DE2926164C2 - Flatterventil in einem Kanal einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Flatterventil in einem Kanal einer Brennkraftmaschine

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Description

50
Die Erfindung betrifft ein Flatterventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Flatterventil ist insbesondere in Zweitakt-Brennkraftmaschinen zu verwenden.
Ein nach der DE-OS 20 34 956 bekanntes Flatterventil dieser Art weist ein einen Ventilsitz überdeckendes Ventilblatt mit einer über seine Fläche konstanten Stärke auf. jedes Ventilblatt hat eine ausgeprägte Eigenfrequenz, die im Bereich der Drehzahl der Brennkraftmaschine liegen kann. Dies gilt auch für ein nach der US-PS 00 723 bekanntes, entsprechend ausgebildetes, zweiblättriges Flatterventil und auch für ein nach der US-PS 19 036 bekanntes dreiblättriges Flatterventil, bei dem das unterste, den Ventilsitz überdeckende Blatt im Bereich iler nb/.udcckcmlrn Ventiloffnunp sechs Durchbrechungen und das mittlere dort drei Durchbrechungen aufweisl.
Stimmt die Eigenfrequenz eines Ventilblatts eines Flatterventils in einer Brennkraftmaschine mit der Schwingung der Brennkraftmaschine überein, was besonders bei hoher Drehzahl auftreten kann, so tritt eine Resonanz auf, die dazu führt, daß das Ventilblatt von selbst zu schwingen beginnt und daher nicht mehr der Drehzahl der Brennkraftmaschine derart angepaßt schwingt, daß es eine den gewünschten Betriebsbedingungen entsprechende Ventilwirkung hervorruft Hierdurch kann die Leistung der Brennkraftmaschine vermindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Eigenfrequenz eines Ventilblattes eines Flatterventils zu erhöhen, ohne Form und Gewicht des Ratterventils wesentlich zu ändern.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen angeführt
Die Vertiefungen in dem Ventilblatt mindern weder seine Festigkeit noch seine Steifigkeit gegenüber Gasdruck, noch seine Beständigkeit gegenüber Dauerbeanspruchungen.
Sind beide Seiten des Ventilblatts mit Vertiefungen versehen, so wird seine Eigenfrequenz noch weiter erhöht, ohne daß seine Dicke und sein Gewicht vergrößert werden müssen. Dadurch wird die Folgefähigkeit des Flatterventils bis zu hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine noch verbessert
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Brennkraftmaschine mit einem Flatterventil.
F i g. 2 zeigt in einer Draufsicht ein Ventilblatt eines Flatterventils, welches lediglich auf seiner stromab liegenden Seite mit Vertiefungen versehen ist.
Fig.3 zeigt eine Schnittansicht längs der in Fig.2 eingetragenen Schnittlinie 3-3.
F i g. 4 zeigt in einer vergrößerten Scnnittansicht einen Teil des Flatterventils nach F i g. 1.
F i g. 5 zeigt in einer Draufsicht ein Ventilblatt, das auf beiden Seiten mit Vertiefungen versehen ist.
Fig.6 zeigt eine Schnittansicht längs der in Fig.5 eingetragenen Schnittlinie 6-6.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht eines Querschnitts durch Vertiefungen eines Ventilblatts.
F i g. 8 zeigt in einer Schnittansicht ein aufgrund einer Deformation gewölbtis Ventilblatt, das Vertiefungen p.uf beiden Seiten aufweist.
Fig.9 bis 12 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Vertiefungen.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Zylinder 11, einem Zylinderkopf 12 und einem Kurbelgehäuse 13. In dem Zylinder 11 ist ein verschiebbarer Kolben 14 über eine Kolbenstange 15 mit einer in einer Kammer 16 umlaufenden Kurbelwelle verbunden. In den Zylinder 11 mündet auf einer Seite ein Kraftstoffgemisch-Einlaßkanal 17 und auf der anderen Seite ein Abgas-Auslaßkanal 18. Zwischen den Kanälen 17 und 18 befinden sich in dem Zylinder U Einlaßschlitze 19. Der Kolben 14 weist einen Mantel mit einem Spülloch 20 auf.
In dem Einlaßkanal 17 ist ein Flatterventil 30 angeordnet, das einen Ventilkörper 31 und zwei Ventilblätter 40 aufweist. Der Ventilkörper 31 ist hohl und im Querschnitt V-förmig. Die obere und die linien· .schriig verlaufende Seile des Venlilkörpers 31 weisen eine Veiilildurclilnlirtffnuiig .33 ;iuf und bilden jeweils einen Ventilsitz 32 für eines der Ventilblätter 40. An der Basis des
Ventilkörpers 31 sitzt ein Flansch 34. dessen Vorderfläche an der Stirnfläche des Einlaßkanals 17 befestigt ist. Ein nicht dargestellter Vergaser ist mit der Außenfläche des Flansches 34 über eine nicht dargestellte Leitung verbunden.
Die Ventilblätter 40 sind mittels jeweils einer Schraube 35 an ihrem Ventilsitz 31 nahe dem Flansch 34 befestigt Die vorderen Enden der Ventilblätter 40 sind frei und ragen über die ihnen zugeordneten Ventildurchlaßöffnungen 33 hinaus. Während der Einlaßhübe heben sich die Ventilblätter 40 von ihren Ventildurchlaßöffnungen 33 ab, wie dies in F i g. 1 veranschaulicht ist; sonst decken die Ventilblätter 40 ihre Ventildurchlaßöffnung 33 ab, um die Kammer 16 von dem Einlaßkanal 17 auf der Vergaserseite zu trennen.
F i g. 2 zeigt ein Ventilblatt 40 mit drei Blattelementen 41a, 416, 41c; von denen jedes einer Ventildurchlaßöffnung 33 zugeordnet ist. Die Blattelemente 41a, 416,4!c sind an je einem Rand einstückig über einen Verbindungsstreifen 42 miteinander verbunden, der eine Vielzahl von Anbringungslöchern 43 aufweist
Die stromab liegende Seite 40a der Blattelemente 41a, 416 und 41c ist mit einer Vielzahl von Vertiefungen 44 versehen. Die Vertiefungen 44 sind durch Stege 456 voneinander getrennt und von einem Rand 45a umschlossen. Die Ränder 45a und die Stege 456 bilden Teile der Oberfläche des Ventilblatts 40.
In der dargestellten Ausführungsform haben die Vertiefungen 44 einen hexagonalen Umriß. Je kleiner die Größe und Tiefe der Vertiefungen 44 ist, desto höher wird die Eigenfrequenz der Blattelemente 41a, 416,41c; je schmaler die Vertiefungen 44 sind, desto größer wird die Dauerbelastbarkeit der Blattelemente 41a, 416,41c. Belastungskonzentrationen werden vermieden, wenn die Vertiefungen 44 die Form von Polygonen mit stumpfen Winkeln haben.
Um dem Ventilblatt 40 eine gleichmäßige Festigkeit zu geben, sind die Vertiefungen 44 nebeneinander sowohl in der Längsrichtung als auch in Richtung der Breite auf geraden Linien regelmäßig angeordnet. Bei der Ausführung5iorm nach F i g. 2 sind hexagonale Vertiefungen A, B nächst den Rändern der Blattelemente 41a, 416,41c vorgesehen und eine hexagonale Vertiefung C in deren Mitte. Zwischen den randseitigen Vertiefungen
A, B befinden sich Vertiefungen D and EL, die durch in ihrer Längsrichtung halbierte Hexagone begrenzt sind. Ersichtlich sind die Vertiefungen A, B, C, D, £ sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung der Blattelemente 41 a, 416,41 c gegeneinander versetzt.
Wie Fig.3 zeigt, ist lediglich die stromab liegende Seite 40a eier Blattelemente 41a, 416,41c mit Vertisfungen 44 versehen; ihre stromauf liegende Seite 406 ist flach.
Die Stege F zwischen den Vertiefungen A und ßsind derart breiter als die Stege C, H zwischen den Vertiefungen A und C bzw. B und C bzw. D und C bzw. E und C, daß die Gesamtbreite der Stege C und H in Richtung der Breite der Blattelemente 41a, 416,41c jeweils gleich der Breite der Stege F ist, so daß die Festigkeit der Blattelemente 41a, 416, 41c in Richtung der Breite in jedem Querschnitt unabhängig von den Vertiefungen A,
B, C, D, Egleich ist.
F i g. 4 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht das freie Ende des Ven'.ilblatts 40 in einer Stellung, in welcher das Ventilblatt bis zum Bereich 31a des Ventilgehäuses31 von der Venti'idurchlaßöffnungSS abgehoben ist.
Das Ventilblatt 140 nach den Fig. 5 und 6 ist auf
seiner stromauf liegenden Seite 140a und auf seiner stromab liegenden Seite 1406 mit Vertiefungen 144 bzw. 146 versehen. Die Vertiefungen 144, 146 sind ähnlich wie die vorstehend erläuterten Vertiefungen 44 geformt, weisen dieselbe Tiefe auf und sind gegeneinander versetzt angeordnet Die dünnen Wandabschnitte 147 zwischen den Vertiefungen 144,146 erhöhen die Eigenfrequenz des Ventilblatts 140.
Vorzugsweise sind die Vertiefungen 144,146 um ihre halbe Breite W gegeneinander versetzt Dadurch verlaufen die Stege 1456 bzw. 1476 auf der einen Seite 140a bzw. 1406 mittig zu den Vertiefungen 146 bzw. 144 auf der anderen Seite 1406 bzw. 140a. Infolgedessen ist die Breite der dünnen Wandabschnitte 147 auf etwa die Hälfte vermindert Demgemäß nimmt deren Eigenfrequenz zu, und die teilweise Verformung und die Beanspruchung der dünnen Wandabschnitte 147 wird vermindert Die Stege F sind wiederum doppelt so breit wie die Stege G, H.
Bei der in F i g. 7 gezeigten Ausfüirrungsform weisen die Vertiefungen 244, 246 auf beiden Seiten im Querschnitt abgerundete Ecken 244a bzw. 246a auf, um Beanspruchungskonzentration bei starken Dauerbeiastungen zu verringern.
Fig.« zeigt ein Ventilblatt mit Vertiefungen 344,346 mit einer untereinander gleichen Tiefe h. Die Oberflächen der dünnen Wandabschnitte 347 zwischen den Vertiefungen 344 und 346 liegen nahe der neutralen Achse 348, wodurch die Belastung herabgesetzt und die Festigkeit begünstigt wird.
Fig.9 zeigt ein Muster regelmäßig angeordneter viereckiger Vertiefungen 444 mit abgerundeten innen liegenden Ecken, welche die Belastungskonzentrationen verringern. Fig. 10 zeigt eine Anordnung sechseckiger Vertiefungen 544. F i g. 11 zeigt ein Muster kreisförmiger Vertiefungen 644. Kleine kreisförmige Vertiefungen 6446 liegen zwischen großen kreisförmigen Vertiefungen 644a. F i g. 12 zeigt ein Muster fünfeckförmiger Vertiefungen 744, die durch Stege in je drei Segmente 744a, 74:6 und 744cunterteilt sind.
Die maschinelle Herstellung der Vertiefungen in den Ventilblättern ist häufig schwierig. Die Vertiefungen werden daher bevorzugt mittels chemischer Ätzverfahren, insbesondere Photoätzverfahren, erzeugt.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Flatterventil in einem Kanal (17) einer Brennkraftmaschine (10) mit einem einen Ventilsitz (32) s aufweisenden Ventilgehäuse (31) und einem elastischem, einseitig am Ventilgehäuse (31) befestigten und den Ventilsitz (32) fiberdeckenden Ventilblatt (40), welches den Durchtritt von Kraftstoffgemisch, Luft oder Sekundärluft zur Abgasreinigung nur in einer Richtung gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilblatt (40, 140) mindestens auf der stromab liegenden Seite (40a, 14OdJ eine Vielzahl von gegeneinander getrennten Vertiefungen (44, 144, 244,344, 444, 544, 644, 644a. 6446. is 744,744a. 744b, 744c, A, B, Q D, E) aufweist
2. Flatterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (44,144 usw.) sowohl in Längsrichtung als auch in Richtung der Breite des Ventilblattes (40,140) in regelmäßigen Reihen angeordnet sind.
3. Flatterventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der stromab liegenden Seite (14OaJ vorgesehenen Vertiefungen (144) gegenüber von auf der stromauf liegenden Seite (1406J vorgesehenen Vertiefungen (146) versetzt sind.
4. Flatierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (44, 144 usw.) die Gestalt von Kreisen oder Polygonen haben.
5. Flatterventil nach e:.nem &τ vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (44,144 usw.) auf zuminde,1' einer Seite (40a, 406, 144a, 144b; des Ventilblattes (40, 144) die gleiche Tiefe (h) aufweisen.
6. Flatterventil nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Polygone Vierecke oder Sechsecke sind.
7. Flatterventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite der 'o zwischen den Vertiefungen (44,144 usw.) einer Reihe liegenden Stege (45b, 1456, F, C, H) und der Randabschnitte (45a) des Ventilblatts (40, 140) für alle Reihen gleich ist.
8. Flatterventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (456, 1456. F, G, H) unterschiedliche Breiten haben.
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