DE4435899A1

DE4435899A1 - Anordnung und Ausbildung der Ventile am Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE4435899A1
Application number: DE19944435899
Authority: DE
Inventors: Hermann Baeurle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-04-11

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verbrennungskraftmaschinen sind in vielen Fällen mit Einlaß- und Auslaß-Ventilen für das Verbrennungsmedium, i. e. Kraftstoff-Luft-Gemisch, versehen. Die Steuerung dieser Ventile, etwa über Nockenwellen, ist aufwendig, da jedes Ventil eines gesonderten Steuermittels (Nockens) bedarf. Bei zwei Ventilen pro Zylinder werden also - bezogen auf einen Zylinder - zwei Nocken benötigt, bei der heute (besonders bei sehr leistungsstarken Motoren) verwendeten vier Ventilen pro Zylinder sind also noch mehr bzw. größere Steuermittel vorzusehen. Auch die Abdichtung der einzelnen Ventile am Ventilsitz bringt Probleme mit sich.

Hier setzt die Erfindung an: nach ihr wird bei einer Anordnung bzw. Ausbildung nach dem eingangs genannten Oberbegriff das vorgeschlagen, was im Kennzeichen des Anspruch 1 ausgesagt wird. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung im Nachfolgenden beschrieben; dabei zeigt

Fig. 1 bis 3 Teilquerschnitte durch einen Zylinderkopf in dessen Ventilbereich, wobei Fig. 1 die Stellung der einzelnen Elemente beim Ansaugen, Fig. 2 beim Verdichten und beim Verbrennen (Arbeitsvorgang) und Fig. 3 beim Auslassen darstellen,

Fig. 4 schematisch eine Zylinderbohrung (mit Sicht zum Zylinderkopf und ohne Ventile) zusammen mit verschiedenen Möglichkeiten der Ausbildung resp. Anordnung der Öffnungen für die Scheiben und des Ventils,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Sitzring für halbkreisförmige Scheiben, diese angedeutet,

Fig. 6 einen Schnitt gem. Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 und 8 die Ausbildung einer Scheibe gem. Fig. 5 in Draufsicht und Seitensicht.

Im einzelnen: Während des Ansaugvorganges (Takt 1) wird über an sich bekannte Steuermittel das Ventil 1 geöffnet, wobei es mit seinem Schaft 2 in einer Bohrung 3 des Steges 4 gleitet (geführt wird). Gleichzeitig wird die Ansaug-Scheibe 5 geöffnet bzw. von ihrem Sitz abgehoben, entweder über Steuermittel oder mittels des "Ansaug"-drucks, dieser hervorgerufen etwa über eine das Verbrennungsmedium treibende Turbine. Die kreisförmig ausgebildete Auslaß-Scheibe 6 ist dabei geschlossen und liegt (nahezu) satt am zugehörigen Sitz 9 an. Die Sitze 8, 9 und Scheiben 5, 6 können auch nicht kreisförmig ausgebildet sein. Die Hublängen an Ventil 1 und Ansaug-Scheibe 5 sind dabei gleich groß. Das Öffnen sowohl der Scheibe 5 als auch des Ventils 1 kann bei diesem Arbeitsvorgang u. U. auch nur von der Sogwirkung beim Niedergehen des nicht gezeichneten Kolbens erfolgen, oder durch Turbinendruck. Nach Beendigung dieses Taktes schließen sich Scheibe 5 und Ventil 1, entweder in bekannter Weise oder das Ventil 1 mittels des im Takt 2 durch den Kolben des Zylinders bewirkten Kompressionsdrucks. Es nimmt dabei die Scheibe 5 mit bis beide am Sitzring 11 bzw. Ventilsitz 7 und Sitz 8 anliegen; dabei muß die Scheibe 5 nicht dichtend anliegen, was für die Fertigung und die Wartung vorteilhaft ist. Nur das - einzige(!) - Ventil 1 sollte dicht am Ventilsitz 7 anliegen: Ersparnis mindestens eines dichten Sitzes gegenüber dem Stand der Technik.

Auch beim Verbrennungsvorgang (Takt 3), der in üblicher Weise erfolgt, ändert sich insoweit nicht gegenüber Takt 2.

Zum Auslaßvorgang (Takt 4) werden Ventile 1 und Auslaß-Scheibe 6 von ihren Sitzen (Ventilsitz 7, Sitz 9) abgehoben, etwa in bekannter Weise über nicht dargestellte (da hinlänglich bekannt) Stößel, so daß die Auslaß-Öffnung 10 freigegeben (geöffnet) und das verbrauchte Arbeitsmedium hinausgeschoben werden. Danach wird Scheibe 6 an deren Sitz 9 die Auslaßöffnung 10 verschlossen und es kann - nach weiter oben geschilderten Öffnen der Einlaßöffnung 13 (mittels Abheben der Scheibe 5 von ihrem Sitz 8 - der Takt 1 neu beginnen.

Das Schema gem. Fig. 4 zeigt die Zylinderbohrung 14 sowie die kreisförmige Einlaßöffnung 13 und die ebenso kreisförmige Auslaßöffnung 10. Will man einen "Vierventil-Zylinder" haben mit 4 Scheiben, dann wird man die Öffnungen 16 erhalten. Das - einzige - Ventil kann mit seiner Öffnung mittig zur Zylinderbohrung 14 (nicht dargestellt), aber auch außermittig (Öffnung 17) angeordnet werden; in diesem Fall hat man mehr Platz und damit auch mehr Fleisch für den Steg 4 (Fig. 1).

Bildet man die Öffnungen für die Scheiben nicht kreisförmig aus sondern halbkreisförmig (Öffnung 18 - nur eine dargestellt), so sind die Querschnitte für das Einlassen und Auslassen maximal, also noch größer als bei 2×2 Ventil-(Scheiben-)Anordnungen, ohne daß man Dichtungsprobleme "Scheibe-Sitzring" wegen deren ungeometrischer (nicht kreisförmiger) Ausbildung hat. Für den Schaft 2 des Ventils 1 (diese nur dargestellt in Fig. 1, 2, 3) ist eine Aussparung 19 vorgesehen.

Ein Sitzring 11, Sitz 12, Ventilsitz 7 sowie 2 Öffnungen 18 in halbkreisförmiger Ausbildung werden mit entsprechenden Scheiben 20 (diese nur angedeutet) in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Eine solche Ausbildung führt zu besonders großen Querschnitten und diese ohne Dichtungsprobleme trotz ihrer bei Ventilen sonst nicht üblichen Geometrie.

Die in Fig. 7 und 8 in halbkreisförmiger Ausbildung dargestellte Scheibe 20 liegt mit ihrer an ihr ausgebildeten Dichtfläche 22 am zugehörigen Sitz 12 (in geschlossenem Zustand) der entsprechenden Öffnung 18 an, siehe auch vorherige Figuren. Die Scheibe 20 wird mittels ihres Schaftes 21 in der zugehörigen Schaftführung geführt und läßt mittels ihrer Aussparung 19 Platz frei für den Schaft 2 des Ventils 1.

Vorteile: Nur eine dichtende Anlage notwendige, an Zahl geringere bzw. einfachere Steuermechanismen für Ventil bzw. Scheiben, wesentliche Vergrößerung der Durchlaßöffnung, wobei zusätzliche die Verbrennungsmedien über den ganzen Umfang "angesaugt" werden. Schnellere Füllung und schnellere Entleerung des Zylinders, ohne großen Energieaufwand mit der Folge einer Verbesserung des Wirkungsgrades. Besserer Temperaturausgleich, wobei kältere Verbrennungsmedien durch größere warme Ventilteile erheblich mehr als beim Stand der Technik vorgewärmt werden mit der Folge ihrer besseren Zündung und Verbrennung. Andererseits werden warme Teile gfls. abgekühlt. Fertigung ist wegen Verringerung der eng zu tolerierenden Bauteile preisgünstiger, z. B. Verminderung von 4 Ventilen mit 4 Bohrungen und 4 Ventilringen auf jeweils nur ein Teil.

Bezugszeichenliste

Fig. 1, 2, 3 Teilquerschnitte durch Zylinder in dessen Ventilbereich
Fig. 4 Zylinderbohrung, schematisch, mit verschiedenen Möglichkeiten der Ausbildung . . .
Fig. 5 Draufsicht: Sitz
Fig. 6 Schnitt durch Fig. 5
Fig. 7 und Fig. 8 Ausbildung einer Scheibe gem. Fig. 5 in Draufsicht und Seitensicht.

1 Ventil
2 Schaft
3 Bohrung
4 Steg
5 Ansaug-Scheibe
6 Auslaß-Scheibe
7 Ventilsitz
8 Sitz
9 Sitz
10 Auslaß-Öffnung
11 Sitzring
12 Sitz
13 Einlaß-Öffnung
14 Zylinderbohrung
16 Öffnungen
17 Öffnung
18 Öffnung, halbkreisförmig
19 Aussparung
20 Scheibe, halbkreisförmig
21 Schaft
22 Dichtfläche

Claims

1. Anordnung und Ausbildung der Ventile am Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit jeweils mindestens einer Einlaß- und Auslaß-Öffnung im Zylinderkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen mit einem einzigen gemeinsamen Ventil, jede einzelne Öffnung zusätzlich jeweils mit einer ventilähnlichen Scheibe überdeckt sind.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zwischen der bzw. den Ansaugöffnungen und der bzw. den Auslaßöffnungen mit einem diese abtrennenden Steg ausgebildet ist, in welchem der Schaft des (gemeinsamen) Ventils gleitend angeordnet ist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß-Scheibe(n) durch den Strömungsdruck des zugeführten Verbrennungs-(Arbeits-)Medium geöffnet wird/werden.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil beim Schließvorgang die Scheibe(n) mitnimmt.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben und ihre zugehörigen Öffnungen halbkreisförmig ausgebildet sind.