-
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 Brennraum
hin ein weiterer Teller-Randabschnitt anschließt.
-
Zum
technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Patentschrift
DD 126 427 hingewiesen, aus
der eine Einlaßventilanordnung
für Verbrennungsmotoren
bekannt ist. Die Einlaßventilanordnung
weist ein Einlaßventil
auf, dessen Ventilteller vom Ventilschaft kommend, dem sog. oberen
Tellerabschnitt, über
eine erste Fase, dem sog. Ventiltellerwinkel, in eine Ventilsitzphase übergeht
und weiter über
einen zylindrischen Teller-Randabschnitt an der, dem Brennraum zugewandten
Seite, an der Teller-Stirnfläche
endet.
-
Aus
der europäischen
Patentanmeldung
EP 0
024 890 A1 , von der diese Erfindung ausgeht, ist ein Auslaß-Hubventil
einer Brennkraftmaschine bekannt, dessen Ventilteller einen einem
Ventilsitz angepassten konischen Sitzabschnitt aufweist, an welchen
sich in Richtung zum Brennraum hin ein weiterer Teller-Randabschnitt
anschließt,
wobei der Teller-Randabschnitt dem Sitzabschnitt gleichsinnig konisch
geformt ist. Ausgehend von diesem Teller-Randabschnitt geht der
Ventilteller kugelschichtförmig
in die brennraumseitige Teller-Stirnfläche über.
-
Diese
geometrische Ventiltellerausgestaltung begünstigt jedoch das Rückströmen, insbesondere
an einem Einlaßventil,
d. h. dass die zunächst über das
offene Einlaßventil
in den Brennkraftmaschinen-Zylinder eingebrachte Frischladung, insbesondere
gegen Ende der Ventilschließbewegung, über das
noch geringfügig
offene Einlaßventil
unerwünschterweise
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,
ungünstig.
-
Eine
Hubventilgestaltung aufzuzeigen, bei der diese geschilderte Problematik
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 Inhalt 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 Brennkraftmaschine
hin zunimmt. Der günstigste
sog. und oben definierte Konuswinkel liegt dabei in der angegebenen
Größenordnung
von 50° bis
70°. Bereits
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 ausgebildet ist. Mit diesen
Maßnahmen
wird somit aufgrund der verringerten Rückströmeffekte der sog. Liefergrad
erhöht,
was zu einer höheren
Leistungsausbeute der Brennkraftmaschine führt.
-
Zwar
ist beispielsweise in der
DE
36 28 466 A1 ein Hubventil gezeigt, desen Randkante an
der Teller-Stirnfläche
bereits scharfkantig ausgebildet ist, jedoch 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 gleichsinnig 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 Brennkraftmaschinen-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. Brennraum einbringbaren Frischladung gesteigert
werden kann.
-
Die
beigefügte
Prinzipskizze zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
und zwar in Form eines Halbschnittes durch einen erfindungsgemäß gestalteten
Ventilteller eines Einlaß-Hubventiles
einer Brennkraftmaschine.
-
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 angepaßte
Sitzabschnitt 4, der wie üblich konisch gestaltet ist.
Zwischen diesem Sitzabschnitt 4 sowie der Teller-Stirnfläche 3 befindet sich
ein sog. Teller-Randabschnitt 5, während sich an die diesem Teller-Randabschnitt 5 abgewandte
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 gezeigten 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
kontinuierlich 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
Größenordnung
gewährleistet
eine optimale Abdichtung zwischen diesem Sitzabschnitt 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 Frischladung. Gleichzeitig wird ein eventuelles Rückströmen von eingebrachter
Frischladung in den im Bereich des Ventilschaftes liegenden nicht
gezeigten Brennkraftmaschinen-Einlaßkanal durch die damit verbundene Durchmesser-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 ausgebildet, um
ein Rückströmen der
eingebrachten Frischladung bei noch geöffnetem 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 beträgt hier
bevorzugt 30°,
während
sich der daran anschließende
sog. Ventiltellerwinkel 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 Ausführungsbeispiel
möglich,
ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen.
-
- 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