EP3918186A2 - Method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, high-pressure inlet valve therefor and internal combustion engine having such a high-pressure inlet valve - Google Patents

Method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, high-pressure inlet valve therefor and internal combustion engine having such a high-pressure inlet valve

Info

Publication number
EP3918186A2
EP3918186A2 EP20701981.1A EP20701981A EP3918186A2 EP 3918186 A2 EP3918186 A2 EP 3918186A2 EP 20701981 A EP20701981 A EP 20701981A EP 3918186 A2 EP3918186 A2 EP 3918186A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion air
inlet valve
pressure inlet
piston
pressure
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.)
Withdrawn
Application number
EP20701981.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erwin Junker
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.)
Erwin Junker Grinding Technology AS
Original Assignee
Erwin Junker Grinding Technology AS
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
Priority claimed from DE102019201123.3A external-priority patent/DE102019201123A1/en
Priority claimed from DE102019202318.5A external-priority patent/DE102019202318A1/en
Application filed by Erwin Junker Grinding Technology AS filed Critical Erwin Junker Grinding Technology AS
Publication of EP3918186A2 publication Critical patent/EP3918186A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-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
    • F01L3/06Valve members or valve-seats with means for guiding or deflecting the medium controlled thereby, e.g. producing a rotary motion of the drawn-in cylinder charge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047Camshafts
    • F01L1/053Camshafts overhead type
    • F01L1/0532Camshafts overhead type the cams being directly in contact with the driven valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-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
    • F01L3/10Connecting springs to valve members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-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
    • F01L3/20Shapes or constructions of valve members, not provided for in preceding subgroups of this group
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L5/00Slide valve-gear or valve-arrangements
    • F01L5/02Slide valve-gear or valve-arrangements with other than cylindrical, sleeve or part annularly shaped valves, e.g. with flat-type valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L5/00Slide valve-gear or valve-arrangements
    • F01L5/14Slide valve-gear or valve-arrangements characterised by the provision of valves with reciprocating and other movements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L5/00Slide valve-gear or valve-arrangements
    • F01L5/14Slide valve-gear or valve-arrangements characterised by the provision of valves with reciprocating and other movements
    • F01L5/16Slide valve-gear or valve-arrangements characterised by the provision of valves with reciprocating and other movements with reciprocating and other movement of same valve, e.g. longitudinally of working cylinder and in cross direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/10Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with valves of other specific shape, e.g. spherical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/16Sealing or packing arrangements specially therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B17/00Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
    • F02B17/005Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0223Variable control of the intake valves only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/04Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for starting by means of fluid pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2810/00Arrangements solving specific problems in relation with valve gears
    • F01L2810/05Related to pressure difference on both sides of a valve
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, a high-pressure inlet valve therefor and an internal combustion engine with such a high-pressure inlet valve.
  • the object of the present invention is to provide a method for supplying combustion air into the cylinder of an internal combustion engine, a valve suitable for this purpose and an internal combustion engine with such a valve, by means of which higher pressures of the combustion air than previously used Valves can be introduced into the combustion chamber and which realizes a very good dynamic behavior and reproducible closing and opening processes and which can be controlled very well due to the significantly higher pressures of the intake combustion air, so that the gas exchange and combustion processes in the respective cylinder can be better controlled and better can be influenced than is possible with engines with conventional intake systems.
  • the complete combustion air for the respective cylinders is introduced into the cylinder by means of a high-pressure inlet valve arranged in the cylinder head or in the region thereof.
  • the introduction of the complete, high-pressure combustion air into the cylinder takes place by controlling at least the mass flow of the combustion air, in such a way that the combustion air in the cylinder intensifies mixture formation and charge exchange.
  • “intensified” is to be understood here as an improvement in the mixture formation and the charge change compared to the conventional internal combustion engines, in which, as with the charge pressures that can be achieved by means of exhaust gas turbocharging or mechanical charging, the combustion air at such an angle in the cylinder, for example is introduced that there is an additional swirl of the flow of combustion air in the cylinder, which in turn causes mixture formation and improve or intensify charge changes.
  • the advantage of the method according to the invention is that only a single system is required for introducing the complete combustion air required for combustion in the cylinder of the internal combustion engine, in which system this high-pressure inlet valve, and only one, the combustion air in the appropriate cylinder is inserted. It is therefore not a high-pressure inlet valve, which realizes the additional supply of combustion air to the cylinder, as is already known in the prior art, but all the combustion air is fed entirely via the high-pressure inlet valve into the cylinder of an internal combustion engine.
  • the temperature or the pressure of the combustion air is also measured and, based on the measurement results, such an amount of combustion air is introduced into the cylinder of the internal combustion engine that a load-dependent, optimized mixture formation and combustion, and thus with a high Efficiency of the internal combustion engine can be achieved.
  • the high-pressure valve is designed with a sliding piston, so that the valve is opened or closed according to the control requirements by moving the sliding piston.
  • the combustion air is introduced into the cylinder through the high-pressure inlet valve, while in the closed state the supply of combustion air to the cylinder is interrupted, that is to say the combustion air is present at the high-pressure inlet valve with the high pressure.
  • the combustion air is preferably supplied to the cylinder while a piston performs its compression stroke during its movement from bottom dead center to top dead center.
  • the combustion air is preferably introduced into the cylinder in the region of the first third of the movement of the piston from bottom dead center in the direction of top dead center or after this third, preferably in the region of the middle between bottom and top dead center. It is further preferred that the combustion air is only in the upper third of the movement of the piston from bottom dead center to top dead center or in the immediate vicinity of top dead center, i. H. shortly before the ignition of the fuel in the cylinder, is led.
  • the complete supply of the combustion air to the cylinder is supplied in several stages and at different times of moving the piston from the bottom dead center to the top dead center. It goes without saying that the more combustion air in the direction of the upper Ren dead center is only introduced into the cylinder, the less the compression work of the piston will be, since the actual compression due to the provision of the combustion air at high pressures is not required to the extent of a conventional engine.
  • the introduction of the combustion air into the cylinder at different times and with a varying amount for each of the individual insertion points preferably takes place due to load and / or operational conditions, also with a view to improving the exhaust gas emission and, for example, the efficiency of the internal combustion engine.
  • the arrangement of the high-pressure inlet valve is preferably designed by means of its opening directed towards the cylinder in such a way that the controlled mass flow of the combustion air is let into the combustion chamber at such an angle that flow components arise inside the cylinder which intensify the mixture formation and the gas exchange.
  • the entire combustion air is also introduced from the point of view that both mixture formation and charge changes in combination and interaction with one another are positively influenced in the sense of an improvement in the degree of efficiency.
  • the only existing system with a high pressure intake valve on the cylinder head or in the area of the cylinder head makes the usual complete intake pipe system as the main system, via which the combustion air is supplied to the cylinder, unnecessary.
  • the invention is based on the essential idea that the systems and methods for introducing additional combustion air described in the prior art are made the only system for introducing combustion air, so that the equipment outlay for realizing the method is not only reduced, but also It is also easier to control the amounts of combustion air required for the respective load conditions, since only one system for introducing the combustion air has to be used.
  • the pressure which is present at the high-pressure inlet valve is preferably in the range from 50 to 150 bar, in particular in the range from 20 to 100 bar and even more preferably in the range from 100 to 120 bar. If the combustion air is introduced into the cylinder at such a high pressure, the corresponding control times can be reliably implemented with the high-pressure inlet valve.
  • the high-pressure inlet valve is now controlled in such a way that at the end of the range, during which the high-pressure inlet valve is open and combustion air enters the cylinder under high pressure, the closing process is still slightly delayed, so that combustion air in the cylinder in the sense of reloading still additionally to be led.
  • This reloading effect is common in principle for suction machines, but also for gas turbocharged machines, so that the kinetic energy of the incoming combustion air can still be used.
  • Delayed introduction into the cylinder in the sense of a reloading effect should only be understood to mean that the high-pressure inlet valve remains open for a longer time and still more air is supplied to the cylinder under a relatively high pressure, but that the cross section for the passage of air between the control edge and compressed air supply to the cylinder is relatively small, so that in the sense of a reloading effect still using the kinetic energy introduced into the cylinder combustion air is throttled when passing through the then present small cross-section. Throttling is understood to mean a process with constant enthalpy in the theoretical thermodynamic sense.
  • fuel is added to the combustion air before it is introduced into the cylinder and is introduced into the cylinder together with the combustion air.
  • the fuel can be added immediately before the high-pressure inlet valve or in the high-pressure inlet valve, in any case before the combustion air is introduced into the cylinder. It is possible that the fuel added to the combustion air is fed as an additional fuel in addition to the normal introduction into the cylinder, for example, via an injection nozzle.
  • the fuel is combustion gas and / or liquid fuel, i.e. H. gaseous or liquid or a mixture of both.
  • the combustion air is preferably fed from a pressure vessel to the high-pressure inlet valve and thus to the cylinder via the high-pressure inlet valve.
  • This pressure tank with the combustion air replaces all the usual charging systems of the internal combustion engine.
  • the high-pressure inlet valve is designed such that highly pre-compressed combustion air can be introduced into a combustion chamber of an internal combustion engine, that is to say the high-pressure inlet valve is attached to such an internal combustion engine and provides its combustion chamber with the amount of combustion air and thus oxygen, which ensure effective combustion and a high level Efficiency of the internal combustion engine is necessary.
  • the high pressure inlet valve has a sliding piston with cylindrical Kolbenab sections, which is guided in a housing. The fit dimensions between the housing and piston are chosen to be relatively narrow, so that a reliable seal can be achieved.
  • the axial length of the cylindrical piston sections is axially extending outer shape of the cylindrical piston sections shape-matched guide sections in the housing so matched that with an axial displacement of the sliding piston passage areas of the combustion air, which are arranged between the guide sections in the housing, are locked in a closed position and no combustion air in this closed position in the combustion chamber is admitted or can enter.
  • the passage area inside the housing is arranged and bounded or enclosed by the guide sections so that the axial longitudinal extent of the cylindrical piston section or the cylindrical piston section can reliably seal the passage area in the closed position.
  • the sliding piston With a corresponding further axial displacement of the sliding piston into a passage position, combustion air is admitted into the combustion chamber through a combustion air inlet through the passage area or the passage areas. This ensures that the combustion air is reliably admitted to the combustion chamber at the appropriate pressure in the passage area.
  • the sliding piston In the passage area, the sliding piston has two areas which face one another and are designed as first and second pressurization areas, the areas of which are projected into one plane and are of the same size. The two pressurization areas thus include the passage area for the combustion air between them, so that the full cross section of the passage area is then released.
  • the first as well as the second pressurization area are, based on areas projected in a plane perpendicular to the longitudinal extension of the movement of the sliding pistons in the housing, the same size.
  • the charging pressures of 0.3 to 0.4 MPa that can be achieved with conventional charging systems are to be achieved with the high-pressure inlet valve according to the invention, with which an internal combustion engine is equipped, by means of pre-compressed combustion air with pressures in the range from 50 to 150, in particular 20 to 100 and further, in particular 100 to 120, in exceptional cases even up to 200 bar.
  • a pressure-balanced high-pressure inlet valve is provided according to the invention, there is no longer any dependence on the supply pressure for the supply of the combustion air as far as the control of the inlet valve is concerned.
  • a corresponding pressure equalization is achieved by designing the pressurizing areas such that their size, ie the first and second pressurizing areas, are approximately the same size. Minor deviations from pressurization areas of the same size are possible. A deviation from equally large pressurization ranges may be necessary in order to be able to adapt certain dynamic controls of the internal combustion engine even better to the practical conditions.
  • the combustion air is introduced into the combustion chamber at a high pressure, the supply of air can be introduced at any time during, for example, the piston movement from bottom dead center to top dead center.
  • the main advantage of the high-pressure inlet valve according to the invention is that no resulting axial forces act on the valve train due to the equalization of the pressurization areas against one another.
  • a high-pressure inlet valve of the type described above according to the first aspect in which the size for the first and for the second pressurization area differ within certain limits with respect to the projected area of the pressurization area.
  • a targeted force component to be brought about is to be sought in a specifically intended direction for further optimization with regard to the resulting forces on the valve train.
  • the certain inequality set over the somewhat uneven surface or a certain non-balancing of the axial forces can contribute to an improvement in the dynamics of the entire valve system, in particular from the point of view of the rapid switching of the valve, in particular to ensure the rapid charge change to meet higher speeds of the internal combustion engine.
  • a high-pressure inlet valve for introducing highly compressed or highly pre-compressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, which is part of the internal combustion engine and has a sliding piston guided in a housing.
  • the sliding piston has a cylindrical piston portion, the axial length of which extends axially Conformally designed guide section in the housing is matched such that when it is axially displaced in the housing, the piston section guided in the guide section blocks a passage area for combustion air arranged in the housing in its closed position.
  • the sliding piston has two areas which face one another and are designed as first and second pressurizing areas, the areas of which projected into a plane and which are perpendicular to the longitudinal axis of the sliding piston are the same size or differ slightly from one another.
  • the first pressure application area is in the form of a poppet valve and the second pressure application area is designed as an annular surface.
  • the pressure application area designed as a poppet valve is assigned to the cylinder.
  • the high-pressure inlet valve according to the invention can be controlled in accordance with the requirements of the charge change and the high cylinder filling with combustion air and thus with oxygen for improved combustion.
  • the projected area of the first pressurizing area i. H. the tilter valve til
  • the opposite, arranged as an annular surface formed second pressurizing area there are no resulting force components in the axial direction.
  • the effort to control the valve is therefore directed only to friction and to overcome the spring force for the purpose of opening this valve.
  • the closing process of this valve then takes place via an appropriately di dimensioned spring.
  • the closing process of the high-pressure inlet valve is controlled accordingly with regard to the closing speed in order to achieve usable short control times, by means of which the valve opening law can be optimized.
  • the opening curve with regard to the amount of combustion air admitted must be as steep as possible.
  • valve housing and also the In addition to steel, sliding pistons can also consist of cast iron, high-strength aluminum alloys or aluminum magnesium alloys or other materials or alloys.
  • a significant advantage of the high-pressure inlet valve according to the invention or the internal combustion engine with such a high-pressure inlet valve according to the invention is that, due to the high pressures, the volumes of the charge air system are made smaller, so that a higher compactness of the internal combustion engines according to the invention can be achieved.
  • an additional cylindrical guide can be provided in the sense of a guide section, which not only increases the stability of the combustion air into the combustion chamber in the front part of the high-pressure inlet valve according to the invention by means of a spoke-like reinforcement, but it is also a better guidance of the sliding piston in the housing of the high pressure inlet valve.
  • the second pressurization area opposite the first pressurization area is designed as an annular surface, preferably as a flat annular surface.
  • the annular surface can also deviate from a flat shape due to the uniform distribution of pressure on all sides; in any case, the projected area is relevant for the pressure forces acting on this pressure application area.
  • the projected area is projected onto an imaginary plane, which is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the intake valve according to the invention.
  • the guide webs which extend radially between a shaft and the guide section in the region of the first pressurization area, are preferably designed such that they simultaneously add a directional component in the sense of a swirl flow in the cylinder to the air flowing into the combustion chamber, so that this additionally improves the mixture formation and thus Combustion in the cylinder is achieved.
  • guide vane-like webs may be located from the shaft in the region of the valve plate of the first pressurization region, which webs are not necessarily connected to an outer ring in the sense of a guide section, but are provided similarly to guide vanes of turbines, one to provide a defined direction along the medium flowing through the guide vanes, if necessary also to provide acceleration with changing distances between the vanes. In order to can influence the mixture formation and ultimately also the combustion in the combustion chamber of an engine.
  • the first and the second pressurization areas are preferably richly assigned to their respective axially extending cylindrical piston section.
  • the two cylindrical piston sections are guided in a respective guide section in the housing and, with their pressurization areas facing one another, delimit the passage area between them.
  • the cylindrical section extending from the first pressurization area in the housing releases air inlet channels or air passage channels, via which the precompressed combustion air supplied to the high-pressure inlet valve according to the invention feeds or blocks the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the air inlet channels or air outlet channels are preferably inclined with respect to the axial longitudinal axis of the high-pressure inlet valve in the sense of a converging, ie. H. direction directed towards the axis or in the sense of a diverging direction pointing away from the longitudinal axis of the sliding piston.
  • a con central arrangement to the longitudinal axis of the sliding piston based on the respective longitudinal axis of the air inlet channels can preferably be provided.
  • a further exemplary embodiment of the high-pressure inlet valve is preferably designed in such a way that the passage area for the combustion air, which is delimited by the first and second pressurization areas when the sliding piston is in the housing, is stepped in the housing, wherein the high pressure inlet valve in the housing has a combustion air inlet and a combustion air outlet.
  • the combustion air inlet supplies the high-pressure inlet valve with the pre-compressed combustion air from a supply source, whereas the combustion air outlet represents the combustion air inlet into the combustion chamber of the internal combustion engine, so to speak.
  • the two regions are preferably offset from one another in the axial direction with respect to the sliding piston.
  • first cylindrical piston section extending from the first pressurization region and guided in the housing in the guide section becomes.
  • the axial length of the first cylindrical piston section must be greater than the axial extent of the passage area for the combustion air, so that the front edge in the direction of the combustion chamber and in the direction towards the passage area rear circumferential edge of the cylindrical piston section provides a reliable seal with respect to the combustion air inlet guided combustion air guaranteed.
  • a very precisely manufactured cylindrical shape of the piston section as well as the cylindrical bore shape of the matching congruent guide section ensures a clean fit, which ensures the corresponding sealing function even at the intended high pressures of up to 150 MPa.
  • the cylindrical piston sections assigned to the respective pressurization areas are immersed in corresponding chambers in the housing when the sliding piston is shifted accordingly.
  • These chambers preferably have ventilation bores, via which the pressurized air can escape when the cylindrical piston sections are immersed in the respective chamber.
  • air is sucked in via the ventilation holes, so that the negative pressure has only low values.
  • These vent holes have such diameters that there is at most a low throttling.
  • the combustion air inlet and / or the combustion air outlet are provided with a circular, elongated or elliptical cross section.
  • the cross-sectional shape depends on the desired flow in the combustion chamber to intensify the mixture formation and the subsequent combustion.
  • the cylindrical piston sections are preferably designed in the manner of lubricant receiving the piston ring grooves. These piston ring grooves are designed so that they are able to absorb lubricant, so that the sliding surfaces, which are formed between the cylindrical piston sections and the guide sections, receive a corresponding lubrication, so that wear is counteracted and above all the frictional force during axial displacement of the sliding piston in the housing is significantly reduced.
  • the high-pressure inlet valve preferably does not have any surfaces of the first and second pressurization areas that are identical in size. ches, but these areas can deviate from each other by up to a maximum of 20%. This is intended to have a direct influence on the force ratios when controlling the high-pressure inlet valve as well as on the dynamics, in particular at high speeds and thus the opening and closing of the high-pressure inlet valve according to the invention, which is required quickly.
  • the high-pressure inlet valve is formed with a sliding piston, which at least at the end of its closing movement gives the poppet valve a radial movement component, so that different surfaces in the seat of the poppet valve come into contact in the housing with each closing operation.
  • a sliding piston which at least at the end of its closing movement gives the poppet valve a radial movement component, so that different surfaces in the seat of the poppet valve come into contact in the housing with each closing operation.
  • the internal combustion engine according to the invention is provided with a high-pressure inlet valve arranged in a cylinder head for admitting combustion air at high pressure into a combustion chamber, the high-pressure inlet valve being a valve which is designed in accordance with the features of one of claims 1 to 15.
  • This high-pressure inlet valve is arranged in the manner of an inlet valve between a high-pressure line, which supplies the combustion air to the high-pressure inlet valve under high pressure, and the combustion chamber.
  • the high-pressure combustion air is admitted into the combustion chamber from a high-pressure line via a passage area in the high-pressure inlet valve.
  • the high-pressure inlet valve is arranged with respect to a first aspect for the internal combustion engine in relation to the longitudinal axis of the cylinder or the combustion chamber in the cylinder head.
  • the underside of the high pressure inlet valve thus points directly to the combustion chamber.
  • the advantage of the high-pressure inlet valve according to the invention is the use of an internal combustion engine in that large-volume inlet lines are not required, so that the space requirement for the supply of the combustion air to the combustion chamber of the internal combustion engine is reduced, and thus the compactness of such an engine is increased can.
  • the high-pressure inlet valve is arranged lying in the cylinder head with respect to the longitudinal axis of the cylinder or the combustion chamber.
  • the horizontal arrangement of the high-pressure inlet valve has the advantage that the combustion air under high pressure can be supplied from the top of the cylinder head and the passage area for the combustion air through the high-pressure inlet valve into the combustion chamber of the internal combustion engine is essentially transverse or perpendicular to the longitudinal axis of the Slide piston of the high pressure inlet valve can be done.
  • the sliding piston of the high-pressure inlet valve is preferably loaded with a spring and a cam of a camshaft, which acts against the spring force, is provided for shifting it from a position blocking the passage of combustion air into the combustion chamber into a position releasing the passage of combustion air into the combustion chamber that by means of the cam when the camshaft is rotating, opening can be effected analogously to the control of conventional intake and exhaust valves.
  • the spring against which the respective cam has to work, ensures that after opening the high-pressure inlet valve and after the required amount of combustion air has been let in, the slide piston is returned to its closed position as quickly as possible.
  • the high-pressure inlet valve preferably works with a pressure in the range from 2 to 20 MPa and can be controlled in such a way that the combustion air can be introduced into the cylinder in such a way that a separate cycle is unnecessary for a charge change in a four-stroke engine and nevertheless mixture formation in the cylinder via the pressure , with which the combustion air is admitted via the high-pressure inlet valve into the combustion chamber, takes place more intensively with regard to the injected fuel quantity than is the case in internal combustion engines with, for example, conventional supercharging in a lower pressure range of 0.3 to 0.4 MPa today.
  • the time for opening the high-pressure inlet valve can be controlled well, so that an optimal supply of combustion air is ensured, also with regard to the combustion that takes place after the supply of the combustion air and the mixture formation is.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a high pressure inlet valve according to the invention in the closed position with poppet valve
  • FIG. 2 shows a high-pressure inlet valve according to FIG. 1 in the open position
  • FIG. 3 shows a sectional view through the housing and shaft of the sliding piston according to FIG.
  • FIG. 4 shows the combustion air outlet of the high pressure inlet valve, which is closed with a poppet valve, with guide vane-like webs on the head of the poppet valve in axial alignment;
  • FIG. 5 shows a representation according to FIG. 4, but with curved guide vane-like webs in the area of the combustion air outlet from the high-pressure inlet valve in FIG
  • Figure 6 shows another embodiment of the high-pressure inlet valve according to the invention with a sliding piston with two cylindrical sections, which are guided in guide sections inside the valve housing, with a large number of air inlet channels for introducing the combustion air into the combustion chamber is provided like a ring;
  • FIG. 7 shows the high-pressure inlet valve according to FIG. 6, but in the open position for feeding combustion air through the high-pressure inlet valve into a combustion chamber of an internal combustion engine;
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment according to FIGS. 6 and 7, but with air inlet channels which have a diverging direction with respect to the longitudinal axis of the sliding piston;
  • FIG. 9 shows an embodiment according to Figure 8, but with air inlet channels which have a converging direction with respect to the longitudinal axis of the sliding piston;
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a high-pressure inlet valve in the closed position according to the invention with combustion air inlet and combustion air outlet in planes arranged offset from one another;
  • FIG. 1 1 shows the embodiment of the high pressure inlet valve according to the invention
  • Figure 12a shows a detail section of the area of the combustion air inlet of the high pressure inlet valve according to Figures 10 and 11;
  • FIG. 12b shows a side view from the left of the detail according to FIG. 12a) in the form of an
  • FIG. 13b a sectional view along the sectional plane B-B according to FIG. 13a), in which the passage area in the interior of the valve is designed as an annular chamber arranged around the shaft of the sliding piston;
  • FIG 14a a sliding piston according to a high-pressure inlet valve according to the invention according to Figures 10 and 11 with piston ring grooves on the cylindrical piston sections for lubrication;
  • Figure 15 is a detailed sectional view of the arrangement of the high pressure inlet valve according to the invention in the cylinder head of an internal combustion engine in the open position;
  • Figure 16 is a detailed sectional view of a cylinder and a cylinder head with built-in high-pressure inlet valve according to the invention in the closed position;
  • Figure 17c is a sectional view through the shaft of the sliding piston of the invention
  • FIG. 18 shows a high-pressure inlet valve according to a second exemplary embodiment, in which the second pressurizing area in the form of a cylindrical piston section is dimensioned larger with respect to the effective annular area than the effective annular area of the first pressurizing area in the form of a poppet valve;
  • Figure 19 shows a high-pressure inlet valve for the inventive method in section
  • FIG. 20 the high pressure inlet valve according to FIG. 1) when open.
  • a high-pressure inlet valve 1 is shown in cross section in FIG.
  • the valve has a housing 2, within which a sliding piston 3 is guided.
  • the sliding piston 3 has a region designed as a cylindrical piston section 4, which is guided in the housing 2 in a sliding manner on a guide section 5 which is designed to conform to the cylindrical piston section 4.
  • the cylindrical piston section 4 of the sliding piston 3 is larger in diameter than a shaft 14 which extends from the cylindrical piston section 4 downwards in the direction of an inlet opening in the form of a combustion air inlet 9 in the direction of a combustion chamber 25, not shown.
  • FIG. 2 On the ge opposite side of the cylindrical piston section 4, an extension of the shank tes 14 of the sliding piston 3 is provided with an insert in which a spring 22 is arranged, which serves to open the high-pressure inlet valve 1, so that highly pre-compressed combustion air in the combustion chamber 25 a Internal combustion engine can be inserted.
  • a compressive force F N (see arrow pointing vertically downward in FIG. 2 above) pushes the sliding piston 3 downward by an opening stroke 23 of the high-pressure inlet valve 1, so that the combustion air outlet 18 is fully open, ie the high-pressure inlet valve 1 is in the open position 8.
  • Figure 1 shows the closed position 7 of the high pressure inlet valve 1.
  • a closing plate 12 closes in the manner of a poppet valve in a seat formed in the housing 2 and thereby prevents the passage of combustion air, the combustion air inlet 9 of which left side is provided through an entry opening.
  • the combustion air itself is indicated by the arrow pointing horizontally to the right.
  • the sliding piston 3 In the closed position 7 of the high-pressure inlet valve 1, the sliding piston 3 is immersed with its upper ring surface oriented in the direction of the spring insert in a chamber 19 which is connected to the outside via a vent hole 20.
  • the sliding piston 3 is immersed with its upper annular surface of the cylindrical piston section 4, the air is pressed out of the chamber 19 provided there (see FIG. 2) via the vent hole 20.
  • An essential criterion for the functioning of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention is that the annular surface 13 facing the passage channel forms a second pressurizing area 11 and the poppet valve 12, which faces the passage area 6 for the combustion air, forms a first pressurizing area 10.
  • the first pressurizing area 10 forms a projected area, which is formed perpendicular to the longitudinal axis of the sliding piston 3, and has a size that is equal to the projected area of the annular surface 13 on the cylindrical section 4 of the sliding piston 3, that is to say is equal to the second pressurizing area 11. Due to this equal area of the projected areas, there are no resulting axial forces, regardless of the level of the pressure of the combustion air, which is provided for the inlet into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the sliding piston 3 itself is pressed against the spring force F N from the closed position 7 into the passage position 8 by means of a cam of a camshaft or another drive device and, when the cam is released, is quickly brought back into the closed position 7 by the action of the spring force in accordance with the strength of the spring force. in which the closing plate 12 of the poppet valve strikes the seat and seals there.
  • FIG. 2 shows the high-pressure inlet valve 1, in which the sliding piston 3 is, however, in the passage position 8, which is indicated by the arrow on the combustion air outlet 18.
  • the combustion air outlet 18 When the combustion air outlet 18 is open, the passage area 6 is released for the combustion air, so that the combustion air flows with high pressure and thus also high flow velocity between the seat and the valve plate and into the combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine.
  • the sliding piston 3 on the top of the cylinder which is pushed downward by the opening stroke 23, is clearly visible.
  • Lindrischen section 4 shown in the direction of the spring insert with the spring 22 formed chamber 19. This chamber 19 is provided with the vent hole 20 so that when the cylindrical piston section 4 is closed with its upper annular surface it dips into this chamber 19 and presses the air there via the vent hole 20 to the outside.
  • this vent hole is now selected so that no noteworthy throttling effects occur, so that when the cylindrical section 4 is immersed in the chamber 19 there is no pressure cushion forming a high resistance, but only a certain damping cushion, so that the upper annular surface of the cylinder is struck rule piston section 4 on the spring insert even at high opening and closing speeds of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention can be avoided.
  • FIG. 3 shows a sectional view through the sectional plane A-A, which show guide webs 15 extending radially from the shaft 14 between the shaft 14 and the housing 2.
  • This guide webs 15 ensure additional stability for an exact axial and in addition a radial guidance of the sliding piston 3 in the housing 2, which is important for a reliable sealing of the cylindrical outer surface of the cylindrical piston section 4 on the likewise cylindrically shaped, precisely fitting guide sections in the housing 2.
  • the tightness of the valve inside is ensured by this exact design of these two surfaces sliding relative to each other.
  • FIG. 4 shows a detail sectional view of the part of the high-pressure inlet valve 1, on which the closing plate of the poppet valve 12 is shown in the combustion pressure outlet 18, which part is in the closed position 7 as part of the sliding piston 3.
  • guide vane-like webs 16 are provided at the transition from the closing plate of the poppet valve 12 to its stem 14. The function of the guide vane-like webs 16 is to direct the combustion air at the inlet into the combustion chamber when the sliding piston 3 is in its passage position 8 in such a way that an optimal flow and optimal distribution of the combustion air and finally also the mixture formation before the Combustion in the combustion chamber can be brought about.
  • a flow of the combustion air in the cylinder or in the combustion chamber that is adapted to the shape of the combustion chamber contributes to a more uniform and better mixture formation, as a result of which the combustion is improved and thus the degree of efficiency of the internal combustion engine can be increased.
  • FIG. 5 a detailed view analogous to that according to FIG. 4 is shown, in which, instead of webs 16 formed in the axial direction, guide vane-like webs 16 in a curved path at the transition from the closing plate of the poppet valve 12 to its stem 14, preferably wise in a double curved manner.
  • Such curved guide vane-like webs 16 contribute to the fact that the combustion air introduced into the combustion chamber has a swirl, which contributes to an equalization of the mixture formation in the cylinder as a prerequisite for good combustion.
  • the position of the poppet valve 12 of the sliding piston 3 corresponds to the closed position 7.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention, in which the sliding piston 3 has two cylindrical piston sections 4, which are guided in corresponding guide sections 5.
  • the sliding piston 3 has two cylindrical piston sections 4, which are guided in corresponding guide sections 5.
  • three congruent cylindrical guide sections 5 are provided in the interior of the housing 2.
  • FIG. 6 shows the closed position 7 of the sliding piston 3 within the housing 2.
  • the axially longer cylindrical piston portion 4 which is shown in the lower part of the high-pressure inlet valve 1 shown, is provided for opening and closing the actual air inlet channels 17.
  • the supply lines are covered with the cylindrical piston sections 4 in the manner of a ring in the circumference of the end face of the high-pressure inlet valve 1 which is supplied to the combustion chamber, so that passage of the combustion air from the combustion air inlet 9 is blocked.
  • a chamber 19 is formed below the top of the piston, into which the lower cylindrical piston section 4 is immersed in order to open the air inlet channels 17. So that no Ge counterpressure of the air present in the chamber 19 forms, a vent hole is provided in the interior along the longitudinal axis of the sliding piston 3. With appropriate dimensioning of the vent hole, throttling can be avoided as far as possible, but it can still be ensured that a certain damping function is built up, which prevents the front side, in the case of the illustration according to FIG. 6, of the underside, of the cylindrical piston section 4 from hitting hard inside the housing on the Bo the chamber occurs.
  • the annular surfaces 13 facing the passage area 6, ie the first and second pressurizing areas 10, 11 of the cylindrical piston sections 4 of the sliding piston 3, are dimensioned such that they are of the same size. This ensures that regardless of the pressure with which the combustion air enters the passage area 6 inside the housing 2 of the high-pressure inlet valve 1, no resulting axial forces are produced.
  • the high-pressure inlet valve can only be provided with a corresponding drive, for example a cam or a camshaft opened against the action of the spring 22 and applied or used using the action of the spring 22 to close the high pressure inlet valve.
  • FIG. 7 shows how this opening force F N, which is applied by a cam, immerses the displacement piston 3 in the chamber 19, so that the radially directed supply areas leading to the air inlet ducts 17 are opened in the manner of an annular chamber and the combustion air from the combustion air outlet 18 can be introduced into the cylinder or combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the chamber 19 forms on the upper cylindrical piston section 4 for guiding the sliding piston 3 in the housing 2 on the corresponding guide section 5.
  • This chamber 19 is also connected to a vent hole 20, so that when the closing movement is carried out by the sliding piston 3, ie in the drawing when moving upward, the air in the chamber 19 can escape through the vent hole 20.
  • the air inlet ducts 17 are preferably arranged equidistantly; However, an irregular arrangement can also be provided, in particular if the air flow is to be used in the combustion chamber to improve the mixture formation.
  • FIG. 8 shows a detailed sectional view of the area of the air inlet ducts, i. H. of the lower area of the high-pressure inlet valve 1, in which, in deviation from the embodiment according to FIG. 6 and FIG. 7, the air inlet channels 17 are arranged to diverge with respect to the longitudinal axis of the sliding piston 3.
  • the other geometric conditions correspond to those in FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment in the form of a detailed area according to FIG. 8, but the air inlet ducts 17 are arranged so as to converge relative to the longitudinal axis of the sliding piston 3.
  • both diverging and converging air inlet ducts 17 are provided with respect to the longitudinal axis of the sliding piston 3.
  • FIG 10 shows another embodiment of a high-pressure inlet valve 1 according to the invention, the basic structure with respect to the housing 2 and spring insert corresponds to the previous execution examples, so that these parts are not described again here.
  • the ge showed high pressure inlet valve 1 is in its closed position 7 of the sliding piston 3.
  • the difference to the previous embodiments is that the combustion air inlet 9 and the combustion air outlet 18 are arranged in different levels with respect to the longitudinal axis of the housing 2 of the high pressure inlet valve 1.
  • the Combustion air under high pressure via the combustion air inlet 9, coming from a high pressure line not shown.
  • the lower cylindrical piston section 4 covers this passage area 6, so that no combustion air can get into the passage area 6 and finally into the combustion chamber 25 (see FIGS. 15 and 16) of the cylinder.
  • the passage area 6 faces two ring surfaces 13, which have the same size, so that no resulting axial forces are present regardless of the pressure of the supplied combustion air. A displacement of the sliding piston 3 can therefore only be applied against the force of the spring 22. Below the front of the large cylindrical piston section 4 there is in turn the chamber 19, so that when the sliding piston 3 is moved, it is immersed in the chamber 19 and thus ultimately the passage position 8 of the sliding piston 3 shown in FIG. 11 when the opening stroke 23 is carried out is achieved. In the passage position 8, the combustion air can flow via the combustion air inlet 9 from the lower level to the upper level of the recess of the passage area 6 in the housing 2 and finally to the combustion air outlet 18, from where the combustion air flows directly into the combustion chamber 25 of an internal combustion engine (not shown) ) can flow.
  • the lower, larger, cylindrical piston section 4 is guided into guide sections 5 of congruent design into the chamber 19.
  • this cylindrical piston section 4 is then guided in the lower area and in the intermediate area on corresponding guide sections 5, the intermediate area between the lower level at the combustion air inlet 9 and the passage area 6 in the upper level at the combustion air outlet 18 is arranged.
  • the smaller cylindrical piston section 4 the upper, which is arranged in the direction of the spring insert, slidably guided on a third guide section 5.
  • FIG. 12a) and b) illustrate with a detailed sectional view of the area of the combustion air inlet 9 of the high-pressure inlet valve 1 that the flow channel from the combustion air inlet 9 to the passage area 6 does not necessarily have to be designed as a cylindrical bore, but rather, as shown in FIG. 12b) is, can have a slot-shaped design in cross section. Other cross-sectional shapes are of course possible.
  • Fi gur 12a the ring surface 13 is shown in plan view, the size of which is identical to the ring surface 13 pointing to this ring surface 13 of the second cylindrical piston portion 4 (see Figu ren 10 and 11).
  • FIGS. 13 a) and b) show a detailed sectional view of the area of the combustion air outlet 18, again showing the shaft 14 and the annular surface 13 on the cylindrical piston section 4.
  • Different cross-sectional shapes of the combustion air duct are also conceivable for this exemplary embodiment.
  • an annular recess enlarging the average area 6 is shown in the area between the annular surfaces 13 of the cylindrical piston sections 4 facing one another with respect to the pressure effect.
  • This ring recess is connected on one side to the combustion air inlet 9 and on the other side to the combustion air outlet 18 (neither of which is shown).
  • These oval or adapted cross-sections of the air supply allow an enlarged supply cross-section without the valve being longer.
  • FIG. 14a shows a sliding piston 3 which has a front cylindrical piston section 4 of greater axial length and a rear cylindrical piston section 4 of smaller axial length.
  • Both ring surfaces 13, which face each other and have a portion of the shaft 14 between them, are of the same size, so that when this intermediate area is acted upon, ie. H. the area of the mutually facing annular surfaces of the two cylindrical piston sections 4, with combustion air even high pressure, no resulting de axial force component arises.
  • the pistons of the sliding piston 3, i.e. H. the cylindrical piston sections 4, have circumferential piston ring grooves 21 on their circumference, which are suitable for receiving lubricating oil, so that sliding in an appropriately designed housing 2 with the corresponding guide sections 5 is improved because lubricated sliding properties are realized can be.
  • FIG. 14b shows an embodiment of a slide piston essentially analogous to FIG. 14a), in which screw-shaped circumferential piston ring grooves 21 are incorporated into the outer surfaces of the cylindrical piston sections 4. These piston ring grooves 21 are also designed such that lubricant can be accommodated therein and the cylindrical piston sections 4 together with the guide sections are well guided and form well-lubricated sliding surfaces.
  • FIG. 15 shows an exemplary embodiment of how a high-pressure inlet valve 1 according to the invention can be arranged in the cylinder head 26 of an internal combustion engine.
  • the high-pressure inlet valve 1 is driven by means of a cam 28, which preferably belongs to a camshaft, so that when the cam 28 engages, the spring which is present in the spring insert 22 can be compressed, whereby the combustion air, which is led via the high pressure line 27 to the combustion air inlet 9 and from there through the illustrated passage position through the high pressure inlet valve 1 in its passage area 6 to the combustion air outlet 18, reaches the combustion chamber 25 at high pressure reached.
  • This is indicated by the arrow chain, which characterizes the air flow of the combustion air under high pressure.
  • An exhaust valve 29 is shown on the top left of the picture, which is in the open state so that fuel gas can escape into the exhaust pipe.
  • a piston 30 is shown, which is connected to a crankshaft by means of a piston pin 32 and a connecting rod 31.
  • the high-pressure inlet valve 1 can now be controlled preferably so that basically at almost any position of the movement of the piston 30 from bottom dead center to top dead center during any desired position, individual amounts of combustion air or that required for combustion in the combustion chamber 25 Amount of oxygen can be filled by the combustion air in an opening process of the cylinder.
  • FIG. 16 shows a cylinder 25 with cylinder head 26 according to FIG. 15, but in a slightly different sectional plane, in which it is shown that the high pressure inlet valve 1 is in its closed position 7.
  • the injector 33 is also shown due to the different section of the section.
  • the piston 30 in the cylinder 25 is connected to a crankshaft (not shown) by means of its connecting rod 31 and via the piston pin 32.
  • FIG. 17 a shows a further exemplary embodiment of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention.
  • this high pressure inlet valve 1 is shown in the open position.
  • the closed position of the high-pressure inlet valve 1 shown in FIG. 17a) is reached in the position of the sliding piston 3 with respect to the guide sections 5 inside the housing 2 and with the combustion air inlet 9 closed, combustion air being supplied under high pressure when it is opened, specifically at valve plate of a poppet valve 12, which is sealingly seated in a valve seat and thus also the supply of combustion air into the combustion chamber 25.
  • the valve plate of the poppet valve 12 goes continuously into the shaft 14 in the usual manner for valves which are used in the cylinder head 26 of internal combustion engines over.
  • the sliding piston 3 has in the area of the shaft 14 located in the housing 2 a cylindrical piston section 4, which forms an annular surface 13 which points in the direction of the passage area 6.
  • the shaft 14 On a side opposite the annular surface 13, the shaft 14 has a valve disk of the poppet valve 12, which preferably forms a sealing seat with the housing 2 at an angle of 45 °.
  • the Sealing force of this valve seat is ensured by a spring 22, which is held in the housing 2 under prestress by means of a yoke-like support ring 36.
  • the annular surface 13 and the effective in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the sliding piston 3 projected area of the valve plate of the poppet valve 12 are both the same size, so that the pressure of the combustion air Ver, which in the passage area 6 for entries in the cylinder 25 with open high pressure inlet valve 1 (see FIG. 17b)), the pressurizing surfaces 10 and 11 are loaded against one another without resulting surfaces.
  • the sliding piston 3 has an additional piston 34, which likewise has a cylindrical piston section 4 on its outer periphery, which is guided on corresponding congruently shaped guide sections 5 in the housing 2.
  • the axial dimension of this additional piston 34 is now such that in the position as shown in FIG. 17a), ie in which the supply of combustion air is blocked, the additional piston 34 interrupts the cross section of the supply line of the combustion air of high pressure.
  • the additional piston 34 and the guide sections 5 are ground in to ensure a corresponding sealing force.
  • a second sealing surface results in the valve seat of the poppet valve 12, the sealing force being determined by the spring force of the spring 22.
  • a pressure chamber is formed which can be vented via a vent hole 20 with appropriate compression, ie upward movement of the sliding piston 3.
  • FIG. 17b shows the high-pressure inlet valve 1 according to FIG. 17a, but in the open position.
  • the sliding piston 3 is moved downward against the action of the spring force of the spring 22 in the illustration shown, so that the additional piston 34 releases the access cross-section 9 via the passage area 6 at the seat area of the valve plate of the poppet valve 12 and combustion air at high pressure in the Combustion chamber 25 (not shown) can be pressed.
  • the other elements and functions are identical to those according to FIG. 17a and are therefore not described again here.
  • the additional piston 34 is slidably displaced on the ground cylindrical guide surfaces 5 formed in the interior of the housing 2, ie in the interior of the passage area 6 that the combustion air under high pressure can ultimately flow into the cylinder 25.
  • FIG. 17c shows a sectional view through the sliding piston 3, in its lower part of the shaft 14, looking from below onto the additional piston 34.
  • the piston 34 has a cylindrical piston section 4 on its outer circumference, which is ground in and conforms to the shape with the correspondingly formed in the housing 2 guide sections 5 sealingly.
  • the interior of the piston 34 is manufactured by Spei chen, between which there are openings, stable enough and thus allows the combustion air to flow through when the combustion air inlet is released, in order to then flow past the area of the valve seat of the valve plate of the poppet valve 12 into the combustion chamber 25 . This is shown by the arrows indicating the flow path.
  • the sliding piston 3 is reliably and precisely guided by the cylindrical piston sections 4 in the upper part of the housing 2, because these areas are also ground.
  • FIG. 18 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the effective pressurization areas 10, 11 facing the passage area 6 in the interior of the housing 2 have a different size.
  • FIG. 18 shows a state of the high-pressure inlet valve 1, in which the supply of combustion air into the combustion chamber 25 does not take place through the sliding piston 3. Because of the fact that the second pressurizing area 11 designed as a ring surface 13 is larger than the first pressurizing area 10 at the transition from the valve plate of the poppet valve 12 to the shaft 14, the housing 2 is formed in two parts, so that a corresponding assembly of the sliding piston 3 can take place inside the housing 2. Otherwise, the basic structure is analogous to that described in FIG. 17.
  • a lock nut 37 is shown in Figure 18, which prevents loosening of the support ring 36 during operation, with which lock nut 37 but also an adjustment of the spring force can be made, since the support ring 36 on the upper shaft part of the sliding piston 3 is screwed on, so that the Spring tension can be set and, depending on the desired height, fixed by means of the lock nut 37.
  • FIG. 19 and FIG. 20 show a sectional illustration of two positions of the high-pressure inlet valve 1 provided for implementing the method according to the invention in a further embodiment of the invention in the closed state (FIG. 19), whereas in FIG. 20 this high-pressure inlet valve 1 is shown in the open position.
  • the high-pressure inlet valve 1 has a piston part formed from a piston tappet 100 and a piston 200 and guided in a housing 300.
  • the piston 200 has a circumferential piston groove 50 forming a control edge 40, which has an area with an indentation relative to the outer maximum diameter of the piston 200.
  • the piston 200 forms a valve chamber 90 within the housing 300 on its end face or piston top, which lies opposite the piston tappet 100, which is closed on the end face of the high-pressure inlet valve 1 by means of a cover plate 60.
  • FIG. 20 shows that the valve chamber 90 is vented via a vent hole 70 which is guided through the piston in the region of its longitudinal axis.
  • the charge change in the cylinder must be carried out in very short periods of time, based on absolute time standards. Therefore, the high-pressure inlet valve 1 and, as an essential core element thereof, its piston 200 must also have very fast movements for opening and closing, i.e. H. to control the supply of combustion air.
  • vent hole 70 The diameter of the vent hole 70 is now so large that only so much air remains in the valve chamber 90 that the rapid Movement of the piston 200 and its inertia do not strike a stop from the piston top thereof on the inner end of the high-pressure inlet valve 1 formed by the cover plate 60 in this exemplary embodiment.
  • the vent hole 70 must be able to allow backflow to refill the valve chamber 90 when the piston moves backward away from the cover plate 60 toward its position to interrupt the passage of combustion air through the high pressure inlet valve 1.
  • the vent hole 70 therefore has a diameter such that essentially the air in the valve chamber 90 can be discharged or fed back into this chamber, in spite of the presence of a certain throttling function, so that no vacuum or underpressure in this valve chamber 90 during the reciprocating movement of the piston 200 in the housing 300 of the high pressure inlet valve 1 occurs.
  • the part of the air remaining in the valve chamber 90 serves in any case for a certain damping effect when the piston top moves in the direction of the cover plate 60, in that a certain cushion of damping air is formed, inter alia because of the throttling action of the vent hole 70, which causes the piston top to strike against the top Inside of the cover plate 60 is prevented or a stop is counteracted.
  • a lower or rear valve space is arranged inside the housing 300 between the piston lower surface and the passage opening of the piston tappet 100 through the material of the housing 300, which also has a damping function analogous to that described on the top of the piston.
  • a ventilation hole 70 is also provided from this damping space on the underside of the piston, which is designed and functions analogously to the ventilation hole 70, which passes through the piston in the longitudinal direction and has a connection to the valve chamber 90.
  • the piston tappet 100 is surrounded by springs, which are arranged in a housing recess 130 and are held by a guide plate flanged upwards on the housing recess 130.
  • the piston thus works against the spring 80, which is compressed or expanded depending on the direction of movement within the piston stroke 101.
  • the compressed air supply 111 via the piston groove 50, which revolves around the piston 200 and, as it were, represents the indentation relative to the maximum diameter of the piston, in the direction of and through the Flow channel for compressed air supply 121 to the cylinder. Due to the high pressure with which the compressed air supply 111 to the valve is applied to the corresponding channel of the high-pressure inlet valve 1, an immediate passage of the high-pressure combustion air into the cylinder takes place after release and thus connection to the channel of the compressed air supply 121 to the cylinder.
  • the piston 200 Since when the piston 200 moves in the housing 300, the piston 200 only against the respective air cushions, i. H. with its piston top in the air cushion of the valve chamber 90 or with the piston underside in the air cushion, taking into account the spring force acting in each case, and since on the other hand the piston groove 50 has an equal area at both ends in the longitudinal direction, no significant additional axial forces result which act on the piston 200.
  • the piston 200 can therefore be easily adapted to the high required speeds corresponding speed of the internal combustion engine despite high pressures of the combustion air.
  • the high-pressure inlet valve 1 provided for carrying out the method according to the invention thus offers the possibility of providing combustion air provided under high pressure to a consumer, in this case the cylinder of an internal combustion engine.
  • the pressures of the compressed air or combustion air provided are, for example, 120 bar.
  • the fact that the axial forces acting on the piston 200 are essentially balanced due to the same loaded surfaces means that there is no one-sided force component on the piston 200 or the piston rod 100 to the disadvantage of the respective direction of movement. This makes it possible to bring the piston into the respective switching states with little force.
  • the respective switching states are on the one hand the closed valve and on the other hand the open valve.
  • the size of the opening in the open switching state can be varied by the size of the axial displacement of the sliding piston 3.
  • the control edge 40 of the piston 200 is displaced on the pressure side to such an extent that, given the width of the piston groove 50 seen in the longitudinal direction of the piston 200, the supply and discharge channels (compressed air supply 111 and compressed air supply 121) which are offset in the axial direction ) are connected to one another via the piston groove 50, which corresponds to the open state of the high-pressure inlet valve 1.
  • the cross section of the compressed air supply 121 to the cylinder can be varied such that the flow rate, ie the mass flow, of the combustion air to be introduced into the cylinder can be varied.
  • the cross sections are now selected so that, in the open state, large amounts of combustion air can be supplied to a consumer, in the case the cylinder of an internal combustion engine, in a short time unit, ie high mass flows. If a transition from an open state (see FIG. 20) to a closed state (see FIG. 19) is to be made again, the piston 200 is correspondingly displaced in the axial direction to such an extent that a connection of the compressed air supply 111 to the high-pressure inlet valve 1 from a compressed air source is interrupted via the piston groove 50 to the compressed air supply 121 to the cylinder.
  • This also supports the ability of the method according to the invention with the high-pressure inlet valve 1 that large amounts of air can be passed through in a short time unit.
  • Combustion air can now be supplied to a respective cylinder in such a way that the entire combustion air is led in one inlet process for a cycle with a single introduction into the cylinder.
  • the high-pressure inlet valve 1 can be controlled in such a way that the combustion air is fed into the cylinder in several strokes, so to speak.
  • Each individual burst of combustion air supplied can be varied with regard to the length of the opening of the high-pressure inlet valve 1, so that an influence can be exerted directly on the engine operation, specifically via the amount of combustion air introduced into the cylinder in a defined unit of time.
  • Preferably two such shocks are hen hen.
  • a large number of bursts of fresh air supplied can also be advantageous in terms of optimizing the overall process of operating the engine. If the combustion air is introduced in several bursts during the movement of the piston 200 in the cylinder on its way from bottom dead center to top dead center during the compression stroke, the amount of combustion air corresponds in total to that for total cycle required with which a reliable operation of the engine guaranteeing high efficiency of the internal combustion engine can be achieved.
  • the piston 200 is sealed within the housing 300 by a corresponding fit between the piston 200 and the bore in the housing 300.
  • the high-pressure inlet valve 1 is preferably made of high-strength and heat-resistant aluminum alloys or of steel / cast iron or ceramic materials, wherein different materials can also be used for the piston 200 and the housing 300.
  • a selection of a specific base material with a coating of the respective parts is also conceivable in order to achieve optimal sliding and sealing properties of the piston 200 moved in the housing 300 at the high pressures of the supplied combustion air.
  • a different heat treatment of the parts moving against one another in the high-pressure inlet valve 1 is also conceivable.
  • lubrication can also be provided between the piston 200 and the housing 300, a feed line (not shown in the figures) for supplying small amounts of lubricant can be provided.
  • the high-pressure inlet valve 1 it is expedient to connect the high-pressure inlet valve 1 to the place of conventional inlet lines and inlet valves in the cylinder head 26 of an internal combustion engine, whereas the exhaust valves and the exhaust lines can remain formed in conventional technology.
  • the high pressure inlet valve 1 is of course also applicable to other types of supply of gases in rooms of other facilities.
  • the piston of the high-pressure inlet valve 1 is actuated with mechanical components such as, for example, a camshaft.

Abstract

A method for introducing combustion air into a cylinder (25) of an internal combustion engine, a high-pressure inlet valve (1) provided therefor and an internal combustion engine that operates using the method and the high-pressure inlet valve are described. All the combustion air for the respective cylinders (25) is introduced into the cylinder (25) of the internal combustion engine, by means of a high-pressure inlet valve (1) arranged in the relevant cylinder head (26) and on the basis of a controlled mass flow, such that mixture formation and charge exchange are intensified. In addition, the temperature and/or pressure of the combustion air is measured and the quantity of combustion air is introduced into the cylinder (25), in a controlled manner and on the basis of the measurement results, by means of the high-pressure inlet valve (1) by opening or closing a sliding piston (3) of the high-pressure inlet valve (1) by displacement. As a result of an axial displacement of the sliding piston (3) between guide sections (5) in the housing (2) of the high-pressure inlet valve (1), passage areas (6) for combustion air are blocked in a closed position (7) and opened in an open position (8). In the passage area (6), the sliding piston (3) has two pressurization areas (10, 11) facing each other, the surfaces of which are of equal size or differ from each other when projected in one plane. The first pressurization area (10) can be designed as a poppet valve (12) and the second pressurization area (11) can be designed as an annular surface (13). The internal combustion engine has a high-pressure line (27) for the combustion air, which line is connected to the high-pressure inlet valve (1). With respect to the longitudinal axis of the cylinder (25), the high-pressure inlet valve (1) is arranged in the cylinder head (26) in an upright or horizontal position.

Description

VERFAHREN ZUM EINBRINGEN HOCHVORVERDICHTETER VERBRENNUNGSLUFT IN EINEN BRENNRAUM EINER VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE, HOCHDRUCKEINLASSVENTIL HIERFÜR UND VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE MIT EINEM DERARTIGEN HOCHDRUCKEINLASSVENTIL METHOD FOR INPUTING HIGHLY PRE-COMPRESSED COMBUSTION AIR INTO A COMBUSTION ENGINE OF A COMBUSTION ENGINE, HIGH PRESSURE INLET VALVE THEREFOR AND COMBUSTION ENGINE WITH SUCH A HIGH PRESSURE INLET VALVE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen hochvorverdichteter Verbrennungsluft in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, ein Hochdruckeinlassventil hierfür sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem derartigen Hochdruckeinlassventil. The invention relates to a method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, a high-pressure inlet valve therefor and an internal combustion engine with such a high-pressure inlet valve.
In der Motorentechnik ist es bekannt, dass ein höherer Ladeluftdruck bzw. Druck der in den Zy linder einzubringenden für die Verbrennung vorgesehenen Verbrennungsluft das Verbrennungs luftverhältnis nicht nur erhöht, sondern auch die Prozesstemperaturen im Zylinder, bei denen die Verbrennung abläuft, anhebt. Der Grund dafür liegt u. a. darin, dass mit einem höheren Lade luftdruck das Sauerstoffangebot im Zylinder für die Verbrennung erhöht werden kann, so dass neben einer besseren Gemischbildung eben vor allem wegen des höheren Sauerstoffangebotes eine bessere und damit vollständigere Verbrennung des eingesetzten Kraftstoffes realisiert wer den kann. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschinen erhöht werden. In engine technology, it is known that a higher charge air pressure or pressure of the combustion air to be introduced into the cylinder not only increases the combustion air ratio, but also increases the process temperatures in the cylinder at which the combustion takes place. The reason for this is a. the fact that with a higher charge air pressure, the oxygen supply in the cylinder for combustion can be increased, so that in addition to a better mixture formation, it is precisely because of the higher oxygen supply that a better and thus more complete combustion of the fuel used can be achieved. As a result, the efficiency of the internal combustion engines can be increased.
Um das zu erreichen, wird seit mehreren Jahrzehnten die Mehrheit der Verbrennungskraftma schinen aufgeladen. Es sind vielfältige Aufladeprinzipien bekannt geworden, wozu mechanische Lader zählen, die vor allen Dingen im Teillastbereich eine Bedeutung erlangt haben, wie auch Abgasturbolader, welche die Energie des den Zylinder verlassenden Abgases verwerten, um mittels einer mit den Abgasen aus dem Zylinder betriebenen Abgasturbine einen Verdichter an zutreiben, der die Verbrennungsluft mit erhöhtem Druck in die Ladeluftleitung des Motors drückt. Mit modernen, durchaus auch schon zweistufig arbeitenden Abgasturboladern werden Ladedrü cke von ca. 0,3 - 0,4 MPa erreicht. Dadurch wird gegenüber Saugmaschinen schon ein erhebli cher Wirkungsgradanstieg realisiert. Dem weiteren Anheben des Ladeluftdruckes durch Nut zung der Abgasenergie steht entgegen, dass eine immer bessere Verbrennung und eine immer bessere Nutzung der Expansionsenergie zu tieferen Abgastemperaturen und damit weniger verfügbarer Energie für beispielsweise eine Abgasturbine führt. Bei den erreichbaren Ladeluft drücken, wie zuvor geschildert, müssen die Einlassventile und Auslassventile relativ lange ge öffnet bleiben, so dass auch noch eine Ventilüberlappung zwischen Einlassventil offen und Aus lassventil offen vorhanden sein muss, um zum einen auf der Einlassseite einen Nachladeeffekt der strömenden Frischluft zu bekommen, um auch andererseits ein - im Sinne einer Verdrän gungsströmung - Hinausdrängen der Abgase über das Auslassventil in die Auslassleitung zu realisieren. Prinzipiell muss dann aber ein relativ rasches Schließen der jeweiligen Ventile reali siert werden. Dazu ist es erforderlich, dass relativ kräftige Federn vorgesehen werden und die im Allgemeinen als Tellerventile ausgebildeten Ventile rasch in die Schließstellung, d. h. in den Ventilsitz, hineingebracht werden. To achieve this, the majority of internal combustion engines have been charged for several decades. A variety of charging principles have become known, including mechanical superchargers, which have become particularly important in the part-load range, as well as exhaust-gas turbochargers, which utilize the energy of the exhaust gas leaving the cylinder in order to convert a compressor by means of an exhaust-gas turbine operated with the exhaust gases from the cylinder to drive, which presses the combustion air into the charge air line of the engine with increased pressure. With modern exhaust gas turbochargers, which also work in two stages, charge pressures of approx. 0.3 - 0.4 MPa are achieved. As a result, a significant increase in efficiency is already achieved compared to suction machines. The further increase in the charge air pressure by using the exhaust gas energy is precluded by the fact that an ever better combustion and an ever better use of the expansion energy lead to lower exhaust gas temperatures and thus less available energy for, for example, an exhaust gas turbine. When the charge air can be reached, as described above, the intake valves and exhaust valves must remain open for a relatively long time, so that there must also be a valve overlap between the intake valve open and the exhaust valve open, on the one hand to provide a reloading effect on the intake side of the flowing fresh air in order to also implement - in the sense of a displacement flow - pushing out the exhaust gases via the exhaust valve into the exhaust line. In principle, however, a relatively quick closing of the respective valves must then be realized. For this purpose, it is necessary that relatively strong springs are provided and the valves, which are generally designed as poppet valves, are quickly brought into the closed position, ie into the valve seat.
Gegenüber den geschilderten Ausgangssituationen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfin dung darin, ein Verfahren zur Zuführung von Verbrennungsluft in den Zylinder einer Verbren nungskraftmaschine, ein hierfür geeignetes Ventil und eine Verbrennungskraftmaschine mit ei nem derartigen Ventil bereitzustellen, mittels welchem höhere Drücke der Verbrennungsluft als bei bisherig verwendeten Ventilen in den Brennraum einbringbar sind und welches ein sehr gu tes dynamisches Verhalten und reproduzierbare Schließ- und Öffnungsvorgänge realisiert und welches aufgrund der deutlich höheren Drücke der eingelassenen Verbrennungsluft dennoch sehr gut steuerbar ist, damit die Ladungswechsel- und Verbrennungsprozesse im jeweiligen Zylinder besser steuerbar und besser beeinflussbar sind, als dies bei Motoren mit herkömmli chen Einlasssystemen möglich ist. Compared to the starting situations described, the object of the present invention is to provide a method for supplying combustion air into the cylinder of an internal combustion engine, a valve suitable for this purpose and an internal combustion engine with such a valve, by means of which higher pressures of the combustion air than previously used Valves can be introduced into the combustion chamber and which realizes a very good dynamic behavior and reproducible closing and opening processes and which can be controlled very well due to the significantly higher pressures of the intake combustion air, so that the gas exchange and combustion processes in the respective cylinder can be better controlled and better can be influenced than is possible with engines with conventional intake systems.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Hochdruckeinlassventil gemäß Anspruch 1 1 durch geringfügig demgegenüber modifizierte Hochdruckeinlassventile mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12 und Anspruch 13 realisiert. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch eine Verbrennungskraftmaschine mit derartigen Hochdruck einlassventilen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 29 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den dazu abhängigen Ansprüchen definiert. This object is achieved with a method having the features according to claim 1 and by a high-pressure inlet valve according to claim 1 1 by slightly modified high-pressure inlet valves with the features according to claim 12 and claim 13. Appropriate further developments are defined in the respective dependent claims. Furthermore, this object is achieved by an internal combustion engine with such high-pressure inlet valves with the features according to claim 29. Appropriate further developments are defined in the dependent claims.
Gemäß der Erfindung wird die komplette Verbrennungsluft für die jeweiligen Zylinder mittels eines im Zylinderkopf oder in dessen Bereich angeordneten Hochdruckeinlassventils in den Zy linder eingebracht. Das Einbringen der kompletten unter hohem Druck stehenden Verbren nungsluft in den Zylinder erfolgt dabei durch Steuern zumindest des Massenstroms der Ver brennungsluft, und zwar derartig, dass die Verbrennungsluft im Zylinder Gemischbildung und Ladungswechsel intensiviert. Unter„intensiviert“ soll hier im Rahmen der Erfindung eine Ver besserung der Gemischbildung und des Ladungswechsels gegenüber den herkömmlichen Ver brennungskraftmaschinen verstanden werden, bei welchen wie bei den mittels Abgasturboauf ladung oder mechanischer Aufladung erzielbaren Ladedrücken die Verbrennungsluft unter bei spielsweise einem derartigen Winkel in den Zylinder eingebracht wird, dass ein zusätzlicher Drall der Strömung der Verbrennungsluft im Zylinder entsteht, was seinerseits Gemischbildung und Ladungswechsel verbessern bzw. intensivieren. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Ver fahrens besteht nun darin, dass für das Einbringen der für die Verbrennung im Zylinder der Ver brennungskraftmaschine erforderlichen kompletten Verbrennungsluft nur ein einziges System vorhanden sein muss, bei welchem eben über dieses Hochdruckeinlassventil, und nur über ein solches, die Verbrennungsluft in die entsprechenden Zylinder eingebracht wird. Es handelt sich dabei also nicht um ein Hochdruckeinlassventil, welches die zusätzliche Zufuhr von Verbren nungsluft in den Zylinder realisiert, wie es im Stand der Technik bereits bekannt ist, sondern die gesamte Verbrennungsluft wird komplett lediglich über das Hochdruckeinlassventil in den Zylin der einer Verbrennungskraftmaschine eingespeist. According to the invention, the complete combustion air for the respective cylinders is introduced into the cylinder by means of a high-pressure inlet valve arranged in the cylinder head or in the region thereof. The introduction of the complete, high-pressure combustion air into the cylinder takes place by controlling at least the mass flow of the combustion air, in such a way that the combustion air in the cylinder intensifies mixture formation and charge exchange. In the context of the invention, “intensified” is to be understood here as an improvement in the mixture formation and the charge change compared to the conventional internal combustion engines, in which, as with the charge pressures that can be achieved by means of exhaust gas turbocharging or mechanical charging, the combustion air at such an angle in the cylinder, for example is introduced that there is an additional swirl of the flow of combustion air in the cylinder, which in turn causes mixture formation and improve or intensify charge changes. The advantage of the method according to the invention is that only a single system is required for introducing the complete combustion air required for combustion in the cylinder of the internal combustion engine, in which system this high-pressure inlet valve, and only one, the combustion air in the appropriate cylinder is inserted. It is therefore not a high-pressure inlet valve, which realizes the additional supply of combustion air to the cylinder, as is already known in the prior art, but all the combustion air is fed entirely via the high-pressure inlet valve into the cylinder of an internal combustion engine.
Gemäß der Erfindung wird neben dem Massenstrom mit dem Hochdruckeinlassventil zusätzlich die Temperatur oder der Druck der Verbrennungsluft gemessen und auf Basis der Messergeb nisse eine derartige Menge an Verbrennungsluft in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschi ne eingebracht, dass eine lastabhängige optimierte Gemischbildung und Verbrennung und da mit ein hoher Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden. According to the invention, in addition to the mass flow with the high-pressure inlet valve, the temperature or the pressure of the combustion air is also measured and, based on the measurement results, such an amount of combustion air is introduced into the cylinder of the internal combustion engine that a load-dependent, optimized mixture formation and combustion, and thus with a high Efficiency of the internal combustion engine can be achieved.
Gemäß der Erfindung ist das Hochdruckventil mit einem Schiebekolben ausgebildet, so dass durch Verschieben des Schiebekolbens das Ventil entsprechend den Steuererfordernissen ge öffnet oder geschlossen wird. Im geöffneten Zustand wird die Verbrennungsluft durch das Hochdruckeinlassventil in den Zylinder eingeführt, während im geschlossenen Zustand die Zu fuhr von Verbrennungsluft zum Zylinder unterbrochen ist, also die Verbrennungsluft an dem Hochdruckeinlassventil mit dem hohen Druck anliegt. According to the invention, the high-pressure valve is designed with a sliding piston, so that the valve is opened or closed according to the control requirements by moving the sliding piston. In the open state, the combustion air is introduced into the cylinder through the high-pressure inlet valve, while in the closed state the supply of combustion air to the cylinder is interrupted, that is to say the combustion air is present at the high-pressure inlet valve with the high pressure.
Vorzugsweise wird die Verbrennungsluft dem Zylinder zugeführt, während ein Kolben während seiner Bewegung vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt seinen Kompressionshub durch führt. Vorzugsweise erfolgt das Einführen der Verbrennungsluft in den Zylinder im Bereich des ersten Drittels der Bewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt in Richtung auf den oberen Totpunkt oder nach diesem Drittel, vorzugsweise im Bereich der Mitte zwischen unterem und oberem Totpunkt. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die Verbrennungsluft erst im oberen Drit tel der Bewegung des Kolbens vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt oder in unmittelba rer Nähe zum oberen Totpunkt, d. h. kurz vor der Zündung des Kraftstoffes im Zylinder, zuge führt wird. The combustion air is preferably supplied to the cylinder while a piston performs its compression stroke during its movement from bottom dead center to top dead center. The combustion air is preferably introduced into the cylinder in the region of the first third of the movement of the piston from bottom dead center in the direction of top dead center or after this third, preferably in the region of the middle between bottom and top dead center. It is further preferred that the combustion air is only in the upper third of the movement of the piston from bottom dead center to top dead center or in the immediate vicinity of top dead center, i. H. shortly before the ignition of the fuel in the cylinder, is led.
Für eine Optimierung des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ist es weiter bevorzugt, dass die komplette Zufuhr der Verbrennungsluft zum Zylinder in mehreren Etappen und zu unter schiedlichen Zeitpunkten des Bewegens des Kolbens vom unteren Totpunkt zum oberen Tot punkt zugeführt wird. Es versteht sich, dass je mehr Verbrennungsluft in Richtung auf den obe- ren Totpunkt erst in den Zylinder eingeführt wird, desto geringer wird die Kompressionsarbeit des Kolbens sein, da die eigentliche Kompression aufgrund der Bereitstellung der Verbren nungsluft bei hohen Drücken nicht in dem Maße eines üblichen Motors erforderlich ist. Das Ein führen der Verbrennungsluft in den Zylinder zu unterschiedlichen Zeitpunkten und mit jeweils für die einzelnen Einführstellen variierender Menge erfolgt vorzugsweise last- und/oder betriebsbe dingt auch unter Gesichtspunkten der Verbesserung der Abgasemission und beispielsweise des Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine. For an optimization of the operation of the internal combustion engine, it is further preferred that the complete supply of the combustion air to the cylinder is supplied in several stages and at different times of moving the piston from the bottom dead center to the top dead center. It goes without saying that the more combustion air in the direction of the upper Ren dead center is only introduced into the cylinder, the less the compression work of the piston will be, since the actual compression due to the provision of the combustion air at high pressures is not required to the extent of a conventional engine. The introduction of the combustion air into the cylinder at different times and with a varying amount for each of the individual insertion points preferably takes place due to load and / or operational conditions, also with a view to improving the exhaust gas emission and, for example, the efficiency of the internal combustion engine.
Vorzugsweise ist die Anordnung des Hochdruckeinlassventils mittels seiner auf den Zylinder gerichteten Öffnung so gestaltet, dass der gesteuerte Massenstrom der Verbrennungsluft unter einem solchen Winkel in den Brennraum eingelassen wird, dass Strömungskomponenten im Innern des Zylinders entstehen, welche die Gemischbildung und den Ladungswechsel intensi vieren. Das Einbringen der kompletten Verbrennungsluft erfolgt dabei auch unter dem Gesichts punkt, dass sowohl Gemischbildung als auch Ladungswechsel in Kombination und Wechselwir kung zueinander positiv im Sinne einer Wrkungsgradverbesserung beeinflusst werden. The arrangement of the high-pressure inlet valve is preferably designed by means of its opening directed towards the cylinder in such a way that the controlled mass flow of the combustion air is let into the combustion chamber at such an angle that flow components arise inside the cylinder which intensify the mixture formation and the gas exchange. The entire combustion air is also introduced from the point of view that both mixture formation and charge changes in combination and interaction with one another are positively influenced in the sense of an improvement in the degree of efficiency.
Das einzig vorhandene System mit einem Hochdruckeinlassventil am Zylinderkopf oder im Be reich des Zylinderkopfes macht das übliche komplette Einlassleitungssystem als Hauptsystem, über welches die Verbrennungsluft dem Zylinder zugeführt wird, entbehrlich. Der Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, dass die im Stand der Technik beschriebenen Systeme und Verfahren zum Einbringen von zusätzlicher Verbrennungsluft zum einzigen System zum Einbringen von Verbrennungsluft gemacht werden, so dass der apparative Aufwand für die Rea lisierung des Verfahrens nicht nur geringer wird, sondern auch ein Steuern der für die jeweiligen Lastzustände erforderlichen Mengen an Verbrennungsluft einfacher realisiert werden können, da mit nur einem einzigen System zum Einbringen der Verbrennungsluft gearbeitet werden muss. The only existing system with a high pressure intake valve on the cylinder head or in the area of the cylinder head makes the usual complete intake pipe system as the main system, via which the combustion air is supplied to the cylinder, unnecessary. The invention is based on the essential idea that the systems and methods for introducing additional combustion air described in the prior art are made the only system for introducing combustion air, so that the equipment outlay for realizing the method is not only reduced, but also It is also easier to control the amounts of combustion air required for the respective load conditions, since only one system for introducing the combustion air has to be used.
Vorzugsweise liegt der Druck, welcher am Hochdruckeinlassventil anliegt, im Bereich von 50 bis 150 bar, insbesondere im Bereich von 20 bis 100 bar und noch weiter vorzugsweise im Bereich von 100 bis 120 bar. Wenn die Verbrennungsluft mit einem derartigen hohen Druck in den Zy linder eingeführt wird, können die entsprechenden Steuerzeiten mit dem Hochdruckeinlassventil zuverlässig realisiert werden. The pressure which is present at the high-pressure inlet valve is preferably in the range from 50 to 150 bar, in particular in the range from 20 to 100 bar and even more preferably in the range from 100 to 120 bar. If the combustion air is introduced into the cylinder at such a high pressure, the corresponding control times can be reliably implemented with the high-pressure inlet valve.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist das Hochdruckeinlassventil nun so gesteuert, dass am Ende des Bereichs, währenddessen das Hochdruckeinlassventil geöffnet ist und Verbrennungs luft unter hohem Druck in den Zylinder einlässt, der Schließvorgang noch geringfügig verzögert wird, so dass Verbrennungsluft in den Zylinder im Sinne eines Nachladens noch zusätzlich ein- geführt wird. Dieser Nachladeeffekt ist prinzipiell bei Saugmaschinen üblich, aber auch bei ab gasturboaufgeladenen Maschinen, um die kinetische Energie der einströmenden Verbrennungs luft noch zu nutzen. Unter verzögerter Einführung in den Zylinder im Sinne eines Nachladeeffek tes soll dabei lediglich verstanden werden, dass das Hochdruckeinlassventil zwar länger geöff net verbleibt und noch weitere Luft unter einem relativ hohen Druck dem Zylinder zugeführt wird, dass aber der Querschnitt für den Durchtritt der Luft zwischen Steuerkante und Druckluftzufuhr zum Zylinder relativ klein ist, so dass diese im Sinne eines Nachladeeffektes noch unter Nut zung der kinetischen Energie in den Zylinder eingebrachte Verbrennungsluft beim Durchtritt durch den dann vorhandenen kleinen Querschnitt eine Drosselung erfährt. Unter Drosselung wird im theoretischen thermodynamischen Sinne ein Vorgang mit konstanter Enthalpie verstan den. For the method according to the invention, the high-pressure inlet valve is now controlled in such a way that at the end of the range, during which the high-pressure inlet valve is open and combustion air enters the cylinder under high pressure, the closing process is still slightly delayed, so that combustion air in the cylinder in the sense of reloading still additionally to be led. This reloading effect is common in principle for suction machines, but also for gas turbocharged machines, so that the kinetic energy of the incoming combustion air can still be used. Delayed introduction into the cylinder in the sense of a reloading effect should only be understood to mean that the high-pressure inlet valve remains open for a longer time and still more air is supplied to the cylinder under a relatively high pressure, but that the cross section for the passage of air between the control edge and compressed air supply to the cylinder is relatively small, so that in the sense of a reloading effect still using the kinetic energy introduced into the cylinder combustion air is throttled when passing through the then present small cross-section. Throttling is understood to mean a process with constant enthalpy in the theoretical thermodynamic sense.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungsluft vor ihrem Einführen in den Zylinder Brennstoff zugegeben und zusammen mit der Verbrennungsluft in den Zylinder eingeführt wird. Das Zugeben des Brennstoffes kann unmittelbar vor dem Hochdruckeinlassven til oder im Hochdruckeinlassventil geschehen, jedenfalls bevor die Verbrennungsluft in den Zy linder eingebracht wird. Dabei ist es möglich, dass der der Verbrennungsluft zugegebene Brennstoff als zusätzlicher Brennstoff neben der normalen Einführung in den Zylinder beispiels weise über eine Einspritzdüse zugeführt wird. According to a further exemplary embodiment, fuel is added to the combustion air before it is introduced into the cylinder and is introduced into the cylinder together with the combustion air. The fuel can be added immediately before the high-pressure inlet valve or in the high-pressure inlet valve, in any case before the combustion air is introduced into the cylinder. It is possible that the fuel added to the combustion air is fed as an additional fuel in addition to the normal introduction into the cylinder, for example, via an injection nozzle.
Vorzugsweise ist der Brennstoff Verbrennungsgas und/oder flüssiger Brennstoff, d. h. gasförmig oder flüssig oder ein Gemisch aus beidem. Preferably the fuel is combustion gas and / or liquid fuel, i.e. H. gaseous or liquid or a mixture of both.
Vorzugsweise wird die Verbrennungsluft aus einem Druckbehälter dem Hochdruckeinlassventil und damit über das Hochdruckeinlassventil dem Zylinder zugeführt. Dieser Druckbehälter mit der Verbrennungsluft ersetzt alle ansonsten üblichen Aufladesysteme der Verbrennungskraft maschine. The combustion air is preferably fed from a pressure vessel to the high-pressure inlet valve and thus to the cylinder via the high-pressure inlet valve. This pressure tank with the combustion air replaces all the usual charging systems of the internal combustion engine.
Erfindungsgemäß ist das Hochdruckeinlassventil so ausgebildet, dass hochvorverdichtete Ver brennungsluft in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einbringbar ist, d. h. das Hochdruckeinlassventil ist an einer derartigen Verbrennungskraftmaschine angebracht und ver sorgt deren Brennraum mit der Menge an Verbrennungsluft und damit Sauerstoff, welche für eine effektive Verbrennung und einen hohen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine nötig ist. Das Hochdruckeinlassventil weist einen Schiebekolben mit zylindrischen Kolbenab schnitten auf, welcher in einem Gehäuse geführt ist. Die Passungsmaße zwischen Gehäuse und Kolben sind relativ eng gewählt, so dass eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden kann. Die axiale Länge der zylindrischen Kolbenabschnitte ist auf axial sich erstreckende, zur äußeren Form der zylindrischen Kolbenabschnitte formkongruente Führungsabschnitte im Ge häuse derart abgestimmt, dass bei einer axialen Verschiebung des Schiebekolbens Durchtritts bereiche der Verbrennungsluft, welche zwischen den Führungsabschnitten im Gehäuse ange ordnet sind, in einer Schließposition gesperrt sind und keine Verbrennungsluft in dieser Schließ position in den Brennraum eingelassen wird bzw. gelangen kann. Der Durchtritts bereich inner halb des Gehäuses ist dabei so angeordnet und von den Führungsabschnitten begrenzt bzw. eingeschlossen, dass die axiale Längserstreckung des zylindrischen Kolbenabschnittes bzw. der zylindrischen Kolbenabschnittes den Durchtrittsbereich in der Schließposition zuverlässig abdichten kann. According to the invention, the high-pressure inlet valve is designed such that highly pre-compressed combustion air can be introduced into a combustion chamber of an internal combustion engine, that is to say the high-pressure inlet valve is attached to such an internal combustion engine and provides its combustion chamber with the amount of combustion air and thus oxygen, which ensure effective combustion and a high level Efficiency of the internal combustion engine is necessary. The high pressure inlet valve has a sliding piston with cylindrical Kolbenab sections, which is guided in a housing. The fit dimensions between the housing and piston are chosen to be relatively narrow, so that a reliable seal can be achieved. The axial length of the cylindrical piston sections is axially extending outer shape of the cylindrical piston sections shape-matched guide sections in the housing so matched that with an axial displacement of the sliding piston passage areas of the combustion air, which are arranged between the guide sections in the housing, are locked in a closed position and no combustion air in this closed position in the combustion chamber is admitted or can enter. The passage area inside the housing is arranged and bounded or enclosed by the guide sections so that the axial longitudinal extent of the cylindrical piston section or the cylindrical piston section can reliably seal the passage area in the closed position.
Bei entsprechender weiterer axialer Verschiebung des Schiebekolbens in eine Durchlasspositi on wird Verbrennungsluft durch einen Verbrennungslufteinlass durch den Durchtrittsbereich bzw. die Durchtrittsbereiche in den Brennraum eingelassen. Damit ist gewährleistet, dass die Verbrennungsluft zuverlässig mit dem entsprechenden Druck im Durchtrittsbereich in den Brennraum eingelassen wird. Der Schiebekolben weist im Durchtrittsbereich zwei aufeinander- zugewandte, als erster und als zweiter Druckbeaufschlagungsbereich ausgebildete Bereiche auf, deren in eine Ebene projizierte Flächen gleich groß sind. Die beiden Druckbeaufschla gungsbereiche schließen also zwischen sich den Durchtritts bereich für die Verbrennungsluft ein, so dass dann der volle Querschnitt des Durchtrittsbereiches freigegeben ist. With a corresponding further axial displacement of the sliding piston into a passage position, combustion air is admitted into the combustion chamber through a combustion air inlet through the passage area or the passage areas. This ensures that the combustion air is reliably admitted to the combustion chamber at the appropriate pressure in the passage area. In the passage area, the sliding piston has two areas which face one another and are designed as first and second pressurization areas, the areas of which are projected into one plane and are of the same size. The two pressurization areas thus include the passage area for the combustion air between them, so that the full cross section of the passage area is then released.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass der erste wie auch der zweite Druckbeaufschlagungsbe reich, bezogen auf in eine Ebene senkrecht zur Längserstreckung der Bewegung der Schiebe kolben im Gehäuse projizierte Flächen, gleich groß sind. Der Vorteil dieses Flächengleichge wichts besteht nun darin, dass trotz des hohen Druckes, mit dem die vorverdichtete Verbren nungsluft in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden soll, ein Ver schieben des Schiebekolbens und damit ein Steuern der Zufuhr von Verbrennungsluft zum Brennraum der Verbrennungskraftmaschine leicht erfolgen kann, da der Schiebekolben nicht gegen den Arbeitsdruck, mit welchem die vorverdichtete Verbrennungsluft dem Hochdruckein lassventil und damit dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, arbeiten muss, sondern vielmehr lediglich die Reibkraft bzw. die Federkraft, gegen welche beispielsweise ein Antriebsnocken arbeiten muss, überwinden muss. It is essential for the invention that the first as well as the second pressurization area are, based on areas projected in a plane perpendicular to the longitudinal extension of the movement of the sliding pistons in the housing, the same size. The advantage of this area balance is now that, despite the high pressure with which the pre-compressed combustion air is to be introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine, a shifting of the sliding piston and thus a control of the supply of combustion air to the combustion chamber of the internal combustion engine can be carried out easily , since the sliding piston does not have to work against the working pressure with which the pre-compressed combustion air is supplied to the high pressure inlet valve and thus the combustion chamber of the internal combustion engine, but rather only has to overcome the frictional force or the spring force against which, for example, a drive cam has to work.
Die bei herkömmlichen Aufladesystemen erreichbaren Ladedrücke von 0,3 bis 0,4 MPa sollen mit dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventil, mit welchem eine Verbrennungskraftma schine ausgestattet ist, durch vorverdichtete Verbrennungsluft mit Drücken im Bereich von 50 bis 150, insbesondere 20 bis 100 und weiter insbesondre 100 bis 120, in Ausnahmefällen sogar bis 200 bar ersetzt werden. Aufgrund der Kantensteuerung, mit denen das Hochdruckeinlass- ventil arbeitet, und aufgrund der formkongruenten exakten Führung der zylindrischen Kolbenab schnitte im Gehäuse ist nicht nur eine gute Abdichtung im Ventil gegen die hohen Drücke, mit der die Verbrennungsluft am Ventil anliegt und in den Zylinder bzw. Brennraum der Verbren nungskraftmaschine eingebracht werden kann, sondern auch eine sehr exakte Steuerung der Einlassquerschnitte und damit der Menge an in einen Brennraum eingebrachter Verbrennungs luft zuverlässig möglich. The charging pressures of 0.3 to 0.4 MPa that can be achieved with conventional charging systems are to be achieved with the high-pressure inlet valve according to the invention, with which an internal combustion engine is equipped, by means of pre-compressed combustion air with pressures in the range from 50 to 150, in particular 20 to 100 and further, in particular 100 to 120, in exceptional cases even up to 200 bar. Due to the edge control with which the high pressure inlet valve works, and due to the exact congruent guidance of the cylindrical piston sections in the housing, there is not only a good seal in the valve against the high pressures with which the combustion air is applied to the valve and can be introduced into the cylinder or combustion chamber of the internal combustion engine, but also very precise control of the inlet cross-sections and thus the amount of combustion air introduced into a combustion chamber is also reliably possible.
Insgesamt ist für eine zuverlässige Steuerung der Menge an frischer Verbrennungsluft, welche in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einzubringen ist, eine sehr präzise funktio nierende Dynamik eines derartigen Hochdruckeinlassventils erforderlich. Wenn beispielsweise ein Druck, bezogen auf das Druckniveau, welches durch die Erfindung anvisiert wird, von 50 bar auf das Tellerventil angenommen wird, welches beispielsweise einen Durchmesser von 32 mm hat, so entstünde eine einseitige Druckkraft von beispielsweise 3,5 kN auf das Tellerventil der Verbrennungskraftmaschine. Diese am Einlassventil vorhandene Verbrennungsluftzuführung führt dazu, dass beim Öffnen des Hochdruckeinlassventils weniger Energie aufgebracht werden müsste. Beim Schließen des Ventils würde diese Kraftkomponente, die durch die Druckfeder aufgebracht wird, somit entgegenwirken, so dass selbst bei einer gleichen Schließkraft durch diese Druckfeder die Kraft ca. 3,5 kN zu niedrig wäre. Dies würde dazu führen, dass die Feder kraft entsprechend erhöht werden müsste. Wird die Federkraft nicht entsprechend erhöht, so hätte das zur Folge, dass sich die Schließzeiten in erheblichem Maße verlängern würden oder dass das Ventil in der erforderlichen kurzen Zeiteinheit nicht mehr zuverlässig geschlossen wer den könnte. Dies ist der Fall, weil das Tellerventil auch eine projizierte Fläche aufweist, die ge nauso groß wie die Fläche des zweiten Druckaufschlagsbereiches ist. Overall, a very precise functioning dynamics of such a high-pressure inlet valve is required for reliable control of the amount of fresh combustion air which is to be introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine. If, for example, a pressure of 50 bar on the poppet valve, which for example has a diameter of 32 mm, is assumed, based on the pressure level which is aimed at by the invention, a one-sided pressure force of, for example, 3.5 kN on the poppet valve would result Internal combustion engine. This combustion air supply at the inlet valve means that less energy would have to be applied when the high-pressure inlet valve is opened. When the valve is closed, this force component, which is applied by the compression spring, would thus counteract, so that even with the same closing force by this compression spring, the force would be approx. 3.5 kN too low. This would lead to the spring force having to be increased accordingly. If the spring force is not increased accordingly, the result would be that the closing times would be extended considerably or that the valve could no longer be reliably closed in the required short time unit. This is the case because the poppet valve also has a projected area that is the same size as the area of the second pressurized area.
Bei den Drehzahlen heutiger Verbrennungskraftmaschinen sind die Ladungswechselzeiten extrem kurz, was die absolute Zeitdauer anbelangt, was jedoch ein in höchstem Maße rasches Ablaufen der Ventilöffnungsphase erfordert. Wird, wie oben angedeutet, die Federkraft erhöht, so bedeutet das wiederum, dass die resultierenden Kräfte auf das gesamte System wesentlich höher werden. Dies wiederum würde dazu führen, dass der komplette Ventiltrieb stabiler und deutlich materialintensiver ausgeführt werden müsste. Dies hätte zur Folge, dass diese massive Bauweise, um die oben geschilderten Parameter einhalten zu können, nicht unbedingt der ge forderten raschen und zuverlässigen Dynamik des Systems Rechnung trägt, von erhöhten Kos ten ganz abgesehen. Es muss beachtet werden, dass beispielsweise bei einem Viertaktmotor, welcher mit einer Drehzahl von beispielsweise 4000 Umdrehungen pro Minute läuft, ein derarti ges Ventil ca. 2000 mal pro Minute geöffnet und geschlossen werden muss. Da gemäß der Erfindung ein druckausgeglichenes Hochdruckeinlassventil bereitgestellt wird, besteht für die Zufuhr der Verbrennungsluft, was die Steuerung des Einlassventils anbelangt, keine Abhängigkeit mehr vom Zuführdruck. Ein entsprechender Druckausgleich wird durch Ge staltung der Druckbeaufschlagungsbereiche derart erreicht, dass deren Größe, d. h. des ersten und des zweiten Druckbeaufschlagungsbereiches, etwa gleich groß sind. Geringfügige Abwei chungen von gleich groß ausgebildeten Druckbeaufschlagungsbereichen sind jedoch möglich. Eine Abweichung von gleich großen Druckbeaufschlagungsbereichen kann erforderlich sein, um gewisse dynamische Steuerungen der Verbrennungskraftmaschine noch besser an die prakti schen Gegebenheiten anpassen zu können. Da die Verbrennungsluft mit einem hohen Druck in den Brennraum eingebracht wird, kann die Zufuhr der Luft zu jedem beliebigen Zeitpunkt wäh rend beispielsweise der Kolbenbewegung vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt einge bracht werden. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils be steht darin, dass aufgrund des Ausgleichs der Druckbeaufschlagungsbereiche gegeneinander keine resultierenden Axialkräfte auf den Ventiltrieb wirken. At the speeds of today's internal combustion engines, the charge change times are extremely short as far as the absolute duration is concerned, but this requires the valve opening phase to proceed extremely quickly. If, as indicated above, the spring force is increased, this in turn means that the resulting forces on the entire system become significantly higher. This in turn would lead to the entire valve train having to be made more stable and significantly more material-intensive. As a result, this massive construction, in order to be able to comply with the parameters described above, does not necessarily take into account the required rapid and reliable dynamics of the system, apart from increased costs. It must be noted that, for example, in a four-stroke engine that runs at a speed of, for example, 4000 revolutions per minute, such a valve must be opened and closed approximately 2000 times per minute. Since a pressure-balanced high-pressure inlet valve is provided according to the invention, there is no longer any dependence on the supply pressure for the supply of the combustion air as far as the control of the inlet valve is concerned. A corresponding pressure equalization is achieved by designing the pressurizing areas such that their size, ie the first and second pressurizing areas, are approximately the same size. Minor deviations from pressurization areas of the same size are possible. A deviation from equally large pressurization ranges may be necessary in order to be able to adapt certain dynamic controls of the internal combustion engine even better to the practical conditions. Since the combustion air is introduced into the combustion chamber at a high pressure, the supply of air can be introduced at any time during, for example, the piston movement from bottom dead center to top dead center. The main advantage of the high-pressure inlet valve according to the invention is that no resulting axial forces act on the valve train due to the equalization of the pressurization areas against one another.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Hochdruckeinlassventil in der Art des zu vor beschriebenen gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, bei welchem die Größe für den ers ten und für den zweiten Druckbeaufschlagungsbereich in gewissen Grenzen, was die projizierte Fläche des Druckbeaufschlagungsbereiches anbelangt, voneinander abweichen. Dies ist vor allen Dingen dann denkbar und sinnvoll, wenn beispielsweise eine gezielte herbeizuführende Kraftkomponente in einer gezielt vorgesehenen Richtung zur weiteren Optimierung bzgl. der resultierenden Kräfte auf den Ventiltrieb angestrebt werden soll. Vor allen Dingen können die über die etwas ungleiche Fläche eingestellte gewisse Ungleichheit bzw. kann ein gewisser Nichtausgleich der Axialkräfte zu einer Verbesserung der Dynamik des gesamten Ventilsystems beitragen, insbesondere unter einem Gesichtspunkt des raschen Schaltens des Ventils, um dem raschen Ladungswechsel bei vor allen Dingen auch höheren Drehzahlen der Verbrennungs kraftmaschine gerecht zu werden. According to a second aspect of the invention, there is provided a high-pressure inlet valve of the type described above according to the first aspect, in which the size for the first and for the second pressurization area differ within certain limits with respect to the projected area of the pressurization area. Above all, this is conceivable and useful if, for example, a targeted force component to be brought about is to be sought in a specifically intended direction for further optimization with regard to the resulting forces on the valve train. Above all, the certain inequality set over the somewhat uneven surface or a certain non-balancing of the axial forces can contribute to an improvement in the dynamics of the entire valve system, in particular from the point of view of the rapid switching of the valve, in particular to ensure the rapid charge change to meet higher speeds of the internal combustion engine.
Der Grundaufbau und die Vorteile und Anforderungen an ein Hochdruckeinlassventil gemäß diesem zweiten Aspekt entsprechen dem des ersten Aspektes, so dass diese nicht wiederholt werden. The basic structure and the advantages and requirements of a high-pressure inlet valve according to this second aspect correspond to that of the first aspect, so that they are not repeated.
Gemäß einem dritten Aspekt ist ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil zum Einbringen von hochverdichteter bzw. hochvorverdichteter Verbrennungsluft in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welches Teil der Verbrennungskraftmaschine ist und einen in einem Gehäuse geführten Schiebekolben aufweist. Der Schiebekolben hat einen zy lindrischen Kolbenabschnitt, dessen axiale Länge auf einen axial sich erstreckenden, dazu formkongruent ausgebildeten Führungsabschnitt im Gehäuse derart abgestimmt ist, dass bei seiner axialen Verschiebung im Gehäuse der im Führungsabschnitt geführte Kolbenabschnitt einen im Gehäuse angeordneten Durchtrittsbereich für Verbrennungsluft in seiner Schließposi tion sperrt. Bei entsprechender axialer Verschiebung des Schiebekolbens und damit des Kol benabschnittes, welcher einerseits die Verbrennungsluft in seiner Schließposition absperrt, gibt bei einer Verschiebung des Schiebekolbens in seine Durchlassposition dieser den Durchtritt von Verbrennungsluft in den Brennraum frei. Der Schiebekolben weist im Durchtrittsbereich zwei aufeinander zugewandte, als erster und zweiter Druckbeaufschlagungsbereich ausgebildete Bereiche auf, deren in eine Ebene projizierte Flächen, welche senkrecht zur Längsachse des Schiebekolbens liegen, gleich groß sind oder gering voneinander abweichen. Der erste Druck beaufschlagungsbereich ist dabei in der Art eines Tellerventils und der zweite Druckbeaufschla gungsbereich als Ringfläche ausgebildet. Der als Tellerventil ausgebildete Druckbeaufschla gungsbereich ist dem Zylinder zugeordnet. Bei entsprechender Federbeaufschlagung des Schiebekolbens und vorzugsweise Betätigung mittels eines Nockens einer Nockenwelle kann das erfindungsgemäße Hochdruckeinlassventil entsprechend den Forderungen des Ladungs wechsels und der hohen Zylinderfüllung mit Verbrennungsluft und damit mit Sauerstoff für eine verbesserte Verbrennung gesteuert werden. According to a third aspect, a high-pressure inlet valve according to the invention for introducing highly compressed or highly pre-compressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine is provided, which is part of the internal combustion engine and has a sliding piston guided in a housing. The sliding piston has a cylindrical piston portion, the axial length of which extends axially Conformally designed guide section in the housing is matched such that when it is axially displaced in the housing, the piston section guided in the guide section blocks a passage area for combustion air arranged in the housing in its closed position. With a corresponding axial displacement of the sliding piston and thus the Kol benabschnittes, which on the one hand shuts off the combustion air in its closed position, this releases the passage of combustion air into the combustion chamber when the sliding piston is displaced into its passage position. In the passage area, the sliding piston has two areas which face one another and are designed as first and second pressurizing areas, the areas of which projected into a plane and which are perpendicular to the longitudinal axis of the sliding piston are the same size or differ slightly from one another. The first pressure application area is in the form of a poppet valve and the second pressure application area is designed as an annular surface. The pressure application area designed as a poppet valve is assigned to the cylinder. With a corresponding spring action on the sliding piston and preferably actuation by means of a cam of a camshaft, the high-pressure inlet valve according to the invention can be controlled in accordance with the requirements of the charge change and the high cylinder filling with combustion air and thus with oxygen for improved combustion.
Wenn die projizierte Fläche des ersten Druckbeaufschlagungsbereiches, d. h. die am Tellerven til, etwa so groß ist wie die dazu gegenüberliegend angeordnete, als Ringfläche ausgebildete zweite Druckbeaufschlagungsbereichsfläche, sind auch hier in axialer Richtung keine resultie renden Kraftkomponenten vorhanden. Der Kraftaufwand zur Steuerung des Ventils ist deshalb lediglich auf Reibung und auf Überwindung der Federkraft zum Zwecke des Öffnens dieses Ventils gerichtet. Der Schließvorgang dieses Ventils erfolgt dann über eine entsprechend di mensionierte Feder. Je nach Schließgeschwindigkeit und herrschenden Druckverhältnissen zwischen dem Druck, mit dem die Verbrennungsluft dem Brennraum zugeführt wird, und dem nach der Verbrennung im Zylinder herrschenden Druck wird der Schließvorgang des Hochdru ckeinlassventils bzgl. der Schließgeschwindigkeit entsprechend gesteuert, um brauchbare kurze Steuerzeiten zu erreichen, mittels welchen das Ventilöffnungsgesetz optimiert werden kann. Im Sinne einer raschen Befüllung des Brennraumes muss die Öffnungskurve bzgl. der eingelasse nen Verbrennungsluftmenge möglichst steil sein. If the projected area of the first pressurizing area, i. H. the tilter valve til, is approximately as large as the opposite, arranged as an annular surface formed second pressurizing area, there are no resulting force components in the axial direction. The effort to control the valve is therefore directed only to friction and to overcome the spring force for the purpose of opening this valve. The closing process of this valve then takes place via an appropriately di dimensioned spring. Depending on the closing speed and the prevailing pressure ratios between the pressure at which the combustion air is supplied to the combustion chamber and the pressure prevailing in the cylinder after combustion, the closing process of the high-pressure inlet valve is controlled accordingly with regard to the closing speed in order to achieve usable short control times, by means of which the valve opening law can be optimized. In order to quickly fill the combustion chamber, the opening curve with regard to the amount of combustion air admitted must be as steep as possible.
Um entsprechende Massen zu sparen, kann anstelle von üblicherweise eingesetzten Stahlventi len auch der Einsatz aus Keramikwerkstoffen vorteilhaft sein. Bei leichteren, aber ebenso die Festigkeit garantierenden Materialien kann auf die Dynamik des Ventiltriebs insbesondere für den Öffnungs- und Schießvorgang im Sinne einer Bewegungsoptimierung unter Beachtung ei ner optimierten Dynamik positiv Einfluss genommen werden. Das Ventilgehäuse und auch der Schiebekolben können neben Stahl auch aus Guss, aus hochfesten Aluminiumlegierungen oder Aluminiummagnesiumlegierungen oder anderen Werkstoffen bzw. Legierungen bestehen. In order to save corresponding masses, the use of ceramic materials can also be advantageous instead of the steel valves usually used. In the case of lighter materials which also guarantee strength, the dynamics of the valve train can be positively influenced, in particular for the opening and firing processes in the sense of optimizing movement while taking into account optimized dynamics. The valve housing and also the In addition to steel, sliding pistons can also consist of cast iron, high-strength aluminum alloys or aluminum magnesium alloys or other materials or alloys.
Ein deutlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils bzw. der Verbrennungs kraftmaschine mit einem derartigen erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventil besteht darin, dass aufgrund der hohen Drücke die Volumina des Ladeluftsystems kleiner ausgeführt werden, so dass eine höhere Kompaktheit der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschinen er reicht werden kann. A significant advantage of the high-pressure inlet valve according to the invention or the internal combustion engine with such a high-pressure inlet valve according to the invention is that, due to the high pressures, the volumes of the charge air system are made smaller, so that a higher compactness of the internal combustion engines according to the invention can be achieved.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung für die ersten beiden Aspekte des erfindungsgemä ßen Hochdruckeinlassventils ist der erste Druckbeaufschlagungsbereich mit seiner Kontur am Verbrennungsluftauslass aus dem Ventil, d. h. am Einlass der Verbrennungsluft in den Brenn raum, in der Art eines Tellerventils ausgebildet. Dabei kann in diesem Zuströmbereich eine zu sätzliche zylindrische Führung im Sinne eines Führungsabschnittes vorgesehen sein, welche mittels einer speichenartigen Verstärkung nicht nur eine erhöhte Stabilität dieses in Einbringrich tung der Verbrennungsluft in den Brennraum vorderen Teils des erfindungsgemäßen Hochdru ckeinlassventils erreicht werden, sondern es ist auch eine bessere Führung des Schiebekolbens im Gehäuse des Hochdruckeinlassventils gegeben. Vorzugsweise ist der zweite, zum ersten Druckbeaufschlagungsbereich gegenüberliegende Druckbeaufschlagungsbereich als Ringflä che, vorzugsweise als ebene Ringfläche ausgebildet. Die Ringfläche kann aufgrund der allseitig gleichmäßigen Druckausbreitung auch von einer ebenen Form abweichen; für die Druckkräfte, die auf diesen Druckbeaufschlagungsbereich wirken, ist jedenfalls die projizierte Fläche rele vant. Die projizierte Fläche wird auf eine gedachte Ebene projiziert, welche senkrecht zur Längsachse des erfindungsgemäßen Einlassventils angeordnet ist. According to a development of the invention for the first two aspects of the high-pressure inlet valve according to the invention, the first pressurization area with its contour at the combustion air outlet from the valve, i. H. formed at the inlet of the combustion air into the combustion chamber, in the manner of a poppet valve. In this inflow area, an additional cylindrical guide can be provided in the sense of a guide section, which not only increases the stability of the combustion air into the combustion chamber in the front part of the high-pressure inlet valve according to the invention by means of a spoke-like reinforcement, but it is also a better guidance of the sliding piston in the housing of the high pressure inlet valve. Preferably, the second pressurization area opposite the first pressurization area is designed as an annular surface, preferably as a flat annular surface. The annular surface can also deviate from a flat shape due to the uniform distribution of pressure on all sides; in any case, the projected area is relevant for the pressure forces acting on this pressure application area. The projected area is projected onto an imaginary plane, which is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the intake valve according to the invention.
Vorzugsweise sind die sich im Bereich des ersten Druckbeaufschlagungsbereiches radial zwi schen einem Schaft und dem Führungsabschnitt erstreckenden Führungsstege so ausgebildet, dass sie gleichzeitig der in den Brennraum einströmenden Luft eine Richtungskomponente im Sinne einer Drallströmung im Zylinder zufügen, so dass zusätzlich dadurch eine verbesserte Gemischbildung und damit Verbrennung im Zylinder erreicht wird. The guide webs, which extend radially between a shaft and the guide section in the region of the first pressurization area, are preferably designed such that they simultaneously add a directional component in the sense of a swirl flow in the cylinder to the air flowing into the combustion chamber, so that this additionally improves the mixture formation and thus Combustion in the cylinder is achieved.
Vorzugsweise ist es jedoch auch möglich, dass sich vom Schaft aus im Bereich des Ventiltellers des ersten Druckbeaufschlagungsbereiches leitschaufelartige Stege befinden, welche nicht zwingend mit einem äußeren Ring im Sinne eines Führungsabschnittes verbunden sind, son dern welche ähnlich von Leitschaufeln von Turbinen dazu vorgesehen sind, einem entlang die ser Leitschaufeln strömenden Medium eine definierte Richtung gegebenenfalls auch eine Be schleunigung bei sich verändernden Abständen zwischen den Schaufeln zu verleihen. Damit kann auf die Gemischbildung und letztlich auch auf die Verbrennung im Brennraum eines Mo tors Einfluss genommen werden. However, it is preferably also possible for guide vane-like webs to be located from the shaft in the region of the valve plate of the first pressurization region, which webs are not necessarily connected to an outer ring in the sense of a guide section, but are provided similarly to guide vanes of turbines, one to provide a defined direction along the medium flowing through the guide vanes, if necessary also to provide acceleration with changing distances between the vanes. In order to can influence the mixture formation and ultimately also the combustion in the combustion chamber of an engine.
Vorzugsweise sind gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Hochdruckeinlassventile gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der erste und der zweite Druckbeaufschlagungsbe reich ihrem jeweiligen axial sich erstreckenden zylindrischen Kolbenabschnitt zugeordnet. Die beiden zylindrischen Kolbenabschnitte sind in einem jeweiligen Führungsabschnitt im Gehäuse geführt und begrenzen mit ihren aufeinander zugewandten Druckbeaufschlagungsbereichen zwischen sich den Durchtrittsbereich. Bei einer axialen Bewegung des Schiebekolbens gibt der vom ersten Druckbeaufschlagungsbereich sich erstreckende zylindrische Abschnitt im Gehäuse angeordnete Lufteintrittskanäle bzw. Luftdurchtrittskanäle frei, über welche die dem erfindungs gemäßen Hochdruckeinlassventil zugeführte vorverdichtete Verbrennungsluft in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine zuführt, oder sperrt diese. According to a further exemplary embodiment of the high-pressure inlet valves according to the first and the second aspect, the first and the second pressurization areas are preferably richly assigned to their respective axially extending cylindrical piston section. The two cylindrical piston sections are guided in a respective guide section in the housing and, with their pressurization areas facing one another, delimit the passage area between them. In the event of an axial movement of the sliding piston, the cylindrical section extending from the first pressurization area in the housing releases air inlet channels or air passage channels, via which the precompressed combustion air supplied to the high-pressure inlet valve according to the invention feeds or blocks the combustion chamber of an internal combustion engine.
Über die Anzahl der Lufteintrittskanäle, welche vorzugsweise in Umfangsrichtung nebeneinan der in einem definierten Abstand zueinander oder in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher definierte Strömungsverhältnisse im Brennraum erzeugt, ist die eingelassene Ver brennungsluftmenge beinflussbar. Vorzugsweise sind die Lufteintrittskanäle bzw. Luftaustritts kanäle bezogen auf die axiale Längsachse des Hochdruckeinlassventils geneigt im Sinne einer konvergierenden, d. h. auf die Achse zugerichteten Richtung oder im Sinne einer divergieren den, von der Längsachse des Schiebekolbens wegweisenden Richtung. Aber auch eine kon zentrische Anordnung zur Längsachse des Schiebekolbens bezogen auf die jeweilige Längs achse der Lufteintrittskanäle kann vorzugsweise vorgesehen sein. About the number of air inlet channels, which are preferably arranged in the circumferential direction next to each other at a defined distance from one another or at a distance from one another, which generates defined flow conditions in the combustion chamber, the amount of combustion air admitted can be influenced. The air inlet channels or air outlet channels are preferably inclined with respect to the axial longitudinal axis of the high-pressure inlet valve in the sense of a converging, ie. H. direction directed towards the axis or in the sense of a diverging direction pointing away from the longitudinal axis of the sliding piston. But also a con central arrangement to the longitudinal axis of the sliding piston based on the respective longitudinal axis of the air inlet channels can preferably be provided.
Vorzugsweise ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochdruckeinlassventils bezogen auf den ersten und den zweiten Aspekt so ausgebildet, dass der Durchtrittsbereich für die Verbren nungsluft, welcher durch den ersten und den zweiten Druckbeaufschlagungsbereich bei ent sprechender Position des Schiebekolbens im Gehäuse begrenzt ist, im Gehäuse gestuft ist, wobei das Hochdruckeinlassventil im Gehäuse einen Verbrennungslufteinlass und einen Ver brennungsluftauslass aufweist. Der Verbrennungslufteinlass führt dem Hochdruckeinlassventil aus einer Versorgungsquelle die vorverdichtete Verbrennungsluft zu, wohingegen der Verbren nungsluftauslass sozusagen den Verbrennungslufteinlass in den Brennraum der Verbrennungs kraftmaschine darstellt. Vorzugsweise sind beide Bereiche in axialer Richtung bzgl. des Schie bekolbens versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ist es möglich bzw. wird erreicht, dass der Verbrennungslufteinlass mittels eines sich von dem ersten Druckbeaufschlagungsbereich er streckenden, im Gehäuse in dem Führungsabschnitt geführten ersten zylindrischen Kolbenab schnittes je nach Position des Schiebekolbens für die Verbrennungsluft gesperrt oder geöffnet wird. Die axiale Länge des ersten zylindrischen Kolbenabschnittes muss dabei größer sein als die axiale Erstreckung des Durchtrittsbereiches für die Verbrennungsluft, so dass die in Rich tung auf den Brennraum vordere wie in Richtung auf den Durchtrittsbereich hintere umlaufende Kante des zylindrischen Kolbenabschnittes eine zuverlässige Abdichtung gegenüber der zum Verbrennungslufteinlass geführten Verbrennungsluft gewährleistet. Durch eine sehr genau ge fertigte Zylinderform des Kolbenabschnittes wie auch der zylindrischen Bohrungsform des dazu gehörenden formkongruenten Führungsabschnittes wird ein sauberer Passsitz gewährleistet, welcher die entsprechende Dichtfunktion selbst bei den vorgesehen hohen Drücken bis 150 MPa gewährleistet. A further exemplary embodiment of the high-pressure inlet valve is preferably designed in such a way that the passage area for the combustion air, which is delimited by the first and second pressurization areas when the sliding piston is in the housing, is stepped in the housing, wherein the high pressure inlet valve in the housing has a combustion air inlet and a combustion air outlet. The combustion air inlet supplies the high-pressure inlet valve with the pre-compressed combustion air from a supply source, whereas the combustion air outlet represents the combustion air inlet into the combustion chamber of the internal combustion engine, so to speak. The two regions are preferably offset from one another in the axial direction with respect to the sliding piston. This makes it possible or is achieved that the combustion air inlet is blocked or opened for the combustion air depending on the position of the sliding piston by means of a first cylindrical piston section extending from the first pressurization region and guided in the housing in the guide section becomes. The axial length of the first cylindrical piston section must be greater than the axial extent of the passage area for the combustion air, so that the front edge in the direction of the combustion chamber and in the direction towards the passage area rear circumferential edge of the cylindrical piston section provides a reliable seal with respect to the combustion air inlet guided combustion air guaranteed. A very precisely manufactured cylindrical shape of the piston section as well as the cylindrical bore shape of the matching congruent guide section ensures a clean fit, which ensures the corresponding sealing function even at the intended high pressures of up to 150 MPa.
Vorzugsweise tauchen die den jeweiligen Druckbeaufschlagungsbereichen zugeordneten zy lindrischen Kolbenabschnitte bei entsprechender Verschiebung des Schiebekolbens in entspre chenden Kammern im Gehäuse ein. Vorzugsweise weisen diese Kammern Entlüftungsbohrun gen auf, über welche beim Eintauchen der zylindrischen Kolbenabschnitte in die jeweilige Kammer, die dort unter Druck gesetzte Luft entweichen lassen. Bei entsprechender Bewegung der zylindrischen Kolbenabschnitte aus dem Eintauchzustand wieder aus der Kammer heraus wird Luft über die Entlüftungsbohrungen angesaugt, so dass der Unterdrück nur geringe Werte aufweist. Diese Entlüftungsbohrungen weisen solche Durchmesser auf, dass allenfalls eine ge ringe Drosselung vorhanden ist. Preferably, the cylindrical piston sections assigned to the respective pressurization areas are immersed in corresponding chambers in the housing when the sliding piston is shifted accordingly. These chambers preferably have ventilation bores, via which the pressurized air can escape when the cylindrical piston sections are immersed in the respective chamber. With a corresponding movement of the cylindrical piston sections out of the immersion state out of the chamber, air is sucked in via the ventilation holes, so that the negative pressure has only low values. These vent holes have such diameters that there is at most a low throttling.
Je nach Bedingungen und je nach Beeinflussung der Strömung der in den Zylinder bzw. in die Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine eintretenden Verbrennungsluft sind der Ver brennungslufteinlass und/oder der Verbrennungsluftauslass mit kreisförmigem, länglichem oder elliptischem Querschnitt versehen. Die Querschnittsform ist dabei abhängig von der gewünsch ten Strömung im Brennraum zur Intensivierung der Gemischbildung und der sich daran an schließenden Verbrennung. Depending on the conditions and depending on the influence of the flow of the combustion air entering the cylinder or into the combustion chamber of the internal combustion engine, the combustion air inlet and / or the combustion air outlet are provided with a circular, elongated or elliptical cross section. The cross-sectional shape depends on the desired flow in the combustion chamber to intensify the mixture formation and the subsequent combustion.
Vorzugsweise sind die zylindrischen Kolbenabschnitte in der Art von schmiermittelaufnehmen den Kolben-Ringnuten ausgebildet. Diese Kolben-Ringnuten sind so ausgebildet, dass sie in der Lage sind, Schmiermittel aufzunehmen, so dass die Gleitflächen, welche zwischen den zylindri schen Kolbenabschnitten und den Führungsabschnitten ausgebildet sind, eine entsprechende Schmierung erhalten, so dass einem Verschleiß entgegengewirkt wird und vor allen Dingen auch die Reibungskraft beim axialen Verschieben des Schiebekolbens in dem Gehäuse erheb lich herabgesetzt wird. The cylindrical piston sections are preferably designed in the manner of lubricant receiving the piston ring grooves. These piston ring grooves are designed so that they are able to absorb lubricant, so that the sliding surfaces, which are formed between the cylindrical piston sections and the guide sections, receive a corresponding lubrication, so that wear is counteracted and above all the frictional force during axial displacement of the sliding piston in the housing is significantly reduced.
Vorzugsweise weist das Hochdruckeinlassventil gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt keine bzgl. ihrer Größe identischen Flächen des ersten und des zweiten Druckbeaufschlagungsberei- ches auf, sondern diese Flächen können bis zu maximal 20 % voneinander abweichen. Damit soll ein direkter Einfluss genommen werden auf die Kraftverhältnisse beim Steuern des Hoch druckeinlassventils wie auch auf die Dynamik insbesondere bei hohen Drehzahlen und damit rasch erforderlichem Öffnen und Schließen des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils. According to the second or third aspect, the high-pressure inlet valve preferably does not have any surfaces of the first and second pressurization areas that are identical in size. ches, but these areas can deviate from each other by up to a maximum of 20%. This is intended to have a direct influence on the force ratios when controlling the high-pressure inlet valve as well as on the dynamics, in particular at high speeds and thus the opening and closing of the high-pressure inlet valve according to the invention, which is required quickly.
Weiter bevorzugt ist das Hochdruckeinlassventil mit einem Schiebekolben ausgebildet, welcher zumindest am Ende seiner Schließbewegung dem Tellerventil eine radiale Bewegungskompo nente verleiht, so dass bei jedem Schließvorgang unterschiedliche Flächen im Sitz des Teller ventils im Gehäuse in Kontakt gelangen. Das ist zum einen einer hohen im Motorbetrieb ge währleisteten langen Dichtheit geschuldet, auch weil gegebenenfalls durch unverbrannten Kraft stoff sich ergebende Anlagerungen im Ventilsitzbereich bei jedem Schließen wieder beseitigt werden. Damit ist eine Reinigung des Ventilsitzes und damit eine hohe Dichtheit des Tellerven tils in seinem Sitz im Gehäuse gewährleistet. More preferably, the high-pressure inlet valve is formed with a sliding piston, which at least at the end of its closing movement gives the poppet valve a radial movement component, so that different surfaces in the seat of the poppet valve come into contact in the housing with each closing operation. This is due, on the one hand, to a high level of tightness guaranteed in engine operation, also because any deposits in the valve seat area which may result from unburned fuel are removed again each time the valve is closed. This ensures cleaning of the valve seat and thus a high level of tightness of the plate valve in its seat in the housing.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Zylinderkopf angeordneten Hochdruckeinlassventil zum Einlassen von Verbrennungs luft mit hohem Druck in einen Brennraum versehen, wobei das Hochdruckeinlassventil ein Ventil ist, welches gemäß den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist. Die ses Hochdruckeinlassventil ist in der Art eines Einlassventils zwischen einer Hochdruckleitung, welche die Verbrennungsluft unter hohem Druck dem Hochdruckeinlassventil zuführt, und dem Brennraum angeordnet. Mittels dieses Hochdruckeinlassventils wird die unter hohem Druck ste hende Verbrennungsluft von eben einer Hochdruckleitung über einen Durchtrittsbereich im Hochdruckeinlassventil in den Brennraum eingelassen. According to a further aspect, the internal combustion engine according to the invention is provided with a high-pressure inlet valve arranged in a cylinder head for admitting combustion air at high pressure into a combustion chamber, the high-pressure inlet valve being a valve which is designed in accordance with the features of one of claims 1 to 15. This high-pressure inlet valve is arranged in the manner of an inlet valve between a high-pressure line, which supplies the combustion air to the high-pressure inlet valve under high pressure, and the combustion chamber. By means of this high-pressure inlet valve, the high-pressure combustion air is admitted into the combustion chamber from a high-pressure line via a passage area in the high-pressure inlet valve.
Das Hochdruckeinlassventil ist bzgl. eines ersten Aspektes für die Verbrennungskraftmaschine bezogen auf die Längsachse des Zylinders bzw. des Brennraumes im Zylinderkopf stehend an geordnet. Die Unterseite des Hochdruckeinlassventils weist somit unmittelbar auf den Brenn raum hin. Dies hat den Vorteil, dass herkömmliche Zylinderköpfte, welche mit einem herkömmli chen Einlassventil versehen sind, gegebenenfalls verwendet werden können, weil die für Sitz und Führung im Zylinderkopf vorgesehenen entsprechenden Führungen und Aufnahmen jeden falls für den benötigten Platz für das erfindungsgemäße Hochdruckeinlassventil verwendet wer den können. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils besteht u. a. in Ver bindung des Einsatzes bei einer Verbrennungskraftmaschine darin, dass großvolumige Einlass leitungen nicht erforderlich sind, so dass der Platzbedarf für die Zufuhr der Verbrennungsluft zum Brennraum der Verbrennungskraftmaschine verringert wird und damit die Kompaktheit ei nes derartigen Motors erhöht werden kann. Gemäß einem zweiten Aspekt der Verbrennungskraftmaschine ist bezüglich des Grundaufbaus, welcher demjenigen gemäß dem ersten Aspekt für die Verbrennungskraftmaschine entspricht, das Hochdruckeinlassventil bezogen auf die Längsachse des Zylinders bzw. des Brennraumes im Zylinderkopf liegend angeordnet. Die liegende Anordnung des Hochdruckeinlassventils hat den Vorteil, dass von der Oberseite des Zylinderkopfes die Zufuhr der unter hohem Druck ste henden Verbrennungsluft erfolgen kann und der Durchtrittsbereich für die Verbrennungsluft durch das Hochdruckeinlassventil in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine im We sentlichen quer bzw. senkrecht zur Längsachse des Schieberkolbens des Hochdruckeinlassven tils erfolgen kann. The high-pressure inlet valve is arranged with respect to a first aspect for the internal combustion engine in relation to the longitudinal axis of the cylinder or the combustion chamber in the cylinder head. The underside of the high pressure inlet valve thus points directly to the combustion chamber. This has the advantage that conventional cylinder heads, which are provided with a conventionally Chen inlet valve, can be used if necessary, because the corresponding guides and receptacles provided for seating and guiding in the cylinder head can be used for the space required for the high-pressure inlet valve according to the invention . The advantage of the high-pressure inlet valve according to the invention, inter alia, is the use of an internal combustion engine in that large-volume inlet lines are not required, so that the space requirement for the supply of the combustion air to the combustion chamber of the internal combustion engine is reduced, and thus the compactness of such an engine is increased can. According to a second aspect of the internal combustion engine, with regard to the basic structure, which corresponds to that according to the first aspect for the internal combustion engine, the high-pressure inlet valve is arranged lying in the cylinder head with respect to the longitudinal axis of the cylinder or the combustion chamber. The horizontal arrangement of the high-pressure inlet valve has the advantage that the combustion air under high pressure can be supplied from the top of the cylinder head and the passage area for the combustion air through the high-pressure inlet valve into the combustion chamber of the internal combustion engine is essentially transverse or perpendicular to the longitudinal axis of the Slide piston of the high pressure inlet valve can be done.
Der Schiebekolben des Hochdruckeinlassventils ist vorzugsweise mit einer Feder belastet und zu seinem Verschieben aus einer einen Durchtritt von Verbrennungsluft in den Brennraum sper renden Position in eine den Durchtritt von Verbrennungsluft in den Brennraum freigebenden Position ein Nocken einer Nockenwelle vorgesehen, welcher gegen die Federkraft wirkt, so dass mittels des Nockens bei drehender Nockenwelle analog zur Steuerung herkömmlicher Einlass- und Auslassventile ein Öffnen bewirkt werden kann. Dabei sorgt die Feder, gegen welche der jeweilige Nocken arbeiten muss, dafür, dass nach dem Öffnen des Hochdruckeinlassventils und nach erfolgtem Einlassen der benötigten Verbrennungsluftmenge der Schieberkolben möglichst rasch wieder in seine Schließstellung überführt wird. The sliding piston of the high-pressure inlet valve is preferably loaded with a spring and a cam of a camshaft, which acts against the spring force, is provided for shifting it from a position blocking the passage of combustion air into the combustion chamber into a position releasing the passage of combustion air into the combustion chamber that by means of the cam when the camshaft is rotating, opening can be effected analogously to the control of conventional intake and exhaust valves. The spring, against which the respective cam has to work, ensures that after opening the high-pressure inlet valve and after the required amount of combustion air has been let in, the slide piston is returned to its closed position as quickly as possible.
Vorzugsweise arbeitet das Hochdruckeinlassventil mit einem Druck im Bereich von 2 bis 20 MPa und ist derart steuerbar, dass die Verbrennungsluft so in den Zylinder eingelassen werden kann, dass für einen Ladungswechsel bei einem Viertaktmotor ein separater Takt entbehrlich ist und dennoch Gemischbildung im Zylinder über den Druck, mit welchem die Verbrennungsluft über das Hochdruckeinlassventil in den Brennraum eingelassen wird, hinsichtlich der einge spritzten Kraftstoffmenge intensiver erfolgt, als das bei Verbrennungskraftmaschinen mit bei spielsweiser herkömmlicher Aufladung in einem niedrigeren Druckbereich von heutzutage 0,3 bis 0,4 MPa der Fall ist. Mittels des hohen Drucks, mit welchem die Verbrennungsluft dem Brennraum zugeführt wird, kann die Zeit des Öffnens des Hochdruckeinlassventils gut gesteuert werden, so dass eine optimale Zufuhr von Verbrennungsluft, auch im Hinblick auf die nach der Zufuhr der Verbrennungsluft und der Gemischbildung ablaufende Verbrennung, gewährleistet ist. The high-pressure inlet valve preferably works with a pressure in the range from 2 to 20 MPa and can be controlled in such a way that the combustion air can be introduced into the cylinder in such a way that a separate cycle is unnecessary for a charge change in a four-stroke engine and nevertheless mixture formation in the cylinder via the pressure , with which the combustion air is admitted via the high-pressure inlet valve into the combustion chamber, takes place more intensively with regard to the injected fuel quantity than is the case in internal combustion engines with, for example, conventional supercharging in a lower pressure range of 0.3 to 0.4 MPa today. By means of the high pressure with which the combustion air is supplied to the combustion chamber, the time for opening the high-pressure inlet valve can be controlled well, so that an optimal supply of combustion air is ensured, also with regard to the combustion that takes place after the supply of the combustion air and the mixture formation is.
Weitere Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten und Details zu dem erfindungsgemäßen Hochdru ckeinlassventil und der mit einem derartigen Ventil versehenen Verbrennungskraftmaschine werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen: Further advantages, possible applications and details of the high-pressure inlet valve according to the invention and the internal combustion engine provided with such a valve will now be explained in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils in Schließposition mit Tellerventil; Figure 1 shows a first embodiment of a high pressure inlet valve according to the invention in the closed position with poppet valve;
Figur 2 ein Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 1 in Durchlassposition; FIG. 2 shows a high-pressure inlet valve according to FIG. 1 in the open position;
Figur 3 eine Schnittansicht durch Gehäuse und Schaft des Schiebekolbens gemäß Figur 3 shows a sectional view through the housing and shaft of the sliding piston according to FIG
2; 2;
Figur 4 den mit einem Tellerventil geschlossenen Verbrennungsluftauslass des Hochdru ckeinlassventils mit leitschaufelartigen Stegen am Kopf des Tellerventils in axialer Ausrichtung; FIG. 4 shows the combustion air outlet of the high pressure inlet valve, which is closed with a poppet valve, with guide vane-like webs on the head of the poppet valve in axial alignment;
Figur 5 eine Darstellung gemäß Figur 4, jedoch mit gekrümmten leitschaufelartigen Stegen im Bereich des Verbrennungsluftauslasses vom Hochdruckeinlassventil in 5 shows a representation according to FIG. 4, but with curved guide vane-like webs in the area of the combustion air outlet from the high-pressure inlet valve in FIG
Schließposition; Closed position;
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils mit einem Schiebekolben mit zwei zylindrischen Abschnitten, welche in Führungs abschnitten im Innern des Ventilgehäuses geführt sind, wobei kranzartig eine Viel zahl von Lufteintrittskanälen zum Einbringen der Verbrennungsluft in den Brenn raum vorgesehen ist; Figure 6 shows another embodiment of the high-pressure inlet valve according to the invention with a sliding piston with two cylindrical sections, which are guided in guide sections inside the valve housing, with a large number of air inlet channels for introducing the combustion air into the combustion chamber is provided like a ring;
Figur 7 das Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 6, jedoch in Durchlassposition zum Zu führen von Verbrennungsluft durch das Hochdruckeinlassventil in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine; FIG. 7 shows the high-pressure inlet valve according to FIG. 6, but in the open position for feeding combustion air through the high-pressure inlet valve into a combustion chamber of an internal combustion engine;
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 6 und 7, jedoch mit Lufteintrittskanä len, welche bezogen auf die Längsachse des Schiebekolbens eine divergierende Richtung aufweisen; FIG. 8 shows an exemplary embodiment according to FIGS. 6 and 7, but with air inlet channels which have a diverging direction with respect to the longitudinal axis of the sliding piston;
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8, jedoch mit Lufteintrittskanälen, welche bezogen auf die Längsachse des Schiebekolbens eine konvergierende Richtung aufweisen; Figur 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochdruckeinlassventils in Schließposition gemäß der Erfindung mit Verbrennungslufteinlass und Verbrennungsluftauslass in versetzt zueinander angeordneten Ebenen; Figure 9 shows an embodiment according to Figure 8, but with air inlet channels which have a converging direction with respect to the longitudinal axis of the sliding piston; FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a high-pressure inlet valve in the closed position according to the invention with combustion air inlet and combustion air outlet in planes arranged offset from one another;
Figur 1 1 das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils gemäß Figure 1 1 shows the embodiment of the high pressure inlet valve according to the invention
Figur 10, jedoch in Durchlassposition; Figure 10, but in the open position;
Figur 12a) ein Detailschnitt des Bereichs des Verbrennungslufteinlasses des Hochdruckein lassventils gemäß den Figuren 10 und 11 ; Figure 12a) shows a detail section of the area of the combustion air inlet of the high pressure inlet valve according to Figures 10 and 11;
Figur 12b) eine Seitenansicht von links des Details gemäß Figur 12a) in der Form eines im 12b) shows a side view from the left of the detail according to FIG. 12a) in the form of an
Querschnitt als Langloch ausgebildeten Kanals; Cross section formed as an elongated hole;
Figur 13a) der Bereich des Verbrennungsauslasses als Detailschnitt des erfindungsgemäßen Figure 13a) the area of the combustion outlet as a detail section of the invention
Hochdruckeinlassventils gemäß den Figuren 10 und 1 1 ; High pressure inlet valve according to Figures 10 and 1 1;
Figur 13b) eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B gemäß Figur 13a), bei welcher der Durchtrittsbereich im Innern des Ventils als um den Schaft des Schiebekolbens angeordnete Ringkammer ausgebildet ist; FIG. 13b) a sectional view along the sectional plane B-B according to FIG. 13a), in which the passage area in the interior of the valve is designed as an annular chamber arranged around the shaft of the sliding piston;
Figur 14a) einen Schiebekolben gemäß einem erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventil gemäß den Figuren 10 und 1 1 mit Kolben-Ringnuten an den zylindrischen Kolben abschnitten zur Schmierung; Figure 14a) a sliding piston according to a high-pressure inlet valve according to the invention according to Figures 10 and 11 with piston ring grooves on the cylindrical piston sections for lubrication;
Figur 14b) einen Schiebekolben gemäß einem erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventil gemäß den Figuren 10 und 11 mit entlang einer Schraubenlinie laufenden Kolben- Ringnuten an den zylindrischen Kolbenabschnitten zur Schmierung; 14b) a sliding piston according to a high-pressure inlet valve according to the invention according to FIGS. 10 and 11 with piston ring grooves running along a helical line on the cylindrical piston sections for lubrication;
Figur 15 eine Detailschnittansicht der Anordnung des erfindungsgemäßen Hochdruckein lassventils im Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine in Durchlassposition; Figure 15 is a detailed sectional view of the arrangement of the high pressure inlet valve according to the invention in the cylinder head of an internal combustion engine in the open position;
Figur 16 eine Detailschnittansicht eines Zylinders und eines Zylinderkopfes mit eingebau tem erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventil in Schließposition; Figure 16 is a detailed sectional view of a cylinder and a cylinder head with built-in high-pressure inlet valve according to the invention in the closed position;
Figur 17a) ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil mit einem Tellerventil als erstem Figure 17a) an inventive high pressure inlet valve with a poppet valve as the first
Druckbeaufschlagungsbereich und mit einem zylindrischen Kolbenabschnitt mit Ringfläche als zweitem Druckbeaufschlagungsbereich und mit zusätzlichem Kol ben zum Öffnen und Schließen des Ventils; Pressurization area and with a cylindrical piston section with Annular surface as the second pressurization area and with additional Kol ben for opening and closing the valve;
Figur 17b) das Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 17a), jedoch in geöffneter Position zum 17b) the high pressure inlet valve according to FIG. 17a), but in the open position for
Eintritt von Verbrennungsluft in den Zylinder durch das Innere des zusätzlichen Kolbens und den Tellerventilsitz-Bereich; Combustion air enters the cylinder through the interior of the additional piston and poppet area;
Figur 17c) eine Schnittansicht durch den Schaft des Schiebekolbens des erfindungsgemäßen Figure 17c) is a sectional view through the shaft of the sliding piston of the invention
Hochdruckeinlassventils mit Ansicht des zusätzlichen Kolbens von unten; High pressure inlet valve with view of the additional piston from below;
Figur 18 ein Hochdruckeinlassventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei wel chem der zweite Druckbeaufschlagungsbereich in Form eines zylindrischen Kol benabschnittes bezüglich der wirksamen Ringfläche größer dimensioniert ist als die wirksame Ringfläche des ersten Druckbeaufschlagungsbereiches in Form ei nes Tellerventils; FIG. 18 shows a high-pressure inlet valve according to a second exemplary embodiment, in which the second pressurizing area in the form of a cylindrical piston section is dimensioned larger with respect to the effective annular area than the effective annular area of the first pressurizing area in the form of a poppet valve;
Figur 19 ein Hochdruckeinlassventil für das erfindungsgemäße Verfahren in geschnittener Figure 19 shows a high-pressure inlet valve for the inventive method in section
Darstellung bei geschlossenem Zustand; und Representation when closed; and
Figur 20 das Hochdruckeinlassventil gemäß Figur 1) bei geöffnetem Zustand. FIG. 20 the high pressure inlet valve according to FIG. 1) when open.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil 1 im Querschnitt dargestellt. Das Ventil weist ein Gehäuse 2 auf, innerhalb welchem ein Schiebekolben 3 geführt ist. Dazu weist der Schiebekolben 3 einen als zylindrischen Kolbenabschnitt 4 ausgebildeten Bereich auf, wel cher im Gehäuse 2 an einem zum zylindrischen Kolbenabschnitt 4 formkongruent ausgebildeten Führungsabschnitt 5 gleitend geführt ist. Der zylindrische Kolbenabschnitt 4 des Schiebekolbens 3 ist in seinem Durchmesser größer als ein Schaft 14, welcher sich von dem zylindrischen Kol benabschnitt 4 nach unten in Richtung auf eine Einlassöffnung in Form eines Verbrennungsluf teinlasses 9 in Richtung auf einen nicht dargestellten Brennraum 25 erstreckt. Auf der dazu ge genüberliegenden Seite des zylindrischen Kolbenabschnittes 4 ist eine Verlängerung des Schaf tes 14 des Schiebekolbens 3 mit einem Einsatz vorgesehen, in welchem eine Feder 22 ange ordnet ist, welche zum Öffnen des Hochdruckeinlassventils 1 dient, damit hochvorverdichtete Verbrennungsluft in den Brennraum 25 eines Verbrennungsmotors eingelassen werden kann. Eine Druckkraft FN (siehe senkrecht nach unten weisender Pfeil in Figur 2 oben) drückt den Schiebekolben 3 um einen Öffnungshub 23 des Hochdruckeinlassventils 1 nach unten, so dass der Verbrennungsluftauslass 18 voll geöffnet ist, d. h. das Hochdruckeinlassventil 1 sich in Durchlassposition 8 befindet. Figur 1 stellt die Schließposition 7 des Hochdruckeinlassventils 1 dar. Im Verbrennungsluftaus lass 18 (siehe Figur 2) schließt ein Schließteller 12 in der Art eines Tellerventils in einem im Ge häuse 2 ausgebildeten Sitz und verhindert dadurch einen Durchtritt von Verbrennungsluft, deren Verbrennungslufteinlass 9 an der linken Seite durch eine Eintrittsöffnung vorgesehen ist. Die Verbrennungsluft selbst ist durch den waagerecht nach rechts weisenden Pfeil angedeutet. In der Schließposition 7 des Hochdruckeinlassventils 1 ist der Schiebekolben 3 mit seiner oberen, in Richtung auf den Federeinsatz ausgerichteten Ringfläche in eine Kammer 19 eingetaucht, welche zur Außenseite über eine Entlüftungsbohrung 20 verbunden ist. Beim Eintauchen des Schiebekolbens 3 mit seiner oberen Ringfläche des zylindrischen Kolbenabschnittes 4 wird die Luft aus der dort vorgesehenen Kammer 19 (siehe Figur 2) über die Entlüftungsbohrung 20 her ausgedrückt. A high-pressure inlet valve 1 according to the invention is shown in cross section in FIG. The valve has a housing 2, within which a sliding piston 3 is guided. For this purpose, the sliding piston 3 has a region designed as a cylindrical piston section 4, which is guided in the housing 2 in a sliding manner on a guide section 5 which is designed to conform to the cylindrical piston section 4. The cylindrical piston section 4 of the sliding piston 3 is larger in diameter than a shaft 14 which extends from the cylindrical piston section 4 downwards in the direction of an inlet opening in the form of a combustion air inlet 9 in the direction of a combustion chamber 25, not shown. On the ge opposite side of the cylindrical piston section 4, an extension of the shank tes 14 of the sliding piston 3 is provided with an insert in which a spring 22 is arranged, which serves to open the high-pressure inlet valve 1, so that highly pre-compressed combustion air in the combustion chamber 25 a Internal combustion engine can be inserted. A compressive force F N (see arrow pointing vertically downward in FIG. 2 above) pushes the sliding piston 3 downward by an opening stroke 23 of the high-pressure inlet valve 1, so that the combustion air outlet 18 is fully open, ie the high-pressure inlet valve 1 is in the open position 8. Figure 1 shows the closed position 7 of the high pressure inlet valve 1. In the combustion air outlet 18 (see Figure 2), a closing plate 12 closes in the manner of a poppet valve in a seat formed in the housing 2 and thereby prevents the passage of combustion air, the combustion air inlet 9 of which left side is provided through an entry opening. The combustion air itself is indicated by the arrow pointing horizontally to the right. In the closed position 7 of the high-pressure inlet valve 1, the sliding piston 3 is immersed with its upper ring surface oriented in the direction of the spring insert in a chamber 19 which is connected to the outside via a vent hole 20. When the sliding piston 3 is immersed with its upper annular surface of the cylindrical piston section 4, the air is pressed out of the chamber 19 provided there (see FIG. 2) via the vent hole 20.
Ein wesentliches Kriterium für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlass ventils 1 besteht darin, dass die dem Durchtrittskanal zugewandte Ringfläche 13 einen zweiten Druckbeaufschlagungsbereich 11 bildet und das Tellerventil 12, welches dem Durchtrittsbereich 6 für die Verbrennungsluft zugewandt ist, einen ersten Druckbeaufschlagungsbereich 10 bildet. Der erste Druckbeaufschlagungsbereich 10 bildet eine projizierte Fläche, welche senkrecht zur Längsachse des Schiebekolbens 3 ausgebildet ist, und weist eine Größe auf, welche gleich der projizierten Fläche der Ringfläche 13 am zylindrischen Abschnitt 4 des Schiebekolbens 3 ist, d. h. gleich dem zweiten Druckbeaufschlagungsbereich 11 ist. Aufgrund dieser Flächengleich heit der projizierten Flächen sind keine resultierenden Axialkräfte vorhanden, und zwar unab hängig von der Höhe des Druckes der Verbrennungsluft, welche für den Einlass in den Brenn raum einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist. Der Schiebekolben 3 selbst wird mittels eines Nockens einer Nockenwelle oder einer anderen Antriebseinrichtung gegen die Federkraft FN aus der Schließposition 7 in die Durchlassposition 8 gedrückt und bei freigegebenem Nocken durch die Wirkung der Federkraft entsprechend der Stärke der Federkraft rasch wieder in die Schließposition 7 gebracht, in welcher der Schließteller 12 des Tellerventils am Sitz anschlägt und dort abdichtet. An essential criterion for the functioning of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention is that the annular surface 13 facing the passage channel forms a second pressurizing area 11 and the poppet valve 12, which faces the passage area 6 for the combustion air, forms a first pressurizing area 10. The first pressurizing area 10 forms a projected area, which is formed perpendicular to the longitudinal axis of the sliding piston 3, and has a size that is equal to the projected area of the annular surface 13 on the cylindrical section 4 of the sliding piston 3, that is to say is equal to the second pressurizing area 11. Due to this equal area of the projected areas, there are no resulting axial forces, regardless of the level of the pressure of the combustion air, which is provided for the inlet into the combustion chamber of an internal combustion engine. The sliding piston 3 itself is pressed against the spring force F N from the closed position 7 into the passage position 8 by means of a cam of a camshaft or another drive device and, when the cam is released, is quickly brought back into the closed position 7 by the action of the spring force in accordance with the strength of the spring force. in which the closing plate 12 of the poppet valve strikes the seat and seals there.
Figur 2 stellt das Hochdruckeinlassventil 1 dar, bei welchem sich der Schiebekolben 3 jedoch in der Durchlassposition 8 befindet, welches mit dem Pfeil auf den Verbrennungsluftauslass 18 angedeutet ist. Bei geöffnetem Verbrennungsluftauslass 18 ist der Durchtrittsbereich 6 für die Verbrennungsluft freigegeben, so dass die Verbrennungsluft mit hohem Druck und damit auch hoher Strömungsgeschwindigkeit zwischen Sitz und Ventilteller hindurchströmt und in den Brennraum (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine gelangt. Deutlich sichtbar ist die bei um den Öffnungshub 23 nach unten gedrücktem Schiebekolben 3 an der Oberseite des zy- lindrischen Abschnittes 4 in Richtung auf den Federeinsatz mit der Feder 22 ausgebildete Kammer 19 gezeigt. Diese Kammer 19 ist mit der Entlüftungsbohrung 20 versehen, so dass bei erfolgendem Schließen der zylindrische Kolbenabschnitt 4 mit seiner oberen Ringfläche in diese Kammer 19 eintaucht und die dort befindliche Luft über die Entlüftungsbohrung 20 nach außen drückt. Der Durchmesser dieser Entlüftungsbohrung ist nun so gewählt, dass keine nennens werten Drosseleffekte auftreten, damit beim Eintauchen des zylindrischen Abschnittes 4 in die Kammer 19 kein einen hohen Widerstand bildendes Druckpolster entsteht, sondern lediglich ein gewisses Dämpfungspolster entsteht, damit ein Anschlägen der oberen Ringfläche des zylindri schen Kolbenabschnittes 4 an dem Federeinsatz selbst bei hohen Öffnungs- und Schließge schwindigkeiten des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassventils 1 vermieden werden kann. FIG. 2 shows the high-pressure inlet valve 1, in which the sliding piston 3 is, however, in the passage position 8, which is indicated by the arrow on the combustion air outlet 18. When the combustion air outlet 18 is open, the passage area 6 is released for the combustion air, so that the combustion air flows with high pressure and thus also high flow velocity between the seat and the valve plate and into the combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine. The sliding piston 3 on the top of the cylinder, which is pushed downward by the opening stroke 23, is clearly visible. Lindrischen section 4 shown in the direction of the spring insert with the spring 22 formed chamber 19. This chamber 19 is provided with the vent hole 20 so that when the cylindrical piston section 4 is closed with its upper annular surface it dips into this chamber 19 and presses the air there via the vent hole 20 to the outside. The diameter of this vent hole is now selected so that no noteworthy throttling effects occur, so that when the cylindrical section 4 is immersed in the chamber 19 there is no pressure cushion forming a high resistance, but only a certain damping cushion, so that the upper annular surface of the cylinder is struck rule piston section 4 on the spring insert even at high opening and closing speeds of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention can be avoided.
In Figur 3 ist eine Schnittansicht durch die Schnittebene A-A gezeigt, welche radial vom Schaft 14 verlaufende Führungsstege 15 zwischen dem Schaft 14 und dem Gehäuse 2 zeigen. Diese Führungsstege 15 gewährleisten eine zusätzliche Stabilität für eine exakte axiale und zusätzlich eine radiale Führung des Schiebekolbens 3 im Gehäuse 2, was von Bedeutung ist für ein zuver lässiges Abdichten der zylindrischen Außenfläche des zylindrischen Kolbenabschnittes 4 an den ebenfalls zylindrisch entsprechend ausgebildeten passgenauen Führungsabschnitten im Ge häuse 2. Über diese exakte Ausbildung dieser beiden relativ zueinander gleitenden Flächen wird die Dichtheit des Ventils im Innern gewährleistet. FIG. 3 shows a sectional view through the sectional plane A-A, which show guide webs 15 extending radially from the shaft 14 between the shaft 14 and the housing 2. This guide webs 15 ensure additional stability for an exact axial and in addition a radial guidance of the sliding piston 3 in the housing 2, which is important for a reliable sealing of the cylindrical outer surface of the cylindrical piston section 4 on the likewise cylindrically shaped, precisely fitting guide sections in the housing 2. The tightness of the valve inside is ensured by this exact design of these two surfaces sliding relative to each other.
Figur 4 schließlich zeigt als Detailschnittansicht den Teil des Hochdruckeinlassventils 1 , an wel chem im Verbrennungsdruckauslass 18 der Schließteller des Tellerventils 12 gezeigt ist, wel cher sich als Teil des Schiebekolbens 3 in dessen Schließposition 7 befindet. Zur gezielten Be einflussung der Strömungsrichtung sind am Übergang des Schließtellers des Tellerventils 12 zu dessen Schaft 14 leitschaufelartige Stege 16 (siehe auch Figur 5) vorgesehen. Die Funktion der leitschaufelartigen Stege 16 besteht darin, beim Einlass in den Brennraum, wenn der Schiebe kolben 3 in seiner Durchlassposition 8 ist, die Verbrennungsluft so zu richten, dass eine optima le Strömung und optimale Verteilung der Verbrennungsluft und schließlich auch der Gemischbil dung vor der Verbrennung im Brennraum herbeigeführt werden kann. Bekanntlich trägt eine entsprechend auf die Form des Brennraumes angepasste Strömung der Verbrennungsluft im Zylinder bzw. im Brennraum zu einer gleichmäßigeren und besseren Gemischbildung bei, wodurch die Verbrennung verbessert und damit der Wrkungsgrad der Verbrennungskraftma schine erhöht werden kann. Finally, FIG. 4 shows a detail sectional view of the part of the high-pressure inlet valve 1, on which the closing plate of the poppet valve 12 is shown in the combustion pressure outlet 18, which part is in the closed position 7 as part of the sliding piston 3. In order to influence the flow direction in a targeted manner, guide vane-like webs 16 (see also FIG. 5) are provided at the transition from the closing plate of the poppet valve 12 to its stem 14. The function of the guide vane-like webs 16 is to direct the combustion air at the inlet into the combustion chamber when the sliding piston 3 is in its passage position 8 in such a way that an optimal flow and optimal distribution of the combustion air and finally also the mixture formation before the Combustion in the combustion chamber can be brought about. As is known, a flow of the combustion air in the cylinder or in the combustion chamber that is adapted to the shape of the combustion chamber contributes to a more uniform and better mixture formation, as a result of which the combustion is improved and thus the degree of efficiency of the internal combustion engine can be increased.
Gemäß Figur 5 ist eine Detailansicht analog zu der gemäß Figur 4 dargestellt, bei welcher an stelle in axialer Richtung ausgebildeter Stege 16 leitschaufelartige Stege 16 in einer gekrümm ten Bahn am Übergang des Schließtellers des Tellerventils 12 zu dessen Schaft 14, Vorzugs- weise in doppelt gekrümmter Art, angebracht sind. Derartig gekrümmte leitschaufelartige Stege 16 tragen dazu bei, dass die in den Brennraum eingebrachte Verbrennungsluft einen Drall er fährt, welcher zu einer Vergleichmäßigung der Gemischbildung im Zylinder als Voraussetzung für eine gute Verbrennung beiträgt. Die Position des Tellerventils 12 des Schiebekolbens 3 ent spricht der Schließposition 7. According to FIG. 5, a detailed view analogous to that according to FIG. 4 is shown, in which, instead of webs 16 formed in the axial direction, guide vane-like webs 16 in a curved path at the transition from the closing plate of the poppet valve 12 to its stem 14, preferably wise in a double curved manner. Such curved guide vane-like webs 16 contribute to the fact that the combustion air introduced into the combustion chamber has a swirl, which contributes to an equalization of the mixture formation in the cylinder as a prerequisite for good combustion. The position of the poppet valve 12 of the sliding piston 3 corresponds to the closed position 7.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruckeinlassven tils 1 , bei welchem der Schiebekolben 3 zwei zylindrisch ausgebildete Kolbenabschnitte 4 auf weist, welche in entsprechenden Führungsabschnitten 5 geführt sind. Dazu sind im Innern des Gehäuses 2 drei formkongruent ausgebildete zylindrische Führungsabschnitte 5 vorgesehen. Figur 6 zeigt die Schließposition 7 des Schiebekolbens 3 innerhalb des Gehäuses 2. Der bzgl. den Figuren 1 und 2 erläuterte Grundaufbau mit dem Federeinsatz ist identisch und wird daher hier nicht weiter erneut ausgeführt. FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention, in which the sliding piston 3 has two cylindrical piston sections 4, which are guided in corresponding guide sections 5. For this purpose, three congruent cylindrical guide sections 5 are provided in the interior of the housing 2. FIG. 6 shows the closed position 7 of the sliding piston 3 within the housing 2. The basic structure with the spring insert explained with reference to FIGS. 1 and 2 is identical and is therefore not repeated here.
In der in Figur 6 dargestellten Schließposition 7 ist der in seiner axialen Länge größere zylindri sche Kolbenabschnitt 4, welcher im unteren Teil des dargestellten Hochdruckeinlassventils 1 gezeigt ist, zum Öffnen und Schließen der eigentlichen Lufteintrittskanäle 17 vorgesehen. Dazu sind im Gehäuse in der in Figur 6 gezeigten Schließposition 7 die Zuführleitungen zu kranzartig im Umfang der dem Brennraum zugeführten Stirnseite des Hochdruckeinlassventils 1 angeord nete Lufteintrittskanäle mit den zylindrischen Kolbenabschnitten 4 abgedeckt, so dass ein Durchtritt der Verbrennungsluft vom Verbrennungslufteinlass 9 her gesperrt ist. In the closed position 7 shown in FIG. 6, the axially longer cylindrical piston portion 4, which is shown in the lower part of the high-pressure inlet valve 1 shown, is provided for opening and closing the actual air inlet channels 17. For this purpose, in the housing in the closed position 7 shown in FIG. 6, the supply lines are covered with the cylindrical piston sections 4 in the manner of a ring in the circumference of the end face of the high-pressure inlet valve 1 which is supplied to the combustion chamber, so that passage of the combustion air from the combustion air inlet 9 is blocked.
Unterhalb der Kolbenoberseite ist eine Kammer 19 ausgebildet, in welche zum Freigeben der Lufteintrittskanäle 17 der untere zylindrische Kolbenabschnitt 4 eintaucht. Damit sich kein Ge gendruck der in der Kammer 19 vorhandenen Luft ausbildet, ist eine Entlüftungsbohrung im In nern längs der Längsachse des Schiebekolbens 3 vorgesehen. Bei entsprechender Dimensio nierung der Entlüftungsbohrung kann ein Drosseln weitestgehend vermieden werden, jedoch trotzdem noch sichergestellt werden, dass eine gewisse Dämpfungsfunktion aufgebaut wird, welche verhindert, dass ein hartes Aufschlagen der Vorderseite, im Fall der Darstellung gemäß Figur 6 der Unterseite, des zylindrischen Kolbenabschnittes 4 im Innern des Gehäuses am Bo den der Kammer auftritt. Die dem Durchtrittsbereich 6 zugewandten Ringflächen 13, d. h. erster und zweiter Druckbeaufschlagungsbereich 10, 11 der zylindrischen Kolbenabschnitte 4 des Schiebekolbens 3, sind so dimensioniert, dass sie gleich groß sind. Dadurch wird erreicht, dass unabhängig vom Druck, mit welchem die Verbrennungsluft in den Durchtrittsbereich 6 im Innern des Gehäuses 2 des Hochdruckeinlassventils 1 eintritt, keine resultierenden axialen Kräfte her- vorrufen. Damit kann unabhängig vom Druck der in den Brennraum einzulassenden Verbren nungsluft das Hochdruckeinlassventil lediglich mit einem entsprechenden Antrieb beispielsweise eines Nockens oder einer Nockenwelle gegen die Wirkung der Feder 22 geöffnet und unter Nut zung der Wirkung der Feder 22 zum Schließen des Hochdruckeinlassventils aufgebracht bzw. verwendet werden. A chamber 19 is formed below the top of the piston, into which the lower cylindrical piston section 4 is immersed in order to open the air inlet channels 17. So that no Ge counterpressure of the air present in the chamber 19 forms, a vent hole is provided in the interior along the longitudinal axis of the sliding piston 3. With appropriate dimensioning of the vent hole, throttling can be avoided as far as possible, but it can still be ensured that a certain damping function is built up, which prevents the front side, in the case of the illustration according to FIG. 6, of the underside, of the cylindrical piston section 4 from hitting hard inside the housing on the Bo the chamber occurs. The annular surfaces 13 facing the passage area 6, ie the first and second pressurizing areas 10, 11 of the cylindrical piston sections 4 of the sliding piston 3, are dimensioned such that they are of the same size. This ensures that regardless of the pressure with which the combustion air enters the passage area 6 inside the housing 2 of the high-pressure inlet valve 1, no resulting axial forces are produced. Thus, regardless of the pressure of the combustion air to be let into the combustion chamber, the high-pressure inlet valve can only be provided with a corresponding drive, for example a cam or a camshaft opened against the action of the spring 22 and applied or used using the action of the spring 22 to close the high pressure inlet valve.
In Figur 7 ist gezeigt, wie diese durch einen Nocken aufgebrachte Öffnungskraft FN den Ver schiebekolben 3 in die Kammer 19 eingetaucht, so dass die zu den Lufteintrittskanälen 17 füh renden radial gerichteten Zuführbereiche in der Art einer Ringkammer geöffnet sind und die Verbrennungsluft aus dem Verbrennungsluftauslass 18 in den Zylinder bzw. Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht werden kann. Durch das Öffnen des Hochdruckein lassventils 1 bildet sich die Kammer 19 am oberen zylindrischen Kolbenabschnitt 4 zur Führung des Schiebekolbens 3 im Gehäuse 2 an dem entsprechenden Führungsabschnitt 5 aus. Auch diese Kammer 19 ist mit einer Entlüftungsbohrung 20 verbunden, so dass bei Ausführen der Schließbewegung durch den Schiebekolben 3, d. h. in der Zeichnung bei einem Bewegen nach oben, die in der Kammer 19 befindliche Luft über die Entlüftungsbohrung 20 entweichen kann. Vorzugsweise sind die Lufteintrittskanäle 17 äquidistant angeordnet; es kann jedoch auch eine unregelmäßige Anordnung vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn dadurch die Luftströ mung in den Brennraum zur Verbesserung der Gemischbildung verwendet werden soll. FIG. 7 shows how this opening force F N, which is applied by a cam, immerses the displacement piston 3 in the chamber 19, so that the radially directed supply areas leading to the air inlet ducts 17 are opened in the manner of an annular chamber and the combustion air from the combustion air outlet 18 can be introduced into the cylinder or combustion chamber of the internal combustion engine. By opening the high pressure inlet valve 1, the chamber 19 forms on the upper cylindrical piston section 4 for guiding the sliding piston 3 in the housing 2 on the corresponding guide section 5. This chamber 19 is also connected to a vent hole 20, so that when the closing movement is carried out by the sliding piston 3, ie in the drawing when moving upward, the air in the chamber 19 can escape through the vent hole 20. The air inlet ducts 17 are preferably arranged equidistantly; However, an irregular arrangement can also be provided, in particular if the air flow is to be used in the combustion chamber to improve the mixture formation.
Figur 8 zeigt eine Detailschnittansicht des Bereiches der Lufteintrittskanäle, d. h. des unteren Bereiches des Hochdruckeinlassventils 1 , bei welchem in Abweichung zu der Ausführungsform gemäß Figur 6 und Figur 7 die Lufteintrittskanäle 17 bzgl. der Längsachse des Schiebekolbens 3 divergierend angeordnet sind. Die anderen geometrischen Gegebenheiten entsprechen denen der Figuren 6 und 7. FIG. 8 shows a detailed sectional view of the area of the air inlet ducts, i. H. of the lower area of the high-pressure inlet valve 1, in which, in deviation from the embodiment according to FIG. 6 and FIG. 7, the air inlet channels 17 are arranged to diverge with respect to the longitudinal axis of the sliding piston 3. The other geometric conditions correspond to those in FIGS. 6 and 7.
In Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel in Form eines Detailbereiches gemäß Figur 8 dargestellt, wobei jedoch die Lufteintrittskanäle 17 bezogen auf die Längsachse des Schiebekolbens 3 kon vergierend angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass bei einer einzigen Ausführungs form sowohl bezogen auf die Längsachse des Schiebekolbens 3 divergierende als auch kon vergierende Lufteintrittskanäle 17 vorgesehen sind. FIG. 9 shows an exemplary embodiment in the form of a detailed area according to FIG. 8, but the air inlet ducts 17 are arranged so as to converge relative to the longitudinal axis of the sliding piston 3. However, it is also possible that in a single embodiment, both diverging and converging air inlet ducts 17 are provided with respect to the longitudinal axis of the sliding piston 3.
Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckeinlass ventils 1 , dessen Grundaufbau bzgl. Gehäuse 2 und Federeinsatz den bisherigen Ausführungs beispielen entspricht, so dass diese Teile nicht näher hier erneut beschrieben werden. Das ge zeigte Hochdruckeinlassventil 1 befindet sich in seiner Schließposition 7 des Schiebekolbens 3. Der Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass der Verbren nungslufteinlass 9 und der Verbrennungsluftauslass 18 in bzgl. der Längsachse des Gehäuses 2 des Hochdruckeinlassventils 1 unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Dabei wird die Verbrennungsluft unter hohem Druck über den Verbrennungslufteinlass 9, von einer nicht dar gestellten Hochdruckleitung kommend angelegt. In der Schließposition 7 deckt der untere zy lindrische Kolbenabschnitt 4 diesen Durchtrittsbereich 6 ab, so dass keine Verbrennungsluft in den Durchtrittsbereich 6 und schließlich in den Brennraum 25 (siehe Figur 15 und 16) des Zylin ders gelangen kann. Figure 10 shows another embodiment of a high-pressure inlet valve 1 according to the invention, the basic structure with respect to the housing 2 and spring insert corresponds to the previous execution examples, so that these parts are not described again here. The ge showed high pressure inlet valve 1 is in its closed position 7 of the sliding piston 3. The difference to the previous embodiments is that the combustion air inlet 9 and the combustion air outlet 18 are arranged in different levels with respect to the longitudinal axis of the housing 2 of the high pressure inlet valve 1. The Combustion air under high pressure via the combustion air inlet 9, coming from a high pressure line not shown. In the closed position 7, the lower cylindrical piston section 4 covers this passage area 6, so that no combustion air can get into the passage area 6 and finally into the combustion chamber 25 (see FIGS. 15 and 16) of the cylinder.
Dem Durchtrittsbereich 6 zugewandt sind zwei Ringflächen 13, welche die gleiche Größe ha ben, so dass unabhängig vom Druck der zugeführten Verbrennungsluft keine resultierenden Axialkräfte vorhanden sind. Eine Verschiebung des Schiebekolbens 3 ist damit lediglich gegen die Kraft der Feder 22 aufzubringen. Unterhalb der Vorderseite des großen zylindrischen Kol benabschnittes 4 befindet sich wiederum die Kammer 19, so dass beim Verschieben des Schie bekolbens 3 ein Eintauchen in die Kammer 19 erfolgt und damit letztlich bei Ausführen des Öff nungshubes 23 die in Figur 11 gezeigte Durchlassposition 8 des Schiebekolbens 3 erreicht wird. In der Durchlassposition 8 kann die Verbrennungsluft über den Verbrennungslufteinlass 9 von der unteren Ebene zur oberen Ebene der Ausnehmung des Durchtrittsbereiches 6 im Gehäuse 2 und schließlich zu dem Verbrennungsluftauslass 18 strömen, von wo aus die Verbrennungs luft direkt in den Brennraum 25 einer Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) strömen kann. The passage area 6 faces two ring surfaces 13, which have the same size, so that no resulting axial forces are present regardless of the pressure of the supplied combustion air. A displacement of the sliding piston 3 can therefore only be applied against the force of the spring 22. Below the front of the large cylindrical piston section 4 there is in turn the chamber 19, so that when the sliding piston 3 is moved, it is immersed in the chamber 19 and thus ultimately the passage position 8 of the sliding piston 3 shown in FIG. 11 when the opening stroke 23 is carried out is achieved. In the passage position 8, the combustion air can flow via the combustion air inlet 9 from the lower level to the upper level of the recess of the passage area 6 in the housing 2 and finally to the combustion air outlet 18, from where the combustion air flows directly into the combustion chamber 25 of an internal combustion engine (not shown) ) can flow.
Damit eine zuverlässige Führung des Schiebekolbens 3 im Gehäuse 2 gewährleistet ist, ist der untere größere zylindrische Kolbenabschnitt 4 bis in die Kammer 19 hinein an formkongruent ausgebildeten Führungsabschnitten 5 geführt. Bei der Schließposition 7 gemäß Figur 10 ist die ser zylindrische Kolbenabschnitt 4 dann in dem unteren Bereich und in dem Zwischenbereich an entsprechenden Führungsabschnitten 5 geführt, wobei der Zwischenbereich zwischen der unte ren Ebene am Verbrennungslufteinlass 9 und dem Durchtrittsbereich 6 in der oberen Ebene am Verbrennungsluftauslass 18 angeordnet ist. Und schließlich ist der kleinere zylindrische Kolben abschnitt 4, der obere, welcher in Richtung auf den Federeinsatz angeordnet ist, an einem drit ten Führungsabschnitt 5 gleitend geführt. In order to ensure reliable guidance of the sliding piston 3 in the housing 2, the lower, larger, cylindrical piston section 4 is guided into guide sections 5 of congruent design into the chamber 19. In the closed position 7 according to FIG. 10, this cylindrical piston section 4 is then guided in the lower area and in the intermediate area on corresponding guide sections 5, the intermediate area between the lower level at the combustion air inlet 9 and the passage area 6 in the upper level at the combustion air outlet 18 is arranged. And finally, the smaller cylindrical piston section 4, the upper, which is arranged in the direction of the spring insert, slidably guided on a third guide section 5.
Figur 12a) und b) verdeutlichen mit einer Detailschnittansicht des Bereiches des Verbrennungs lufteinlasses 9 des Hochdruckeinlassventils 1 , dass der Strömungskanal vom Verbrennungsluf teinlass 9 bis hin zum Durchtrittsbereich 6 nicht zwingend als zylindrische Bohrung ausgebildet sein muss, sondern, wie es in Figur 12b) dargestellt ist, im Querschnitt eine langlochförmige Ausbildung aufweisen kann. Andere Querschnittsformen sind selbstverständlich möglich. In Fi gur 12a) ist in Draufsicht die Ringfläche 13 gezeigt, deren Größe identisch zu der auf diese Ringfläche 13 weisenden Ringfläche des zweiten zylindrischen Kolbenabschnittes 4 (siehe Figu ren 10 und 1 1) ausgebildet ist. Diese ovalen bzw. angepassten Querschnitte der Luftzuführung lassen einen vergrößerten Zuführungsquerschnitt zu, ohne dass das Ventil länger auszubilden ist. 12a) and b) illustrate with a detailed sectional view of the area of the combustion air inlet 9 of the high-pressure inlet valve 1 that the flow channel from the combustion air inlet 9 to the passage area 6 does not necessarily have to be designed as a cylindrical bore, but rather, as shown in FIG. 12b) is, can have a slot-shaped design in cross section. Other cross-sectional shapes are of course possible. In Fi gur 12a), the ring surface 13 is shown in plan view, the size of which is identical to the ring surface 13 pointing to this ring surface 13 of the second cylindrical piston portion 4 (see Figu ren 10 and 11). These oval or adapted cross sections of the air supply allow an enlarged feed cross-section without the valve being longer.
In den Figuren 13a) und b) ist eine Detailschnittansicht des Bereichs des Verbrennungsluftaus lasses 18 gezeigt, wobei wiederum der Schaft 14 und die Ringfläche 13 an dem zylindrischen Kolbenabschnitt 4 dargestellt sind. Auch für dieses Ausführungsbeispiel sind unterschiedliche Querschnittsformen des Verbrennungsluftkanals denkbar. In Figur 13b) ist im Bereich zwischen den aufeinander zugewandten bzgl. der Druckwirkung gleich großen Ringflächen 13 der zylind rischen Kolbenabschnitte 4 eine den Durchschnittsbereich 6 vergrößernde Ringausnehmung dargestellt. Diese Ringausnehmung ist an einer Seite mit dem Verbrennungslufteinlass 9 und an der anderen Seite mit dem Verbrennungsluftauslass 18 (beides nicht gezeigt) verbunden. Diese ovalen bzw. angepassten Querschnitte der Luftzuführung lassen einen vergrößerten Zufüh rungsquerschnitt zu, ohne dass das Ventil länger auszubilden ist. FIGS. 13 a) and b) show a detailed sectional view of the area of the combustion air outlet 18, again showing the shaft 14 and the annular surface 13 on the cylindrical piston section 4. Different cross-sectional shapes of the combustion air duct are also conceivable for this exemplary embodiment. In FIG. 13 b) an annular recess enlarging the average area 6 is shown in the area between the annular surfaces 13 of the cylindrical piston sections 4 facing one another with respect to the pressure effect. This ring recess is connected on one side to the combustion air inlet 9 and on the other side to the combustion air outlet 18 (neither of which is shown). These oval or adapted cross-sections of the air supply allow an enlarged supply cross-section without the valve being longer.
Figur 14a) zeigt einen Schiebekolben 3, welcher einen vorderen zylindrischen Kolbenabschnitt 4 größerer axialer Länge und einen hinteren zylindrischen Kolbenabschnitt 4 kleinerer axialer Länge aufweist. Beide Ringflächen 13, welche aufeinander zugewandt sind und zwischen sich einen Abschnitt des Schafts 14 aufweisen, sind gleich groß, so dass bei Beaufschlagung dieses Zwischenbereiches, d. h. des Bereiches der aufeinanderzuweisenden Ringflächen der beiden zylindrischen Kolbenabschnitte 4, mit Verbrennungsluft selbst hohen Druckes keine resultieren de axiale Kraftkomponente entsteht. Die Kolben des Schiebekolbens 3, d. h. die zylindrischen Kolbenabschnitte 4, weisen Kolben-Ringnuten 21 an ihrem Umfang in umlaufender Form auf, welche zur Aufnahme von Schmieröl geeignet sind, so dass ein Gleiten in einem entsprechend ausgebildeten Gehäuse 2 mit den entsprechenden Führungsabschnitten 5 verbessert wird, weil Eigenschaften eines geschmierten Gleitens realisiert werden können. FIG. 14a) shows a sliding piston 3 which has a front cylindrical piston section 4 of greater axial length and a rear cylindrical piston section 4 of smaller axial length. Both ring surfaces 13, which face each other and have a portion of the shaft 14 between them, are of the same size, so that when this intermediate area is acted upon, ie. H. the area of the mutually facing annular surfaces of the two cylindrical piston sections 4, with combustion air even high pressure, no resulting de axial force component arises. The pistons of the sliding piston 3, i.e. H. the cylindrical piston sections 4, have circumferential piston ring grooves 21 on their circumference, which are suitable for receiving lubricating oil, so that sliding in an appropriately designed housing 2 with the corresponding guide sections 5 is improved because lubricated sliding properties are realized can be.
Figur 14b) zeigt ein zu Figur 14a) im Wesentlichen analoges Ausführungsbeispiel eines Schie bekolben, bei welchem in die äußeren Flächen der zylindrischen Kolbenabschnitte 4 schrauben förmig umlaufende Kolben-Ringnuten 21 eingearbeitet sind. Auch diese Kolben-Ringnuten 21 sind so ausgebildet, dass Schmiermittel darin aufgenommen werden kann und die zylindrischen Kolbenabschnitte 4 zusammen mit den Führungsabschnitten gut geführt und gut geschmierte Gleitflächen ausbilden. FIG. 14b) shows an embodiment of a slide piston essentially analogous to FIG. 14a), in which screw-shaped circumferential piston ring grooves 21 are incorporated into the outer surfaces of the cylindrical piston sections 4. These piston ring grooves 21 are also designed such that lubricant can be accommodated therein and the cylindrical piston sections 4 together with the guide sections are well guided and form well-lubricated sliding surfaces.
Figur 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie ein erfindungsgemäßes Hochdruckeinlassventil 1 in den Zylinderkopf 26 einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden kann. Das Hoch druckeinlassventil 1 ist mittels eines Nockens 28, welcher vorzugsweise zu einer Nockenwelle gehört, angetrieben, so dass bei Eingriff des Nockens 28 die im Federeinsatz vorhandene Fe- der 22 zusammengedrückt werden kann, wodurch die Verbrennungsluft, welche über die Hoch druckleitung 27 zum Verbrennungslufteinlass 9 geführt wird und von dort über die dargestellte Durchlassposition durch das Hochdruckeinlassventil 1 in dessen Durchtritts bereich 6 zum Ver brennungsluftauslass 18 gelangt, mit hohem Druck in den Brennraum 25 gelangt. Dies ist durch die Pfeilkette angedeutet, welche die Luftströmung der unter hohem Druck stehenden Verbren nungsluft charakterisiert. Links an der Oberseite des Bildes ist ein Auslassventil 29 gezeigt, wel ches sich im offenen Zustand befindet, so dass Brenngas in die Abgasleitung entweichen kann. Im Zylinder 25 ist ein Kolben 30 gezeigt, welcher mittels eines Kolbenbolzens 32 und eines Pleuels 31 mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Das Hochdruckeinlassventil 1 kann nun vor zugsweise so gesteuert werden, dass im Grunde genommen bei nahezu jeder beliebigen Posi tion der Bewegung des Kolbens 30 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt während jeder gewünschten Position einzelne Mengen an Verbrennungsluft oder aber die für die Verbrennung im Brennraum 25 erforderliche Sauerstoffmenge durch die Verbrennungsluft in einem Öffnungs vorgang der Zylinder gefüllt werden kann. FIG. 15 shows an exemplary embodiment of how a high-pressure inlet valve 1 according to the invention can be arranged in the cylinder head 26 of an internal combustion engine. The high-pressure inlet valve 1 is driven by means of a cam 28, which preferably belongs to a camshaft, so that when the cam 28 engages, the spring which is present in the spring insert 22 can be compressed, whereby the combustion air, which is led via the high pressure line 27 to the combustion air inlet 9 and from there through the illustrated passage position through the high pressure inlet valve 1 in its passage area 6 to the combustion air outlet 18, reaches the combustion chamber 25 at high pressure reached. This is indicated by the arrow chain, which characterizes the air flow of the combustion air under high pressure. An exhaust valve 29 is shown on the top left of the picture, which is in the open state so that fuel gas can escape into the exhaust pipe. In the cylinder 25, a piston 30 is shown, which is connected to a crankshaft by means of a piston pin 32 and a connecting rod 31. The high-pressure inlet valve 1 can now be controlled preferably so that basically at almost any position of the movement of the piston 30 from bottom dead center to top dead center during any desired position, individual amounts of combustion air or that required for combustion in the combustion chamber 25 Amount of oxygen can be filled by the combustion air in an opening process of the cylinder.
Und schließlich zeigt Figur 16 einen Zylinder 25 mit Zylinderkopf 26 gemäß Figur 15, jedoch in einer etwas anders liegenden Schnittebene, bei welcher gezeigt ist, dass das Hochdruckein lassventil 1 sich in seiner Schließposition 7 befindet. Aufgrund der anders gelegten Schnittebe ne ist die Einspritzdüse 33 mitgezeigt. Der Kolben 30 im Zylinder 25 ist mittels seines Pleuels 31 und über den Kolbenbolzen 32 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden. And finally, FIG. 16 shows a cylinder 25 with cylinder head 26 according to FIG. 15, but in a slightly different sectional plane, in which it is shown that the high pressure inlet valve 1 is in its closed position 7. The injector 33 is also shown due to the different section of the section. The piston 30 in the cylinder 25 is connected to a crankshaft (not shown) by means of its connecting rod 31 and via the piston pin 32.
In Figur 17a) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Hochdruckeinlassventils 1 gemäß der Erfindung gezeigt. In Figur 17b) ist dieses Hochdruckeinlassventil 1 in geöffneter Position ge zeigt. FIG. 17 a) shows a further exemplary embodiment of the high-pressure inlet valve 1 according to the invention. In Figure 17b) this high pressure inlet valve 1 is shown in the open position.
Die in Figur 17a) gezeigte geschlossene Position des Hochdruckeinlassventils 1 wird erreicht in der Position des Schiebekolbens 3 bzgl. der Führungsabschnitte 5 im Innern des Gehäuses 2 sowie bei geschlossenem Verbrennungslufteinlass 9, wobei bei dessen Öffnung Verbrennungs luft unter hohem Druck zugeführt wird, und zwar bei in einem Ventilsitz dichtend sitzendem und damit die Zufuhr von Verbrennungsluft in den Brennraum 25 ebenfalls abdichtend angeordne tem Ventilteller eines Tellerventils 12. Der Ventilteller des Tellerventils 12 geht in üblicher Weise für Ventile, welche im Zylinderkopf 26 von Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden, kontinuierlich in den Schaft 14 über. Der Schiebekolben 3 weist im Bereich des im Gehäuse 2 befindlichen Schaftes 14 einen zylindrischen Kolbenabschnitt 4 auf, welcher eine Ringfläche 13 ausbildet, welche in Richtung auf den Durchtritts bereich 6 weist. Auf einer der Ringfläche 13 gegenüberliegenden Seite weist der Schaft 14 einen Ventilteller des Tellerventils 12 auf, wel cher vorzugsweise mit einem Winkel von 45° einen Dichtsitz mit dem Gehäuse 2 bildet. Die Dichtkraft dieses Ventilsitzes wird durch eine Feder 22 gewährleistet, welche mittels eines joch artigen Stützringes 36 in dem Gehäuse 2 unter Vorspannung gehalten ist. Die Ringfläche 13 und die wirksame in eine Ebene senkrecht zur Längsachse des Schiebekolbens 3 projizierte Fläche des Ventiltellers des Tellerventils 12 sind beide gleich groß, so dass der Druck der Ver brennungsluft, welche in den Durchtrittsbereich 6 zum Einträgen in den Zylinder 25 bei geöffne tem Hochdruckeinlassventil 1 (siehe Figur 17b)) gelangt, die Druckbeaufschlagungsflächen 10 und 11 ohne resultierende Flächen gegeneinander belastet. Dadurch wird ein nahezu kraftfreies Verschieben des Schiebekolbens 3 im Gehäuse 2 realisiert. Im Bereich des Schaftes 14 weist der Schiebekolben 3 einen zusätzlichen Kolben 34 auf, welcher ebenfalls einen zylindrischen Kolbenabschnitt 4 an seinem Außenumfang aufweist, welcher an entsprechenden formkongru ent gestalteten Führungsabschnitten 5 im Gehäuse 2 geführt ist. Die axiale Abmessung dieses zusätzlichen Kolbens 34 ist nun derart, dass in der Position, wie sie in Figur 17a) gezeigt ist, d. h. in welcher die Zufuhr von Verbrennungsluft gesperrt ist, der zusätzliche Kolben 34 den Querschnitt der Zufuhrleitung der Verbrennungsluft hohen Druckes unterbricht. Dazu ist der zusätzliche Kolben 34 wie auch die Führungsabschnitte 5 eingeschliffen, um eine entsprechen de Dichtkraft zu gewährleisten. Eine zweite Dichtfläche ergibt sich im Ventilsitz des Tellerventils 12, wobei die Dichtkraft durch die Federkraft der Feder 22 bestimmt wird. Zwischen der in der Figur 17a) gezeichneten Oberseite des Kolbenabschnittes 4, welche auf die Seite mit der Feder vom Hochdruck eines Ventils weist, ist ein Druckraum ausgebildet, welcher bei entsprechender Kompression, d. h. Aufwärtsbewegung des Schiebekolbens 3 über eine Entlüftungsbohrung 20 entlüftet werden kann. The closed position of the high-pressure inlet valve 1 shown in FIG. 17a) is reached in the position of the sliding piston 3 with respect to the guide sections 5 inside the housing 2 and with the combustion air inlet 9 closed, combustion air being supplied under high pressure when it is opened, specifically at valve plate of a poppet valve 12, which is sealingly seated in a valve seat and thus also the supply of combustion air into the combustion chamber 25. The valve plate of the poppet valve 12 goes continuously into the shaft 14 in the usual manner for valves which are used in the cylinder head 26 of internal combustion engines over. The sliding piston 3 has in the area of the shaft 14 located in the housing 2 a cylindrical piston section 4, which forms an annular surface 13 which points in the direction of the passage area 6. On a side opposite the annular surface 13, the shaft 14 has a valve disk of the poppet valve 12, which preferably forms a sealing seat with the housing 2 at an angle of 45 °. The Sealing force of this valve seat is ensured by a spring 22, which is held in the housing 2 under prestress by means of a yoke-like support ring 36. The annular surface 13 and the effective in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the sliding piston 3 projected area of the valve plate of the poppet valve 12 are both the same size, so that the pressure of the combustion air Ver, which in the passage area 6 for entries in the cylinder 25 with open high pressure inlet valve 1 (see FIG. 17b)), the pressurizing surfaces 10 and 11 are loaded against one another without resulting surfaces. This results in an almost force-free displacement of the sliding piston 3 in the housing 2. In the area of the shaft 14, the sliding piston 3 has an additional piston 34, which likewise has a cylindrical piston section 4 on its outer periphery, which is guided on corresponding congruently shaped guide sections 5 in the housing 2. The axial dimension of this additional piston 34 is now such that in the position as shown in FIG. 17a), ie in which the supply of combustion air is blocked, the additional piston 34 interrupts the cross section of the supply line of the combustion air of high pressure. For this purpose, the additional piston 34 and the guide sections 5 are ground in to ensure a corresponding sealing force. A second sealing surface results in the valve seat of the poppet valve 12, the sealing force being determined by the spring force of the spring 22. Between the upper side of the piston section 4 shown in FIG. 17 a), which points to the side with the spring from the high pressure of a valve, a pressure chamber is formed which can be vented via a vent hole 20 with appropriate compression, ie upward movement of the sliding piston 3.
Bei einer entsprechenden, gegen die Federkraft der Feder 22 wirkenden Kraft zur Verstellung des Schiebekolbens 3 im Gehäuse 2 wird über diese Entlüftungsbohrung 20 Luft wieder einge saugt, so dass in der zwischen der Oberseite des zylindrischen Kolbenabschnittes 4 und dem Gehäuse 2 vorhandener Druckraum nicht ein nennenswerter Unterdrück entsteht. With a corresponding force acting against the spring force of the spring 22 for adjusting the sliding piston 3 in the housing 2, air is sucked in again via this ventilation hole 20, so that there is not a noteworthy pressure chamber in the space between the top of the cylindrical piston section 4 and the housing 2 Oppression arises.
In Figur 17b ist das Hochdruckeinlassventil 1 gemäß Figur 17a gezeigt, jedoch in der geöffneten Position. Dazu ist der Schiebekolben 3 gegen die Wirkung der Federkraft der Feder 22 in der gezeigten Darstellung nach unten verschoben, so dass der zusätzliche Kolben 34 den Zutritts querschnitt 9 über den Durchtrittsbereich 6 am Sitzbereich des Ventiltellers des Tellerventils 12 freigibt und Verbrennungsluft mit hohem Druck in den Brennraum 25 (nicht gezeigt) eingedrückt werden kann. Die anderen Elemente und Funktionen sind mit denen gemäß Figur 17a identisch und werden daher hier nicht nochmals beschrieben. Es ist in Figur 17b ersichtlich, dass der zu sätzliche Kolben 34, an den im Innern des Gehäuses 2, d. h. im Innern des Durchtrittsbereiches 6, ausgebildeten eingeschliffenen zylindrischen Führungsflächen 5 gleitend verschoben wird, so dass die unter hohem Druck stehende Verbrennungsluft letztlich in den Zylinder 25 einströmen kann. FIG. 17b shows the high-pressure inlet valve 1 according to FIG. 17a, but in the open position. For this purpose, the sliding piston 3 is moved downward against the action of the spring force of the spring 22 in the illustration shown, so that the additional piston 34 releases the access cross-section 9 via the passage area 6 at the seat area of the valve plate of the poppet valve 12 and combustion air at high pressure in the Combustion chamber 25 (not shown) can be pressed. The other elements and functions are identical to those according to FIG. 17a and are therefore not described again here. It can be seen in FIG. 17b that the additional piston 34 is slidably displaced on the ground cylindrical guide surfaces 5 formed in the interior of the housing 2, ie in the interior of the passage area 6 that the combustion air under high pressure can ultimately flow into the cylinder 25.
Und schließlich ist in Figur 17c eine Schnittansicht durch den Schiebekolben 3, in dessen unte ren Teil des Schaftes 14 mit Blickrichtung von unten auf den zusätzlichen Kolben 34, gezeigt. Der Kolben 34 weist einen zylindrischen Kolbenabschnitt 4 an seinem Außenumfang auf, wel cher eingeschliffen ist und formkongruent mit den entsprechend im Gehäuse 2 ausgebildeten Führungsabschnitten 5 dichtend zusammenwirkt. Das Innere des Kolbens 34 ist durch Spei chen, zwischen denen sich Öffnungen befinden, stabil genug gefertigt und ermöglicht so, bei freigegebenem Verbrennungslufteinlass die Verbrennungsluft hindurchströmen zu lassen, um anschließend am Bereich des Ventilsitzes des Ventiltellers des Tellerventils 12 vorbei in den Brennraum 25 zu strömen. Dies ist durch die Pfeile, welche den Strömungsweg andeuten, ge zeigt. Zusätzlich ist der Schiebekolben 3 durch die zylindrischen Kolbenabschnitte 4 im oberen Teil des Gehäuses 2 zuverlässig und genau geführt, weil auch diese Bereiche eingeschliffen sind. Finally, FIG. 17c shows a sectional view through the sliding piston 3, in its lower part of the shaft 14, looking from below onto the additional piston 34. The piston 34 has a cylindrical piston section 4 on its outer circumference, which is ground in and conforms to the shape with the correspondingly formed in the housing 2 guide sections 5 sealingly. The interior of the piston 34 is manufactured by Spei chen, between which there are openings, stable enough and thus allows the combustion air to flow through when the combustion air inlet is released, in order to then flow past the area of the valve seat of the valve plate of the poppet valve 12 into the combustion chamber 25 . This is shown by the arrows indicating the flow path. In addition, the sliding piston 3 is reliably and precisely guided by the cylindrical piston sections 4 in the upper part of the housing 2, because these areas are also ground.
Und schließlich zeigt Figur 18 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die dem Durchtrittsbereich 6 im Innern des Gehäuses 2 zugewandten wirksamen Druckbeaufschla gungsbereiche 10, 11 eine unterschiedliche Größe aufweisen. In Figur 18 ist ein Zustand des Hochdruckeinlassventils 1 gezeigt, bei welchem durch den Schiebekolben 3 die Zufuhr von Ver brennungsluft in den Brennraum 25 nicht stattfindet. Wegen der Tatsache, dass der als Ringflä che 13 ausgebildete zweite Druckbeaufschlagungsbereich 11 größer ausgebildet ist als der ers te Druckbeaufschlagungsbereich 10 am Übergang des Ventiltellers des Tellerventils 12 zu des sen Schaft 14, ist das Gehäuse 2 zweiteilig ausgebildet, damit eine entsprechende Montage des Schiebekolbens 3 in das Innere des Gehäuses 2 erfolgen kann. Ansonsten ist der Grundaufbau analog zu dem in Figur 17 beschriebenen. Dadurch, dass die Fläche des Druckbeaufschla gungsbereiches 11 größer ist als die des Druckbeaufschlagungsbereichs 10, wird in Verbindung mit dem hohen Druck der Verbrennungsluft eine größere Schließkraft des Ventiltellers des Tel lerventils 12 im Bereich von dessen Sitz gewährleistet. Insoweit wird von dem Ungleichgewicht auf Basis der unterschiedlich großen wirksamen Flächen profitiert. Die dadurch erzielte große Kraft gewährleistet eine deutlich verbesserte Dichtwirkung des Ventilsitzes während des Betrie bes des Motors. Das Prinzip der Funktion eines derartigen Ventils ist das, welches einem Pneumatikzylinder ähnlich ist. Zusätzlich zu der Darstellung in Figur 17 ist in Figur 18 noch eine Kontermutter 37 gezeigt, welche ein Lösen des Stützringes 36 im Betrieb unterbindet, mit wel cher Kontermutter 37 aber auch eine Einstellung der Federkraft vorgenommen werden kann, da der Stützring 36 auf dem oberen Schaftteil des Schiebekolbens 3 aufgeschraubt ist, so dass die Federspannung eingestellt und je nach gewünschter Höhe mittels der Kontermutter 37 fixiert werden kann. And finally, FIG. 18 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the effective pressurization areas 10, 11 facing the passage area 6 in the interior of the housing 2 have a different size. FIG. 18 shows a state of the high-pressure inlet valve 1, in which the supply of combustion air into the combustion chamber 25 does not take place through the sliding piston 3. Because of the fact that the second pressurizing area 11 designed as a ring surface 13 is larger than the first pressurizing area 10 at the transition from the valve plate of the poppet valve 12 to the shaft 14, the housing 2 is formed in two parts, so that a corresponding assembly of the sliding piston 3 can take place inside the housing 2. Otherwise, the basic structure is analogous to that described in FIG. 17. Characterized in that the area of Druckbeaufschla supply area 11 is larger than that of the pressurizing area 10, a greater closing force of the valve plate of the Tel lerventils 12 is ensured in the area of its seat in connection with the high pressure of the combustion air. In this respect, the imbalance based on the different sized effective areas benefits. The great force achieved thereby ensures a significantly improved sealing effect of the valve seat during operation of the engine. The principle of the function of such a valve is that which is similar to a pneumatic cylinder. In addition to the illustration in Figure 17, a lock nut 37 is shown in Figure 18, which prevents loosening of the support ring 36 during operation, with which lock nut 37 but also an adjustment of the spring force can be made, since the support ring 36 on the upper shaft part of the sliding piston 3 is screwed on, so that the Spring tension can be set and, depending on the desired height, fixed by means of the lock nut 37.
Figur 19 und Figur 20 zeigen in Schnittdarstellung zwei Positionen des zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Hochdruckeinlassventils 1 in einer weiteren Aus führungsform der Erfindung in geschlossenem Zustand (Figur 19), wohingegen in der Figur 20 dieses Hochdruckeinlassventil 1 in geöffneter Stellung dargestellt ist. FIG. 19 and FIG. 20 show a sectional illustration of two positions of the high-pressure inlet valve 1 provided for implementing the method according to the invention in a further embodiment of the invention in the closed state (FIG. 19), whereas in FIG. 20 this high-pressure inlet valve 1 is shown in the open position.
Das Hochdruckeinlassventil 1 weist einen aus einem Kolbenstößel 100 und einem Kolben 200 gebildeten und in einem Gehäuse 300 geführten Kolbenteil auf. Der Kolben 200 weist eine Steuerkante 40 bildende umlaufende Kolbennut 50 auf, welche gegenüber dem äußeren maxi malen Durchmesser des Kolbens 200 einen Bereich mit einem Einzug aufweist. In der Stellung gemäß Figur 19 bildet der Kolben 200 innerhalb des Gehäuses 300 an seiner Stirnfläche bzw. Kolbenoberseite, welche gegenüber dem Kolbenstößel 100 liegt, eine Ventilkammer 90 aus, welche an der Stirnseite des Hochdruckeinlassventils 1 mittels einer Deckplatte 60 geschlossen ist. Zwischen der Deckplatte 60 und der Stirnseite des Kolbens 200 bildet die Ventilkammer 90 sozusagen ein Luftpolster, in welches sich der Kolben 200 mit dessen Hub 101 bewegt, so dass bei den für die Einlassvorgänge für Verbrennungsluft in die Zylinder erforderlichen kurzen Zeiten verhindert wird, dass der Kolben 200 auf die Deckplatte 60 aufschlagen könnte. In Figur 20 ist gezeigt, dass die Ventilkammer 90 über eine Entlüftungsbohrung 70, welche durch den Kolben teil im Bereich seiner Längsachse geführt ist, entlüftet wird. Insbesondere bei höheren Drehzah len der Verbrennungskraftmaschine muss der Ladungswechsel im Zylinder, bezogen auf abso lute zeitliche Maßstäbe, in sehr kurzen Zeitspannen ausgeführt werden. Daher muss auch das Hochdruckeinlassventil 1 und als wesentliches Kernelement davon dessen Kolben 200 sehr schnelle Bewegungen zum Öffnen und Schließen, d. h. zum Steuern der Zufuhr von Verbren nungsluft, ausführen. The high-pressure inlet valve 1 has a piston part formed from a piston tappet 100 and a piston 200 and guided in a housing 300. The piston 200 has a circumferential piston groove 50 forming a control edge 40, which has an area with an indentation relative to the outer maximum diameter of the piston 200. In the position according to FIG. 19, the piston 200 forms a valve chamber 90 within the housing 300 on its end face or piston top, which lies opposite the piston tappet 100, which is closed on the end face of the high-pressure inlet valve 1 by means of a cover plate 60. Between the cover plate 60 and the end face of the piston 200, the valve chamber 90 forms, so to speak, an air cushion into which the piston 200 moves with its stroke 101, so that the short times required for the intake processes for combustion air into the cylinders prevent the Piston 200 could hit the cover plate 60. FIG. 20 shows that the valve chamber 90 is vented via a vent hole 70 which is guided through the piston in the region of its longitudinal axis. In particular at higher engine speeds, the charge change in the cylinder must be carried out in very short periods of time, based on absolute time standards. Therefore, the high-pressure inlet valve 1 and, as an essential core element thereof, its piston 200 must also have very fast movements for opening and closing, i.e. H. to control the supply of combustion air.
In den Totpunkten bei der Bewegung des Schiebekolbens 3 des Hochdruckeinlassventils 1 tre ten aufgrund der Massenträgheit dieses Bauelements relativ große Beschleunigungs- und Ver zögerungskräfte auf. Der auf der Kolbenoberseite bei der Bewegung des Schiebekolbens 3 sich verändernde Raum, d. h. die Ventilkammer 90, führt durch die Komprimierung der darin befindli chen Luft zu einer Dämpfung der Kolbenbewegung, weshalb im Innern des Schiebekolbens 3 im Bereich von dessen Längsachse eine Entlüftungsbohrung 70 vorgesehen ist. Der Durchmesser der Entlüftungsbohrung 70 ist nun so gestaltet, dass bei der raschen Bewegung des eigentli chen Kolbens des Schiebekolbens 3 die Luft aus der Ventilkammer 90 zumindest größtenteils über die Entlüftungsbohrung 70 herausgepresst wird. Der Durchmesser der Entlüftungsbohrung 70 ist nun so groß, dass nur so viel Luft in der Ventilkammer 90 verbleibt, dass bei der raschen Bewegung des Kolbens 200 und dessen Trägheit ein Anschlägen von dessen Kolbenoberseite am durch die Deckplatte 60 bei diesem Ausführungsbeispiel gebildeten inneren Abschluss des Hochdruckeinlassventils 1 nicht anschlägt. Andererseits muss die Entlüftungsbohrung 70 in der Lage sein, bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens weg von der Deckplatte 60 in Richtung auf seine Stellung, den Durchtritt von Verbrennungsluft durch das Hochdruckeinlassventil 1 zu un terbrechen, ein Rückströmen zum Wiederauffüllen der Ventilkammer 90 zu ermöglichen. Die Entlüftungsbohrung 70 hat daher einen solchen Durchmesser, dass im Wesentlichen die Luft in der Ventilkammer 90 abgeführt bzw. in diese Kammer wieder zugeführt werden kann, und zwar dennoch bei Vorhandensein einer gewissen Drosselfunktion, damit kein Vakuum oder Unter drück in dieser Ventilkammer 90 während der hin- und hergehenden Bewegung des Kol bens 200 im Gehäuse 300 des Hockdruckeinlassventils 1 auftritt. Der in der Ventilkammer 90 verbleibende Teil der Luft dient jedenfalls bei der Bewegung der Kolbenoberseite in Richtung auf die Deckplatte 60 einem gewissen Dämpfungseffekt, indem sich u. a. auch wegen der noch vorhandenen Drosselwirkung der Entlüftungsbohrung 70 ein gewisses Dämpfungsluftpolster ausbildet, wodurch ein Anschlägen der Kolbenoberseite an der Innenseite der Deckplatte 60 verhindert bzw. einem Anschlägen entgegengewirkt wird. In the dead center during the movement of the sliding piston 3 of the high-pressure inlet valve 1, due to the inertia of this component, relatively large acceleration and deceleration forces occur. The space on the top of the piston during the movement of the sliding piston 3, ie the valve chamber 90, leads to a damping of the piston movement due to the compression of the air therein, which is why a vent hole 70 is provided in the interior of the sliding piston 3 in the region of its longitudinal axis . The diameter of the vent hole 70 is now designed so that the air is pressed out of the valve chamber 90 at least for the most part via the vent hole 70 during the rapid movement of the piston plunger 3 actually. The diameter of the vent hole 70 is now so large that only so much air remains in the valve chamber 90 that the rapid Movement of the piston 200 and its inertia do not strike a stop from the piston top thereof on the inner end of the high-pressure inlet valve 1 formed by the cover plate 60 in this exemplary embodiment. On the other hand, the vent hole 70 must be able to allow backflow to refill the valve chamber 90 when the piston moves backward away from the cover plate 60 toward its position to interrupt the passage of combustion air through the high pressure inlet valve 1. The vent hole 70 therefore has a diameter such that essentially the air in the valve chamber 90 can be discharged or fed back into this chamber, in spite of the presence of a certain throttling function, so that no vacuum or underpressure in this valve chamber 90 during the reciprocating movement of the piston 200 in the housing 300 of the high pressure inlet valve 1 occurs. The part of the air remaining in the valve chamber 90 serves in any case for a certain damping effect when the piston top moves in the direction of the cover plate 60, in that a certain cushion of damping air is formed, inter alia because of the throttling action of the vent hole 70, which causes the piston top to strike against the top Inside of the cover plate 60 is prevented or a stop is counteracted.
Auf der der Stirnseite des Kolbens gegenüberliegenden Seite des Kolbens 200, an welcher der Kolbenstößel 100 angeordnet ist, ist innerhalb des Gehäuses 300 zwischen der Kolbenuntersei te und der Durchtrittsöffnung des Kolbenstößels 100 durch das Material des Gehäuses 300 ein unterer bzw. hinterer Ventilraum angeordnet, welcher ebenfalls eine Dämpfungsfunktion analog zu der an der Kolbenoberseite geschilderten hat. Dazu ist aus diesem Dämpfungsraum an der Kolbenunterseite ebenfalls eine Entlüftungsbohrung 70 vorgesehen, welche analog zu der Ent lüftungsbohrung 70 ausgebildet ist und funktioniert, welche in Längsrichtung durch den Kolben teil hindurchführt und eine Verbindung zu der Ventilkammer 90 hat. On the opposite side of the piston from the end of the piston 200, on which the piston tappet 100 is arranged, a lower or rear valve space is arranged inside the housing 300 between the piston lower surface and the passage opening of the piston tappet 100 through the material of the housing 300, which also has a damping function analogous to that described on the top of the piston. For this purpose, a ventilation hole 70 is also provided from this damping space on the underside of the piston, which is designed and functions analogously to the ventilation hole 70, which passes through the piston in the longitudinal direction and has a connection to the valve chamber 90.
Im oberen Bereich des Gehäuses 300 des Hochdruckeinlassventils 1 ist der Kolbenstößel 100 von Federn umgeben, welche in einer Gehäuseausnehmung 130 angeordnet sind und durch eine die Gehäuseausnehmung 130 nach oben hin angeflanschte Führungsplatte gehalten sind. Der Kolben arbeitet also gegen die Feder 80, welche je nach Bewegungsrichtung innerhalb des Kolbenhubes 101 komprimiert oder gedehnt wird. In the upper region of the housing 300 of the high-pressure inlet valve 1, the piston tappet 100 is surrounded by springs, which are arranged in a housing recess 130 and are held by a guide plate flanged upwards on the housing recess 130. The piston thus works against the spring 80, which is compressed or expanded depending on the direction of movement within the piston stroke 101.
In der in Figur 19 dargestellten Position des Kolbens 200 befindet sich dessen Steuerkante 40 oberhalb eines quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens 200 angeordneten Kanals für die Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder, so dass der Durchtritt der Druckluftzufuhr 111 durch das Ven til gehindert ist. Erst in der in Figur 20 dargestellten Position des Kolbens 200 ist die Steuerkan te 40 in den quer zur Längsachse des Kolbens sich erstreckenden, das Gehäuse 300 des Hochdruckeinlassventils durchdringenden Kanal zur Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder einge taucht. Wenn die Steuerkante 40 diesen Kanal der Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder freigege ben hat, kann die Druckluftzufuhr 111 über die Kolbennut 50, welche um den Kolben 200 her umläuft und sozusagen gegenüber dem maximalen Durchmesser des Kolbens den Einzug dar stellt, in Richtung auf und durch den Kanal für die Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder strömen. Aufgrund des hohen Druckes, mit welchem die Druckluftzufuhr 111 zum Ventil an dem entspre chenden Kanal des Hochdruckeinlassventils 1 anliegt, erfolgt nach Freigabe und damit Verbin dung zum Kanal der Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder ein sofortiger Durchtritt der unter Hoch druck stehenden Verbrennungsluft in den Zylinder. In the position of the piston 200 shown in FIG. 19, its control edge 40 is located above a channel for the compressed air supply 121 to the cylinder arranged transversely to the direction of movement of the piston 200, so that the passage of the compressed air supply 111 through the valve is prevented. Only in the position of the piston 200 shown in FIG. 20 is the control edge 40 in the housing 300 which extends transversely to the longitudinal axis of the piston High-pressure inlet valve penetrating channel for compressed air supply 121 is immersed in the cylinder. If the control edge 40 has released this channel of the compressed air supply 121 to the cylinder, the compressed air supply 111 via the piston groove 50, which revolves around the piston 200 and, as it were, represents the indentation relative to the maximum diameter of the piston, in the direction of and through the Flow channel for compressed air supply 121 to the cylinder. Due to the high pressure with which the compressed air supply 111 to the valve is applied to the corresponding channel of the high-pressure inlet valve 1, an immediate passage of the high-pressure combustion air into the cylinder takes place after release and thus connection to the channel of the compressed air supply 121 to the cylinder.
Da bei der Bewegung des Kolbens 200 im Gehäuse 300 der Kolben 200 lediglich gegen die jeweiligen Luftpolster, d. h. mit seiner Kolbenoberseite in das Luftpolster der Ventilkammer 90 bzw. mit der Kolbenunterseite in das Luftpolster, unter Berücksichtigung der jeweils wirkenden Federkraft wirkt und da andererseits die Kolbennut 50 an beiden Enden in Längsrichtung eine gleich große Fläche ausgebildet hat, entstehen keine nennenswerten zusätzlichen resultieren den Axialkräfte, welche auf den Kolben 200 wirken. Der Kolben 200 kann daher trotz hoher an liegender Drücke der Verbrennungsluft leicht und damit an die hohen erforderlichen Geschwin digkeiten entsprechende Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden. Since when the piston 200 moves in the housing 300, the piston 200 only against the respective air cushions, i. H. with its piston top in the air cushion of the valve chamber 90 or with the piston underside in the air cushion, taking into account the spring force acting in each case, and since on the other hand the piston groove 50 has an equal area at both ends in the longitudinal direction, no significant additional axial forces result which act on the piston 200. The piston 200 can therefore be easily adapted to the high required speeds corresponding speed of the internal combustion engine despite high pressures of the combustion air.
Das für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung vorgesehene Hochdruckeinlass ventil 1 bietet somit die Möglichkeit, unter hohem Druck bereitgestellte Verbrennungsluft einem Verbraucher, in diesem Fall dem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen. Die Drücke der bereitgestellten Druckluft bzw. Verbrennungsluft liegen in einer Höhe von beispiels weise 120 bar. Dadurch, dass die axialen, auf den Kolben 200 wirkenden Kräfte im Wesentli chen wegen gleicher beaufschlagter Flächen ausgeglichen sind, ergibt sich keine einseitige Kraftkomponente auf den Kolben 200 bzw. den Kolbenstößel 100 zuungunsten der jeweils an deren Bewegungsrichtung. Damit ist es möglich, den Kolben mit geringer Krafteinwirkung in die jeweiligen Schaltzustände zu bringen. Die jeweiligen Schaltzustände sind einerseits das ge schlossene Ventil und andererseits das geöffnete Ventil. The high-pressure inlet valve 1 provided for carrying out the method according to the invention thus offers the possibility of providing combustion air provided under high pressure to a consumer, in this case the cylinder of an internal combustion engine. The pressures of the compressed air or combustion air provided are, for example, 120 bar. The fact that the axial forces acting on the piston 200 are essentially balanced due to the same loaded surfaces means that there is no one-sided force component on the piston 200 or the piston rod 100 to the disadvantage of the respective direction of movement. This makes it possible to bring the piston into the respective switching states with little force. The respective switching states are on the one hand the closed valve and on the other hand the open valve.
Dabei lässt sich die Größe der Öffnung bei dem geöffneten Schaltzustand durch die Größe der axialen Verschiebung des Schiebekolbens 3 variieren. Beim Verschieben des Kolbens wird auf der Druckseite die Steuerkante 40 des Kolbens 200 soweit verschoben, dass bei entsprechen der in Längsrichtung des Kolbens 200 gesehener Breite der Kolbennut 50 die in axialer Rich tung versetzt zueinander angeordneten Zuleitungs- und Ableitungskanäle (Druckluftzufuhr 111 bzw. Druckluftzufuhr 121) über die Kolbennut 50 miteinander in Verbindung gebracht werden, was dem geöffneten Zustand des Hochdruckeinlassventils 1 entspricht. Durch eine Verände- rung der Position des Kolbens 200 kann der Querschnitt der Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder so variiert werden, dass die Durchflussmenge, d. h. der Massenstrom, der in den Zylinder ein zubringenden Verbrennungsluft, variiert werden kann. The size of the opening in the open switching state can be varied by the size of the axial displacement of the sliding piston 3. When the piston is moved, the control edge 40 of the piston 200 is displaced on the pressure side to such an extent that, given the width of the piston groove 50 seen in the longitudinal direction of the piston 200, the supply and discharge channels (compressed air supply 111 and compressed air supply 121) which are offset in the axial direction ) are connected to one another via the piston groove 50, which corresponds to the open state of the high-pressure inlet valve 1. Through a change Depending on the position of the piston 200, the cross section of the compressed air supply 121 to the cylinder can be varied such that the flow rate, ie the mass flow, of the combustion air to be introduced into the cylinder can be varied.
Die Querschnitte sind nun so gewählt, dass im geöffneten Zustand große Mengen an Verbren nungsluft in einer kurzen Zeiteinheit, d. h. hohe Massenströme, einem Verbraucher, in dem Fall dem Zylinder eines Verbrennungsmotors, zugeführt werden können. Wenn aus einem geöffne ten Zustand (siehe Figur 20) wieder in einen geschlossenen Zustand (siehe Figur 19) überge gangen werden soll, wird der Kolben 200 entsprechend in axialer Richtung soweit verschoben, dass eine Verbindung der Druckluftzufuhr 111 zum Hochdruckeinlassventil 1 von einer Druck luftquelle über die Kolbennut 50 zu der Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder unterbrochen ist. Be vor die eigentliche Unterbrechung gemäß der dazu entsprechenden Position des Kolbens 200 im Gehäuse 300 erfolgt ist, kann für eine weitere Verbesserung des Betriebsverhaltens des Mo tors vorgesehen sein, dass der Schließvorgang noch einmal in einem vorgegebenen Umfang verzögert wird, so dass ein gewisser Nachladeeffekt im Zylinder realisiert werden kann. Dieses Nachladen passiert im Zylinder in der Regel zu einem Zeitpunkt, wenn sich der Kolben 200 im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine bereits in seiner Aufwärtsbewegung, d. h. in der Kom pressionsphase befindet. Der Vorteil der Verwendung von komprimierter Verbrennungsluft in Verbindung mit dem Hochdruckeinlassventil 1 , wie zuvor beschrieben, besteht u. a. auch darin, dass nach Freigabe der entsprechenden Querschnitte die komprimierte Druckluft sich rasch ausbreitet, da die komprimierte Druckluft bei freiem Querschnitt rasch expandiert. Dies auch unterstützt die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Hochdruckeinlassventil 1 , dass in einer geringen Zeiteinheit hohe Luftmengen durchgesetzt werden können. Die Zufuhr von Verbrennungsluft zu einem jeweiligen Zylinder kann nun so erfolgen, dass die komplette Verbrennungsluft für einen Zyklus mit einmaliger Einführung in den Zylinder in einem Einlass vorgang geführt wird. Im Sinne einer Optimierung beispielsweise der durch den Kolben 200 zu leistenden Kompressionsarbeit kann das Hochdruckeinlassventil 1 so gesteuert werden, dass die Zufuhr der Verbrennungsluft in den Zylinder sozusagen in mehreren Stößen erfolgt. Jeder einzelne Stoß an zugeführter Verbrennungsluft kann dabei hinsichtlich der Länge der Öffnung des Hochdruckeinlassventils 1 variiert werden, so dass auf den Motorbetrieb unmittelbar Ein fluss genommen werden kann, und zwar über die Menge der in einer definierten Zeiteinheit in den Zylinder eingeführten Verbrennungsluft. Vorzugsweise sind zwei derartige Stöße vorgese hen. Eine Vielzahl von Stößen zugeführter Frischluft kann dabei im Sinne einer Optimierung des Gesamtprozesses des Betriebs des Motors aber durchaus auch von Vorteil sein. Wenn die Ver brennungsluft in mehreren Stößen während der Bewegung des Kolbens 200 im Zylinder auf seinem Weg vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt während des Kompressionshubes in Teilmengen eingeführt wird, so entspricht die Verbrennungsluftmenge in ihrer Summe der für den jeweiligen Zyklus benötigten Gesamtmenge, mit welcher eine zuverlässige, einen hohen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine garantierende Betriebsweise des Motors erreicht werden kann. The cross sections are now selected so that, in the open state, large amounts of combustion air can be supplied to a consumer, in the case the cylinder of an internal combustion engine, in a short time unit, ie high mass flows. If a transition from an open state (see FIG. 20) to a closed state (see FIG. 19) is to be made again, the piston 200 is correspondingly displaced in the axial direction to such an extent that a connection of the compressed air supply 111 to the high-pressure inlet valve 1 from a compressed air source is interrupted via the piston groove 50 to the compressed air supply 121 to the cylinder. Before the actual interruption according to the corresponding position of the piston 200 in the housing 300 has taken place, it can be provided for a further improvement in the operating behavior of the motor that the closing process is delayed again to a predetermined extent, so that a certain reloading effect Cylinder can be realized. This reloading usually happens in the cylinder at a time when the piston 200 in the cylinder of the internal combustion engine is already in its upward movement, ie in the compression phase. The advantage of using compressed combustion air in connection with the high-pressure inlet valve 1, as described above, is, inter alia, that after the corresponding cross sections have been released, the compressed compressed air spreads rapidly, since the compressed compressed air expands rapidly with a free cross section. This also supports the ability of the method according to the invention with the high-pressure inlet valve 1 that large amounts of air can be passed through in a short time unit. Combustion air can now be supplied to a respective cylinder in such a way that the entire combustion air is led in one inlet process for a cycle with a single introduction into the cylinder. In order to optimize, for example, the compression work to be performed by the piston 200, the high-pressure inlet valve 1 can be controlled in such a way that the combustion air is fed into the cylinder in several strokes, so to speak. Each individual burst of combustion air supplied can be varied with regard to the length of the opening of the high-pressure inlet valve 1, so that an influence can be exerted directly on the engine operation, specifically via the amount of combustion air introduced into the cylinder in a defined unit of time. Preferably two such shocks are hen hen. However, a large number of bursts of fresh air supplied can also be advantageous in terms of optimizing the overall process of operating the engine. If the combustion air is introduced in several bursts during the movement of the piston 200 in the cylinder on its way from bottom dead center to top dead center during the compression stroke, the amount of combustion air corresponds in total to that for total cycle required with which a reliable operation of the engine guaranteeing high efficiency of the internal combustion engine can be achieved.
Die Abdichtung des Kolbens 200 innerhalb des Gehäuses 300 erfolgt durch eine entsprechende Passung zwischen dem Kolben 200 und der Bohrung im Gehäuse 300. The piston 200 is sealed within the housing 300 by a corresponding fit between the piston 200 and the bore in the housing 300.
Das Hochdruckeinlassventil 1 ist vorzugsweise aus hochfesten und wärmebeständigen Alumini umlegierungen oder aus Stahl/Guss oder aus Keramikwerkstoffen aufgebaut, wobei für den Kolben 200 und das Gehäuse 300 auch unterschiedliche Materialien verwendet werden können. Denkbar ist auch eine Auswahl eines bestimmten Grundmaterials mit einer Beschichtung der jeweiligen Teile, um optimale Gleit- und Abdichteigenschaften des im Gehäuse 300 bewegten Kolbens 200 bei den hohen Drücken der zugeführten Verbrennungsluft zu erreichen. Neben einer ausgewählten Beschichtung ist auch eine unterschiedliche Wärmebehandlung der gegen einander in dem Hochdruckeinlassventil 1 sich bewegenden Teile denkbar. Zur Reibungsverrin gerung kann auch zwischen dem Kolben 200 und dem Gehäuse 300 eine Schmierung vorgese hen sein, wobei eine in den Figuren nicht dargestellte Zuführleitung zur Zuführung geringer Mengen an Schmierstoff vorgesehen sein kann. The high-pressure inlet valve 1 is preferably made of high-strength and heat-resistant aluminum alloys or of steel / cast iron or ceramic materials, wherein different materials can also be used for the piston 200 and the housing 300. A selection of a specific base material with a coating of the respective parts is also conceivable in order to achieve optimal sliding and sealing properties of the piston 200 moved in the housing 300 at the high pressures of the supplied combustion air. In addition to a selected coating, a different heat treatment of the parts moving against one another in the high-pressure inlet valve 1 is also conceivable. For friction reduction, lubrication can also be provided between the piston 200 and the housing 300, a feed line (not shown in the figures) for supplying small amounts of lubricant can be provided.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es zweckmäßig, das Hochdruckeinlassventil 1 an die Stelle herkömmlicher Einlassleitungen und Einlassventile im Zylinderkopf 26 einer Verbren nungskraftmaschine anzuschließen, wohingegen die Abgasventile und die Abgasleitungen in herkömmlicher Technik ausgebildet verbleiben können. Das Hochdruckeinlassventil 1 ist selbst verständlich auch für andere Arten der Zufuhr von Gasen in Räume anderer Einrichtungen an wendbar. For carrying out the method, it is expedient to connect the high-pressure inlet valve 1 to the place of conventional inlet lines and inlet valves in the cylinder head 26 of an internal combustion engine, whereas the exhaust valves and the exhaust lines can remain formed in conventional technology. The high pressure inlet valve 1 is of course also applicable to other types of supply of gases in rooms of other facilities.
Zur Realisierung entsprechend rascher Öffnungs- und Schließvorgänge des Hochdruckeinlass ventils 1 , damit das Verfahren effektiv durchgeführt werden kann, ist es auch möglich, dass der Kolben des Hochdruckeinlassventils 1 mit mechanischen Komponenten wie beispielsweise ei ner Nockenwelle betätigt wird. In order to implement correspondingly rapid opening and closing operations of the high-pressure inlet valve 1 so that the method can be carried out effectively, it is also possible for the piston of the high-pressure inlet valve 1 to be actuated with mechanical components such as, for example, a camshaft.
Trotz der vergleichsweise geringen Öffnungsquerschnitte auf der Seite der Druckluftzufuhr 111 zum Ventil können wegen der hohen Zufuhr mit Drücken von bis zu 150 bar große Luftmengen in den Verbrennungsraum eingeführt werden. Dies ist auch dadurch möglich, dass die Kompri mierung der Verbrennungsluft auf der Seite der Druckluftzufuhr 111 zum Ventil sich bereits im Ventil entspannt. Die Entspannung der Verbrennungsluft bereits im Ventil unterstützt sozusagen die„Fließgeschwindigkeit“ der Verbrennungsluft in Richtung auf die Druckluftzufuhr 121 zum Zylinder und in den Zylinder hinein, wodurch somit automatisch eine größere Menge Verbren nungsluft in der gleichen Zeiteinheit, d. h. ein größerer Massenstrom, in den Verbrennungsraum, den Zylinder 25, gefördert wird. Da der Schiebekolben 3 eine gesteuerte lineare Bewegung erfährt, können die Öffnungsquer schnitte über die Zeiteinheiten für den geöffneten Zustand des Hochdruckeinlassventils 1 auf einfache Art und Weise gesteuert werden. Despite the comparatively small opening cross sections on the side of the compressed air supply 111 to the valve, large amounts of air can be introduced into the combustion chamber at pressures of up to 150 bar due to the high supply. This is also possible in that the compression of the combustion air on the side of the compressed air supply 111 to the valve already relaxes in the valve. The relaxation of the combustion air already in the valve supports, so to speak, the “flow rate” of the combustion air in the direction of the compressed air supply 121 Cylinder and into the cylinder, thus automatically a larger amount of combustion air in the same time unit, ie a larger mass flow, is conveyed into the combustion chamber, the cylinder 25. Since the sliding piston 3 experiences a controlled linear movement, the opening cross sections can be controlled in a simple manner via the time units for the open state of the high-pressure inlet valve 1.
Bezugszeichenliste: Reference symbol list:
1 Hochdruckeinlassventil 1 high pressure inlet valve
2 Gehäuse 2 housings
3 Schiebekolben 3 sliding pistons
4 Zylindrischer Kolbenabschnitt 4 cylindrical piston section
5 Führungsabschnitt 5 guide section
6 Durchtrittsbereich 6 passage area
7 Schließposition 7 closed position
8 Durchlassposition 8 passage position
9 Verbrennungslufteinlass 9 combustion air intake
10 erster Druckbeaufschlagungsbereich 10 first pressurization area
1 1 zweiter Druckbeaufschlagungsbereich1 1 second pressurization area
12 Tellerventil / Schließteller 12 poppet valve / closing plate
13 Ringfläche 13 ring surface
14 Schaft 14 shaft
15 Führungssteg 15 guide bridge
16 leitschaufelartiger Steg 16 guide vane-like web
17 Lufteintrittskanäle 17 air intake ducts
18 Verbrennungsluftauslass 18 Combustion air outlet
19 Kammer 19 chamber
20 Entlüftungsbohrung 20 vent hole
21 Kolben-Ringnuten 21 piston ring grooves
22 Feder 22 spring
23 Öffnungshub Hochdruckeinlassventil 23 Opening stroke high pressure inlet valve
24 Steg zusätzlicher Kolben 24 bar of additional pistons
25 Brennraum / Zylinder 25 combustion chamber / cylinder
26 Zylinderkopf 26 cylinder head
27 Hochdruckleitung 27 high pressure line
28 Nocken / Nockenwelle 28 cams / camshaft
29 Auslassventil 29 exhaust valve
30 Kolben 30 pistons
31 Pleuel 31 connecting rods
32 Kolbenbolzen 32 piston pins
33 Einspritzdüse 33 injector
34 zusätzlicher Kolben Durchströmquerschnitt Stützring 34 additional pistons Flow cross-section support ring
Kontermutter Lock nut
Steuerkante Control edge
Kolbennut Piston groove
Deckplatte Cover plate
Entlüftungsbohrung Vent hole
Feder feather
Ventilkammer Valve chamber
Kolbenstößel Piston tappet
Kolbenhub Piston stroke
Druckluftzufuhr zum Ventil Druckluftzufuhr zum Zylinder Gehäuseausnehmung Kolben Compressed air supply to the valve Compressed air supply to the cylinder Piston housing recess
Gehäuse casing

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zum Einbringen von Verbrennungsluft in einen Zylinder einer Verbrennungs kraftmaschine, bei welchem die komplette Verbrennungsluft für den jeweiligen Zylinder mit tels eines im Zylinderkopf oder dessen Bereich angeordneten Hochdruckeinlassventils hin sichtlich zumindest ihres Massenstromes gesteuert in den Zylinder der Verbrennungskraft maschine derartig mit Hochdruck eingeführt wird, dass die Verbrennungsluft im Zylinder Gemischbildung und Ladungswechsel intensiviert, 1. A method for introducing combustion air into a cylinder of an internal combustion engine, in which the complete combustion air for the respective cylinder by means of a high-pressure inlet valve arranged in the cylinder head or its region is at least visibly controlled at least its mass flow into the cylinder of the internal combustion engine is introduced at high pressure that the combustion air in the cylinder intensifies mixture formation and charge change,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Massenstrom und die Temperatur und/oder der Druck der Verbrennungsluft ge messen werden und dass die Menge an Verbrennungsluft auf der Basis der Messergebnis se mit dem Hochdruckeinlassventil gesteuert in den Zylinder eingeführt wird und dass das mit einem Schiebekolben ausgebildete Hochdruckeinlassventil durch Verschieben des Schiebekolbens geöffnet oder geschlossen wird. that the mass flow and the temperature and / or the pressure of the combustion air are measured and that the quantity of combustion air is introduced into the cylinder in a controlled manner with the high-pressure inlet valve on the basis of the measurement results and that the high-pressure inlet valve designed with a sliding piston is opened by displacing the sliding piston or is closed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem die Verbrennungsluft während eines Kompressi onshubes im Bereich von oder ab dessen erstem Drittel eines jeweiligen Kolbens in den je weiligen Zylinder eingelassen wird. 2. The method according to claim 1, wherein the combustion air is admitted during a compression stroke in the region of or from the first third of a respective piston into the respective cylinder.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem die Verbrennungsluft während eines Kompressi onshubes in dessen oberem Totpunkt-Bereich eines jeweiligen Kolbens in den jeweiligen Zylinder eingelassen wird. 3. The method of claim 1, wherein the combustion air is admitted during a compression stroke in its top dead center region of a respective piston in the respective cylinder.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Verbrennungsluft während zumindest zweier Zeitbereiche des Kompressionshubes in den jeweiligen Zylinder einge lassen wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion air is left in the respective cylinder during at least two time ranges of the compression stroke.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Verbrennungsluft mit einem Druck im Bereich von 50 bis 150 bar in den Zylinder eingeführt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the combustion air is introduced into the cylinder at a pressure in the range of 50 to 150 bar.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das Hochdruckeinlassventil sein Schließen verzögert und so Verbrennungsluft in den Zylinder nachlädt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the high pressure inlet valve delays its closing and thus reloads combustion air into the cylinder.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem der Verbrennungsluft vor ihrem Einführen in den Zylinder Brennstoff zugeführt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the combustion air is supplied with fuel before it is introduced into the cylinder.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Brennstoff Verbrennungsgas und/oder flüssi ger Brennstoff ist. 8. The method of claim 7, wherein the fuel is combustion gas and / or liquid fuel.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Verbrennungsluft aus einem Druckbehälter dem Zylinder zugeführt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the combustion air is supplied to the cylinder from a pressure vessel.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die Verbrennungsluft einer Zwei takt- oder einer Viertaktverbrennungskraftmaschine zugeführt wird. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the combustion air is supplied to a two-stroke or a four-stroke internal combustion engine.
11. Hochdruckeinlassventil (1) zum Einbringen von hochvorverdichteter Verbrennungsluft in einen Brennraum (25) einer Verbrennungskraftmaschine, welches einen in einem Gehäuse (2) geführten Schiebekolben (3) mit zylindrischen Kolbenabschnitten (4) aufweist, deren axiale Länge auf axial sich erstreckende, dazu formkongruente Führungsabschnitte (5) im Gehäuse (2) derart abgestimmt sind, dass bei axialer Verschiebung des Schiebekolbens (3) zwischen den Führungsabschnitten (5) im Gehäuse (2) angeordnete Durchtrittsbereiche (6) für Verbrennungsluft in einer Schließposition (7) gesperrt sind und keine Verbrennungsluft in den Brennraum (25) einlassen und bei axialer Verschiebung in eine Durchlassposition (8) Verbrennungsluft durch einen Verbrennungslufteinlass (9) durch den Durchtritts bereich (6) in den Brennraum (25) einlassen, wobei der Schiebekolben (3) im Durchtritts bereich (6) zwei aufeinander zugewandte, als erster (10) und zweiter Druckbeaufschlagungsbereich (11) ausgebildete Bereiche aufweist, deren in eine Ebene projizierte Flächen gleich groß sind. 11. High-pressure inlet valve (1) for introducing highly pre-compressed combustion air into a combustion chamber (25) of an internal combustion engine, which has a sliding piston (3) guided in a housing (2) with cylindrical piston sections (4), the axial length of which extends axially, for this purpose Shape-matching guide sections (5) in the housing (2) are coordinated such that when the sliding piston (3) is axially displaced, passage areas (6) arranged between the guide sections (5) in the housing (2) are blocked for combustion air in a closed position (7) and Do not let any combustion air into the combustion chamber (25) and, in the event of axial displacement into a passage position (8), let combustion air through a combustion air inlet (9) through the passage area (6) into the combustion chamber (25), with the sliding piston (3) in the passage area (6) two mutually facing regions designed as first (10) and second pressurizing regions (11) has whose areas projected into a plane are the same size.
12. Hochdruckeinlassventil (1) zum Einbringen von hochvorverdichteter Verbrennungsluft in einen Brennraum (25) einer Verbrennungskraftmaschine, welches einen in einem Gehäuse12. High-pressure inlet valve (1) for introducing highly pre-compressed combustion air into a combustion chamber (25) of an internal combustion engine, which is in a housing
(2) geführten Schiebekolben (3) mit zylindrischen Kolbenabschnitten (4) aufweist, deren axiale Länge auf in axial sich erstreckende, dazu formkongruente Führungsabschnitte (5) im Gehäuse (2) derart abgestimmt sind, dass bei axialer Verschiebung des Schiebekolbens(2) guided sliding piston (3) with cylindrical piston sections (4), the axial length of which are coordinated with axially extending, correspondingly congruent guide sections (5) in the housing (2) such that when the sliding piston is axially displaced
(3) zwischen den Führungsabschnitten (5) angeordnete Durchtrittsbereiche (6) für Verbren nungsluft in einer Schließposition (7) gesperrt sind und keine Verbrennungsluft in den Brennraum (25) einlassen und bei axialer Verschiebung in eine Durchlassposition (8) Ver brennungsluft durch einen Verbrennungslufteinlass (9) durch die Durchtrittsbereiche (6) in den Brennraum (25) einlassen, wobei der Schiebekolben (3) in seinem Durchtrittsbereich (6) zwei aufeinander zugewandte, als erster (10) und zweiter Druckbeaufschlagungsbereich (11) ausgebildete Bereiche aufweist, deren in eine Ebene projizierte Flächen unterschied lich groß sind. (3) between the guide sections (5) arranged passage areas (6) for combustion air in a closed position (7) are blocked and do not admit combustion air into the combustion chamber (25) and with axial displacement into a passage position (8) combustion air through a combustion air inlet (9) through the passage areas (6) into the combustion chamber (25), the sliding piston (3) in its passage area (6) facing one another, the first (10) and the second pressure area (11) has trained areas, the projected areas in a plane are different in size.
13. Hochdruckeinlassventil (1) zum Einbringen von hochvorverdichteter Verbrennungsluft in einen Brennraum (25) einer Verbrennungskraftmaschine, welches einen in einem Gehäuse (2) geführten Schiebekolben (3) mit einem zylindrischen Kolbenabschnitt (4) aufweist, des sen axiale Länge auf einen axial sich erstreckenden, dazu form kongruenten Führungsab schnitt (5) im Gehäuse (2) derart abgestimmt ist, dass bei axialer Verschiebung des Schie bekolbens (3) der im Führungsabschnitt (5) geführte Kolbenabschnitt (4) einen im Gehäuse (2) angeordneten Durchtrittsbereich (6) für Verbrennungsluft in einer Schließposition (7) den Durchtritt von Verbrennungsluft in den Brennraum (25) sperrt und in einer Durchlassposition (8) den Durchtritt von Verbrennungsluft in den Brennraum (25) freigibt, wobei der Schiebe kolben (3) im Durchtrittsbereich (6) zwei aufeinander zugewandte, als erster (10) und zwei ter Druckbeaufschlagungsbereich (11) ausgebildete Bereiche aufweist, deren in eine Ebene projizierte Flächen senkrecht zur Längsachse des Schiebekolbens (3) gleich groß sind oder gering voneinander abweichen, und der erste Druckbeaufschlagungsbereich (10) in der Art eines Tellerventils (12) und der zweite Druckbeaufschlagungsbereich (11) als Ringfläche (13) ausgebildet sind. 13. High-pressure inlet valve (1) for introducing highly pre-compressed combustion air into a combustion chamber (25) of an internal combustion engine, which has a sliding piston (3) guided in a housing (2) with a cylindrical piston section (4), the axial length of which is axially defined extending, form-congruent guide section (5) in the housing (2) is coordinated such that when the sliding piston (3) is axially displaced, the piston section (4) guided in the guide section (5) has a passage area (6) arranged in the housing (2) ) for combustion air in a closed position (7) blocks the passage of combustion air into the combustion chamber (25) and in a passage position (8) enables the passage of combustion air into the combustion chamber (25), the sliding piston (3) in the passage area (6 ) has two mutually facing, as the first (10) and two ter pressurizing area (11) formed areas whose projected in a plane surfaces perpendicular to the longitudinal axis of the sliding piston (3) are the same size or differ slightly from one another, and the first pressurizing area (10) is designed in the manner of a poppet valve (12) and the second pressurizing area (11) is designed as an annular surface (13).
14. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der erste Druckbeauf schlagungsbereich (10) mit seiner Kontur am Verbrennungsluftauslass (18) für den Einlass der Verbrennungsluft in den Brennraum (25) in der Art eines Tellerventils (12) und der zwei te, dazu gegenüberliegende Druckbeaufschlagungsbereich (11) als Ringfläche (13) ausge bildet ist. 14. High pressure inlet valve (1) according to claim 11 or 12, wherein the first pressurization area (10) with its contour at the combustion air outlet (18) for the inlet of the combustion air into the combustion chamber (25) in the manner of a poppet valve (12) and two te, opposite pressure application area (11) as an annular surface (13) is formed.
15. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 11 oder 13 in der Alternative von gleich großem ersten und zweiten Druckbeaufschlagungsbereich (10, 11) und in der Alternative des als Tellerventil (12) ausgebildeten ersten Druckbeaufschlagungsbereiches (10), bei welchem der Schiebekolben (3) einen Schaft (14) aufweist, an welchem im Durchtrittsbereich (6) ein mit Stegen (24) versehener und zwischen den Stegen (24) Durchströmquerschnitte (35) für die Verbrennungsluft aufweisender zusätzlicher Kolben (34) vorgesehen ist, welcher den am Führungsabschnitt (5) geführten zylindrischen Kolbenabschnitt (4) führt, welcher Kol benabschnitt (4) eine solche axiale Länge aufweist, dass in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Schiebekolbens (3) der zusätzliche Kolben (34) den Durchtrittsbereich (6) zum Einlassen von Verbrennungsluft in den Brennraum (25) öffnet oder dichtend gegen einen Durchtritt von Verbrennungsluft schließt, wobei das Tellerventil (12) des Schiebekolbens (3) in seiner Schließlage im Ventiltellersitz zusätzlich dichtet. 15. High-pressure inlet valve (1) according to claim 11 or 13 in the alternative of the same size first and second pressure application area (10, 11) and in the alternative of the first valve application area (10) designed as a poppet valve (12), in which the sliding piston (3) has a shaft (14), on which an additional piston (34) is provided in the passage area (6), which is provided with webs (24) and has flow cross sections (35) for the combustion air between the webs (24) and which supports the piston (34) on the guide section (5 ) guided cylindrical piston section (4), which Kol benabschnitt (4) has such an axial length that, depending on the axial position of the sliding piston (3), the additional piston (34) the passage area (6) for admitting combustion air into the Combustion chamber (25) opens or closes sealingly against the passage of combustion air, the poppet valve (12) of the sliding piston (3) being in its closed position e additionally seals in the valve seat.
16. Hochdruckeinlassventil (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dessen Schiebekolben (3) an dem zylindrischen Kolbenabschnitt (4) eine ebene Ringfläche (13) aufweist. 16. High-pressure inlet valve (1) according to one of claims 13 to 15, the sliding piston (3) on the cylindrical piston section (4) has a flat annular surface (13).
17. Hochdruckeinlassventil (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei welchem der erste Druckbeaufschlagungsbereich (10) sich radial zwischen einem Schaft (14) und dem Füh rungsabschnitt (5) erstreckende Führungsstege (15) aufweist. 17. High-pressure inlet valve (1) according to one of claims 11 to 16, wherein the first pressurizing area (10) radially between a shaft (14) and the guide portion (5) extending guide webs (15).
18. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 17, bei welchem der erste Druckbeaufschla 18. High pressure inlet valve (1) according to claim 17, wherein the first pressurization
gungsbereich (10) zwischen Schaft (14) und Schließteller (12) zumindest mit einer Rich tungskomponente in axialer Richtung des Schiebekolbens (3) sich erstreckende leitschau felartige Stege (16) zum Erzielen einer definierten Richtung der Verbrennungsluft beim Ein lassen in den Brennraum (25) aufweist. area (10) between the shaft (14) and the closing plate (12) at least with a direction component in the axial direction of the sliding piston (3) extending guide vane-like webs (16) to achieve a defined direction of the combustion air when entering the combustion chamber (25 ) having.
19. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der erste (10) und der zweite Druckbeaufschlagungsbereich (11) ihrem jeweiligen axial sich erstreckenden zylind rischen Kolbenabschnitt (4) zugeordnet sind, welcher im jeweiligen Führungsabschnitt (5) im Gehäuse (2) geführt ist und den Durchtrittsbereich (6) begrenzen, wobei der sich vom ersten Druckbeaufschlagungsbereich (10) erstreckende zylindrische Kolbenabschnitt (4) bei der axialen Verschiebung des Schiebekolbens (3) im Gehäuse (2) angeordnete Luftein trittskanäle (17) öffnet oder schließt. 19. High-pressure inlet valve (1) according to claim 11 or 12, in which the first (10) and the second pressurizing region (11) are assigned to their respective axially extending cylindrical piston section (4), which in the respective guide section (5) in the housing ( 2) is guided and limit the passage area (6), the cylindrical piston section (4) extending from the first pressurization area (10) opening or closing air inlet channels (17) during the axial displacement of the sliding piston (3) in the housing (2) .
20. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 19, bei welchem die Lufteintrittskanäle (17) im Gehäuse (2) sich ringförmig mit definiertem Abstand zueinander in axialer Richtung, in zu einander konvergierender Richtung oder in zueinander divergierender Richtung auf den Brennraum (25) erstrecken. 20. High-pressure inlet valve (1) according to claim 19, wherein the air inlet channels (17) in the housing (2) extend annularly at a defined distance from one another in the axial direction, in a converging direction or in a diverging direction to the combustion chamber (25).
21. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der durch den ersten (10) und den zweiten Druckbeaufschlagungsbereich (11) begrenzte Durchtrittsbereich für die Verbrennungsluft im Gehäuse (2) einen Verbrennungslufteinlass (9) und einen Verbren nungsluftauslass (18) aufweist, welche Bereiche in axialer Richtung des Schiebekolbens (3) versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Verbrennungslufteinlass (9) mittels eines sich von dem ersten Druckbeaufschlagungsbereich (10) erstreckenden, im Gehäuse (2) in dem Führungsabschnitt (5) geführten zylindrischen Kolbenabschnittes (4) je nach Position des Schiebekolbens (3) für die Verbrennungsluft gesperrt oder geöffnet wird. 21. High-pressure inlet valve (1) according to claim 11 or 12, wherein the passage area for the combustion air in the housing (2) delimited by the first (10) and the second pressurization area (11) has a combustion air inlet (9) and a combustion air outlet (18). Which areas are arranged offset to one another in the axial direction of the sliding piston (3), the combustion air inlet (9) being guided by means of a cylindrical piston section (9) extending from the first pressurizing area (10) and guided in the housing (2) in the guide section (5). 4) depending on the position of the sliding piston (3) for the combustion air is blocked or opened.
22. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 21 , bei welchem die den Druckbeaufschla gungsbereichen (10, 11) jeweils zugeordneten zylindrischen Kolbenabschnitte (4) bei Ver schiebung des Schiebekolbens (3) in jeweilige Kammern (19) im Gehäuse (2) eintauchen, welche Entlüftungsbohrungen (25) aufweisen, über welche beim Eintauchen der zylindri schen Kolbenabschnitte (4) in die jeweilige Kammer (19) unter Druck gesetzte Luft ent weicht. 22. High-pressure inlet valve (1) according to claim 21, in which the pressure application areas (10, 11) respectively assigned cylindrical piston sections (4) upon displacement of the sliding piston (3) into respective chambers (19) in the housing (2), which Have ventilation bores (25), via which pressurized air escapes when the cylindrical piston sections (4) are immersed in the respective chamber (19).
23. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 21 oder 22, bei welchem der Verbrennungsluf teinlass (9) und/oder der Verbrennungsluftauslass (18) einen kreisförmigen, länglichen oder elliptischen Querschnitt aufweist bzw. aufweisen. 23. High pressure inlet valve (1) according to claim 21 or 22, wherein the combustion air inlet (9) and / or the combustion air outlet (18) has or have a circular, elongated or elliptical cross section.
24. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 23, bei welchem die zylindrischen Kolbenab schnitte (4) in der Art von schmiermittelaufnehmenden Kolben-Ringnuten (21) ausgebildet sind. 24. High-pressure inlet valve (1) according to claim 23, wherein the cylindrical Kolbenab sections (4) are designed in the manner of lubricant-absorbing piston ring grooves (21).
25. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem die in eine Ebene proji zierten Flächen des ersten (10) und des zweiten Druckbeaufschlagungsbereiches (11) ma ximal 20 % voneinander verschieden sind. 25. High-pressure inlet valve (1) according to claim 12 or 13, in which the projected surfaces in one plane of the first (10) and the second pressurizing area (11) are max. 20% different from one another.
26. Hochdruckeinlassventil (1) nach Anspruch 12 oder 13 in der Alternative von ungleich groß ausgebildeten Druckbeaufschlagungsbereichen (10, 11) und der Alternative des als Teller ventil (12) ausgebildeten ersten Druckbeaufschlagungsbereiches (10), bei welchem der Durchtrittsbereich (6) durch das Tellerventil (12) zum Brennraum (25) hin und durch den zy lindrischen Kolbenbereich (4) am Schaft (14) zur federbelasteten Seite des Schiebekolbens (3) hin in der Schließposition (7) abgedichtet ist, wobei der zweite Druckbeaufschlagungs bereich (11) des zylindrischen Kolbenabschnittes (4) derart größer ist als der wirksame ers te Druckbeaufschlagungsbereich (10) in Form eines Ventiltellers des Tellerventils (12), dass der Ventilteller gegen den Brennraum (25) durch den Verbrennungsluftdruck abdichtet. 26. High-pressure inlet valve (1) according to claim 12 or 13 in the alternative of unequal sized pressurization areas (10, 11) and the alternative of a plate valve (12) designed first pressurization area (10), in which the passage area (6) through the The poppet valve (12) is sealed towards the combustion chamber (25) and through the cylindrical piston area (4) on the shaft (14) towards the spring-loaded side of the sliding piston (3) in the closed position (7), the second pressurizing area (11) of the cylindrical piston section (4) is greater than the effective first pressurizing area (10) in the form of a valve plate of the poppet valve (12) that the valve plate seals against the combustion chamber (25) by the combustion air pressure.
27. Hochdruckeinlassventil (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei welchem der Schiebe kolben (3) so ausgebildet ist, dass dieser zumindest am Ende seiner Schließbewegung dem Tellerventil (12) eine radiale Bewegungskomponente verleiht. 27. High-pressure inlet valve (1) according to one of claims 13 to 17, in which the sliding piston (3) is designed such that it gives the poppet valve (12) a radial movement component at least at the end of its closing movement.
28. Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Zylinderkopf (26) angeordneten Hochdru ckeinlassventil (1) zum Einlassen von Verbrennungsluft mit hohem Druck in einen Brenn raum (25) mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, welches in der Art ei nes Einlassventils zwischen einer Hochdruckleitung (27) und dem Brennraum (25) ange- ordnet ist und mittels welchem die Verbrennungsluft von einer Hochdruckleitung (27) über einen Durchtrittsbereich (6) des Hochdruckeinlassventils (1) in den Brennraum (25) einlass bar ist, wobei das Hochdruckeinlassventil (1) bezogen auf die Längsachse des Zylinders (25) im Zylinderkopf (26) stehend angeordnet ist. 28. Internal combustion engine with a high-pressure inlet valve (1) arranged in a cylinder head (26) for admitting combustion air at high pressure into a combustion chamber (25) with the features according to one of claims 1 to 18, which is in the manner of an intake valve between a high pressure line (27) and the combustion chamber (25) is arranged and by means of which the combustion air can be admitted from a high-pressure line (27) via a passage area (6) of the high-pressure inlet valve (1) into the combustion chamber (25), the high-pressure inlet valve (1) in relation to the longitudinal axis of the cylinder (25) Cylinder head (26) is arranged upright.
29. Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Zylinderkopf (27) angeordneten Hochdru ckeinlassventil (1) zum Einlassen von Verbrennungsluft mit hohem Druck in einen Brenn raum (25) mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, welches in der Art ei nes Einlassventils zwischen einer Hochdruckleitung (27) und dem Brennraum (25) ange ordnet ist und mittels welchem die Verbrennungsluft von einer Hochdruckleitung (27) über einen Durchtrittsbereich (6) des Hochdruckeinlassventils (1) in den Brennraum (25) einlass bar ist, wobei das Hochdruckeinlassventil (1) bezogen auf die Längsachse des Zylinders (25) im Zylinderkopf (26) liegend angeordnet ist. 29. Internal combustion engine with a in a cylinder head (27) arranged high pressure inlet valve (1) for admitting combustion air at high pressure into a combustion chamber (25) with the features according to one of claims 1 to 17, which in the manner of an intake valve between a high-pressure line (27) and the combustion chamber (25) is arranged and by means of which the combustion air from a high-pressure line (27) via a passage area (6) of the high-pressure inlet valve (1) into the combustion chamber (25) is inlet, the high-pressure inlet valve ( 1) is arranged lying in the cylinder head (26) with respect to the longitudinal axis of the cylinder (25).
30. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 28 oder 29, bei welcher der Schiebekolben (3) des Hochdruckeinlassventils (1) mit einer Feder (22) belastet ist und zum Verschieben sei nes Schiebekolbens (3) aus einer einen Durchtritt von Verbrennungsluft in den Brennraum (25) sperrenden in eine den Durchtritt von Verbrennungsluft in den Brennraum (25) freige benden Position ein gegen die Federkraft wirkender Nocken einer Nockenwelle vorgesehen ist. 30. Internal combustion engine according to claim 28 or 29, in which the sliding piston (3) of the high-pressure inlet valve (1) is loaded with a spring (22) and for displacing its sliding piston (3) from a passage of combustion air into the combustion chamber (25) blocking a passage of the combustion air into the combustion chamber (25) free bend position acting against the spring force cam of a camshaft is provided.
31. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 28 bis 30, bei welcher das mit ei nem Druck im Bereich von 2 bis 20 MPa arbeitende Hochdruckeinlassventil (1) derart steu erbar und die Verbrennungsluft derart in den Zylinder (25) einlassbar ist, dass für einen La dungswechsel bei einem Viertaktmotor kein separater Takt erforderlich ist und dass Ge mischbildung im Zylinder (25) über den Druck, mit welchem die Verbrennungsluft über das Hochdruckeinlassventil (1) in den Brennraum (25) eingelassen wird, hinsichtlich der einge spritzten Kraftstoffmenge steuerbar ist. 31. Internal combustion engine according to one of claims 28 to 30, in which the high-pressure inlet valve (1) working with a pressure in the range from 2 to 20 MPa is controllable and the combustion air can be admitted into the cylinder (25) in such a way that for a La Change of use in a four-stroke engine does not require a separate stroke and that mixture formation in the cylinder (25) can be controlled with respect to the injected fuel quantity in the cylinder (25) via the pressure with which the combustion air is admitted into the combustion chamber (25) via the high-pressure inlet valve (1).
EP20701981.1A 2019-01-29 2020-01-23 Method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, high-pressure inlet valve therefor and internal combustion engine having such a high-pressure inlet valve Withdrawn EP3918186A2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019201123.3A DE102019201123A1 (en) 2019-01-29 2019-01-29 Method for introducing combustion air into a cylinder of an internal combustion engine
DE102019202318.5A DE102019202318A1 (en) 2019-02-20 2019-02-20 HIGH PRESSURE INTAKE VALVE FOR INTRODUCING HIGHLY COMPRESSED COMBUSTION AIR INTO A COMBUSTION CHAMBER OF A COMBUSTION ENGINE AND COMBUSTION ENGINE WITH SUCH A HIGH PRESSURE INTAKE VALVE
PCT/EP2020/051598 WO2020156915A2 (en) 2019-01-29 2020-01-23 Method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, high-pressure inlet valve therefor and internal combustion engine having such a high-pressure inlet valve

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3918186A2 true EP3918186A2 (en) 2021-12-08

Family

ID=69192072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20701981.1A Withdrawn EP3918186A2 (en) 2019-01-29 2020-01-23 Method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, high-pressure inlet valve therefor and internal combustion engine having such a high-pressure inlet valve

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220090522A1 (en)
EP (1) EP3918186A2 (en)
JP (1) JP2022518831A (en)
KR (1) KR20210114980A (en)
CN (1) CN113383155A (en)
AU (1) AU2020214459A1 (en)
CA (1) CA3128284A1 (en)
MX (1) MX2021008828A (en)
WO (1) WO2020156915A2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113984956B (en) * 2021-09-22 2023-10-24 华北电力大学 Fly ash carbon content measuring system and method for realizing controllable ash taking and carbon measurement

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE246312C (en) *
US1103901A (en) * 1912-01-12 1914-07-14 Fischer Motor Corp Combustion-engine.
US1426560A (en) * 1919-10-01 1922-08-22 James B Fisher Valve
US1719816A (en) * 1927-02-09 1929-07-02 Rocco Chiusano System of valves relating to internal-combustion engines
GB276243A (en) * 1927-02-22 1927-08-25 Frederick William Dufwa Improvements in, or relating to, the valves and valve gear of internal combustion engines
US1922678A (en) * 1928-10-22 1933-08-15 Gen Motors Res Corp Slide valve engine
FR1141209A (en) * 1955-02-25 1957-08-28 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Exhaust valve for internal combustion engines
US3148668A (en) * 1963-02-27 1964-09-15 Carlo Bianchi & Company Inc Internal combustion engine
DE1947013A1 (en) * 1969-09-17 1971-03-25 Daimler Benz Ag Device for generating a rotary movement in a valve of an internal combustion engine
DE2716309A1 (en) * 1977-04-13 1978-10-19 Int Harvester Co Inlet valve passage for IC engine - has insert with guide blades to impart turbulence to entering mixture
US4307687A (en) * 1979-12-10 1981-12-29 Edward Holstein Internal combustion engines
JPS6419170A (en) * 1987-07-10 1989-01-23 Shinnensho System Kenkyusho High pressure air supply device for internal combustion engine
JPH01138367A (en) * 1987-11-26 1989-05-31 Hino Motors Ltd Internal combustion engine equipped with auxiliary air injector
DE4225991C2 (en) * 1991-08-16 1998-01-29 Hans Villinger High pressure air fuel injector for a diesel internal combustion engine
GB2267124B (en) * 1992-04-28 1995-09-20 Harry Leslie James Dixon Internal combustion engine valve gear and cylinder head
DE4401828B4 (en) * 1994-01-22 2004-02-19 Robert Bosch Gmbh Method and device for predicting a future load signal in connection with the control of an internal combustion engine
JP3224721B2 (en) * 1995-09-18 2001-11-05 三菱重工業株式会社 Combustion device for direct injection diesel engine
JPH10122092A (en) * 1996-10-14 1998-05-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Combustion system for direct injection diesel engine
WO1998042174A2 (en) * 1997-03-21 1998-10-01 Jaime Ruvalcaba Improved internal combustion engine
DE19735315A1 (en) * 1997-08-14 1999-02-18 Bayerische Motoren Werke Ag Hot gas engine with a cam-controlled, shaft-guided inlet valve
GB2340881B (en) * 1998-08-19 2000-07-19 Benzion Olsfanger An internal combustion engine
US6269827B1 (en) * 1999-10-07 2001-08-07 Eaton Corporation Electrically operated pressure control valve
DE602005003173T2 (en) * 2004-07-14 2008-08-21 Jtekt Corp. Electromagnetic valve
GB2425808A (en) * 2005-05-06 2006-11-08 Sergio Gutierrez Supercharged two-stroke engine with separate direct injection of air and fuel
AU2006292105B2 (en) * 2005-09-23 2011-03-17 Jp Scope, Inc. Valve apparatus for an internal combustion engine
SE531265C2 (en) * 2006-01-16 2009-02-03 Cargine Engineering Ab Method and apparatus for driving a valve to the combustion chamber of an internal combustion engine, and an internal combustion engine
US8079339B2 (en) * 2006-07-10 2011-12-20 Mack Trucks, Inc. Reciprocable member with anti-float arrangement
US20080011268A1 (en) * 2006-07-17 2008-01-17 The Weinberger Group Intake valve for a combustion engine
JP2008248735A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Toyoda Gosei Co Ltd Intake valve
US20080264393A1 (en) * 2007-04-30 2008-10-30 Sturman Digital Systems, Llc Methods of Operating Low Emission High Performance Compression Ignition Engines
DE102007021109A1 (en) * 2007-05-03 2008-11-13 Jan Mendzigall Valve for internal combustion engine, is ideally brought, clocked by drive, into one position for closing or opening combustion chamber
MX2009013038A (en) * 2007-08-13 2010-01-20 Scuderi Group Llc Pressure balanced engine valves.
US7954472B1 (en) * 2007-10-24 2011-06-07 Sturman Digital Systems, Llc High performance, low emission engines, multiple cylinder engines and operating methods
US7958864B2 (en) * 2008-01-18 2011-06-14 Sturman Digital Systems, Llc Compression ignition engines and methods
US8360395B2 (en) * 2008-11-07 2013-01-29 Dragon America Motor Technologies, Inc. Sliding valve assembly
US8596230B2 (en) * 2009-10-12 2013-12-03 Sturman Digital Systems, Llc Hydraulic internal combustion engines
DE102009047623A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-09 Robert Bosch Gmbh Electromagnetically actuated slide valve with integrated safety function
DE102010047112A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Internal combustion engine has compressing group consisting of compression cylinder, expanding group having two expansion cylinders, and heat exchanger arranged between compressing group and expanding group
CN102620037B (en) * 2012-03-30 2013-06-05 烟台卡伦特机械制造有限公司 Integrated pressure regulating switching valve
CN103422929B (en) * 2012-05-24 2015-10-28 北京星旋世纪科技有限公司 Balancing seal valve and valve system thereof
DE102014116944A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-19 A2C Software Gmbh internal combustion engine
CN104929718A (en) * 2015-06-27 2015-09-23 胡学文 Pressure self-balancing inlet valve set of pneumatic engine
CN106499456A (en) * 2015-09-08 2017-03-15 熵零股份有限公司 A kind of external-open charge valve and its electromotor
JP6477410B2 (en) * 2015-10-19 2019-03-06 株式会社デンソー Solenoid valve for hydraulic control
DE102016107773A1 (en) * 2016-03-09 2017-09-14 Hilite Germany Gmbh hydraulic valve
DE102016107922A1 (en) * 2016-04-28 2017-11-02 Klaus Ortlieb Inlet exhaust control device of the cylinders of an internal combustion engine
US9850856B1 (en) * 2016-06-16 2017-12-26 Next Generation Engines Llc Power system with internal combustion engine
DE102016219101B4 (en) * 2016-09-30 2021-05-06 Erwin Junker Grinding Technology A.S. PISTON COMBUSTION ENGINE WITH DEVICE TO INCREASE YOUR TORQUE

Also Published As

Publication number Publication date
US20220090522A1 (en) 2022-03-24
WO2020156915A2 (en) 2020-08-06
AU2020214459A1 (en) 2021-08-12
WO2020156915A3 (en) 2020-12-03
KR20210114980A (en) 2021-09-24
CN113383155A (en) 2021-09-10
JP2022518831A (en) 2022-03-16
WO2020156915A9 (en) 2021-01-21
CA3128284A1 (en) 2020-08-06
MX2021008828A (en) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3310548C2 (en)
DE10311358B4 (en) Reciprocating internal combustion engine, method for their operation and apparatus for adjusting the lifting function of a charge exchange valve
DE4220200C2 (en) Four stroke internal combustion engine
DE69533226T2 (en) TWIN PISTON internal combustion engine
DE3318136A1 (en) CHARGING DEVICE FOR CHARGING COMBUSTION ENGINES
DE3151953A1 (en) EXTENDABLE, HYDRAULIC VALVE TUNEL WITH A VARIABLE EXHAUST VALVE
DE102012005922B4 (en) Piston for a reciprocating internal combustion engine
DE60022668T2 (en) TWO-STROKE MOTOR WITH VARIABLE FORCED VENTILATION
DE10360920B3 (en) reciprocating
EP3918186A2 (en) Method for introducing highly precompressed combustion air into a combustion chamber of an internal combustion engine, high-pressure inlet valve therefor and internal combustion engine having such a high-pressure inlet valve
EP3084197B1 (en) Method for operating a reciprocating internal combustion engine
DE4235620A1 (en) Valve lift adjusting device for IC engines and compressors - has adjusting element controlled by pressure medium, and connected to valve lifter
DE19925445A1 (en) Reciprocating piston internal combustion engine has inlet valve installed in piston, and stop is provided to open valve when coming into contact with valve stem when piston is in bottom dead centre position
DE102004005518A1 (en) Engine`s e.g. internal combustion engine, operation controlling method, involves applying charge to combustion chamber, and isothermally compressing charge outside chamber under simultaneous release of heat caused by compression
DE102019128935B4 (en) Internal combustion engine and method for operating an internal combustion engine
DE102019122325B4 (en) Reciprocating internal combustion engine with double crank drive and variable timing
WO1999064734A1 (en) Engine
DE102008047507B4 (en) Piston, internal combustion engine and method of manufacturing a piston
DE102019202318A1 (en) HIGH PRESSURE INTAKE VALVE FOR INTRODUCING HIGHLY COMPRESSED COMBUSTION AIR INTO A COMBUSTION CHAMBER OF A COMBUSTION ENGINE AND COMBUSTION ENGINE WITH SUCH A HIGH PRESSURE INTAKE VALVE
DE3842802A1 (en) Double-piston assembly, especially internal combustion engine
DE102016005538B3 (en) Two-stroke internal combustion engine
DE2110778B2 (en) DEVICE FOR INSERTING FUEL INTO A TWO-STROKE COMBUSTION ENGINE
DE3223280A1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE ARRANGEMENT
DE3421779A1 (en) Port-controlled two-stroke engine
DE19705178A1 (en) Reciprocating piston internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210802

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20230801