DE4041724A1 - Hubventile und ventilsteuerung fuer brennkraft-kolbenmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft periodisch betriebene Hubventile für Brennkraft-Kolbenmaschinen, mit zumindest einem den Ansaug­ kanal mit dem Zylinder verbindenden Einlaßventil und einem den Zylinder mit dem Auspuff verbindenden Auslaßventil.

Die Erfindung betrifft ferner eine Ventilsteuerung für die vorstehend genannten Hubventile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Raumbedarf für derartige Hubventile zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das eine Ventil (Innenventil) innerhalb des anderen Ventils (Außenventil) verschiebbar gelagert ist, wobei das Außenventil auch den Ventilsitz für das Innenventil sowie eine Strömungs­ verbindung von diesem Ventilsitz zu dem Ansaug- oder Auspuff­ kanal umschließt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Außenventil das Einlaßven­ til und das Innenventil das Auslaßventil bilden.

Eine fertigungstechnisch besonders zweckmäßige Lösung ist dann gegeben, wenn das Außenventil als Buchse ausgebildet ist, die auf ihrer äußeren zylindrischen Mantelfläche verschiebbar geführt ist, in ihrer zylindrischen Wandung eine den Zylinder­ auslaß mit dem Auspuff verbindende Ausströmöffnung aufweist und an ihrem unteren, dem Zylinder zugewandten Ende das Ver­ schließteil trägt.

Die Verschließteile der beiden Ventile sind vorzugsweise jeweils als Kegelventil ausgebildet.

Eine fertigungstechnisch einfache und besonders strömungs­ günstige Strömungsverbindung zwischen Ansaugkanal und Zylinder ist dann gegeben, wenn oberhalb des Verschließteils des Außen­ ventils eine Ringnut vorgesehen ist, die bei geöffnetem Außen­ ventil die genannte Strömungsverbindung herstellt. Diese Ring­ nut kann am Außenventil oder aber am Motorkopf vorgesehen sein.

Hinsichtlich der Passungen, Abdichtungen, der Herstellung und der aufzunehmenden bzw. zu übertragenden Kräfte ist es vor­ teilhaft, wenn das Innenventil konzentrisch im Außenventil gelagert ist, im geschlossenen Zustand mit seiner Unterseite bündig innerhalb der Unterseite des Außenventils liegt und wenn die Verschließteile der beiden Ventile innerhalb der gleichen Ebene liegen.

Die erfindungsgemäß gestalteten Hubventile lassen ein opti­ males Verhältnis zwischen Zylinder- und Ventilumfang zu. Vor­ zusehen ist nur ein Ansaugkanal, der vorzugsweise spiralförmig ausgebildet ist und bei tangentialer Lufteinleitung eine gleichmäßige Turbulenz im Zylinder hervorruft. Die Zündung erfolgt z. B. durch ein Twin-Spark-System mit zwei Zündkerzen, die auf sich gegenüberliegenden Seiten des Zylinders sitzen und dadurch eine symmetrische Zündung ermöglichen. In der Funktionsphase erhält man eine gleichmäßige Wärmeverteilung. Mit dem erfindungsgemäßen Ventilsystem lassen sich Leistungs­ werte erreichen, die vergleichbar oder besser sind als die einer Mehrventilausbildung. Die Herstellung ist aber gegenüber z. B. einer Vier-Ventil-Konstruktion - insbesondere weil nur eine Nockenwelle erforderlich ist - erheblich einfacher und damit preiswerter; da nur ein einziger Ansaugkanal erforder­ lich ist, ergeben sich aufgrund verringerter Reibungsverluste bei der Luftansaugung bessere Leistungsdaten.

Eine für die erfindungsgemäßen Hubventile geeignete Ventil­ steuerung ist gekennzeichnet durch eine obenliegende Nocken­ welle, die das Außenventil über zwei voneinander beabstandete Nocken und das Innenventil über einen dazwischen angeordneten Nocken steuert.

Dabei kann die Ventilbeaufschlagung jeweils über Stößel erfol­ gen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungs­ form der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 bei einem 4-Takt-Verfahren die Stellung der erfin­ dungsgemaßen Hubventile im Ansaugtakt;

Fig. 2 die Ventilpositionen im Verdichtungs-, Verbrennungs- und Arbeitstakt;

Fig. 3 die Ventilpositionen im vierten Takt (Ausschieben der verbrannten Gase);

Fig. 4 in Seitenansicht und z. T. im lotrechten Längsschnitt eine Ventilsteuerung;

Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie A in Fig. 4;

Fig. 6 einen horizontalen Querschnitt durch einen Ansaug­ kanal und

Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Fig. 2.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 bestehen die erfindungsgemäßen Hub­ ventile aus einem Außenventil 1, das ein Innenventil 2 umschließt. Dabei ist das Außenventil 1 als Einlaßventil und das Innenventil 2 als Auslaßventil ausgebildet.

Das Außenventil 1 besteht im wesentlichen aus einer Buchse, die auf ihrer äußeren zylindrischen Mantelfläche verschiebbar geführt ist und an ihrem unteren, dem Zylinder 3 zugewandten Ende das als Kegelventil ausgebildete Verschließteil 4 trägt. Oberhalb dieses Verschließteils 4 ist in der Außenwandung der Buchse eine diese umschließende, nach außen offene Ringnut 5 vorgesehen, die bei geöffnetem Außenventil die Strömungsver­ bindung zwischen einem Ansaugkanal 6 und dem Zylinder 3 bil­ det. An ihrem dem Verschließteil 4 gegenüberliegenden Ende ist die das Außenventil 1 bildende Buchse geschlossen, wobei durch diese geschlossene Stirnwandung der Ventilstößel 7 des Innenventils 2 längs verschiebbar geführt ist.

Das Innenventil 2 ist konzentrisch im Außenventil 1 gelagert und weist ein ebenfalls als Regelventil ausgebildetes Ver­ schließteil 8 auf. Der Ventilsitz 9 für das Verschließteil 8 des Innenventils 2 ist im unteren Buchsenende des Außenventils 1 angeordnet und liegt etwa in der gleichen Horizontalebene wie das Verschließteil 4 des Außenventils 1. In geschlossenem Zustand liegt also das Innenventil 2 mit seiner Unterseite zumindest angenähert bündig innerhalb der Unterseite des Außenventils 1 (siehe Fig. 1 und 2). Die Strömungsverbin­ dung des von dem Innenventil 2 gesteuerten Zylinderauslasses mit einem Auspuff 10 ist in Fig. 3 durch die Pfeile 11 gekennzeichnet, ist also durch den inneren Hohlraum des Außen­ ventils 1 hindurchgeführt zu einer mit dem Auspuff 10 in Strömungsverbindung stehender Auströmöffnung 12 innerhalb der zylindrischen Wandung des Außenventils 1.

Bei dem Ansaugtakt gemäß Fig. 1 befindet sich das Außenventil 1 in seiner Öffnungsstellung; die angesaugte Luft bzw. das angesaugte Luft-Kraftstoff-Gemisch 13 wird über den Ansaug­ kanal 6 und die Ringnut 5 in den Zylinder 3 eingesaugt. Das Innenventil 2, das die gleiche Form haben kann wie ein übliches Ventil eines Otto-Motors, befindet sich gegenüber dem Außenventil 1 in seiner Schließstellung, wird also beim Öffnen des Außenventils 1 zusammen mit diesem nach unten gesteuert.

Fig. 2 zeigt die Stellung der Ventile 1, 2 im zweiten und dritten Takt also während des Rompressions- und Expansions­ zyklus. Beide Ventile 1, 2 befinden sich in ihrer Schließ­ stellung. Beim Schließen des Außenventils 1 aus seiner in Fig. 1 gezeigten Öffnungsstellung wird also das Innenventil 2 synchron mit nach oben bewegt und behält dadurch seine Schließstellung gegenüber dem Außenventil 1 bei.

Für den vierten Takt, also für das Ausschieben der verbrannten Gase (Pfeile 11) wird das Innenventil 2 nach unten in seine Öffnungsstellung bewegt und dadurch relativ gegenüber dem Außenventil 1 verschoben. Die verbrannten Gase strömen durch den Innenraum des Außenventils 1 und durch dessen Ausström­ öffnung 12 in den Auspuff 10.

Fig. 4 läßt schematisch eine Ventilsteuerung erkennen. Diese umfaßt eine z. B. über eine Kette oder einen Zahnriemen ange­ triebene obenliegende Nockenwelle 14, die das Außenventil 1 über zwei voneinander beabstandete Nocken 15, 16 über Stößel­ stangen 17 beaufschlagen, die mit ihrem unteren Ende in das obere Ende des Außenventils 1 eingeschraubt sein können. Die Beaufschlagung des Ventilstößels 7 des Innenventils 2 erfolgt über einen zwischen den beiden vorstehend genannten Nocken 15, 16 angeordneten Nocken 18. Während die Nocken 15, 16 durch jeweils eine Scheibe gebildet sein können, kann der dazwischen angeordnete, das Innenventil 2 steuernde Nocken 18 zwei um ca. 90° gegeneinander verdrehte Scheiben umfassen, wie es Fig. 5 erkennen läßt. Dadurch wird die synchrone Bewegung des Innen­ ventils 2 mit dem Außenventil 1 in die in Fig. 1 gezeigte Öffnungsstellung sichergestellt.

Fig. 4 läßt noch die üblichen Ventilfedern 19 und Federteller erkennen.

Fig. 6 zeigt schematisch einen spiralförmig ausgebildeten Ansaugkanal 6 mit tangentialem Lufteinlaß.

Fig. 7 zeigt eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungs­ form, bei der die Ringnut 5 nicht am Außenventil, sondern am Motorkopf vorgesehen ist.

Claims (12)

1. Periodisch betriebene Hubventile für Brennkraft-Kolben­ maschinen, mit zumindest einem den Ansaugkanal (6) mit dem Zylinder (3) verbindenden Einlaßventil und einem den Zylinder (3) mit dem Auspuff (10) verbindenden Auslaß­ ventil, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ventil (Innenventil 2) innerhalb des anderen Ventils (Außenven­ til 1) verschiebbar gelagert ist, wobei das Außenventil (1) auch den Ventilsitz (9) für das Innenventil (2) sowie eine Strömungsverbindung von diesem Ventilsitz (9) zu dem Ansaug- oder Auspuffkanal (6, 10) umschließt.

2. Hubventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenventil (1) das Einlaßventil und das Innenventil (2) das Auslaßventil bilden.

3. Hubventile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenventil (1) als Buchse ausgebildet ist, die auf ihrer äußeren zylindrischen Mantelfläche verschiebbar geführt ist, in ihrer zylindrischen Wandung eine den Zylinderauslaß mit dem Auspuff (10) verbindende Aus­ strömöffnung (12) aufweist und an ihrem unteren, dem Zylinder (3) zugewandten Ende das Verschließteil (4) trägt.

4. Hubventile nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließteil (4) als Kegelventil ausgebildet ist.

5. Hubventile nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Verschließteils (4) des Außenventils (1) eine Ringnut (5) vorgesehen ist, die bei geöffnetem Außenventil (1) die Strömungsverbindung zwischen Ansaugkanal (6) und Zylinder (3) bildet.

6. Hubventile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenventil (2) konzen­ trisch im Außenventil (1) gelagert ist.

7. Hubventile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenventil (2) ein Regelventil ist.

8. Hubventile nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenventil (2) im geschlossenem Zustand mit seiner Unterseite bündig innerhalb der Unterseite des Außenven­ tils (1) liegt.

9. Hubventile nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließteile (4, 8) der beiden Ventile (1, 2) innerhalb der gleichen Ebene liegen.

10. Ventilsteuerung für die Hubventile nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine obenliegende Nockenwelle (14), die das Außenventil (1) über zwei von­ einander beabstandete Nocken (15, 16) und das Innenventil (2) über einen dazwischen angeordneten Nocken (18) steuert.

11. Ventilsteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbeaufschlagung jeweils über Stößel (17, 7) erfolgt.

12. Ventilsteuerung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die das Außenventil (1) steuernden Nocken (15, 16) durch je eine Scheibe, der für das Innenventil (2) vorgesehene Nocken (18) jedoch durch zwei um ca. 90° gegeneinander verdrehte Scheiben gebildet sind.