DE2545860A1

DE2545860A1 - Ventil, insbesondere fuer hubkolben-brennkraftmaschinen, wie dieselmotoren u.a.

Info

Publication number: DE2545860A1
Application number: DE19752545860
Authority: DE
Inventors: Ludwig Ing Grad Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1977-04-28
Also published as: RO69677A; HU174123B; JPS5248717A; FR2328109A1; DD126576A1; CH600140A5; IT1072545B; GB1569277A; SE7611443L

Description

Ar.n3ld.er:

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Herren Ludwig Eisbett Ing-irr?.d. Günter Slsbett S543 Hilpoltstein

Vertreter

Fritz M e r t e η Patent- und Zivilingenieur

8501 Schwarzenbruck bei Nürnberg Brückkanalstraße 25

Zustellungsbevollmächtigter :

siehe Vertreter

Schvarzenbruck, den 29. September 1975

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Ventil, insbesondere für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wie Dieselmotoren und anderes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wie Dieselmotoren u. a., mit am einen Ende eines axial bewegbaren Schaftes angeordnetem Ventilteller, welcher mit seinen einem Brennraum zugewandten Dichtflächen an Dichtflächen von Ein- und/oder Auslaßkanälen auf- und absetzbar ist.

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Zum Steuern von Gaswechselvorgängen bei Brennkraftmaschinen, wie Dieselmotoren u. a., ist es bekannt, zwischen den Brennräumen und den an ihnen angeschlossenen Ein- und Auslaßkanälen Ventile vorzusehen und diese Ventile entsprechend dem jeweiligen Takt der'Brennkraftmaschine zu steuern. Die Ventile, die je nach deren Funktion in Ein- oder Auslaßkanälen angeordnet sind, sind vielfach hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt und bedürfen daher einer entsprechenden Festigkeit, ohne dabei ihre Dichtwirkung an den Dichtflächen, vorzugsweise an Zylinderköpfen der Brennkraftmaschinen, im Bereich deren Ein- und/oder Auslaßkanälen zu vernachlässigen. Mit zunehmender thermischer Belastung solcher Ventile wird es immer schwerer, die Dichtheit- zwischen Brennraum und Ein- und/oder Auslaßkanal zu gewährleisten, weil beispielsweise bei einem in einem Einlaßkanal angeordneten Ventil dessen dem Brennraum zugewandte Ebene sehr stark aufgeheizt wird, während die dem Brennraum abgewandten Kantelflächen dieses Ventil durch die vielfach kalte, einströmende Verbrennungsluft stark abgekühlt werden. Das Ergebnis solcher Temperaturunterschiede zwischen den der Brenngaswärme ausgesetzten und den dieser nicht ausgesetzten Flächen bzw. Teilen des Ventils führen infolge Wärmeausdehnungen zu Veränderungen des Sitzwinkels und damit zu Undichtheiten an den Dichtflächen selbst.

Ein bekanntes Ventil zum Abdichten eines Brennraumes gegen einen Ein- und/oder Auslaßkanal wird im wesentlichen von einem in einem Zylinderkopf axial bewegbaren Schaft mit einem an dessen dem Brennraum zugewandten Ende angeordnetem Ventilteller gebildet, wobei dieser Ventilteller eine dem Brennraum ausgesetzte, kalottenartige Stirnfläche und eine seitliche Dichtfläche aufweist. Die Dichtfläche dieses Ventils ist dabei kegelförmig ausgeführt und sie schließt sich mit ihrer Basis an der Basisebene der Kalotte an. Die der Basis dieser Kegelfläche

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ehgewandte Ebene der 'Dichtfläche geht in eine pilzartige Erweiterung des Ventilschaftes über, und es ist die Krümmung dieser Erweiterung so gestaltet, daß der Schaft annähernd unmittelbar sich an der Dichtfläche des Ventiltellers anschließt. Analog dieser Gestaltung der Dichtfläche am Ventilteller ist auch die Dichtfläche an der in den Brennraum einmündenden Öffnung des Ein- und/oder Auslaßkanals gestaltet, so daß auch diese Fläche eine kegelförmige Form aufweist, wodurch an diese Fläche die Dichtfläche des Ventiltellers entsprechend den Takten der Brennkraftmaschine zur Anlage gelangt. Zusätzlich zu dieser kegelförmigen Dichtfläche an der öffnung des Ein- und/oder Auslaßkanals ist dort eine zylindrische Hantelfläche vorgesehen, welche sich an der Basis der kegelförmigen Dichtfläche anschließt und in die ein über die Basis der Dichtfläche am Ventilteller hinausreichender Rand der Kalotte eingreift. Bei Ventilen dieser Art hat es sich ergeben, daß diese insbesondere infolge einer starken radialen Ablenkung beispielsweise der in den Brennraum einströmenden Verbrennungsluft vielfach zu einer Minderung des Dralls und damit auch des Liefergrades führen, so daß Ventile dieser Art für Brennkraftmaschinen, die einen Luftdrall für den Mischvorgang erfordern, weniger geeignet erscheinen (DT-AS 1 203 943).

Ausgehend von solchen Überlegungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil für Brennkraftmaschinen zu schaffen, das im Fall seines Einbaues im Einlaßkanal sowohl eine gute Drallwirkung und den notwendigen Liefergrad ermöglicht als auch im Fall dessen Einbaues im Auslaßkanal die auszustoßenden Gase kaum behindert.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Ventil vom Mantel seines Schaftes bis über dessen Dicht-

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fläche hineus einen strömimssgünstipren Mantel ohne Ablenkstellen aufweist.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Strömungsquerschnitt im Sin- und/oder Auslaßkanal durch den Einbau des Ventils kaum nachteilig beeinflußt werden kann, weil auch das eingebaute Ventil dem Strömungsverlauf der.Ansaugluft oder der Auspuffgase entsprechend angepaßt ist. Dadurch, daß insbesondere am- Dichtrand des Ventiltellers keine Kanten und damit Ablenkstellen vorgesehen sind, erfolgen dort auch keine radialen Ablenkungen mit vielfach daraus resultierenden Verwirbelungen, die wiederum zu Strömungshindernissen mit den an sich bekannten Folgen führen. Die Gestaltung eines Ventils gemäß diesen Maßnahmen ermöglicht eine einwandfreie Strömung bei geringstmöglichem Querschnittswiderstand und führt beim Einbau desselben im Einlaßkanal zum gewünschten, optimalen Mischungsvorgang bei entsprechendem Lieferanteil an Verbrennungsluft im Brennraum .

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich da,durch aus, daß der Rand des Ventil-bellers, insbesondere im Bereich dessen Dichtfläche, mindestens eine Abrundung aufweist.

Durch eine solche Maßnahme kann der Strönungsführung, insbesondere im Bereich der Dichtfläche des Ventils, einfach dadurch Rechnung getragen werden, daß entsprechend dem Einfallwinkel, beispielsweise der in den Brennraum einschießenden Luft, der Dichtrand des Ventiltellers gestaltet wird, so daß diese Luft schon am Beginn ihres Einlaufs in den Brennraum ein dem Brennraum angepaßtes Drallbild annimmt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich dadurch

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aus, daß der Hantel des Schaftes bis zur. Ventilteller als Leitfläche ausgeführt ist und das dem Brennraum benachbarte Ende desselben in die Abrundung des Ventiltellers ausläuft.

Durch diese Maßnahme läßt sich eine Anpassung des Mantels des Schaftes an die jeweilige Dichtfläche am Ein- und/oder Auslaßkanal in der Art vornehmen, daß bereits durch entsprechende Gestaltung dieses 1-iantels dem strömenden Medium die gemanschte Strömungsrichtung mit gering stnö glichen StröFiungowiderständen verliehen wird.

Um auch in Verbindung mit den Dichtflächen am jeweiligen Ein- und/oder Auslaßkanal möglichst optimale Strömung sverhältnisse zu erzielen, kennen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Radien an der Abrundung und der Leitfläche des Ventils den P.adien gegenüberliegender Wände der Ein- und/oder Auslaßkanäle angepaßt sein.

Eine solche Maßnahme führt dazu, daß der durch die Gestaltung des Ventils gewonnene Vorteil hinsichtlich der Strömung, insbesondere im .Bereich der Dichtflächen, nicht durch eine ungünstige Gestaltung der anschließenden Kanäle verloren geht.

Eine Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens führt auch dazu, daß insbesondere den Radien der Abrundung an den Dichtflächen des Ventiltellers die Radien der Dichtflächen, z. B. die der Ventilsitzmittel an den Ein- und/oder Auslaßkanälen, umgekehrt proportional angepaßt werden.

Dadurch sollen die durch die Gestaltung des Ventils gewonnenen Vorteile in der Strömung nicht an den Dichtstellen des Ventils an den Ein- und/oder Auslaßkanälen verloren gehen.

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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können insbesondere den verbleibenden Anmeldeunterlagen entnommen v/erden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, am Beispiel eines längsgeschnittenen Einlaßkanals, schematisch dargestellt.

In einem Einlaßkanal 1, welcher mit seiner einen Öffnung 2 in einen Brennraum 3 und mit seiner anderen Öffnung beispielsweise an einem in der Zeichnung nicht dagestellten Luftversorgungssystem angeschlossen ist, ist ein Ventil 4 axialverschieblich angeordnet. Das Ventil 4, welches in der in den Brennraum 3 mündenden Öffnung 2 des Einlaßkanals 1 vorgesehen ist, wird im wesentlichen von einem Schaft 5 und einem Ventilteller 6 gebildet, und .es ist dessen Ventilteller so gestaltet, daß er hier an Ventilsitzmitteln 7 an der Öffnung 2 des Einlaßkanals 1 über dessen Dichtfläche 8 sich auf- und absetzen kann. Der Ventilteller 6 und mit ihm auch dessen Dichtfläche 8 sind zusammen mit dem Schaft 5 des Ventils 4 strömungsgünstig ausgeführt, und es sind zwischen den einzelnen Abschnitten dieses Ventils, d. h.· zwisehen dem Schaft und dem Ventilteller, keine eine Strömung nachteilig beeinflussenden Kanten- und/oder Ablenkstellen vorgesehen. Um die an den Dichtflächen 8 vorbeiziehende Strömung dabei nicht zu beeinträchtigen, ist der Ventilteller 6 mit einer Abrundung 9 versehen, wobei die Radien dieser Abrundung so gewählt sind, daß sie sowohl ineinanderlaufen als auch der dem Schaft 5 zugewandte Radius in einen Radius des Mantels 10 des Schaftes ohne Kantbzw. Ablenkstelle übergeht. Durch diese Gestaltung der Radien und damit des Ventils 4 ist es möglich, beispielsweise der Ansaugluft bei geöffnetem.Ventil eine weitgehend axiale Strömung in Axialrichtung X des Schaftes 5 zu verleihen, so daß annähernd ohne Strömungsverluste

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die in den Brennraum 3 einzubringende Ansaug- bzw. Verbrennungsluft eingeführt als auch dabei um ein gewünschtes Drallbild um eine Brennraumachse Y geleitet v/erden kann. Dadurch, daß der Mantel 10 des Schaftes 5 durch entsprechende Formung desselben einaa strömungsgünstigen Verlauf aufweist, kann dieser Mantel nach Art einer Leitfläche ausgeführt v/erden, die die Strömung gezielt und ohne Verwirbelungen- zu führen vermag. Die Radien der Abrundung 9 der Dichtfläche 8 am Ventilteller 6 und am Hantel 10 des Schaftes 5 können dem jeweiligen Durchmesser des Ein- oder Auslaßkanals 1 angepaßt sein, und es können beispielsweise die Radien am Ventilteller 6 eine strömungsgünstige Form im Bereich der Öffnung 2 aufweisen.

Analog dieser Gestaltung der Radien am Ventil 4 und hier insbesondere am Ventilteller 6 lassen sich auch die Radien an den Ventilsitzmitteln 7, welche an den Öffnungen 2 der Ein- und/oder Auslaßkanäle 1 vorgesehen sind, anpassen. Durch die ballige Abrundung 9 am Ventilteller 6 und gegebenenfalls auch eine ballige Abrundung 11 an den Ventilsitzmitteln 7 lassen sich optimale Abdichtungsverhältnisse schaffen, weil sich der Ventilteller je nach Temperaturverzug mit seiner Dichtfläche 8 an den Ventilsitzraitteln 7 einstellen kann. Dadurch lassen sich äußerst günstige Abdichtverhältnisse schaffen, v/eil selbst nach einer gewissen Laufzeit die abgerundeten Dichtflächen S, 11 besser als flach verlaufende Dichtflächen abdichten. Die abgerundeten Dichtflächen 8, 11 passen sich ständig den sich ändernden Verhältnissen infolge Abnutzung an, so daß mit derartigen Dichtflächen 8, 11 ein Durchblasen unterbunden v/erden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mantels 10 des Schaftes 5 als Leitfläche wird bei diesem Ventil 4 neben der Optimierung der Strömungsverhältnisse auch eine Festigkeit und Formsteifigkeit erze^lt, so daß das Ventil ein

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in jeder Hinsicht befriedigendes Abdicht- und Leitorgan bildet.

In der hier dargestellten und beschriebenen Ausführung des Ventils 4 wird dessen Ventilteller 6 und damit auch dessen Dichtfläche 8 von zwei hintereinander angeordneten Radien gebildet, welche die Abrundung 9 formen und welche unterschiedlich, ausgeführt sind. Es ist jedoch durchaus denkbar, für die Abrundung 9 -der Dichtfläche 8 den gleichen Radius zu wählen, so daß unter Beibehaltung eines ablenkfreien Überganges vom Mantel 10 des Schaftes 5 bis zum Ventilteller 6 die Abrundung nicht noch einmal in einen anderen Radiusabschnitt unterteilt zu werden braucht.

Vas die Ventilsitzmittel 7 an den Öffnungen 2 der Ein- und/oder Auslaßkanäle 1 anbelangt, so sind diese in deren Abrundungen umgekehrt proportional gestaltet, d. h. es sind deren Radiusmittelpunkte den Radiusmittelpunkten des Ventiltellers 6 abgewandt. Dies schließt ,jedoch nicht aus, die Ventilsitzmittel 7 auch scharfkantig auszuführen, wie dies in der rechten Darstellung der Figur gezeigt ist, und die Abrundung 9 nur am Ventilteller 6 vorzusehen.

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Claims

Anmelder: Herren Ludwig Eisbett Inrr.-frrad.

Günter Eisbett 2543 Hilpoltstein

Vertreter: Fritz M e r t e η

Patent- und Zivilingenieur

8501 Schwarzenbruck bei Nürnberg Brückkanalstraße 25

Schwarzenbruck, den 29. September 1975

PATENTANSPRÜCHE

Ventil, insbesondere für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wie Dieselmotoren u. a., mit am einen Ende eines axial bewegbaren Schaftes angeordneten Ventilteller, welcher mit seinen einem Brennraum zugewandten Dichtflächen an Dichtflächen von Ein- und/ oder Auslaßkanälen auf- und absetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4) vom Mantel (10) seines Schaftes (5) bis über dessen Dichtfläche (8) hinaus einen strömungsgünstigen Mantel ohne Ablenkstellen aufweist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Ventiltellers (6), insbesondere im Bereich dessen Dichtfläche (8), mindestens eine Abrundung (9) aufweist.

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' ^ψ ·^; ORIGINAL INSPECTED
3. Ventil nach dan Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) des Schaftes (5) bis zum Ventilteller (6) als Leitfläche ausgeführt ist und das dem Brennraum (3) benachbarte Ende desselben in die Abrundung (9) des Ventiltellers ausläuft.
4. Ventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien an der Abrundung (9) und dem Hantel (10) des Schaftes (5) des Ventils (4) den Radien gegenüberliegender ^T.\^rände der Ein- und/oder Auslaßkanäle (1) angepaßt sind.
5. Ventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere den Radien der Abrundung (9) an den Dichtflächen (8) des Ventiltellers (6) die Radien der Dichtflächen insbesondere die der Ventilsitzmittel (7) an den Ein- und/oder AuslaiBkanälen (1) umgekehrt proportional angepaßt sind.
6. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundung (9) von mindestens drei ineinander übergehenden Radien gebildet v.^rird.
7. Ventil nach den Ansprüchen 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Radien an der Abrundung (9). und am Mantel (10) des Schaftes (5) eine Gasströmung annähernd axial zum Schaft des Ventils (4) gestatten.

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