DE19754138B4 - Hubventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einlaß-Hubventil - Google Patents

Hubventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einlaß-Hubventil Download PDF

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Abstract

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

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 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

Claims (3)

  1. Hubventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere Einlaß-Hubventil, dessen Ventilteller (2) einen einem Ventilsitz angepassten konischen Sitzabschnitt (4) aufweist, an welchen sich in Richtung zum Brennraum hin ein weiterer Teller-Randabschnitt (5) anschließt, wobei der Teller-Randabschnitt (5) dem Sitzabschnitt (4) gleichsinnig konisch geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (δ) zwischen der Außenkante des Teller-Randabschnittes (5) und einer zur Ventillängsachse (1) senkrechten Ebene (8) in der Größenordnung von 50° bis 70° liegt, während der dementsprechende Winkel (γ) des Sitzabschnittes (4) in der Größenordnung von 40° bis 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 Teiler-Randabschnitt (5) abgewandte Seite des Sitzabschnittes (4) ein gleichsinnig ausgerichteter Zwischenabschnitt (6) mit einem analog definiertem Winkel (β) in der Größenordnung 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.
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