DE3725049A1 - Verbrennungskraftmaschinen mit gleichachsiger, konzentrischer ventilanordnung - Google Patents

Description

Gleichachsige, konzentrische Ventilanordnungen in Zylinder­ köpfen für Verbrennungskraftmaschinen sind bekannt. Als Beispiele können die Offenlegungsschriften DE 34 38 847 A1, DE 35 46 423 A1 und DE 36 00 240 A1 aufgeführt werden. Alle diese Anmeldungen haben das Ziel, mit einfacheren Mitteln eine Leistungssteigerung gegenüber den bisherigen Zwei-, Drei- und Vierventilausführungen zu erzielen. Dies ist ihnen gelungen, aber nicht optimal; denn alle Systeme haben noch etliche Mängel.

Aufgabe meiner Erfindung war es daher, ein System zu ent­ wickeln, das:

• a) diese Mängel nicht mehr besitzt
• b) eine weitere Leistungssteigerung ermöglicht
• c) eine kostengünstigere Fertigung bewirkt
• d) reparaturfreundlicher ist.

Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die Ventileinheit (1) nicht aus zwei Tellerventilen besteht, sondern aus einem Schieberhohlventil (7) mit eingebautem Tellerventil (8), wobei der Außendurchmesser (5) der Ventileinheit (1) gleich dem der Zylinderbohrung (6) ist. Dadurch kann die Ventileinheit (1), nach Wegnahme der Nockenwelle (2), von oben ohne zusätzliche Befestigung eingebaut werden.

Es ist also kein separater Zylinderkopf (4) mit Dichtung und Befestigungsschrauben mehr erforderlich, sondern der Zylinderblock (3) braucht nur nach oben verlängert wer­ den. Dies ergibt eine enorme Kostenersparnis.

Ein weiterer Vorteil des Schieberhohlventils (7) liegt darin, daß beim Ansaugvorgang die volle Zylinder- plus Einlaßringkanalfläche (16) (Fig. 2), ohne jegliches Hinder­ nis, für die Befüllung des Hubraumes zur Verfügung steht, so daß eine weitere Leistungssteigerung zu erwarten ist. Eine optimalere Saugfüllung ist nicht mehr erreichbar. Ein wesentlicher, weiterer Effekt der Ventileinheit (1) liegt darin begründet, daß beim Arbeitsablauf - siehe Fig. 1 bis 4 - zunächst eine Volumenvergrößerung und dann eine zusätzliche Kompression entsteht.

Da die Ventileinheit (1) von einer obenliegenden Nocken­ welle (2), die die gesamten Reaktionskräfte aufnimmt, ge­ steuert werden kann, entfallen auch sämtliche Kipphebel und deren Lagerstellen, so daß weitere Fertigungskosten eingespart werden.

Auch das Einstellen des Ventilspiels entfällt, und Wärme­ ausdehnungen sind für die Ventileinheit (1) belanglos, da sich dieselbe in alle Richtungen ausdehnen kann, ohne Schaden zu nehmen. Durch die gleitende Bewegung des Schie­ berhohlventils (7) können sich auch keine Ablagerungen am Einlaßventil festsetzen, so daß dessen Funktion immer er­ halten bleibt.

Vorzugsweise sollte das Schieberhohlventil (7) zweige­ teilt sein. Der untere Teil, der aus einem hitzebeständi­ gen, hochfesten Stahl besteht, hat an seinem Umfang den Auslaßringkanal (9) mit den Auslaßbohrungen (10) und einen extrem breiten Kolbenring (14), der das bessere Gleiten und eine exakte Abdichtung des Einlaßringkanals (16) garantiert. An seinem unteren Ende befindet sich der Ventilsitz für das Auslaßventil (8).

Der obere Teil besteht vornehmlich aus derselben Alumi­ niumlegierung wie der Motorkolben, um die Massenkräfte so klein wie möglich zu halten, und andererseits eine hohe Wärmeabstrahlung zu erzielen. Er besitzt ebenfalls einen Kolbenführungsring, dient der Aufnahme der Ventilfedern (11) und ist mittels Gewinde mit dem unteren Teil verbun­ den.

Das Schieberhohlventil (7) wird mit dem Auslaßventil (8) und der Mutter (24), sowie der Feder (12) zu der Ventil­ einheit (1) zusammengebaut, bevor es in den Motorblock (3) eingesetzt wird.

Der Arbeitsablauf ist folgender:

(Fig. 1) Der Motorkolben befindet sich im O.T. und beginnt anzusaugen. Die Einlaßnocken (20) drücken die Ventilein­ heit (1) so weit nach unten, daß deren Unterkante (15) gerade noch den Einlaßringkanal (16) verdeckt.

(Fig. 2) Wenn sich der Motorkolben wenige Millimeter nach unten bewegt, erreicht die Ventileinheit (1) mit ihrer Unterkante (15′) bereits die Oberkante des Einlaßringka­ nals (16), und das Gas-Luftgemisch wird angesaugt.

(Fig. 3) Sobald der Motorkolben den Ansaughub am U.T. be­ endet hat, befindet sich die Unterkante (15′′) der Ventil­ einheit (1) wieder an der Unterkante des Einlaßringkanals (16) auf Schließstellung.

(Fig. 4) Bis der Motorkolben beim Komprimieren seinen O.T. erreicht hat, ist die Ventileinheit (1) weiter nach unten gewandert und hat mit ihrer Unterkante (15′′′) die tiefste Stellung mit der größten Überdeckung erreicht. Auf dieser Stellung verharrt sie, bis der Motorkolben beim Expan­ sionshub seinen U.T. wieder erreicht hat.

(Fig. 5) Wenn sich beim Ausstoßhub der Motorkolben wieder nach oben bewegt, öffnet sich durch den Auslaßnocken (17) das Auslaßventil (8), so daß die Abgase über den Hohlraum (18), die Bohrungen (10) und den Auslaßringkanal (9) in den Auslaßkanal entweichen können. Sobald sich der Motor­ kolben wieder weiter nach oben bewegt, geht auch die Ventil­ einheit (1) wieder nach oben, bis im O.T. die Schließstellung nach Fig. 1 erreicht wird.

Claims (14)

1. Gleichachsig und konzentrisch angeordnete Ventilein­ heit (1), bestehend aus einem Schieberhohlventil (7) und einem Tellerventil (8), dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschrauben der oberen Nockenwelle (2) die Ventileinheit von oben in einen verlängerten Zylinderblock (3) ohne zusätzliche Befestigung einge­ baut werden kann, so daß der sonst erforderliche Zylinderkopf (4) mit Dichtung und Befestigungsschrau­ ben entfallen kann.

2. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das äußere Einlaßventil ein Schieber­ hohlventil (7) ist, mit dem gleichen Durchmesser (5) wie die Zylinderbohrung (6), und daß beide auf der­ selben Achse liegen.

3. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schieberhohlventil (7) keinen äußeren Ventilteller besitzt, und das innen liegende Auslaßventil (8) als Schaftventil federbelastet be­ weglich in ihm gelagert ist.

4. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Einlaßringkanal (16) bei der niedrigsten Nockenhöhe (Fig. 2) der Einlaßnocken (20) unterhalb der Abschlußkante (15′) des Schieberhohl­ ventils liegt, so daß für das anzusaugende Gas-Luft­ gemisch die volle Zylinder- plus Einlaßringkanalflä­ che zur Verfügung steht.

5. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der größten Nockenhöhe (Fig. 4) der Einlaßnocken (20) das Schieberhohlventil mit seiner Abschlußkante (15′′′) weit unter die untere Einlaßringkanalkante (21) eindringt und hierbei eine zusätzliche Kompression erzeugt wird.

6. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Auslaßventil (8) (Fig. 5) durch den Auslaßnocken (17) der Nockenwelle (2) auf der tiefsten Stelle des Schieberhohlventils (7) zusätz­ lich nach unten bewegt und dadurch geöffnet wird, so daß die Abgase über den Innenraum (18), die Bohrungen (10) und den Auslaßringkanal (9) nach außen entwei­ chen können.

7. Schieberhohlventil (7) nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es an seinem Umfang eine Ringnut (9) mit mehreren Bohrungen (10) für den Durchgang der Abgase besitzt.

8. Schieberhohlventil (7) nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem oberen Bereich am Um­ fang mehrere Schraubenfedern (11) mit unterschiedli­ cher Steigung und Stärke für eine eigenschwingungs­ freie Rückhaltung, und in seinem Innern eine Schrau­ benfeder (12) für die Rückhaltung des Auslaßventils (8) angeordnet sind.

9. Schieberhohlventil (7) nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe zum besseren Abdichten, Führen und Gleiten mit Kolbenringen (13) und (14) versehen ist.

10. Schieberhohlventil (7) nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe im unteren Bereich aus hochfestem, hitzebeständigem Stahl und im oberen Be­ reich aus demselben Material wie der Motorkolben be­ steht, damit eine hohe Wärmeableitung erzielt wird und gleichzeitig die beweglichen Massenkräfte verrin­ gert werden.

11. Schieberhohlventil (7) nach Anspruch 2 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (14) beson­ ders breit ist, so daß er beim Überfahren des Einlaß­ ringkanals (16) nicht ausweiten kann und im voll ein­ getauchten Zustand (Fig. 4) beide Seiten des Ringkanals exakt abdichtet.

12. Schieberhohlventil (7) nach Anspruch 2 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß sich dasselbe, bedingt durch den Gleitvorgang, nicht mit Ablagerungen zuset­ zen kann, so daß die Funktion immer erhalten bleibt.

13. Zylinderblockverlängerung (3) nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (19), der Einlaßringkanal (16) und der Auslaßkanal (22) einge­ gossen sind.

14. Zylinderblockverlängerung (3) nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Motoren mit Benzin­ einspritzung die Einspritzdüse (23) so zwischen den Zylindern liegend angeordnet ist, daß gleichzeitig zwei Einlaßkanäle (19) bzw. Einlaßringkanäle (16) der gegenüberliegenden Zyliner I und II sowie III und IV usw. (Fig. 6) durch eine auf der Mittelachse der Kanäle liegende Einspritzdüse gemeinsam bedient werden kön­ nen.