt sowie der Teller-Stirnfläche gebildete Randkante des Ventiltellers scharfkantig ausge bildet ist. Mit diesen Maßnahmen wird somit aufgrund der verringerten Rück strömeffekte der sog. Liefergrad erhöht, was zu einer höheren Leistungs ausbeute der Brennkraftmaschine führt.

Zwar ist beispielsweise in der DE 36 28 466 A1 ein Hubventil gezeigt, dessen Randkante an der Teller-Stirnfläche bereits scharfkantig ausgebildet ist, je doch scheint es sich hierbei lediglich um eine vereinfachte Darstellung zu handeln, ohne daß diese Ausbildung tatsächlich so gewollt ist. Insbesondere ist hierbei zu berücksichtigen, daß bei diesem bekannten Stand der Technik die Randkante vom Sitzabschnitt und der Teller-Stirnfläche gebildet wird, wohingegen sich nach der vorliegenden Erfindung diese scharfkantige Randkante zwischen dem sich an den Sitzabschnitt anschließenden Teller- Randabschnitt sowie der Teller-Stirnfläche befindet.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt sich an die dem Teller-Randabschnitt abgewandte Seite des Sitzabschnittes ein gleich sinnig konischer Zwischenabschnitt an, dessen analog definierter, nämlich gegenüber einer zur Ventil-Längsachse senkrechten Ebene gemessener Winkel in der Größenordnung von 25 bis 40° liegt. An diesen schließlich schließt sich der im Ventilschaft auslaufende sog. obere Tellerabschnitt mit einem Ventiltellerwinkel in der Größenordnung von 15° bis 25° an. Hierdurch wird das Einströmen von Frischgas entlang des Ventiltellers in den Brenn kraftmaschinen-Brennraum nachweislich begünstigt, nachdem die Strömung dem Konturverlauf des Ventiltellers verbessert folgen kann, so daß hierdurch die Menge der über das geöffnete Einlaßventil in den Zylinder bzw. Brenn raum einbringbaren Frischladung gesteigert werden kann.

Die beigefügte Prinzipskizze zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar in Form eines Halbschnittes durch einen erfindungsge mäß gestalteten Ventilteller eines Einlaß-Hubventiles einer Brennkraftma schine.

Mit der Bezugsziffer 1 ist die Ventillängsachse bezeichnet, die gleichzeitig wie üblich die Achse des (nicht vollständig dargestellten) Ventilschaftes 10 bildet. An diesen Ventilschaft schließt sich der in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichnete Ventilteller an, dessen dem Brennraum bzw. dem Zylinder der Brennkraftmaschine zugewandte Teller-Stirnfläche die Bezugsziffer 3 trägt.

Einen Teil des Ventiltellers 2 bildet der einem nicht gezeigten Ventilsitz an gepaßte Sitzabschnitt 4, der wie üblich konisch gestaltet ist. Zwischen die sem Sitzabschnitt 4 sowie der Teller-Stirnfläche 3 befindet sich ein sog. Tel ler-Randabschnitt 5, während sich an die diesem Teller-Randabschnitt 5 ab gewandte Seite des Sitzabschnittes 4 ein ebenfalls konisch gestalteter, sog. Zwischenabschnitt 6 anschließt, auf den zum Ventilschaft 10 hin der sog. obere Tellerabschnitt 7 folgt. Letzterer läuft wie üblich im nur teilweise ge zeigten Ventilschaft 10 aus. Dabei sind sämtliche konischen Abschnitte 4, 5, 6, 7 des Ventiltellers 2 gleichsinnig konisch, d. h. daß sich der Durchmesser des Ventiltellers 2 vom Ventilschaft 10 zur Teller-Stirnfläche 3 hin kontinuier lich vergrößert.

Die Konizität der einzelnen genannten konischen Abschnitte bzw. Flächen wird durch die folgenden Winkel bestimmt, die jeweils zwischen den Außen kanten der einzelnen konischen Abschnitte 4, 5, 6, 7 und einer zur Ventil- Längsachse 1 senkrechten Ebene 8 definiert sind:
Der Winkel γ des Sitzabschnittes 4 liegt in der Größenordnung von 40° bis 50° und beträgt beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel 45°. Diese Grö ßenordnung gewährleistet eine optimale Abdichtung zwischen diesem Sitz abschnitt 4 sowie dem damit korrespondierenden, nicht gezeigten Ventilsitz.

Der Winkel δ zwischen der Außenkante des Teller-Randabschnittes 5 und der Ebene 8 liegt in der Größenordnung von 50° bis 70° und gewährleistet einerseits optimale Einströmverhältnisse für die längs des Ventiltellers 2 in den Brennraum bzw. Zylinder der Brennkraftmaschine gelangende Frischla dung. Gleichzeitig wird ein eventuelles Rückströmen von eingebrachter Frischladung in den im Bereich des Ventilschaftes liegenden nicht gezeigten Brennkraftmaschinen-Einlaßkanal durch die damit verbundene Durchmes ser-Vergrößerung des Ventiltellers 2 behindert.

Zusätzlich ist die vom Teller-Randabschnitt 5 sowie von der Teller- Stirnfläche 3 gebildete Randkante 9 des Ventiltellers 2 scharfkantig ausge bildet, um ein Rückströmen der eingebrachten Frischladung bei noch geöff netem Hubventil noch weiter zu verhindern, nachdem diese scharfkantige Randkante 9 eine Abrißkante bezüglich einer Rückströmung darstellt.

Der Winkel β, mit welchem der konische Zwischenabschnitt 6 gegenüber der Ebene 8 geneigt ist, liegt in der Größenordnung von 25° bis 40° und be trägt hier bevorzugt 30°, während sich der daran anschließende sog. Ventil tellerwinkel α des oberen Tellerabschnittes 7 in der Größenordnung von 15° bis 25° bewegt und hier bevorzugt 20° beträgt.

Mit dieser Gestaltung eines Ventiltellers 2 ergeben sich insbesondere an Einlaß-Hubventilen von Brennkraftmaschinen optimale Einströmverhältnisse, da die Strömung nachweislich dem Konturverlauf in optimaler Weise folgen kann. Jedoch sind durchaus Abweichungen von diesem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Ventil-Längsachse

2

Ventilteller

3

Teller-Stirnfläche

4

Sitzabschnitt

5

Teller-Randabschnitt

6

Zwischenabschnitt

7

oberer Tellerabschnitt

8

zu

1

senkrechte Ebene

9

Randkante zwischen

5

und

3

10

Ventilschaft

Claims

1. Hubventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einlaß-Hubventil, dessen Ventilteller (2) einen einem Ventilsitz angepaßten konischen Sitzabschnitt (4) aufweist, an welchen sich in Richtung zum Brenn raum hin ein weiterer Teller-Randabschnitt (5) anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller-Randabschnitt (5) dem Sitz abschnitt (4) gleichsinnig konisch geformt ist, wobei der Winkel (δ) zwischen der Außenkante des Teller-Randabschnittes (5) und einer zur Ventil-Längsachse (1) senkrechten Ebene (8) in der Größenord nung von 50° bis 70° liegt, während der dementsprechende Winkel (γ) des Sitzabschnittes (4) in der Größenordnung von 40° bin 50° liegt.

2. Hubventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Teller-Randabschnitt (5) sowie der Teller-Stirnfläche (3) gebildete Randkante (9) des Ventiltellers (2) scharfkantig ausgebildet ist.

3. Hubventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die dem Teller-Randabschnitt (5) abgewandte Seite des Sitzabschnittes (4) ein gleichsinnig Zwi schenabschnitt (6) mit einem analog definierten Winkel (β) in der Grö ßenordnung von 25° bis 40° und an diesen ein im Ventilschaft (10) auslaufender oberer Tellerabschnitt (7) mit einem Ventiltellerwinkel (α) in der Größenordnung von 15° bis 25° anschließt.