DE4201814C2 - Ventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Ventilanordnung ist in der DE-PS 5 29 667 beschrieben. Ein Einlaßkanal und ein Auslaßkanal haben dort jeweils einen zur Achse des Arbeitsraumes senkrech­ ten ersten Abschnitt und einen zur Achse des Arbeitsrau­ mes parallelen Abschnitt, an dessen Ende der Einlaßven­ tilkörper bzw. der Auslaßventilkörper angeordnet sind. Letztere arbeiten mit auf dem Zylinderkopf ausgebildeten Ventilsitzen zusammen, und der unter diesen liegende Raum ist über den als flache Scheibe ausgebildeten Haupt­ ventilkörper mit dem Arbeitsraum verbindbar.

Bei dieser bekannten Ventilanordnung erfolgt eine Strömungs­ umlenkung nicht nur im Einlaßkanal bzw. Auslaßkanal; das Gemisch und das Abgas müssen auch unter scharfer Rich­ tungsumlenkung den Hauptventilkörper umströmen. Auch hat man bei dieser bekannten Ventilanordnung dann, wenn sich alle Ventilkörper im Schließzustand befinden, kleine Toträume zwischen den verschiedenen Ventilkörpern.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Ventilanord­ nung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiter­ gebildet werden, daß der Widerstand für die strömenden Gase herabgesetzt ist und eine strenge Trennung zwischen zündfähigem Gemisch und Abgas gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ventilanordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merk­ malen.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung sind Hauptven­ tilkörper, Einlaßventilkörper und Auslaßventilkörper so angeordnet und ausgebildet, daß sie bei geschlossenem Arbeitsraum wie ein einziger großer Ventilkörper ausse­ hen. Durch Bewegung des Hauptventilkörpers zusammen mit dem Einlaßventilkörper oder dem Auslaßventilkörper, wobei der Auslaßventilkörper bzw. der Einlaßventilkör­ per auf dem Hauptventilkörper verbleibt, kann eine strömungs­ günstige Verbindung zwischen der Einlaßkammer bzw. der Auslaßkammer und dem Arbeitsraum hergestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch das obere Ende eines Zylinders und eines Zylinderkopfes einer Viertakt-Brennkraftmaschine, wobei eine Ventilanordnung und ein auf diese arbei­ tender Nockentrieb in derjenigen Stellung wiedergegeben sind, die sie im Ansaugtakt einnehmen;

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, wobei die Ventilanordnung aber in der im Kompres­ sionstakt eingenommenen Stellung gezeigt ist;

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, in wel­ cher die Ventilanordnung jedoch zum Zeitpunkt der Zündung des Gemisches dargestellt ist;

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, in welcher die Ventilanordnung während des Ausstoßtaktes wiedergegeben ist;

Fig. 5 die in Fig. 3 gezeigten Verhältnisse, wie sie sich aus seitlicher Sicht darstellen;

Fig. 6 axiale Aufsichten auf die Nocken, durch welche Einlaßventilkörper bzw. Auslaßventilkörper und Hauptventilkörper betätigt werden;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Öffnungs- und Schließwinkel des Hauptventilkörpers, wie sie durch den Hauptventilkörper-Steuer­ nocken vorgegeben werden;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Öffnungs- und Schließwinkel für Einlaßventilkörper bzw. Auslaßventilkörper, wie sie durch den Einlaßventilkörper-Steuernocken bzw. den Aus­ laßventilkörper- Steuernocken vorgegeben sind;

Fig. 9 eine Aufsicht auf den Zylinderkopf und die Ventilanordnung in Fig. 1 von oben gesehen, wobei der Nockentrieb zur Betätigung der Ventilkörper weggelassen ist; und

Fig. 10 eine Aufsicht auf die Unterseite von Einlaß­ ventilkörper und Auslaßventilkörper, wobei der Teller des Hauptventilkörpers weggebrochen ist.

In den Figuren ist bei 12 das obere Ende eines Zylinders dargestellt, der einen Arbeitsraum 11 begrenzt.

Eine Ventilanordnung, die dazu dient, den Arbeitsraum 11 mit einer Einlaßkammer 14 zu verbinden (Ansaugtakt) dicht zu verschließen (Kompressionstakt, Verbrennungs­ takt) und mit einer Auslaßkammer 13 zu verbinden (Aus­ stoßtakt), umfaßt einen Hauptventilkörper 9, einen Ein­ laßventilkörper 10 sowie einen Auslaßventilkörper 8.

Diese Ventilanordnung arbeitet mit einem Ventilsitz 30 zusammen, der in der Stirnwand des Zylinders 12 aus­ gebildet ist.

Die Oberseite des Hauptventilkörpers 9 ist nach außen fallend abgestuft. Der Einlaßventilkörper 10 und der Auslaßventilkörper 8 sind jeweils halbkreisförmig und haben in ihrer unten liegenden Stirnfläche eine zur Abstufung des Hauptventilkörpers 9 komplementäre Abstu­ fung.

Der Einlaßventilkörper 10 und der Auslaßventilkörper 8 haben jeweils etwa dreieckigen Querschnitt, wobei die Hypotenusen beider Dreiecke sich bei der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung der Ventilanordnung über­ schneiden. Die durch die Katheten gebildeten Querschnitts­ spitzen liegen links bzw. rechts der Achse des Arbeits­ raumes 11. Auf diese Weise bilden die beiden halbkreis­ förmigen Ventilkörper 8, 9 zusammen einen sich nach oben verjüngenden Ring, der paßgenau auf die Oberseite des Hauptventilkörpers 9 paßt. In der in Fig. 2 gezeig­ ten Schließstellung sehen Hauptventilkörper 9, Einlaßven­ tilkörper 10 und Auslaßventilkörper 8 wie ein einziger großer Ventilkörper aus.

Das Bewegen des Hauptventilkörpers 9 erfolgt durch einen Stößel 6, der federnd in Aufwärtsrichtung vorgespannt ist und durch einen Steuernocken 3 bewegt wird, der auf einer Nockenwelle 1 sitzt. Zum Bewegen des Einlaßventil­ körpers 10 und des Auslaßventilkörpers 8 sind weitere Steuernocken 2 und 4 vorgesehen, die ebenfalls auf der Nockenwelle 1 sitzen. Auch die Stößel 5 und 7 sind fe­ dernd nach oben vorgespannt.

Der Hauptventilkörper 8 öffnet ca. 90% des Bohrungsdurch­ messers des Arbeitsraumes 11.

Die Einlaßkammer 14 und die Auslaßkammer 13 sind wie Einlaßventilkörper 10 und Auslaßventilkörper 8 etwa halbkreisförmig, und deren Einlaßventilkörper bzw. Aus­ laßventilkörper öffnen sie über eine Strecke, die fast dem Doppelten ihres Radius entsprechen. Infolgedessen kann ein sehr großes Gasvolumen im Ansaugtakt von der Einlaßkammer 14 zum Arbeitsraum 11 und im Aus­ stoßtakt vom Arbeitsraum 11 zur Auslaßkammer 13 strömen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, haben Einlaßventilkör­ per 10 und Auslaßventilkörper 8 eine Umfangsfläche 32, die einen Teil eines Kegelstumpfmantels darstellt und mit dem Ventilsitz 30 zusammenarbeitet.

Die Oberseite von Einlaßventilkörper 10 und Auslaßventil­ körper 8 fällt in radialer Einwärtsrichtung nach innen ab, und ein Vorsprung 34 des Zylinderkopfes 36 ist an seiner untenliegenden Stirnfläche komplementär kegel­ stumpfförmig ausgebildet. Die in den verschiedenen Tak­ ten der Brennkraftmaschine eingenommene Stellung von Hauptventilkörper 9, Einlaßventilkörper 10 und Auslaß­ ventilkörper 8 ist den Fig. 1 bis 5 gut zu entnehmen.

Die zum Bewegen der Ventilkörper dienenden Steuernocken sind in ihrer Randkontur aus den Fig. 3 und 6 ersicht­ lich.

In Fig. 7 ist ein Radius 16 dargestellt, der der Lage der Stößelstirnfläche im durch Federvorspannung eingestell­ ten Schließzustand des Hauptventilkörpers 9 entspricht. Ein Radius 17 veranschaulicht die Lage der Stößelstirn­ fläche bei voll geöffnetem Hauptventilkörper 9. Eine Ringfläche 18 veranschaulicht den Öffnungsbereich des Hauptventilkörpers 9. Unter Berücksichtigung des in Fig. 7 ebenfalls gezeigten Steuernockens 3 für den Haupt­ ventilkörper 6 kann man die Öffnungs- und Schließwinkel des Hauptventilkörpers 9 ermitteln.

Fig. 8 entspricht in den Grundzügen Fig. 7, nur sind dort die Verhältnisse für Einlaßventilkörper und Auslaß­ ventilkörper wiedergegeben.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich, sind Einlaßkammer 14 und Auslaßkammer 13 durch Trennwände 19 strömungsmäßig von­ einander getrennt.

Claims (4)

1. Ventilanordnung, über welche ein Arbeitsraum (11) einer Brennkraftmaschine wahlweise mit einer Einlaß­ kammer (14) für zündfähiges Gemisch bzw. einer Auslaß­ kammer (13) für Abgas verbindbar ist, mit einem in der Stirnwand des Zylinders (12) ausgebildeten Ventilsitz (30), mit einem mit dem Ventilsitz (30) zusammenarbeiten­ den, durch einen Stößel (6) axial verlagerbaren Haupt­ ventilkörper (9), mit einem Einlaßventilkörper (10), der im Strömungsweg des Gemisches vor dem Hauptventil­ körper (9) angeordnet ist, sowie einem Auslaßventilkör­ per (8), der im Strömungsweg des Abgases hinter dem Hauptventilkörper (9) angeordnet ist, und mit einem Ventilantrieb (1 bis 4), welcher bei aufeinanderfolgen­ den Arbeitszyklen einmal Hauptventilkörper (9) und Aus­ laßventilkörper (8) und das andere Mal Hauptventilkör­ per (9) und Einlaßventilkörper (10) in die Offenstel­ lung bewegt, wobei der Einlaßventilkörper (10) und der Auslaßventilkörper (8) sowie die Einlaßkammer (14) und die Auslaßkammer (13) in axialer Ventilrichtung gesehen je­ weils etwa die Form eines geschlossenen Halbkreises haben und der Einlaßventilkörper (10) und der Auslaß­ ventilkörper (8) durch zum Stößel (6) des Hauptventil­ körpers (9) parallele Stößel (7, 5) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Umfangsflächen (32) von Einlaßventilkörper (10) und Auslaßventilkörper (8) Teile eines Kegelstumpfmantels sind und mit dem Ventilsitz (30) zusammenarbeiten und daß die obere Stirn­ fläche des Hauptventilkörpers (9) und die untenliegen­ den Stirnflächen von Einlaßventilkörper (10) und Aus­ laßventilkörper (8) zueinander komplementäre stufenför­ mige Formen haben, so daß wahlweise alle drei Ventilkör­ per zu einer von Zwischenräumen freien Schließstellung zusammen bewegbar sind.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Querschnitt des Ventilsitzes (30) bis zu 90% des Querschnittes des Arbeitsraumes (11) beträgt.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt von Einlaßven­ tilkörper (10) und Auslaßventilkörper (8) in einer Ebene, in der auch die Zylinderachse liegt, im wesentlichen die Form eines Dreieckes hat.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die oberen Stirnflächen von Einlaßventil­ körper (10) und Auslaßventilkörper (8) einen Teil eines Kegelstumpfmantels bilden, zur Achse des Hauptventilkör­ pers (9) hin abfallen und in der Schließstellung an einem komplementär ausgebildeten kegelstumpfförmigen Vorsprung (34) des die Einlaßkammer (14) und die Auslaß­ kammer (13) begrenzenden Zylinderkopfes (36) anliegen.