DE3741720C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubventil und einen Ventilsitz einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des einzigen Anspruchs angegebenen Art. Ein derartiges Hubventil mit insbesondere hinsichtlich des maximalen Ventilhubes veränderbarem Ventilhubverlauf ist bei­ spielsweise aus dem MTZ-Aufsatz von A. Titolo über variable Ventilsteuerung (DE-Z "MTZ 47 (1986) 5", Seite 185 bis 188) bekanntgeworden, jedoch bleibt die vor­ liegende Erfindung nicht auf ein derartiges Ausfüh­ rungsbeispiel beschränkt.

An Brennkraftmaschinen werden variable Ventilsteuerungen eingesetzt, um den Ladungswechsel sowohl hinsichtlich der erzielbaren Zylinderfüllung als auch im Hinblick auf reduzierte Abgasemissionen zu verbessern. Da insbeson­ dere kleinere Brennkraftmaschinen über ein relativ breites Drehzahlband betrieben werden, können die Öffnungszeiten der Einlaß- und Auslaßventile bei starrer Ventilsteuerung lediglich innerhalb eines kleinen Drehzahlbereiches optimal gewählt werden; für den gesamten Betriebsbereich muß also stets ein Kompromiß - auch im Hinblick auf die Breite der Ventilüberschnei­ dung, also jener Zeitspanne, während derer sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßventil geöffnet sind, - gefunden werden.

Aus der oben genannten Schrift ist eine variable Ventil­ steuerung unter Zuhilfenahme einer in ihrer Längsrich­ tung verschiebbaren Nockenwelle bekanntgeworden, bei welcher die einzelnen Nocken in Richtung der Nocken­ wellenachse konisch ausgebildet sind. Mit Hilfe jener Maßnahme läßt sich der meßbare Ventilhub der Ventil­ erhebungskurve beeinflussen, eine Änderung der einzelnen Ventilöffnungs- bzw. Ventilschließzeitpunkte und somit auch der Ventilüberschneidung ist damit jedoch nur in sehr eingeschränktem Umfang möglich. Ein Nachteil jener variablen Ventilsteuerung ist desweiteren darin zu sehen, daß bei reduziertem maximalen Ventilhub die ansteigende Flanke des Ventilhubverlaufes in Relation zum erreichbaren Ventilhub unter strömungsdynamischen Gesichtspunkten deutlich zu flach verläuft.

Aufgabe der Erfindung ist es, an einem Hubventil mit hinsichtlich des meßbaren Ventilhubes veränderbarer Ventilerhebungskurve Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer auf einfache Weise Ventilöffnungs- und Ventil­ schließzeitpunkt sowie die wirksame Ventilüberschneidung veränderbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des einzigen Patentanspruches gelöst.

Ist zwischen Hubventil sowie Ventilsitz eine parallel zur Hubrichtung verlaufende, in der Anfangs- und End­ phase des Ventilhubverlaufes dichtend wirksame Flächen­ paarung vorhanden, so kommt jene Anfangsphase bzw. Endphase im Hinblick auf den Ladungswechsel einem geschlossenen Ventil gleich. Der Öffnungszeitpunkt wird somit nach spät, der Schließzeitpunkt nach früh ver­ schoben. In Relation zur gesamten, durch die Ventil­ erhebungskurve bestimmten Ventilöffnung, beschrieben durch das Integral über der Ventilerhebungskurve, wirkt sich diese Maßnahme bei reduziertem Ventilhub deutlich stärker aus als bei nicht reduziertem (maximalen) Ventilhub. Das bedeutet aber auch, daß bei flach an­ steigenden bzw. abfallenden Ventilhubverläufen, wie sie insbesondere bei durch externe Maßnahmen erzeugten reduzierten Ventilhüben auftreten, die jeweils wirksame Überschneidungsfläche zwischen Einlaß- und Auslaßventil gegenüber steileren Ventilhubverläufen nochmals um ein deutliches Maß verringert werden kann.

Zwar ist aus der DE-OS 22 38 750 ein Zylinderkopf mit im Einlaßkanal angeordnetem Ventilsitz bekanntgeworden, bei welchem der Ventilteller eine zylindrische Form aufweist und in einem einen Ventilsitz bildenden zylin­ drischen Ventilsitzring im Zylinderkopf ruht, wobei der Ventilteller eine zur Bewegungsrichtung des Ventils verlaufende senkrechte Dichtfläche und eine waagrechte Dichtfläche besitzt. Jener Anordnung lag aber die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit Ventilsitzring zu schaffen, bei dem die Hauptdichtfläche in geringerem Umfang belastet wird, wodurch die Abnutzung geringer ist. Ferner sollte der Durchflußkoeffizient genau festlegbar sein. Eine Anregung, jene Maßnahme an einem Hubventil mit einer hinsichtlich des meßbaren Ventil­ hubes veränderbaren Ventilerhebungskurve vorzusehen, um damit die wirksame Ventilüberschneidung beeinflussen zu können, ist in jener Schrift aber nicht enthalten. Gleiches gilt für die aus der US 41 06 466 bekannte Paarung von Hubventil und Ventilsitz. Die dort vor­ gesehene, in der Anfangs- und Endphase der Ventiler­ hebungskurve dichtend wirksame Flächenpaarung dient insbesondere dazu, den Ventilöffnungs- und Schließ­ vorgang zu beschleunigen, um somit günstigere Strö­ mungsverhältnisse zu erzielen. Die oben beschriebene überproportionale Verringerung der Ventilüberschneidung wird sich hiermit jedoch nicht einstellen.

Im folgenden wird die folgende Erfindung anhand zweier Figurendarstellungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hubventiles mit seinem Ventilsitz, sowie

Fig. 2 die Ventilhubverläufe eines Einlaß- und Auslaßventiles einer Brennkraftmaschine.

Im Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine befindet sich ein Gaswechselkanal 2, dessen Austrittsöffnung von einem Hubventil 3 verschließbar ist. Dazu bildet das ge­ schlossene Hubventil 3 mit einem Ventilsitz 4 eine dichtende Flächenpaarung 5. Da jene Flächenpaarung 5 parallel zur Hubrichtung 6 des Hubventiles verläuft und sowohl in der Anfangs- als auch in der Endphase des Ventilhubverlaufes dichtend wirksam wird, wird der Gaswechselkanal 2 für eine Gasströmung erst kurzzeitig nach dem Öffnungsbeginn des Hubventiles geöffnet bzw. bereits kurzzeitig vor dem Schließende des Hubventiles geschlossen. Obwohl strömungsdynamisch betrachtet geschlossen, führt das Ventil mechanisch betrachtet jeweils noch den Teilhub h aus. Neben dem, im folgenden anhand der Fig. 2 erläuterten erfinderischen Effekt der mit einer Verringerung des Ventilhubes einhergehenden überproportionalen Verringerung der Ventilüberschneidung sowie der Verschiebung der Ventilöffnungs- bzw. Schließ­ zeitpunkte ist jene Maßnahme auch unter strömungsdyna­ mischen Gesichtspunkten von Vorteil, da durch ein nahezu schlagartiges oder doch zumindest beschleunigtes Öffnen eines Gaswechselventiles sowohl die Einströmverhältnisse als auch der Füllungsgrad deutlich verbessert werden können.

Fig. 2 zeigt die Ventilerhebungskurve 10 eines Auslaß­ ventiles sowie die entsprechende Ventilerhebungskurve 11 eines Einlaßventiles einer Brennkraftmaschine, darge­ stellt über dem Kurbelwellen- bzw. Nockenwellendreh­ winkel. Während dabei mit dem ergänzenden Buchstaben a jeweils der Hubverlauf mit maximalem Ventilhub darge­ stellt ist, zeigen die mit den ergänzenden Buchstaben b, c gekennzeichneten Kurven die Ventilerhebungskurven mit jeweils reduziertem Ventilhub. Der Hubverlauf c ist dabei nur teilweise dargestellt. Zugrundegelegt wurde dabei die eingangs erläuterte variable Ventilsteuerung mittels konischer Nocken.

Rein mechanisch betrachtet öffnet das Einlaßventil (Erhebungskurve 11) im Punkt I, während das Auslaßventil (Erhebungskurve 10) im Punkt O schließt. Für die Ventil­ überschneidung bei reduziertem Ventilhub würde sich somit die durch Punkte gekennzeichnete Überschnei­ dungsfläche 12 ergeben. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, eine parallel zur Hubrichtung verlaufende, in der Anfangs- und Endphase des Ventilhubverlaufes dich­ tend wirksame Flächenpaarung 5 vorzusehen, öffnet dagegen das Einlaßventil (11) strömungsdynamisch be­ trachtet erst nach Ausführung des Anfangs-Teilhubes h im Punkt I′, während das Auslaßventil (10) bereits vor Ausführung des Schluß-Teilhubes h im Punkt O′ schließt. Bei den durch b gekennzeichneten Erhebungskurven fällt dabei der strömungsdynamische Öffnungszeitpunkt I′ mit dem strömungsdynamischen Schließzeitpunkt O′ zusammen, die sich damit ergebende Ventilüberschneidung nimmt den Wert "O" an. Bei den durch c gekennzeichneten Erhebungs­ kurven bleiben die Ventile strömungsdynamisch betrachtet sogar geschlossen; mit der erfindungsgemäßen Maßnahme ist somit eine vollständige Laststeuerung einer Brenn­ kraftmaschine realisierbar.

Bei einer Erhebungskurve entsprechend den mit den Buchstaben a gekennzeichneten Kurven, also bei Aus­ nutzung des maximal erzielbaren Ventilhubes, wirkt sich die erfindungsgemäße Maßnahme im Hinblick auf eine Veränderung der Ventilüberschneidungsfläche dagegen erwünschterweise in deutlich verringertem Maße aus. Zur verbesserten Dichtwirkung bei geschlossenem Ventil ist neben der Flächenpaarung 5 eine weitere an sich bekannte dichtende Flächenpaarung 7 vorgesehen.

Claims (1)

1. Hubventil und Ventilsitz einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer bei geschlossenem Ventil dichtenden Flächenpaarung, wobei die Ventilerhebungskurve des Hubventiles hinsichtlich des meßbaren Ventilhubes veränderbar ist, gekennzeichnet durch eine, parallel zur Hubrichtung (6) verlaufende, in der Anfangs- und Endphase der Ventil­ erhebungskurve (10, 11) dichtend wirksame Flächenpaarung (5).