DE3725049C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit im Zylinder­ block einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Problem bei Verbrennungskraftmaschinen mit außermitti­ ger Ventilanordnung besteht darin, daß sie einen separaten Zylinderkopf benötigen, und daher kein direkter Ein- und Ausbau der Ventile von außen möglich ist. Außerdem sind hierbei die Einlaßquerschnitte zu klein für eine optimale Zylinderbefüllung.

Um diese Probleme zu lösen, wurde bereits mit der deutschen Patent­ schrift 3 00 335 eine einfachere Ventilanordnung mit ver­ größertem Einlaßquerschnitt aufgezeigt.

Bei dieser gleichachsig konzentrischen Ventilanordnung ist das Tellerventil c jedoch Einlaß- und Auslaßventil zugleich, was erhebliche Mängel zur Folge hat. Der Ringschieber e leitet hierbei lediglich die Gasgemischströme für den Gas­ eintritt und Gasaustritt um.

Die auftretenden Probleme sind hierbei folgende:

• 1. Durch seine Doppelfunktion muß sich das Tellerventil c doppelt so schnell bewegen wie Einzelventile, also bei einer Motordrehzahl von 6000 U/min ebenfalls 6000 mal anstatt je 3000 mal.
• 2. Da das Tellerventil c auch noch ca.doppelt so groß ist wie übliche Ventile, steigen die Massenkräfte um das Mehrfache. Der Reibungsverschleiß steigt ebenfalls be­ trächtlich an.
• 3. Das Tellerventil c unterliegt als Auslaßventil einer starken Verkokung. Diese Ablagerungen sind bei der Funktion als Einlaßventil strömungsmäßig sehr hinderlich und führen zu Ventilschäden.
• 4. Beim Ansaughub wird durch die Abwärtsbewegung des Ringschiebers e der Füllraum verkleinert und damit der Füllungsgrad gemindert.
• 5. Beim Verdichtungshub wird durch die Aufwärtsbewe­ gung des Ringschiebers e die Verdichtung verrin­ gert, so daß eine Leistungsminderung entsteht.
• 6. Es ist bei dieser Ventilanordnung und Ventilsteue­ rung durchaus möglich, daß durch unterschiedliche Reibung und Wärmeausdehnung ein Verklemmen zwischen dem Tellerventil c und dem Ringschieber e in der Grundstellung Fig. I auftritt. Falls dann noch die Reibung zwischen dem Ringschieber e und der Zylin­ derbohrung gering ist, wird der Ringschieber e vom Tellerventil c mitgeschleppt, so daß es weder zu einem Ausstoß- noch Ansaugvorgang wegen geschlossenem Ventil und Übersteuerung kommt.
• Damit ist die bekannte Ventilanordnung für Verbren­ nungskraftmaschinen nicht geeignet.

Aufgabe ist es daher, eine einfache Ventilanordnung ohne die oben angeführten Mängel zu ent­ wickeln, die gleichzeitig eine weitere Leistungsstei­ gerung ohne die Verwendung von Turbolader, Kompressor oder Ladeluftkühlung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Ventilanord­ nung durch die gekennzeichneten Merkmale des Patent­ anspruches 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise dar­ gestellt, daß nur bei einer gleichachsig konzentrischen Ventilanordnung, deren Einlaßventil ein Schieberhohl­ ventil ist, die Steuerkante des Einlaßventiles mit dem Zylinderdurchmesser identisch sein kann. Dies ist Grundvoraussetzung für eine optimale Befüllung des Zy­ linders ohne die oben genannten Zusatzgeräte.

Ein weiterer Vorteil zur guten Befüllung des Hubraumes liegt darin begründet, daß der Einlaßringkanal, dessen kleinster Durchmesser dem Zylinderdurchmesser entspricht, den Zylinder umschließt und somit immer genügend Gasvo­ lumen für die allseitige Ansaugung zur Verfügung steht. Ferner ist für die optimale Befüllung von Vorteil, daß die dem Kolbenhub entegengerichtete Ventilbewegung beim Ansaugen eine Zylindervolumenvergrößerung bewirkt und beim Komprimieren eine zusätzliche Verdichtung er­ folgt, so daß eine weitere Leistungssteigerung erzielt wird.

Die Unteransprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

So ist durch die volle Freigabe des Einlaßringkanales gewährleistet, daß das einströmende Gas allseitig und kompakt angesaugt und durch die Drallbewegung gut zer­ stäubt wird.

Ebenso wird durch die gleitende Axialbewegung der Ventil­ einheit verhindert, daß sich Ablagerungen festsetzen kön­ nen, so daß deren Funktion immer erhalten bleibt. Die Axialbewegung der Ventileinheit hat noch einen weiteren Nebeneffekt von großem Vorteil, da sich hierbei das Hubvolumen verändert, so daß entweder der Kolbenhub oder der Zylinderdurchmesser verringert werden kann, um das ursprüngliche Gesamtvolumen beizubehalten.

Ein wesentlicher Vorteil der Fertigungsvereinfachung ist dadurch gegeben, daß die komplette Ventileinheit, ein­ schließlich der Ventilfedern, nach Wegnahme der Nockenwel­ le und deren Lagerungen von außen lose in den Zylinder­ block ein- und ausgebaut werden kann.

Da die bei der Expansion auftretenden Reaktionskräfte ausschließlich von der Nockenwelle, deren Lager und Lagerverschraubungen aufgenommen werden, sind an dem zylinderkopflosen Zylinderblock keine zusätzlichen Verschraubungen und Gewinde erforderlich.

Eine exakte Feineinstellung des Ventilspieles ist eben­ falls nicht erforderlich, da weder Kipphebel noch eine zweite Nockenwelle benötigt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des Ausführungs­ beispieles in den Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

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 Einlaßring­ kanals (16), und das Benzin-Luftgemisch wird allseitig 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 Einlaßringka­ nals (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 tief­ ste Stellung mit der größten Überdeckung erreicht. Auf dieser Stellung verharrt sie, bis der Motorkolben beim Expansionshub 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 Hohl­ raum (18), die Bohrungen (10) und den Auslaßringkanal (9) in den Auslaßkanal entweichen können. Sobald sich der Motorkolben wieder weiter nach oben bewegt, geht auch die Ventileinheit (1) wieder nach oben, bis im O.T. die Schließstellung nach Fig. 1 erreicht wird.

Claims (6)

1. Ventileinheit (1), bestehend aus einem als Schieber­ hohlventil (7) ausgebildeten Einlaßventil und einem in ihm gleichachsig und konzentrisch gelagerten, als Tel­ lerventil ausgebildeten Auslaßventil (8), dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Außendurchmesser (5) der Stirn­ fläche (15) des Schieberhohlventiles (7) als Steuer­ kante für den Einlaßkanal (16) dient, und daß sich das Schieberhohlventil (7) beim Ansaugen und Verdichten entgegen dem Kolbenhub bewegt.

2. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Ansaugen die Steuerkante (5/15) des Schieberhohlventiles (7) den gesamten Querschnitt des Einlaßringkanales (16) am Zylinderumfang (6) frei­ gibt.

3. Ventileinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schieberhohlventil (7) zweiteilig ist, wobei der zum Brennraum gerichtete Teil aus hoch­ festem, hitzebeständigem Stahl besteht, während der zur Nockenwelle (2) gerichtete Teil aus demselben Ma­ terial wie der Motorkolben besteht.

4. Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Schieberhohlventil (7) der den Einlaßringkanal (16) abdeckende Kolbenring (14) so breit ist, daß er sich beim überfahren des Einlaß­ ringkanales (16) nicht ausweiten kann und den Einlaß­ ringkanal (16) vollständig abdichtet.

5. Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine schwingungs­ freie Anlage des Schieberhohlventiles (7) am Nocken (20) im oberen Bereich des Schieberhohlventiles (7) am Umfang mehrere Schraubenfedern (11) mit unter­ schiedlicher Steigung und Stärke angeordnet sind, die bei der Montage zusammen mit der übrigen Ventil­ einheit (1) lose in den Zylinderblock (3/4) einge­ legt werden.

6. Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (1) von außen in den Zylinderblock (3/4) eingeschoben wird und nur von der Nockenwelle (2) bzw. deren Lagerbefestigungen gehalten wird.