DE3735639A1 - VALVE SEAT RING - Google Patents
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- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für Ein- und Aus laßkanäle bei Verbrennungsmotoren, mit einer Ventilsitzflä che auf einer brennraumseitigen Stirnseite und einer einlaß seitigen Stirnseite und mit einer Durchflußöffnung für Luft und Brennstoff.The invention relates to a valve seat ring for on and off let channels in internal combustion engines, with a valve seat che on a combustion chamber side and an inlet end face and with a flow opening for air and fuel.
Zur Steuerung von Verbrennungsmotoren werden in bekannter Weise Ventile verwendet, die nach dem Zylinderinneren öffnen und durch Federkraft gegen einen Ventilsitzring gepreßt wer den. Einlaßventile geben beim Öffnen, d.h. beim Abheben von dem Ventilsitzring, die Durcnflußöffnung des Ventilsitzrin ges in das Zylinderinnere zu dessen Befüllung mit Luft und Brennstoff frei. To control internal combustion engines are known in Way uses valves that open to the inside of the cylinder and pressed by spring force against a valve seat ring the. Inlet valves give on opening, i.e. when taking off the valve seat ring, the flow opening of the valve seat ring into the interior of the cylinder to fill it with air and Fuel free.
Durch ein Öffnen des Auslaßventiles werden bei aufwärtsgehen dem Kolben die verbrannten Gase durch den Auslaß aus dem Zylinder ausgeschoben.By opening the exhaust valve will go up the piston the burned gases through the outlet from the Cylinder pushed out.
Damit im Brennraum ein zündfähiges Gemisch vorliegt, muß für eine entsprechende Durchmischung von Luft und Brennstoff gesorgt werden. Eine entsprechend turbulente Vermischung ist für eine optimale Verbrennung Voraussetzung. Insbesondere bei den modernen "Magermotoren" kann dies jedoch wegen des hohen Luftanteiles und des relativ wenigen Brennstoffes zu Problemen führen.So that there is an ignitable mixture in the combustion chamber, for an appropriate mixing of air and fuel be taken care of. A correspondingly turbulent mixing is a prerequisite for optimal combustion. In particular with the modern "lean engines" this can however because of the high proportion of air and relatively little fuel Cause problems.
Es ist deshalb bereits bekannt, durch eine entsprechende Aus gestaltung des in den Brennraum ragenden Kolbenbodens eine Turbulenz- bzw. Wirbelströmung zu erreichen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß derartige Kolben aufwendig in der Her stellung und damit teuer sind.It is therefore already known, by an appropriate Aus design of the piston crown protruding into the combustion chamber To achieve turbulence or vortex flow. Disadvantageous however, it is that such pistons are expensive to manufacture position and therefore expensive.
In der DE-OS 33 47 518 ist ein Einlaßkanal im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, der durch eine entsprechende Formgebung seiner Wandung nach Art einer exzen trisch wirksamen Düse ausgebildet ist. Mit dieser exzen trisch wirksamen Düse soll es möglich sein, daß Luft nach Öffnen des Einlaßventiles beim Durchströmen des dann gegebe nen Durchflußspaltes in einem Umfangsbereich des letzteren stärker beschleunigbar ist als im restlichen Bereich. Außer dem wurde der Einlaßwinkel der Düse unterschiedlich ausgebil det, wodurch der Zylinderfüllung eine um die Zylinderachse kreisende Bewegung aufgeprägt werden soll.In DE-OS 33 47 518 there is an intake port in the cylinder head an internal combustion engine proposed by a appropriate shape of its wall in the manner of an eccentric trically effective nozzle is formed. With this exzen trically effective nozzle, it should be possible that air after Opening the inlet valve when flowing through the given NEN flow gap in a peripheral region of the latter is more accelerable than in the rest of the area. Except the inlet angle of the nozzle was designed differently det, causing the cylinder filling a around the cylinder axis circular motion should be impressed.
Nachteilig dabei ist jedoch ebenfalls, daß für diese Ausge staltung ein relativ hoher Herstellungsaufwand erforderlich ist. Außerdem ist die damit erzielte Wirkung nur beschränkt, denn auf dem weiteren Weg in den Brennraum hat das einströ mende Gemisch wieder Zeit, sich "zu beruhigen" bzw. aus dem turbulenten Zustand wieder in eine laminare Strömung überzu gehen.However, it is also disadvantageous that for this Ausge staltung a relatively high production cost required is. In addition, the effect achieved is only limited, because on the further way into the combustion chamber that flowed in Mixing time again to "calm down" or out of the turbulent state again in a laminar flow go.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, durch die bei einer einfachen Herstellung eine turbulente Vermischung des in den Brennraum strömenden Gemisches erreicht werden kann.The present invention is therefore based on the object to create a facility through which at a simple Producing a turbulent mixing of the in the combustion chamber flowing mixture can be achieved.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einem Ventilsitzring die Durchflußöffnung mit ein oder mehreren Einrichtungen in Durchmesser oder Form verändert wird.According to the invention this is achieved in that at one Valve seat ring the flow opening with one or more Facilities are changed in diameter or shape.
Im Unterschied zu den bekannten Ventilsitzringen, die im allgemeinen eine glatte, kreisrunde Bohrung aufweisen, die in einem Teilbereich auch leicht konisch verlaufen kann und die nach dem Einpressen in den Zylinderkopf genau auf die jeweils verwendeten Ventile eingeschliffen wird, wird nun in dem Ventilsitzring eine von dieser bekannten Durchflußöff nung abgeänderte Profilform verwendet, welche speziell im Einlaßbereich eine starke Verwirbelung des Gemisches be wirkt. Diese Verwirbelung gewährleistet, daß insbesondere bei Magermotoren eine optimale Verteilung des Gemisches im Brennraum und damit eine gute Zündfähigkeit erreicht wird.In contrast to the known valve seat rings, which are in the generally have a smooth, circular bore that can also be slightly conical in one area and which after pressing into the cylinder head exactly on the each valve used is ground in is now in the valve seat ring one of these known Durchflußöff modified profile shape used, which in particular in Inlet area a strong turbulence of the mixture be works. This swirl ensures that in particular with lean engines an optimal distribution of the mixture in the Combustion chamber and thus good ignitability is achieved.
Von Vorteil ist weiterhin, daß durch den erfindungsgemäßen Ventilsitzring ggf. auch auf Kolben mit entsprechend profi lierten Kolbenböden verzichtet werden kann, wodurch eine deutliche Kosteneinsparung durch Verwendung von einfacheren Kolben mit glattem Boden erreicht wird.Another advantage is that by the invention Valve seat ring, if necessary, also on pistons with correspondingly profi gated piston crowns can be dispensed with, thereby creating a significant cost savings by using simpler Piston with smooth bottom is reached.
Das bevorzugte Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Ventilsitz ringes ist ein Einlaßkanal. Die Erfindung läßt sich jedoch auch unter Verwendung der gleichen Vorteile für einen Auslaß kanal verwenden.The preferred area of application of the valve seat according to the invention ringes is an inlet duct. However, the invention can be also using the same advantages for an outlet use channel.
Auslaßkanäle sind im allgemeinen nämlich gekrümmt, wodurch auf einer Seite ein geringerer Abstand der ausströmenden heißen verbrannten Gase von der Wand des Krümmers vorhanden ist, als auf der anderen Seite. Dies bedeutet, daß diese Stelle der höchsten thermischen Belastung ausgesetzt ist, wenn die austretenden Gase im direkten Strom dort auf treffen. Exhaust channels are generally curved, whereby on one side a smaller distance of the outflowing hot burned gases present from the manifold wall is than on the other side. This means that this Is exposed to the highest thermal load, when the escaping gases flow there directly to meet.
Setzt man nun den erfindungsgemäßen Ventilsitzring in diesem Falle genau eingepaßt ein, und zwar derart, daß die Einrich tungen zur Veränderung der Durchflußöffnung auf der Seite mit dem geringsten Abstand zu der Wandung des Auslaßkrümmers liegen, so tritt dort eine Verwirbelung ein und damit eine Entlastung der Krümmerwandung in diesem Bereich aufgrund einer besseren Wärmeableitung.Now put the valve seat ring according to the invention in this Trap fitted exactly in such a way that the Einrich to change the flow opening on the side with the smallest distance to the wall of the exhaust manifold there is a turbulence and therefore one Relief of the manifold wall in this area due to better heat dissipation.
Als Einrichtungen zur Veränderung der Durchflußöffnung sind die verschiedensten Arten denkbar. Voraussetzung ist ledig lich, daß es durch diese zu einer gezielten oder beeinfluß ten Strömung des Gemisches kommt.As facilities for changing the flow opening are the most diverse types possible. The requirement is single Lich that it is targeted or influenced by this th flow of the mixture comes.
Eine einfache Ausgestaltung der Erfindung kann darin beste hen, daß die Einrichtungen zur Veränderung der Durchflußöff nung wenigstens eine sich über einen Teilbereich der inneren Umfangswand erstreckende, nach innen in die Durchflußöffnung ragende Erweiterung aufweisen.A simple embodiment of the invention can do the best hen that the devices for changing the Durchflußöff at least one over a portion of the inner Peripheral wall extending inward into the flow opening outstanding extension.
Durch die erfindungsgemäße Erweiterung wird praktisch ein nach innen gezogener Rand in einen Teilbereich der Durchfluß öffnung geschaffen, die als Führungsfläche wirkt.The extension according to the invention practically becomes a inwardly drawn edge in a section of the flow opening that acts as a guide surface.
Damit der Sitz des Ventiles nicht beeinträchtigt wird, wird man im allgemeinen vorsehen, daß die Erweiterung in einem Bereich angeordnet ist, die von der brennraumseitigen Stirn seite abgewandt bzw. entfernt ist.So that the seat of the valve is not affected one generally provides that enlargement in one Area is arranged by the forehead on the combustion chamber side side is turned away or removed.
In Weiterbildung kann dabei vorgesehen sein, daß die Erweite rung wenigstens auf einer Seite mit der der brennraumseiti gen Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite bündig ist.In further training it can be provided that the range tion on at least one side with the combustion chamber side is flush with the face opposite the face.
Dies bedeutet, daß die Stirnseite des Ventilsitzringes in diesem Bereich einfach nach innen geringfügig verlängert ist und damit einen Teil der Durchflußöffnung abdeckt.This means that the end face of the valve seat ring in this area is simply slightly extended inside and thus covers part of the flow opening.
Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Erweiterung auf einer Seite mit der Fläche der Stirnseite bündig und zur anderen Seite hin in Richtung auf die gegenüberliegende Stirnseite des Ventilsitzringes abfallend ist.A very advantageous development of the invention exists in that the extension on one side with the area flush on the front and towards the other side to the opposite end of the valve seat ring is falling.
Durch diese Ausgestaltung wird nicht nur eine Führungsfläche zur Erzeugung einer Turbulenzströmung erzeugt, sondern das auf die Erweiterung treffende Gemisch wird quer bzw. schräg zur Durchflußrichtung geführt und erhält damit einen Drall. Auf diese Weise wird die Durchmischung noch weiter verbes sert.This configuration does not only become a guide surface to generate a turbulence flow, but that mixture that meets the expansion becomes transverse or oblique led to the direction of flow and thus receives a twist. In this way, the mixing is further improved sert.
Die Länge bzw. der Bereich, der durch die Erweiterung über deckt wird, kann sich über einen Umfangsbereich von 20 bis 180 Grad, insbesondere von 40 bis 120 Grad, erstrecken. Im Bedarfsfall kann sich die Erweiterung auch noch über einen größeren Umfangsbereich erstrecken. Im allgemeinen dürfte ein Bereich von ca. 90 Grad ausreichend sein, aber selbstver ständlich richtet sich dieser Bereich nach den jeweiligen Gegebenheiten.The length or area covered by the extension above covers can range from 20 to 180 degrees, especially from 40 to 120 degrees. in the If necessary, the extension can also be done via a extend larger circumferential area. In general, probably a range of approximately 90 degrees may be sufficient, but of course this area is always based on the respective Circumstances.
Statt einer durchgehenden Erweiterung kann in einer Abwand lung der Erfindung auch vorgesehen sein, daß mehrere Vor sprünge über wenigstens einen Teil des Umfanges verteilt sind.Instead of a continuous extension, you can use an exception development of the invention can also be provided that several before jumps distributed over at least part of the circumference are.
Die Vorsprünge können sich dabei über den Umfang der inneren Umfangswand des Ringes verteilt über einen entsprechenden Teilbereich erstrecken.The projections can extend over the circumference of the inner Circumferential wall of the ring distributed over a corresponding Extend partial area.
In vorteilhafter Weise kann auch vorgesehen sein, daß die Vorsprünge auf unterschiedlichen Höhen - bezogen auf die axiale Dicke des Ventilsitzringes - angeordnet sind.Advantageously, can also be provided, that the projections at different levels - are arranged - relative to the axial thickness of the valve seat ring.
Durch diese Ausgestaltung können dem einströmenden Gemisch auch noch sich der Hauptströmungsrichtung überlagernde Quer strömungen auferlegt werden, wodurch ebenfalls zusätzlich noch ein Drall für eine bessere Durchmischung erzeugt wird.This configuration allows the inflowing mixture also cross overlapping the main flow direction currents are imposed, which also adds a twist for better mixing is generated.
So kann z.B. vorgesehen sein, daß jeweils zwischen zwei benachbart und auf unterschiedlichen Höhen angeordnete Vor sprüngen Durchgangsbereiche frei sind.For example, be provided that between two adjacent and at different heights jump passages are free.
Ggf. können auch noch mehrere hintereinanderliegende Reihen von Vorsprüngen über die axiale Dicke des Ventilsitzringes verteilt vorgesehen sein.Possibly. can also have several rows in a row of projections on the axial thickness of the valve seat ring be provided distributed.
Verschiedene Herstellungsverfahren sind möglich (z.B. Gieß en, Fließpressen).Different manufacturing processes are possible (e.g. casting extrusion).
In vorteilhafter Weise wird man den Ventilsitzring aber aus Sintermetall herstellen.However, the valve seat ring is advantageously removed Produce sintered metal.
Diese Herstellungsart ist relativ einfach, insbesondere preß technisch herzustellen (einteilig oder axial zweiteilig zusammengesintert), und es ist keine besondere weitere Bear beitung des Ventilsitzringes notwendig.This type of production is relatively simple, in particular press technically manufactured (one-piece or axially two-piece sintered together), and it is not a special further bear processing of the valve seat ring necessary.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung prinzipmäßig beschrieben.Exemplary embodiments are given below with reference to the drawing described in principle of the invention.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ventilsitzring nach der Linie I-I im eingebauten Zustand Fig. 1 shows a section through a valve seat ring along the line II in the installed state
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Ventilsitzring Fig. 2 is a plan view of the valve seat ring
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 2
Fig. 4 einen Schnitt, ähnlich dem in der Fig. 3 in einer anderen Ausgestaltung des Ventilsitzringes Fig. 4 shows a section, similar to that in Fig. 3 in another embodiment of the valve seat ring
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4. Fig. 5 shows a section according to the line VV of Fig. 4.
Ein Ventil 1 ist in üblicher Weise in einem Zylinderkopf 2 geführt. Die Abdichtung zwischen einem Einlaßkanal 4 und einem Brennraum 5 wird durch einen Ventilsitzring 6 er reicht. Der Ventilsitzring 6 weist eine brennraumseitige Stirnseite 7, eine dem Einlaßkanal 4 zugewandte Stirnseite 8 und eine Durchflußöffnung 9 auf.A valve 1 is guided in a cylinder head 2 in the usual way. The seal between an inlet channel 4 and a combustion chamber 5 is through a valve seat ring 6 it extends. The valve seat ring 6 has an end face 7 on the combustion chamber side, an end face 8 facing the inlet duct 4 and a flow opening 9 .
Im Gegensatz zu den bekannten Ventilsitzringen mit glatter, kreisrunder Durchflußöffnung, ist die Durchflußöffnung nun mehr profiliert, d.h. sie weicht von einer glatten, kreis runden Form ab.In contrast to the known valve seat rings with a smooth, circular flow opening, the flow opening is now more profiled, i.e. it deviates from a smooth, circle round shape.
Wie insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist über einen Teilbereich von z.B. 90 Grad als eine Einrichtung zur Veränderung der Durchflußöffnung 9 eine nach innen in die Durchflußöffnung 9 ragende Erweiterung 10 vorgesehen. Hier für genügen bei einem Ventilsitzring üblicher Größe einige wenige Millimeter, um die die innere Umfangswand 11 des Ventilsitzringes 6 nach innen gezogen ist. Der Verlauf der Erweiterung 10 auf der Innenseite kann ebenfalls bogenförmig sein bzw. einen Radius aufweisen, der den gleichen Mittel punkt besitzt wie die Durchflußöffnung 9. Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung jedoch auch Abweichungen davon möglich, d.h. daß z.B. noch weitere Vorsprünge oder dgl. aus der Bogenform nach innen ragen. In der Fig. 2 ist die ur sprüngliche Form der Durchflußöffnung 9 in dem Bereich, in dem sich die Erweiterung 10 befindet, gestrichelt ange deutet.As can be seen in particular from FIG. 2, an extension 10 projecting inward into the flow opening 9 is provided over a partial area of, for example, 90 degrees as a device for changing the flow opening 9 . A few millimeters around which the inner peripheral wall 11 of the valve seat ring 6 is drawn inwards are sufficient for a valve seat ring of a customary size. The course of the extension 10 on the inside can also be arcuate or have a radius that has the same center point as the flow opening 9th Of course, deviations from this are also possible within the scope of the invention, that is to say, for example, that further projections or the like protrude inward from the arch shape. In Fig. 2, the original form of the flow opening 9 in the area in which the extension 10 is located is indicated by dashed lines.
Aus der Fig. 3 ist die Dicke der Erweiterung 10 und deren Lage ersichtlich. Die Erweiterung 10 ist dabei an der Stirn seite 8, die von dem Brennraum 5 und damit auch von der Sitz fläche des Ventiltellers 3 abgewandt ist, angeordnet. Auf einer Seite 12 ist die Erweiterung 10 dabei mit der Oberkan te der Stirnseite 8 bündig, während sie zur anderen Seite 13 zu abfällt. Wie ersichtlich, entsteht damit eine schräge Rampe, durch die dem auf die Erweiterung treffenden Gemisch eine Komponente in horizontaler Richtung bzw. ein Drall auf erlegt wird.From Fig. 3, the thickness of the extension 10 and its position is visible. The extension 10 is on the end face 8 , which faces away from the combustion chamber 5 and thus also from the seat surface of the valve plate 3 . On one side 12 , the extension 10 is flush with the upper edge of the face 8 , while it drops to the other side 13 . As can be seen, this creates an inclined ramp through which a mixture in the horizontal direction or a swirl is imposed on the mixture encountering the expansion.
Selbstverständlich kann jedoch auch die Erweiterung 10 auf der Seite 13 mit der Stirnseite 8 bündig sein.However, the extension 10 on the side 13 can of course also be flush with the end face 8 .
In den Fig. 4 und 5 ist eine andere Ausgestaltung des Ventil sitzringes 6 dargestellt.In Figs. 4 and 5, another embodiment of the valve is shown seated ring 6.
Statt einer durchgehenden Erweiterung 10, die sich über einen bestimmten Umfangsbereich erstreckt, sind hier über einen bestimmten Umfangsbereich mehrere auf Abstand vonein ander angeordnete Vorsprünge 14 von deutlich geringerer Breite vorhanden. Zusätzlich sind die Vorsprünge 14 noch auf verschiedenen Niveaus bzw. Höhenlagen angeordnet, wobei deren Abstände voneinander so gewählt sind, daß sich Durch strömbereiche ergeben, wobei jedoch das Gemisch aus der Durchflußrichtung seitlich abgelenkt wird.Instead of a continuous extension 10 , which extends over a certain circumferential area, here are a plurality of projections 14 arranged at a distance from each other and of significantly smaller width over a certain circumferential area. In addition, the projections 14 are still arranged at different levels or altitudes, the distances between which are selected such that flow regions result, but the mixture is deflected laterally from the direction of flow.
Der in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Ventilsitzring ist für ein Einlaßventil 1 vorgesehen. Nach gleichem Prinzip läßt er sich jedoch auch für ein Auslaßventil mit umgekehrter Strö mungsrichtung verwenden. In diesem Falle liegt der Punkt 16 der Wand des Zylinderkopfes 2 für die austretenden heißen Gase dem Ventilsitzring 6 aufgrund der Krümmung am nächsten.The valve seat ring shown in FIGS . 1 to 5 is provided for an inlet valve 1 . According to the same principle, however, it can also be used for an outlet valve with a reverse flow direction. In this case, the point 16 of the wall of the cylinder head 2 for the escaping hot gases is closest to the valve seat ring 6 due to the curvature.
Dies ist auch durch die gestrichelte Linie 15 in der Fig. 1 angegeben. Damit in diesem Falle die Wärmebelastung für den Punkt 16 niedriger ist, kann man den Ventilsitzring 6 auch bei einem Auslaßventil so einbauen, daß die Erweiterung 10 sich unterhalb des Punktes 16 befindet. Auf diese Weise tritt eine Verwirbelung bzw. Turbulenzströmung in dem Bereich über der Erweiterung 10 verstärkt auf, so daß die Wärmebelastung für den Punkt 16 korrigiert wird. In diesem Falle ist der Ventilsitzring entsprechend lagegerecht einzu bauen. Bei einem Einlaßventil hingegen kann im allgemeinen die Einbaulage des Ventilsitzringes 6 beliebig sein.This is also indicated by the dashed line 15 in FIG. 1. So that in this case the heat load for point 16 is lower, valve seat ring 6 can also be installed in an exhaust valve in such a way that extension 10 is located below point 16 . In this way, a turbulence or turbulence flow occurs in the area above the extension 10 , so that the heat load for point 16 is corrected. In this case, the valve seat ring must be installed in the correct position. In the case of an inlet valve, however, the installation position of the valve seat ring 6 can generally be as desired.
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Legal Events
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