EP1361343A1 - Auslasseinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Auslasseinrichtung für eine Brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
EP1361343A1
EP1361343A1 EP03007324A EP03007324A EP1361343A1 EP 1361343 A1 EP1361343 A1 EP 1361343A1 EP 03007324 A EP03007324 A EP 03007324A EP 03007324 A EP03007324 A EP 03007324A EP 1361343 A1 EP1361343 A1 EP 1361343A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuating element
outlet
valve
outlet device
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP03007324A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Dr. Seethaler
Christian Dr. Guist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP1361343A1 publication Critical patent/EP1361343A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/28—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of coaxial valves; characterised by the provision of valves co-operating with both intake and exhaust ports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/20—Shapes or constructions of valve members, not provided for in preceding subgroups of this group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates to an outlet device for the pressurizable Combustion chamber of an internal combustion engine comprising one against the Combustion chamber prevailing pressure-opening first control element.
  • the two-flow valve described in DE 41 28 328 A1 increases the Efficiency or reduces the loss of performance Internal combustion engines, due to an improved fill level reduced vortex formation is achieved before the valve inlet. That from two Sealing units existing two-flow valve has a large one Permeability and a reduced flow resistance.
  • an outer ring valve and a coaxial this arranged internal poppet valve provided, both valves are each biased with a spring in the closing direction.
  • a Opening is carried out by means of a cam with interposition a lever arrangement.
  • the lever arrangement enables an axially synchronized Open the outer ring valve on the one hand and the internal poppet valve on the other hand.
  • the arrangement shown in DE 41 28 328 A1 aims for an improved Filling the cylinder from the cylinder inlet, with both stages of the two-stage inlet valve can be opened and synchronized at the same time overall, an inlet which is advantageously designed on account of the valve design is released.
  • the disclosed two-flow valve in no way takes into account the during Suction, compression, expansion and exhaust stroke alternating Pressure ratios in the combustion chamber of the cylinder with a view to a quick one Open with little effort and only refers to the Cylinder inlet.
  • the invention is based, for the pressurizable task Combustion chamber of an internal combustion engine has an outlet device to provide which, taking into account the during compression, Expansion and charge change cycle changing pressure ratios quick and early opening with avoidance of losses with only low operating forces.
  • the task is solved by means of a two-stage valve according to claim 1, wherein the underlying idea comprises the idea a second actuating element that opens before the first actuating element provided.
  • the second Adjustment element only a small one and by means of the first control element large outlet cross section can be released, the releasable cross section of the first actuating element is in any case smaller than the cross section of the second actuator.
  • the ratio is preferably Cross sections of the first and second actuating elements to each other about 3.5: 1 to 7: 1, especially 4: 1 to 6: 1.
  • the first and the second actuating element have proven to be very advantageous to connect by means of a spring arrangement such that an elastic Coupling is achieved.
  • one with the first actuator cooperating actuator is provided.
  • the actuator interacts with the second actuator. It is also expedient to actuate the first and the second Actuating element to provide an actuator.
  • this is the first when actuated second actuating element opened, the spring arrangement being tensioned and subsequently the first control element is opened .; the first one opens Control element only when the second control element is fully open.
  • it can also be done by Be an advantage if the first actuator opens before the second Control element is fully open.
  • the second actuating element is arranged concentrically to it, to it relatively displaceable in the axial direction by a predetermined amount, valve with a smaller diameter.
  • the Relative displacement is preferably due to mechanical stops limited.
  • the shaft of the first Control element in the lower area in a plunger and a foot area divided and plunger and foot area are interposed Spring arrangement displaceable in the axial direction relative to one another, wherein the second control element is assigned to the tappet area.
  • the second control element opposite the foot area corresponding to the Valve plate of the first actuator is relatively displaceable.
  • the first actuating element is tubular is formed and the second control element over its entire length passed upwards.
  • the first actuating element preferably has coaxially in its foot region a hole which can be opened or closed by means of the second actuating element which, with at least one arranged at an angle to it, with the Outlet communicating pressure equalization channel communicates.
  • FIGS. 1a-1c show a two-stage valve arrangement 100a, 100b, 100c shown for controlling a combustion chamber outlet, with in the Figure 1a shown position of the outlet flow is interrupted in the in Figure 1b position shown an outlet via the secondary stage 104b and according to FIG. 1c, an outlet both via the secondary stage 104c and via the main stage 102c takes place.
  • the effective opening cross-section which can be released by means of the secondary stage is in any case smaller than that which can be released by means of the main stage.
  • the ratio of the cross sections of the first and second stages to one another is approximately 3.5: 1 to 7: 1, in particular 4: 1 to 6: 1.
  • the decisive factor in the exemplary embodiment is the design limitation due to the diameter ratio of the valve disk (see FIGS. 2, 212) to the valve stem (cf. FIGS. 2, 214). In another embodiment, larger ratios can also be realized under certain circumstances, which is very cheap.
  • the small opening cross section released by the secondary stage 104b is sufficient to bring about a pressure equalization between the combustion chamber and the outlet, the foreground not the gas volume escaping from the combustion chamber in the direction of the outlet, but rather the pressure falling in the combustion chamber.
  • the main stage 102c is also shown below, as shown in FIG. 1c opened so that even over this - symbolized by the closed Switch 102c - a gas volume flow from the combustion chamber towards the outlet flows.
  • In the foreground is the volume flow, which is very large in order to enable rapid charge changes.
  • the Opening the main stage 102c in the last step may be due to this by opening sub-stage 104b - reduced pressure in Combustion chamber can be done quickly and with little effort.
  • the Power consumption of the actuator 108a, 108b, 108c compared to one conventional single stage exhaust valve very low, so that a the heating is correspondingly low and the actuator is structurally smaller can be executed.
  • the the movable control units of the main and secondary stage 102a, 104a connecting spring arrangement 106a, 106b, 106c is designed such that when opening by means of the actuator 108a, 108b, 108c first the secondary stage 104a, 104b is opened, the tense Spring arrangement 106b as shown in Figure 1b. Once the Pressure in the combustion chamber has dropped far enough, the main stage 102b, 102c also opened due to the spring force. An actuator movement therefore only takes place at the beginning of the opening process when the Subsidiary level 104a, 104b.
  • a further embodiment is due to the design only a predetermined one of the main and secondary stages 102a, 104a Relative movement between these possible.
  • the Secondary stage 104a, 104b is opened, the spring arrangement 106b stressed.
  • the secondary stage 104b is opened completely, the corresponding the predetermined limited movement of main and Secondary to each other a positive connection between them, so that the main stage 102b, 102c now opens when the actuator moves further becomes.
  • the opening of the Main stage 102b, 102c to relieve the spring arrangement 106b lead so that when the main stage is opened, the secondary stage closes, whereby but due to the large opening cross section of the main stage of the Volume flow is not affected overall.
  • FIG. 2 An embodiment of a two-stage valve 200 is shown in FIG. 2.
  • the one here Actuator acts with the upper end of the valve stem 214 of the main valve 202 together.
  • the secondary valve 204 that on the main valve 202 applied pressure keeps the main valve in its closed position, the spring 206 is tensioned.
  • a Pressure equalization channel 210 released, with the result that at a relative low volume flow, there is pressure equalization towards the outlet.
  • the main valve 202 releasing a much larger one Opening cross-section and enables a quick charge change large volume throughput.
  • Auxiliary valve 204 has a smaller diameter in the lower area showing used concentrically.
  • the valve plate 212 of the main valve 202 is relative to the stroke a of the auxiliary valve 204 Valve stem 214 slidable.
  • the spring 206 is in the area of the foot the parting line is arranged and has a smaller diameter than the Valve stem 214 on.
  • the secondary valve 204 is central in the valve plate 212 of the main valve 202 has a bore 216 concentric with the valve axis releasable, which with at least one arranged transversely to this, in the Exhaust channel communicating pressure equalization channel 210 communicates.
  • the main valve 302 tubular. Inside is the sub-valve 304 Played push rod-like up through it, with the Guide matching guide areas 316 are provided. Not this one Actuator shown in detail acts with the upper end of the valve stem 314 of the auxiliary valve 304 together. In the present case, the spring 306 is in the area the upper end of the shaft. Analogous to that shown in FIG. 2 Arrangement is a limited between main and sub-valves 302, 304 Relative movement possible by the amount b. In terms of how it works and the configuration of the channels 310, 318 is based on the description Figure 2 referenced.
  • FIGS. 4a and 4c Embodiments with needle-like valve 404, 454 are shown in FIGS. 4a and 4c.
  • the valve needle 404 closes the center in the foot 406 of the Main valve 402 arranged pressure channel 416 flush to the surface 418 of the Main valve plate 412.
  • an arrow-shaped axial relative displacement is by the annular channel-shaped area 420 of smaller diameter of the needle valve 404 the pressure equalization channel 410 and thus the way to the outlet Approved.
  • FIG. 4c shows an embodiment of the needle 454 with a central coaxial bore 456, which with at least one transverse to this lying hole 458 communicates.
  • the valve needle 454 closes the pressure equalization channel 460 like a slide.
  • the channels overlap 458 and 460, so that pressure equalization towards the outlet enables becomes.
  • Figure 4b shows a possible construction of the upper end a valve lifter with a stop.
  • the example shows the possible one Relative movement through the distance c minus the material thickness d.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Zweistufiges Auslassventil für eine Brennkraftmaschine mit zuerst öffnenden einer Nebenstufe zum Druckausgleich und einer anschließend öffnenden Hauptstufe zur Volumenabfuhr. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Auslasseinrichtung für den druckbeaufschlagbaren Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend ein gegen den im Brennraum vorherrschenden Druck öffnendes erstes Stellelement.
Zur Steuerung der Ein- und Auslassöffnungen von Brennkraftmaschinenzylindern werden üblicherweise Tellerventile verwendet. Während des Verdichtungs- und Expansionstaktes schließen die Tellerventile den Brennraum druckdicht ab, sie Öffnen während der Ladungswechseltakte, wobei ein schneller und effektiver Ladungswechsel angestrebt wird. Zur Steigerung der Ladungswechseleffektivität sind im Stand der Technik beispielsweise mit der DE 41 28 328 A1 sogenannte Zweistromventile bekannt geworden.
Das in der DE 41 28 328 A1 beschriebene Zweistromventil erhöht den Nutzwirkungsgrad bzw. verringert den Leistungsverlust bei Brennkraftmaschinen, indem ein verbesserter Füllungsgrad aufgrund verringerter Wirbelbildung vor dem Ventileinlass erreicht wird. Das aus zwei Dichteinheiten bestehende Zweistromventil weist ein großes Durchlassvermögen und einen verminderten Strömungswiderstand auf.
Gemäß der DE 41 28 328 A1 sind ein äußeres Ringventil und ein koaxial zu diesem angeordnetes innenliegendes Tellerventil vorgesehen, beide Ventile sind jeweils mit einer Feder in Schließrichtung vorgespannt. Eine Öffnungsbetätigung erfolgt mittels eines Nockens unter Zwischenschaltung einer Hebelanordnung. Die Hebelanordnung ermöglich ein axialsynchronisiertes Öffnen des äußeren Ringventils einerseits und des innenliegenden Tellerventils andererseits.
Die in der DE 41 28 328 A1 gezeigte Anordnung zielt auf eine verbesserte Befüllung des Zylinder über den Zylindereinlass ab, wobei beide Stufen des zweistufigen Einlassventils zugleich synchronisiert geöffnet werden und insgesamt ein aufgrund der Ventilausbildung vorteilhaft gestalteter Einlass freigegeben wird.
Das offenbarte Zweistromventil berücksichtigt in keiner Weise die während Ansaug-, Kompressions-, Expansions- und Ausstoßtakt wechselnden Druckverhältnisse im Brennraum des Zylinders in Hinblick auf ein schnelles Öffnen mit geringem Kraftaufwand und bezieht sich lediglich auf den Zylindereinlass.
Des Weiteren sind im Stand der Technik seit langem sowohl mechanisch mittels Nocken als auch elektromagnetisch betätigte Tellerventile zur Einund Auslasssteuerung bei Brennkraftmaschinen bekannt. In diesem Zusammenhang wird in Bezug auf den technologischen Hintergrund auf die DE-OS 23 35 150 sowie auf die DE-OS 22 49 310 verwiesen. Aufgrund des bei Viertaktbrennkraftmaschinen beim Übergang vom Expansions- zum Ausstoßtakt im Brennraum noch vorherrschenden Druckes muss bei einer Öffnungsbewegung zusätzlich zu den ohnehin vorhandenen Gegenkräften, wie beispielsweise Feder- und/oder Reibungskraft, die druckbedingte Gaskraft überwunden werden, hieraus ergeben sich Verluste. Insbesondere bei elektromagnetisch betätigten Ventilen wirkt sich dies unmittelbar auf die Leistung des elektromagnetischen Aktuators und somit auf die beim Betrieb entstehende Wärme sowie auf dessen Baugröße sehr negativ aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den druckbeaufschlagbaren Brennraum einer Brennkraftmaschine eine Auslasseinrichtung bereitzustellen, welche unter Berücksichtigung der während Kompressions-, Expansions- und Ladungswechseltakt wechselnden Druckverhältnisse ein schnelles und frühes Öffnen unter Vermeidung von Verlusten mit nur geringen Betätigungskräften ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels eines zweistufigen Ventils gemäß dem Anspruch 1, wobei die zugrundeliegende Idee den Gedanken umfasst, ein zeitlich vor dem ersten Stellelement öffnendes zweites Stellelement vorzusehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Sehr von Vorteil ist es, wenn schwerpunktmäßig die Funktion des zweiten Stellelementes im Wesentlichen ausgehend vom Brennraum den Druckabbau in Richtung Auslass und die Funktion des ersten Stellelementes im Wesentlichen die Abfuhr des verbrannten Ladungsvolumens in Richtung Auslass umfasst.
Zweckmäßiger Weise ist in diesem Zusammenhang mittels des zweiten Stellelementes ein nur geringer und mittels des ersten Stellelementes ein großer Auslassquerschnitt freigebbar, wobei der freigebbare Querschnitt des ersten Stellelementes in jedem Fall kleiner ist, als der Querschnitt des zweiten Stellelementes. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Querschnitte von erstem und zweiten Stellelement zueinander etwa 3,5:1 bis 7:1, insbesondere 4:1 bis 6:1.
Als sehr vorteilhaft hat sich erwiesen, das erste und das zweite Stellelement mittels einer Federanordnung derart zu verbinden, dass eine elastische Koppelung erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit dem ersten Stellelement zusammenwirkende Betätigungseinrichtung vorgesehen. Einem weiteren, ebenfalls zu bevorzugenden Ausführungsbeispiel zufolge wirkt die Betätigungseinrichtung mit dem zweiten Stellelement zusammen. Zweckmäßig ist es ebenfalls, zur Betätigung des ersten und des zweiten Stellelementes jeweils eine Betätigungseinrichtung vorzusehen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei einer Betätigung zuerst das zweite Stellelement geöffnet, wobei die Federanordnung gespannt und nachfolgend das erste Stellelement geöffnet wird.; dabei öffnet das erste Stellelement erst, wenn das zweite Stellelement vollständig geöffnet ist. Jedoch kann es in einem anderen Ausführungsbeispiel durchaus auch von Vorteil sein, wenn das erste Stellelement Bereits öffnet, bevor das zweite Stellelement vollständig geöffnet ist.
Entsprechend einer besonders zu bevorzugenden Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher das erste Stellelement als Tellerventil ausgebildet ist, ist das zweite Stellelement ein konzentrisch zu diesem angeordnetes, zu ihm in axialer Richtung um einen vorbestimmten Betrag relativ verschiebbares, einen geringeren Durchmesser aufweisendes Ventil. Die Relativverschiebung ist vorzugsweise durch mechanische Anschläge begrenzt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Schaft des ersten Stellelementes im unteren Bereich in einen Stößel- und einen Fußbereich geteilt und Stößel- und Fußbereich sind unter Zwischenschaltung der Federanordnung in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar, wobei das zweite Stellelement dem Stößelbereich zugeordnet ist. Demzufolge ist das zweite Stellelement gegenüber dem Fußbereich entsprechend dem Ventilteller des ersten Stellelementes relativverschiebbar.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung ist das erste Stellelement rohrförmig ausgebildet ist und das zweite Stellelement über dessen gesamte Länge nach oben hindurchgeführt.
Vorzugsweise weist das erste Stellelement in seinem Fußbereich koaxial eine mittels des zweiten Stellelementes öffen- bzw. verschließbare Bohrung auf, welche mit zumindest einem winklig zu ihr angeordneten, mit dem Auslass in Verbindung stehenden Druckausgleichskanal kommuniziert.
Im Folgenden sind besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
Figur 1a
eine zweistufige Ventilanordnung zur Steuerung eines Brennraumauslasses, wobei der Auslassstrom unterbrochen ist,
Figur 1b
eine zweistufige Ventilanordnung zur Steuerung eines Brennraumauslasses, wobei ein Auslass über die Nebenstufe erfolgt,
Figur 1c
eine zweistufige Ventilanordnung zur Steuerung eines Brennraumauslasses, wobei ein Auslass sowohl über die Neben- als auch über die Hauptstufe erfolgt,
Figur 2
eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils,
Figur 3
eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils,
Figur 4a
eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils,
Figur 4b
eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils,
Figur 4c
eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils sowie
Figur 4d
eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils.
Mit den Figuren 1a - 1c ist eine zweistufige Ventilanordnung 100a, 100b, 100c zur Steuerung eines Brennraumauslasses gezeigt, wobei in der mit Figur 1a gezeigten Stellung der Auslassstrom unterbrochen ist, in der in Figur 1b dargestellten Stellung ein Auslass über die Nebenstufe 104b und gemäß Figur 1c ein Auslass sowohl über die Nebenstufe 104c als auch über die Hauptstufe 102c erfolgt.
Während des Kompressions- und des Expansionstaktes befinden sich sowohl die Hauptstufe 102a als auch die Nebenstufe 104a - den unter Druck stehenden Brennraum dichtend - in einer geschlossenen Lage, in welcher kein Auslassstrom fließt, was in der Figur symbolisiert durch die geöffneten Schalter 102a, 104a dargestellt ist. Die beweglichen Steuereinheiten der Haupt- und Nebenstufe 102a, 104a sind mittels einer Federeinrichtung gekoppelt und werden von einem Aktuator 108 betätigt. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße zweistufige Ventil für eine Verwendung in Verbindung mit einem einen Elektromagneten sowie einen Anker umfassenden elektromagnetischen Aktuator 108a. Jedoch kann es auch sehr zweckmäßig sein die vorgeschlagene Ventilanordnung in Verbindung mit einem mechanischen Ventilantrieb mittels Nocken zu verwenden.
Während des Überganges vom Expansions- zum Ausstoßtakt, während dem ein sehr schnelles Öffnen entsprechend einem sehr steilen Anstieg des Öffnungswinkels über die Zeit angestrebt wird, wird die Nebenstufe 104b mittels des Aktuators 108b geöffnet, so dass - symbolisiert durch den geschlossenen Schalter 104b - ein Auslassstrom vom Brennraum zum Auslass möglich ist. Da die Öffnungsbewegung gegen die im Brennraum vorherrschenden Druckkräfte erfolgen muss, ist erfindungsgemäß die druckbeaufschlagte Fläche der Nebenstufe 104b klein, so dass auch die sich aus Druck mal Fläche berechnende der Öffnungskraft entgegenstehende Kraft (F = p · A) gering ist und ein Öffnen sehr schnell und mit geringem Kraftaufwand möglich ist. Der mittels der Nebenstufe freigebbare wirksame Öffnungsquerschnitt ist in jedem Fall kleiner, als der mittels der Hauptstufe freigebbare. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Querschnitte von erster und zweiter Stufe zueinander etwa 3,5:1 bis 7:1, insbesondere 4:1 bis 6:1. Maßgeblich ist dabei im Ausführungsbeispiel die konstruktive Begrenzung aufgrund des Durchmesserverhältnisses von Ventilteller (siehe Figur 2, 212) zu Ventilschaft (vgl. Figur 2, 214). Bei einer anderen Ausgestaltung können unter Umständen auch größere Verhältnisse realisierbar sein, was sehr günstig ist. Der durch die Nebenstufe 104b freigegebene geringe Öffnungsquerschnitt genügt, einen Druckausgleich zwischen Brennraum und Auslass herbeizuführen, wobei nicht das aus dem Brennraum in Richtung Auslass entweichend Gasvolumen im Vordergrund steht, sondern vielmehr der im Brennraum absinkende Druck.
Nachfolgend wird, wie in Figur 1c dargestellt, auch die Hauptstufe 102c geöffnet, so dass auch über diese - symbolisiert durch den geschlossenen Schalter 102c - ein Gasvolumenstrom vom Brennraum in Richtung Auslass fließt. Im Vordergrund steht nun der durchgesetzte Volumenstrom, welcher sehr groß ist, um einen schnellen Ladungswechsel zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang ist es sekundär, ob die Nebenstufe 104c weiterhin geöffnet ist oder nicht, da die geöffnete Hauptstufe 102c einen ungleich größeren Volumendurchsatz ermöglicht; in der Regel wird aber die Nebenstufe 104c weiterhin geöffnet sein. Gegebenenfalls erfolgt ein Öffnen der Hauptstufe bereits bevor die Nebenstufe vollständig geöffnet ist, so das ein zumindest teilweises Öffnen der Nebenstufe ausreichend sein kann. Das Öffnen der Hauptstufe 102c im letzten Schritt kann aufgrund des - bedingt durch das vorherige Öffnen der Nebenstufe 104b - reduzierten Druckes im Brennraum schnell und nur mit geringem Kraftaufwand erfolgen. Insbesondere im Falle einer elektromagnetischen Betätigung ist daher die Leistungsaufnahme des Aktuators 108a, 108b, 108c im Vergleich zu einem konventionellen einstufigen Auslassventil sehr gering, so dass eine entsprechend geringe Erwärmung erfolgt und der Aktuator baulich kleiner ausgeführt werden kann.
Die die beweglichen Steuereinheiten der Haupt- und Nebenstufe 102a, 104a verbindende Federanordnung 106a, 106b, 106c ist derart ausgelegt, dass bei einer Öffnungsbetätigung mittels des Aktuators 108a, 108b, 108c zuerst die Nebenstufe 104a, 104b geöffnet wird, dabei spannt sich die Federanordnung 106b entsprechend der Darstellung in Figur 1b. Sobald der Druck im Brennraum weit genug abgesunken ist, wird die Hauptstufe 102b, 102c aufgrund der Federkraft ebenfalls geöffnet. Eine Aktuatorbewegung erfolgt demnach nur zu Beginn des Öffnungsvorganges mit Öffnen der Nebenstufe 104a, 104b.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist aufgrund der Ausgestaltung von Haupt- und Nebenstufe 102a, 104a nur eine vorbestimmte Relativbewegung zwischen diesen möglich. In diesem Fall erfolgt eine Aktuatorbewegung von Beginn des Öffnungsvorganges der Nebenstufe 104a, 104b bis zum vollständigen Öffnen der Hauptstufe 102c. Die Nebenstufe 104a, 104b wird geöffnet, wobei sich die Federanordnung 106b spannt. Mit vollständigem Öffnen der Nebenstufe 104b wird entsprechend der vorbestimmten begrenzten Bewegungsmöglichkeit von Haupt- und Nebenstufe zueinander ein Formschluss zwischen diesen hergestellt, so dass bei weiterer Aktuatorbewegung nun die Hauptstufe 102b, 102c geöffnet wird. Bei dieser Ausgestaltung kann gegebenenfalls das Öffnen der Hauptstufe 102b, 102c zu einer Entlastung der Federanordnung 106b führen, so dass mit Öffnen der Hauptstufe die Nebenstufe schließt, wodurch aber aufgrund des großen Öffnungsquerschnittes der Hauptstufe der Volumenstrom insgesamt nicht beeinträchtigt wird.
Eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils 200 zeigt Figur 2. Der hier nicht näher gezeigte Aktuator wirkt mit dem oberen Ende des Ventilschaftes 214 des Hauptventils 202 zusammen. Bei einer Öffnungsbewegung gegen den im Brennraum vorherrschenden Druck öffnet aufgrund der geringeren druckbeaufschlagten Fläche zuerst das Nebenventil 204, der am Hauptventil 202 anliegende Druck hält das Hauptventil in seiner geschlossenen Lage, die Feder 206 wird gespannt. Auf diese Weise wird ein Druckausgleichskanal 210 freigegeben, mit der Folge, dass bei einem relativ geringem Volumenstrom ein Druckausgleich in Richtung Auslass erfolgt. Sobald der Druck im Brennraum einen vorbestimmten Wert unterschreitet, öffnet das Hauptventil 202 unter Freigabe eines wesentlich größeren Öffnungsquerschnittes und ermöglicht einen schnellen Ladungswechsel mit großem Volumendurchsatz. Bei der mit der Figur 2 gezeigten Anordnung ist der Schaft des Hauptventils 202 im Wesentlichen voll ausgebildet, das Nebenventil 204 ist im unteren Bereich einen geringeren Durchmesser aufweisend konzentrisch eingesetzt. Der Ventilteller 212 des Hauptventils 202 ist entsprechend dem Hub a des Nebenventils 204 relativ zum Ventilschaft 214 verschiebbar. Die Feder 206 ist im Fußbereich im Bereich der Trennfuge angeordnet und weist einen geringeren Durchmesser, als der Ventilschaft 214 auf. Mittels des Nebenventils 204 ist zentral im Ventilteller 212 des Hauptventils 202 eine zur Ventilachse konzentrische Bohrung 216 freigebbar, welche mit zumindest einem quer zu dieser angeordneten, in den Auslasskanal mündenden Druckausgleichskanal 210 kommuniziert.
Gemäß der Ausgestaltung 300 nach Figur 3 ist das Hauptventil 302 rohrförmig ausgebildet. In seinem Inneren ist das Nebenventil 304 spielbehaftet stößelstangenartig nach oben hindurch geführt, wobei zur Führung passend Führungsbereiche 316 vorgesehen sind. Der hier nicht näher gezeigte Aktuator wirkt mit dem oberen Ende es Ventilschaftes 314 des Nebenventils 304 zusammen. Vorliegend ist die Feder 306 im Bereich des oberen Schaftendes angeordnet. Analog zur mit Figur 2 gezeigten Anordnung ist zwischen Haupt- und Nebenventil 302, 304 eine begrenzte Relativbewegung um den Betrag b möglich. In Bezug auf die Funktionsweise und die Ausgestaltung der Kanäle 310, 318 wird auf die Beschreibung zur Figur 2 verwiesen.
Selbstverständlich ist eine tellerventilartige Ausgestaltung des Nebenventils wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt nicht unbedingt notwendig. Ausgestaltungen mit nadelartigen Ventil 404, 454 zeigen die Figuren 4a und 4c. Gemäß Figur 4a schließt die Ventilnadel 404 den zentral im Fuß 406 des Hauptventils 402 angeordneten Druckkanal 416 bündig zur Fläche 418 des Hauptventiltellers 412. Beim Öffnen des Nebenventils 404 entsprechend einer pfeilgemäßen axialen Relativverschiebung wird durch den ringkanalförmigen Bereich 420 geringeren Durchmessers des Nadelventils 404 der Druckausgleichkanal 410 und somit der Weg zum Auslass freigegeben. Figur 4c zeigt eine Ausgestaltung der Nadel 454 mit einer zentralen koaxialen Bohrung 456, welche mit zumindest einer quer zu dieser liegenden Bohrung 458 kommuniziert. In geschlossenem Zustand verschließt die Ventilnadel 454 den Druckausgleichskanal 460 schieberartig. Bei einer Öffnungsbewegung in Pfeilrichtung überdecken sich die Kanäle 458 und 460, so dass ein Druckausgleich in Richtung Auslass ermöglicht wird.
Im Gegensatz zu einer Ausgestaltung der Nebenstufe als Tellerventil ist bei einer Ausgestaltung als Nadelventil kein Anschlag in geschlossener Position gegeben. Figur 4b zeigt daher eine mögliche Konstruktion des oberen Endes eines Ventilstößels mit einem Anschlag. Im Beispiel ergibt sich die mögliche Relativbewegung durch den Abstand c abzüglich der Materialstärke d. Für den Fall, dass eine geführte Betätigung des zweistufigen Ventils mittels Nocken oder Schlepphebel erfolgt, kann eine derartige Maßnahme entfallen, so dass eine wie mit Figur 4d gezeigte Konstruktion ausreichend ist.

Claims (11)

  1. Auslasseinrichtung für den druckbeaufschlagbaren Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend ein gegen den im Brennraum vorherrschenden Druck öffnendes erstes Stellelement, gekennzeichnet durch ein vor dem ersten Stellelement (102, 202, 302) öffnendes zweites Stellelement (104, 204, 304, 404, 454).
  2. Auslasseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des zweiten Stellelementes (104, 204, 304, 404, 454) im Wesentlichen den Druckabbau im Brennraum und die Funktion des ersten Stellelementes (102, 202, 302) im Wesentlichen die Abfuhr des Ladungsvolumens umfasst.
  3. Auslasseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Stellelementes (104, 204, 304, 404, 454) ein nur geringer und mittels des ersten Stellelementes (102, 202, 302) ein großer Auslassquerschnitt freigebbar ist.
  4. Auslasseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Stellelement mittels einer Federanordnung (106, 206, 306) verbunden sind.
  5. Auslasseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem ersten Stellelement (102, 202, 302) zusammenwirkende Betätigungseinrichtung (108) vorgesehen ist.
  6. Auslasseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem zweiten Stellelement (104, 204, 304, 404, 454) zusammenwirkende Betätigungseinrichtung (108) vorgesehen ist.
  7. Auslasseinrichtung nach einem Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Betätigung zuerst das zweite Stellelement (104, 204, 304, 404, 454) geöffnet wird, wobei die Federanordnung (108) gespannt wird und nachfolgend das erste Stellelement (102, 202, 302) geöffnet wird.
  8. Auslasseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das erste Stellelement als Tellerventil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellelement (104, 204, 304, 404, 454) ein konzentrisch zu diesem angeordnetes, zu ihm in axialer Richtung um einen vorbestimmten Betrag (a, b, c) relativ verschiebbares, einen geringeren Durchmesser aufweisendes Ventil (204, 304, 404, 454) ist.
  9. Auslasseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (214) des ersten Stellelementes (202) im unteren Bereich in einen Stößel- und einen Fußbereich geteilt ist und unter Zwischenschaltung der Federanordnung (206) Stößel- und Fußbereich in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar sind, wobei das zweite Stellelement (204) dem Stößelbereich zugeordnet ist.
  10. Auslasseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelement (302) rohrförmig ausgebildet ist und das zweite Stellelement (304) über dessen gesamte Länge nach oben hindurchgeführt ist.
  11. Auslasseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelement (202, 302) in seinem Fußbereich koaxial eine mittels des zweiten Stellelementes (204, 304) öffen- bzw. verschließbare Bohrung (216, 318) aufweist, welche mit zumindest einem winklig zu ihr angeordneten, mit dem Auslass in Verbindung stehenden Druckausgleichskanal (210, 310, 410, 460) kommuniziert.
EP03007324A 2002-04-26 2003-04-01 Auslasseinrichtung für eine Brennkraftmaschine Ceased EP1361343A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10218739A DE10218739A1 (de) 2002-04-26 2002-04-26 Auslasseinrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE10218739 2002-04-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1361343A1 true EP1361343A1 (de) 2003-11-12

Family

ID=29224787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03007324A Ceased EP1361343A1 (de) 2002-04-26 2003-04-01 Auslasseinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1361343A1 (de)
DE (1) DE10218739A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007122563A3 (en) * 2006-04-25 2008-05-15 Manousos Pattakos Improved variable valve actuation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1728500A (en) * 1928-04-30 1929-09-17 Martorell Joseph Valve
US3881459A (en) * 1974-02-28 1975-05-06 Werner Gaetcke Inlet valve for internal combustion engine and method for supplying fuel thereto
FR2527682A1 (fr) * 1982-05-27 1983-12-02 Francillon Jean Louis Jeu de soupapes coaxiales
US4901683A (en) * 1988-05-12 1990-02-20 Huff Reggie D Vented valve for internal combustion engines
US6138616A (en) * 1996-05-02 2000-10-31 Ab Volvo Device and method in combustion engines

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1728500A (en) * 1928-04-30 1929-09-17 Martorell Joseph Valve
US3881459A (en) * 1974-02-28 1975-05-06 Werner Gaetcke Inlet valve for internal combustion engine and method for supplying fuel thereto
FR2527682A1 (fr) * 1982-05-27 1983-12-02 Francillon Jean Louis Jeu de soupapes coaxiales
US4901683A (en) * 1988-05-12 1990-02-20 Huff Reggie D Vented valve for internal combustion engines
US6138616A (en) * 1996-05-02 2000-10-31 Ab Volvo Device and method in combustion engines

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007122563A3 (en) * 2006-04-25 2008-05-15 Manousos Pattakos Improved variable valve actuation
GB2451049A (en) * 2006-04-25 2009-01-14 Manousos Pattakos Improved variable valve actuation
US20090178633A1 (en) * 2006-04-25 2009-07-16 Manousos Pattakos Variable valve actuation
US8166948B2 (en) * 2006-04-25 2012-05-01 Manousos Pattakos Throttle-less engine with improved variable valve system

Also Published As

Publication number Publication date
DE10218739A1 (de) 2003-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3526543C2 (de)
EP1831537B1 (de) Injektor eines kraftstoffeinspritzsystems einer brennkraftmaschine
DE69921216T2 (de) Brennkraftmaschine mit variabler Hydraulik-Ventilbetätigunsvorrichtung
DE19621719C1 (de) Hydraulische Ventilsteuervorrichtung
DE19650987A1 (de) Bremssystem für einen Innenverbrennungsmotor
EP1001143A2 (de) Ventilsteuerung für Ein- und Auslassventile von Verbrennungsmotoren
EP1507972A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil f r brennkraftmaschinen
DE10118053A1 (de) Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
EP0767295B1 (de) Hydraulischer Ventilantrieb
DE19834867A1 (de) Einspritzdüse für eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine
EP2690327B1 (de) Hydraulisches Wegeventil
EP1983239A1 (de) Ventil
EP1952011B1 (de) Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine mit kraftstoff-direkteinspritzung
EP1361343A1 (de) Auslasseinrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE102004046191B3 (de) Servoventil und Einspritzventil
EP1658427A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen
EP1421262B1 (de) Ventilmechanismus mit einem variablen ventilöffnungsquerschnitt
DE102004014198B3 (de) Servoventil und Einspritzventil
DE102016209249A1 (de) Gasventil zum Dosieren von gasförmigen Kraftstoffen
DE102007000284A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil
DE10124869C2 (de) Hydraulische Steuereinrichtung für gleichwirkende Motorventile eines Dieselmotors
DE10205888A1 (de) Hydraulische Ventilbetätigungsvorrichtung
DE102004042558B4 (de) Kraftstoffinjektor mit einer von einer Servoventileinheit gesteuerten Registerdüse
DE102004051756A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
DE19631823C1 (de) Mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

17P Request for examination filed

Effective date: 20031202

17Q First examination report despatched

Effective date: 20040128

AKX Designation fees paid

Designated state(s): DE ES FR GB IT

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20050702