DE10218739A1

DE10218739A1 - Exhaust device for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE10218739A1
Application number: DE10218739A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Seethaler; Christian Guist
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-13
Also published as: EP1361343A1

Abstract

Zweistufiges Auslassventil für eine Brennkraftmaschine mit zuerst öffnenden einer Nebenstufe zum Druckausgleich und einer anschließend öffnenden Hauptstufe zur Volumenabfuhr.Two-stage exhaust valve for an internal combustion engine with a first opening of an auxiliary stage for pressure equalization and a subsequently opening main stage for volume removal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auslasseinrichtung für den druckbeaufschlagbaren Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend ein gegen den im Brennraum vorherrschenden Druck öffnendes erstes Stellelement. The invention relates to an outlet device for the pressurizable Combustion chamber of an internal combustion engine comprising one against the Combustion chamber prevailing pressure-opening first control element.

Zur Steuerung der Ein- und Auslassöffnungen von Brennkraftmaschinenzylindern werden üblicherweise Tellerventile verwendet. Während des Verdichtungs- und Expansionstaktes schließen die Tellerventile den Brennraum druckdicht ab, sie Öffnen während der Ladungswechseltakte, wobei ein schneller und effektiver Ladungswechsel angestrebt wird. Zur Steigerung der Ladungswechseleffektivität sind im Stand der Technik beispielsweise mit der DE 41 28 328 A1 sogenannte Zweistromventile bekannt geworden. To control the inlet and outlet openings of Internal combustion engine cylinders are commonly used with poppet valves. They close during the compression and expansion cycle Disc valves close the combustion chamber pressure-tight, they open during the Charge change cycles, whereby a quick and effective charge change is sought. To increase the charge exchange effectiveness are in State of the art, for example, with DE 41 28 328 A1 Two-flow valves have become known.

Das in der DE 41 28 328 A1 beschriebene Zweistromventil erhöht den Nutzwirkungsgrad bzw. verringert den Leistungsverlust bei Brennkraftmaschinen, indem ein verbesserter Füllungsgrad aufgrund verringerter Wirbelbildung vor dem Ventileinlass erreicht wird. Das aus zwei Dichteinheiten bestehende Zweistromventil weist ein großes Durchlassvermögen und einen verminderten Strömungswiderstand auf. The two-flow valve described in DE 41 28 328 A1 increases the Efficiency or reduces the loss of performance Internal combustion engines, due to an improved fill level reduced vortex formation is achieved before the valve inlet. That from two Sealing units existing two-flow valve has a large one Permeability and a reduced flow resistance.

Gemäß der DE 41 28 328 A1 sind ein äußeres Ringventil und ein koaxial zu diesem angeordnetes innenliegendes Tellerventil vorgesehen, beide Ventile sind jeweils mit einer Feder in Schließrichtung vorgespannt. Eine Öffnungsbetätigung erfolgt mittels eines Nockens unter Zwischenschaltung einer Hebelanordnung. Die Hebelanordnung ermöglich ein axialsynchronisiertes Öffnen des äußeren Ringventils einerseits und des innenliegenden Tellerventils andererseits. According to DE 41 28 328 A1, an outer ring valve and a coaxial this arranged internal poppet valve provided, both valves are each biased with a spring in the closing direction. A Opening is carried out by means of a cam with interposition a lever arrangement. The lever arrangement enables one axially synchronized opening of the outer ring valve on the one hand and the internal poppet valve on the other hand.

Die in der DE 41 28 328 A1 gezeigte Anordnung zielt auf eine verbesserte Befüllung des Zylinder über den Zylindereinlass ab, wobei beide Stufen des zweistufigen Einlassventils zugleich synchronisiert geöffnet werden und insgesamt ein aufgrund der Ventilausbildung vorteilhaft gestalteter Einlass freigegeben wird. The arrangement shown in DE 41 28 328 A1 aims for an improved Filling the cylinder from the cylinder inlet, with both stages of the two-stage inlet valve can be opened and synchronized at the same time overall, an inlet which is advantageously designed on account of the valve design is released.

Das offenbarte Zweistromventil berücksichtigt in keiner Weise die während Ansaug-, Kompressions-, Expansions- und Ausstoßtakt wechselnden Druckverhältnisse im Brennraum des Zylinders in Hinblick auf ein schnelles Öffnen mit geringem Kraftaufwand und bezieht sich lediglich auf den Zylindereinlass. The disclosed two-flow valve in no way takes into account the during Suction, compression, expansion and exhaust stroke alternating Pressure ratios in the combustion chamber of the cylinder with a view to a quick one Open with little effort and only refers to the Cylinder inlet.

Des Weiteren sind im Stand der Technik seit langem sowohl mechanisch mittels Nocken als auch elektromagnetisch betätigte Tellerventile zur Ein- und Auslasssteuerung bei Brennkraftmaschinen bekannt. In diesem Zusammenhang wird in Bezug auf den technologischen Hintergrund auf die DE-OS 23 35 150 sowie auf die DE-OS 22 49 310 verwiesen. Aufgrund des bei Viertaktbrennkraftmaschinen beim Übergang vom Expansions- zum Ausstoßtakt im Brennraum noch vorherrschenden Druckes muss bei einer Öffnungsbewegung zusätzlich zu den ohnehin vorhandenen Gegenkräften, wie beispielsweise Feder- und/oder Reibungskraft, die druckbedingte Gaskraft überwunden werden, hieraus ergeben sich Verluste. Insbesondere bei elektromagnetisch betätigten Ventilen wirkt sich dies unmittelbar auf die Leistung des elektromagnetischen Aktuators und somit auf die beim Betrieb entstehende Wärme sowie auf dessen Baugröße sehr negativ aus. Furthermore, the state of the art has long been both mechanical by means of cams and electromagnetically actuated poppet valves for and exhaust control in internal combustion engines. In this Is related to the technological background in relation to the DE-OS 23 35 150 and referred to DE-OS 22 49 310. Because of the in four-stroke internal combustion engines in the transition from expansion to The exhaust cycle in the combustion chamber must still be at a pressure Opening movement in addition to the already existing counter forces, such as spring and / or friction force, the pressure-related Gas power can be overcome, resulting in losses. In particular in the case of electromagnetically operated valves, this has a direct effect on the Performance of the electromagnetic actuator and thus on that during operation the resulting heat and its size are very negative.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den druckbeaufschlagbaren Brennraum einer Brennkraftmaschine eine Auslasseinrichtung bereitzustellen, welche unter Berücksichtigung der während Kompressions-, Expansions- und Ladungswechseltakt wechselnden Druckverhältnisse ein schnelles und frühes Öffnen unter Vermeidung von Verlusten mit nur geringen Betätigungskräften ermöglicht. The invention is based, for the pressurizable task Combustion chamber of an internal combustion engine has an outlet device to provide which, taking into account the during compression, Expansion and charge change cycle changing pressure ratios quick and early opening with avoidance of losses with only low operating forces.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels eines zweistufigen Ventils gemäß dem Anspruch 1, wobei die zugrundeliegende Idee den Gedanken umfasst, ein zeitlich vor dem ersten Stellelement öffnendes zweites Stellelement vorzusehen. The task is solved by means of a two-stage valve according to claim 1, wherein the underlying idea comprises the idea a second actuating element that opens before the first actuating element provided.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous refinements and developments are the subject of Dependent claims.

Sehr von Vorteil ist es, wenn schwerpunktmäßig die Funktion des zweiten Stellelementes im Wesentlichen ausgehend vom Brennraum den Druckabbau in Richtung Auslass und die Funktion des ersten Stellelementes im Wesentlichen die Abfuhr des verbrannten Ladungsvolumens in Richtung Auslass umfasst. It is very advantageous if the focus is on the function of the second Actuating element essentially starting from the combustion chamber Pressure reduction towards the outlet and the function of the first control element essentially the discharge of the burned charge volume in the direction Outlet includes.

Zweckmäßiger Weise ist in diesem Zusammenhang mittels des zweiten Stellelementes ein nur geringer und mittels des ersten Stellelementes ein großer Auslassquerschnitt freigebbar, wobei der freigebbare Querschnitt des ersten Stellelementes in jedem Fall kleiner ist, als der Querschnitt des zweiten Stellelementes. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Querschnitte von erstem und zweiten Stellelement zueinander etwa 3,5 : 1 bis 7 : 1, insbesondere 4 : 1 bis 6 : 1. In this context it is expedient to use the second Adjustment element only a small one and by means of the first control element large outlet cross section can be released, the releasable cross section of the first actuating element is in any case smaller than the cross section of the second actuator. The ratio is preferably Cross sections of the first and second actuating elements to each other about 3.5: 1 to 7: 1, especially 4: 1 to 6: 1.

Als sehr vorteilhaft hat sich erwiesen, das erste und das zweite Stellelement mittels einer Federanordnung derart zu verbinden, dass eine elastische Koppelung erreicht wird. The first and the second actuating element have proven to be very advantageous to connect by means of a spring arrangement such that an elastic Coupling is achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine mit dem ersten Stellelement zusammenwirkende Betätigungseinrichtung vorgesehen. Einem weiteren, ebenfalls zu bevorzugenden Ausführungsbeispiel zufolge wirkt die Betätigungseinrichtung mit dem zweiten Stellelement zusammen. Zweckmäßig ist es ebenfalls, zur Betätigung des ersten und des zweiten Stellelementes jeweils eine Betätigungseinrichtung vorzusehen. According to a preferred embodiment of the invention, one with the first actuator cooperating actuator is provided. According to another exemplary embodiment which is also preferred the actuator interacts with the second actuator. It is also expedient to actuate the first and the second Actuating element to provide an actuator.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei einer Betätigung zuerst das zweite Stellelement geöffnet, wobei die Federanordnung gespannt und nachfolgend das erste Stellelement geöffnet wird.; dabei öffnet das erste Stellelement erst, wenn das zweite Stellelement vollständig geöffnet ist. Jedoch kann es in einem anderen Ausführungsbeispiel durchaus auch von Vorteil sein, wenn das erste Stellelement Bereits öffnet, bevor das zweite Stellelement vollständig geöffnet ist. In the preferred embodiment, this is the first when actuated second actuating element opened, the spring arrangement being tensioned and subsequently the first control element is opened .; the first one opens Control element only when the second control element is fully open. However, in another embodiment it can also be done by Be an advantage if the first actuator opens before the second Control element is fully open.

Entsprechend einer besonders zu bevorzugenden Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher das erste Stellelement als Tellerventil ausgebildet ist, ist das zweite Stellelement ein konzentrisch zu diesem angeordnetes, zu ihm in axialer Richtung um einen vorbestimmten Betrag relativ verschiebbares, einen geringeren Durchmesser aufweisendes Ventil. Die Relativverschiebung ist vorzugsweise durch mechanische Anschläge begrenzt. According to a particularly preferred embodiment of the Invention, in which the first control element is designed as a poppet valve, the second actuating element is arranged concentrically to it, to it relatively displaceable in the axial direction by a predetermined amount, valve with a smaller diameter. The Relative displacement is preferably due to mechanical stops limited.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Schaft des ersten Stellelementes im unteren Bereich in einen Stößel- und einen Fußbereich geteilt und Stößel- und Fußbereich sind unter Zwischenschaltung der Federanordnung in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar, wobei das zweite Stellelement dem Stößelbereich zugeordnet ist. Demzufolge ist das zweite Stellelement gegenüber dem Fußbereich entsprechend dem Ventilteller des ersten Stellelementes relativverschiebbar. According to an advantageous development, the shaft of the first Control element in the lower area in a plunger and a foot area divided and plunger and foot area are interposed Spring arrangement displaceable in the axial direction relative to one another, wherein the second control element is assigned to the tappet area. As a result the second control element opposite the foot area corresponding to the Valve plate of the first actuator is relatively displaceable.

Gemäß einer alternativen Weiterbildung ist das erste Stellelement rohrförmig ausgebildet ist und das zweite Stellelement über dessen gesamte Länge nach oben hindurchgeführt. According to an alternative development, the first actuating element is tubular is formed and the second control element over its entire length passed upwards.

Vorzugsweise weist das erste Stellelement in seinem Fußbereich koaxial eine mittels des zweiten Stellelementes öffen- bzw. verschließbare Bohrung auf, welche mit zumindest einem winklig zu ihr angeordneten, mit dem Auslass in Verbindung stehenden Druckausgleichskanal kommuniziert. The first actuating element preferably has coaxially in its foot region a hole which can be opened or closed by means of the second actuating element which, with at least one arranged at an angle to it, with the Outlet communicating pressure equalization channel communicates.

Im Folgenden sind besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft The following are particularly preferred exemplary embodiments and Further developments explained with reference to figures, included show schematically and exemplary

Fig. 1a eine zweistufige Ventilanordnung zur Steuerung eines Brennraumauslasses, wobei der Auslassstrom unterbrochen ist, FIG. 1a is a two-stage valve arrangement for controlling a Brennraumauslasses, wherein the outlet stream is interrupted,

Fig. 1b eine zweistufige Ventilanordnung zur Steuerung eines Brennraumauslasses, wobei ein Auslass über die Nebenstufe erfolgt, FIG. 1b a two-stage valve arrangement for controlling a Brennraumauslasses, wherein an outlet on the secondary stage is carried out,

Fig. 1c eine zweistufige Ventilanordnung zur Steuerung eines Brennraumauslasses, wobei ein Auslass sowohl über die Neben- als auch über die Hauptstufe erfolgt, Fig. 1c shows a two-stage valve arrangement for controlling a Brennraumauslasses, wherein an outlet is carried out both on the side as well as on the main stage,

Fig. 2 eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils, Fig. 2 shows an embodiment of a two-stage valve,

Fig. 3 eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils, Fig. 3 shows an embodiment of a two-stage valve,

Fig. 4a eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils, FIG. 4a is an embodiment of a two-stage valve,

Fig. 4b eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils, FIG. 4b shows an embodiment of a two-stage valve,

Fig. 4c eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils sowie Fig. 4c an embodiment of a two-stage valve and

Fig. 4d eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils. Fig. 4d a configuration of a two-stage valve.

Mit den Fig. 1a-1c ist eine zweistufige Ventilanordnung 100a, 100b, 100c zur Steuerung eines Brennraumauslasses gezeigt, wobei in der mit. Fig. 1a gezeigten Stellung der Auslassstrom unterbrochen ist, in der in Fig. 1b dargestellten Stellung ein Auslass über die Nebenstufe 104b und gemäß Fig. 1c ein Auslass sowohl über die Nebenstufe 104c als auch über die Hauptstufe 102c erfolgt. With FIGS. 1a-1c is a two-stage valve arrangement 100 a, 100 b, 100 c shown for controlling a Brennraumauslasses, wherein in the with. Fig position of the outlet stream. 1a shown is interrupted, also takes place in the c in Fig. Position 1b illustrated an outlet on the secondary stage 104 b and according to Fig. 1c, an outlet both the secondary stage 104 of the main stage 102 c.

Während des Kompressions- und des Expansionstaktes befinden sich sowohl die Hauptstufe 102a als auch die Nebenstufe 104a - den unter Druck stehenden Brennraum dichtend - in einer geschlossenen Lage, in welcher kein Auslassstrom fließt, was in der Figur symbolisiert durch die geöffneten Schalter 102a, 104a dargestellt ist. Die beweglichen Steuereinheiten der Haupt- und Nebenstufe 102a, 104a sind mittels einer Federeinrichtung gekoppelt und werden von einem Aktuator 108 betätigt. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße zweistufige Ventil für eine Verwendung in Verbindung mit einem einen Elektromagneten sowie einen Anker umfassenden elektromagnetischen Aktuator 108a. Jedoch kann es auch sehr zweckmäßig sein die vorgeschlagene Ventilanordnung in Verbindung mit einem mechanischen Ventilantrieb mittels Nocken zu verwenden. During the compression and the expansion stroke are both the main stage 102 a and the sub-stage 104 a - the pressurized combustion chamber sealing - flows in a closed position, in which no outlet stream, which symbolized in the figure by the open switch 102a , 104 a is shown. The movable control units of the main and secondary stages 102 a, 104 a are coupled by means of a spring device and are actuated by an actuator 108 . The two-stage valve according to the invention is particularly suitable for use in connection with an electromagnetic actuator 108 a comprising an electromagnet and an armature. However, it can also be very useful to use the proposed valve arrangement in connection with a mechanical valve drive by means of cams.

Während des Überganges vom Expansions- zum Ausstoßtakt, während dem ein sehr schnelles Öffnen entsprechend einem sehr steilen Anstieg des Öffnungswinkels über die Zeit angestrebt wird, wird die Nebenstufe 104b mittels des Aktuators 108b geöffnet, so dass - symbolisiert durch den geschlossenen Schalter 104b - ein Auslassstrom vom Brennraum zum Auslass möglich ist. Da die Öffnungsbewegung gegen die im Brennraum vorherrschenden Druckkräfte erfolgen muss, ist erfindungsgemäß die druckbeaufschlagte Fläche der Nebenstufe 104b klein, so dass auch die sich aus Druck mal Fläche berechnende der Öffnungskraft entgegenstehende Kraft (F = p.A) gering ist und ein Öffnen sehr schnell und mit geringem Kraftaufwand möglich ist. Der mittels der Nebenstufe freigebbare wirksame Öffnungsquerschnitt ist in jedem Fall kleiner, als der mittels der Hauptstufe freigebbare. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Querschnitte von erster und zweiter Stufe zueinander etwa 3,5 : 1 bis 7 : 1, insbesondere 4 : 1 bis 6 : 1. Maßgeblich ist dabei im Ausführungsbeispiel die konstruktive Begrenzung aufgrund des Durchmesserverhältnisses von Ventilteller (siehe Fig. 2, 212) zu Ventilschaft (vgl. Fig. 2, 214). Bei einer anderen Ausgestaltung können unter Umständen auch größere Verhältnisse realisierbar sein, was sehr günstig ist. Der durch die Nebenstufe 104b freigegebene geringe Öffnungsquerschnitt genügt, einen Druckausgleich zwischen Brennraum und Auslass herbeizuführen, wobei nicht das aus dem Brennraum in Richtung Auslass entweichend Gasvolumen im Vordergrund steht, sondern vielmehr der im Brennraum absinkende Druck. During the transition from the expansion to the exhaust stroke, during which a very fast opening is sought over a very steep increase in the opening angle over time, the secondary stage 104 b is opened by means of the actuator 108 b, so that - symbolized by the closed switch 104 b - An outlet flow from the combustion chamber to the outlet is possible. Since the opening movement must take place against the pressure forces prevailing in the combustion chamber, according to the invention the pressure area of the secondary stage 104 b is small, so that the force opposing the opening force (F = pA), which is calculated from pressure times area, is low and opening is very fast and is possible with little effort. The effective opening cross-section which can be released by means of the secondary stage is in any case smaller than that which can be released by means of the main stage. The ratio of the cross sections of the first and second stages to one another is preferably approximately 3.5: 1 to 7: 1, in particular 4: 1 to 6: 1. In the exemplary embodiment, the design limitation due to the diameter ratio of the valve disk is decisive (see FIG. 2 , 212) to valve stem (see. Fig. 2, 214). In another embodiment, larger ratios can also be realized under certain circumstances, which is very cheap. The small opening cross section released by the secondary stage 104 b is sufficient to bring about a pressure equalization between the combustion chamber and the outlet, the foreground not the gas volume escaping from the combustion chamber in the direction of the outlet, but rather the pressure falling in the combustion chamber.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 1c dargestellt, auch die Hauptstufe 102c geöffnet, so dass auch über diese - symbolisiert durch den geschlossenen Schalter 102c - ein Gasvolumenstrom vom Brennraum in Richtung Auslass fließt. Im Vordergrund steht nun der durchgesetzte Volumenstrom, welcher sehr groß ist, um einen schnellen Ladungswechsel zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang ist es sekundär, ob die Nebenstufe 104c weiterhin geöffnet ist oder nicht, da die geöffnete Hauptstufe 102c einen ungleich größeren Volumendurchsatz ermöglicht; in der Regel wird aber die Nebenstufe 104c weiterhin geöffnet sein. Gegebenenfalls erfolgt ein Öffnen der Hauptstufe bereits bevor die Nebenstufe vollständig geöffnet ist, so das ein zumindest teilweises Öffnen der Nebenstufe ausreichend sein kann. Das Öffnen der Hauptstufe 102c im letzten Schritt kann aufgrund des - bedingt durch das vorherige Öffnen der Nebenstufe 104b - reduzierten Druckes im Brennraum schnell und nur mit geringem Kraftaufwand erfolgen. Insbesondere im Falle einer elektromagnetischen Betätigung ist daher die Leistungsaufnahme des Aktuators 108a, 108b, 108c im Vergleich zu einem konventionellen einstufigen Auslassventil sehr gering, so dass eine entsprechend geringe Erwärmung erfolgt und der Aktuator baulich kleiner ausgeführt werden kann. Subsequently, as shown in FIG. 1c, the main stage 102 c is also opened, so that a gas volume flow from the combustion chamber flows towards the outlet, symbolized by the closed switch 102 c. In the foreground is the volume flow that is implemented, which is very large to enable a rapid charge change. In this context, it is secondary whether the secondary stage 104 c is still open or not, since the opened main stage 102 c enables a disproportionately higher volume throughput; but usually the side stage will be 104 c remain open. If necessary, the main stage is opened before the secondary stage is fully opened, so that an at least partial opening of the secondary stage may be sufficient. The opening of the main stage 102 c in the last step can be done quickly and with little effort due to the reduced pressure in the combustion chamber due to the previous opening of the secondary stage 104 b. In particular in the case of electromagnetic actuation, the power consumption of the actuator 108 a, 108 b, 108 c is therefore very low compared to a conventional single-stage exhaust valve, so that there is a correspondingly low heating and the actuator can be made structurally smaller.

Die die beweglichen Steuereinheiten der Haupt- und Nebenstufe 102a, 104a verbindende Federanordnung 106a, 106b, 106c ist derart ausgelegt, dass bei einer Öffnungsbetätigung mittels des Aktuators 108a, 108b, 108c zuerst die Nebenstufe 104a, 104b geöffnet wird, dabei spannt sich die Federanordnung 106b entsprechend der Darstellung in Fig. 1b. Sobald der Druck im Brennraum weit genug abgesunken ist, wird die Hauptstufe 102b, 102c aufgrund der Federkraft ebenfalls geöffnet. Eine Aktuatorbewegung erfolgt demnach nur zu Beginn des Öffnungsvorganges mit Öffnen der Nebenstufe 104a, 104b. The spring arrangement 106 a, 106 b, 106 c connecting the movable control units of the main and secondary stages 102 a, 104 a is designed in such a way that when opening by means of the actuator 108 a, 108 b, 108 c, the secondary stage 104 a, 104 b is opened, the spring arrangement 106 b is tensioned as shown in FIG. 1b. As soon as the pressure in the combustion chamber has dropped far enough, the main stage 102 b, 102 c is also opened due to the spring force. An actuator movement therefore takes place only at the beginning of the opening process with the opening of the secondary stage 104 a, 104 b.

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist aufgrund der Ausgestaltung von Haupt- und Nebenstufe 102a, 104a nur eine vorbestimmte Relativbewegung zwischen diesen möglich. In diesem Fall erfolgt eine Aktuatorbewegung von Beginn des Öffnungsvorganges der Nebenstufe 104a, 104b bis zum vollständigen Öffnen der Hauptstufe 102c. Die Nebenstufe 104a, 104b wird geöffnet, wobei sich die Federanordnung 106b spannt. Mit vollständigem Öffnen der Nebenstufe 104b wird entsprechend der vorbestimmten begrenzten Bewegungsmöglichkeit von Haupt- und Nebenstufe zueinander ein Formschluss zwischen diesen hergestellt, so dass bei weiterer Aktuatorbewegung nun die Hauptstufe 102b, 102c geöffnet wird. Bei dieser Ausgestaltung kann gegebenenfalls das Öffnen der Hauptstufe 102b, 102c zu einer Entlastung der Federanordnung 106b führen, so dass mit Öffnen der Hauptstufe die Nebenstufe schließt, wodurch aber aufgrund des großen Öffnungsquerschnittes der Hauptstufe der Volumenstrom insgesamt nicht beeinträchtigt wird. According to a further exemplary embodiment, due to the design of the main and secondary stages 102 a, 104 a, only a predetermined relative movement between them is possible. In this case there is an actuator movement from the start of the opening process of the secondary stage 104 a, 104 b to the complete opening of the main stage 102 c. The secondary stage 104 a, 104 b is opened, the spring arrangement 106 b tensioning. When the secondary stage 104 b is completely opened, a positive connection is established between them in accordance with the predetermined limited possibility of movement of the main stage and secondary stage with respect to one another, so that the main stage 102 b, 102 c is now opened when the actuator moves further. In this embodiment, the opening of the main stage 102 b, 102 c may lead to a relief of the spring arrangement 106 b, so that the secondary stage closes when the main stage is opened, but the volume flow as a whole is not impaired due to the large opening cross section of the main stage.

Eine Ausgestaltung eines zweistufigen Ventils 200 zeigt Fig. 2. Der hier nicht näher gezeigte Aktuator wirkt mit dem oberen Ende des Ventilschaftes 214 des Hauptventils 202 zusammen. Bei einer Öffnungsbewegung gegen den im Brennraum vorherrschenden Druck öffnet aufgrund der geringeren druckbeaufschlagten Fläche zuerst das Nebenventil 204, der am Hauptventil 202 anliegende Druck hält das Hauptventil in seiner geschlossenen Lage, die Feder 206 wird gespannt. Auf diese Weise wird ein Druckausgleichskanal 210 freigegeben, mit der Folge, dass bei einem relativ geringem Volumenstrom ein Druckausgleich in Richtung Auslass erfolgt. Sobald der Druck im Brennraum einen vorbestimmten Wert unterschreitet, öffnet das Hauptventil 202 unter Freigabe eines wesentlich größeren Öffnungsquerschnittes und ermöglicht einen schnellen Ladungswechsel mit großem Volumendurchsatz. Bei der mit der Fig. 2 gezeigten Anordnung ist der Schaft des Hauptventils 202 im Wesentlichen voll ausgebildet, das Nebenventil 204 ist im unteren Bereich einen geringeren Durchmesser aufweisend konzentrisch eingesetzt. Der Ventilteller 212 des Hauptventils 202 ist entsprechend dem Hub a des Nebenventils 204 relativ zum Ventilschaft 214 verschiebbar. Die Feder 206 ist im Fußbereich im Bereich der Trennfuge angeordnet und weist einen geringeren Durchmesser, als der Ventilschaft 214 auf. Mittels des Nebenventils 204 ist zentral im Ventilteller 212 des Hauptventils 202 eine zur Ventilachse konzentrische Bohrung 216 freigebbar, welche mit zumindest einem quer zu dieser angeordneten, in den Auslasskanal mündenden Druckausgleichskanal 210 kommuniziert. An embodiment of a two-stage valve 200 is shown in FIG. 2. The actuator, not shown here, interacts with the upper end of the valve stem 214 of the main valve 202 . When opening against the pressure prevailing in the combustion chamber, the secondary valve 204 first opens due to the smaller area under pressure, the pressure applied to the main valve 202 keeps the main valve in its closed position, the spring 206 is tensioned. In this way, a pressure compensation channel 210 is released, with the result that pressure compensation takes place in the direction of the outlet with a relatively low volume flow. As soon as the pressure in the combustion chamber falls below a predetermined value, the main valve 202 opens with the release of a substantially larger opening cross section and enables a rapid charge change with a large volume throughput. In the arrangement shown in FIG. 2, the stem of the main valve 202 is essentially fully formed, the secondary valve 204 is concentrically inserted in the lower region and has a smaller diameter. The valve disk 212 of the main valve 202 is displaceable relative to the valve stem 214 in accordance with the stroke a of the secondary valve 204 . The spring 206 is arranged in the foot region in the region of the parting line and has a smaller diameter than the valve stem 214 . By means of the secondary valve 204 , a bore 216 concentric to the valve axis can be opened centrally in the valve plate 212 of the main valve 202 and communicates with at least one pressure compensation channel 210 arranged transversely thereto and opening into the outlet channel.

Gemäß der Ausgestaltung 300 nach Fig. 3 ist das Hauptventil 302 rohrförmig ausgebildet. In seinem Inneren ist das Nebenventil 304 spielbehaftet stößelstangenartig nach oben hindurch geführt, wobei zur Führung passend Führungsbereiche 316 vorgesehen sind. Der hier nicht näher gezeigte Aktuator wirkt mit dem oberen Ende es Ventilschaftes 314 des Nebenventils 304 zusammen. Vorliegend ist die Feder 306 im Bereich des oberen Schaftendes angeordnet. Analog zur mit Fig. 2 gezeigten Anordnung ist zwischen Haupt- und Nebenventil 302, 304 eine begrenzte Relativbewegung um den Betrag b möglich. In Bezug auf die Funktionsweise und die Ausgestaltung der Kanäle 310, 318 wird auf die Beschreibung zur Fig. 2 verwiesen. According to the embodiment 300 according to FIG. 3, the main valve 302 is tubular. In its interior, the auxiliary valve 304 is guided upward with play, like a push rod, wherein guide regions 316 are provided to match the guide. The actuator, not shown here, cooperates with the upper end of the valve stem 314 of the auxiliary valve 304 . In the present case, the spring 306 is arranged in the region of the upper shaft end. Analogous to the arrangement shown in FIG. 2, a limited relative movement by the amount b is possible between the main and secondary valve 302 , 304 . With regard to the mode of operation and the configuration of the channels 310 , 318 , reference is made to the description of FIG. 2.

Selbstverständlich ist eine tellerventilartige Ausgestaltung des Nebenventils wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt nicht unbedingt notwendig. Ausgestaltungen mit nadelartigen Ventil 404, 454 zeigen die Fig. 4a und 4c. Gemäß Fig. 4a schließt die Ventilnadel 404 den zentral im Fuß 406 des Hauptventils 402 angeordneten Druckkanal 416 bündig zur Fläche 418 des Hauptventiltellers 412. Beim Öffnen des Nebenventils 404 entsprechend einer pfeilgemäßen axialen Relativverschiebung wird durch den ringkanalförmigen Bereich 420 geringeren Durchmessers des Nadelventils 404 der Druckausgleichkanal 410 und somit der Weg zum Auslass freigegeben. Fig. 4c zeigt eine Ausgestaltung der Nadel 454 mit einer zentralen koaxialen Bohrung 456, welche mit zumindest einer quer zu dieser liegenden Bohrung 458 kommuniziert. In geschlossenem Zustand verschließt die Ventilnadel 454 den Druckausgleichskanal 460 schieberartig. Bei einer Öffnungsbewegung in Pfeilrichtung überdecken sich die Kanäle 458 und 460, so dass ein Druckausgleich in Richtung Auslass ermöglicht wird. Of course, a poppet valve-like design of the secondary valve as shown in FIGS . 1 and 2 is not absolutely necessary. Embodiments with needle-like valve 404 , 454 are shown in FIGS. 4a and 4c. According to Fig. 4a, the valve needle 404 closes the centrally in the foot 406 of the main valve 402 arranged pressure conduit 416 flush with the surface 418 of the main valve disc 412th When the auxiliary valve 404 is opened in accordance with an arrow-shaped axial relative displacement, the pressure equalization channel 410 and thus the path to the outlet are released by the annular channel-shaped region 420 of smaller diameter of the needle valve 404 . Fig. 4c shows an embodiment of the needle 454 having a central coaxial bore 456, which at least communicates with a transverse bore lying on this 458th In the closed state, the valve needle 454 closes the pressure equalization channel 460 like a slide. When opening in the direction of the arrow, the channels 458 and 460 overlap, so that pressure compensation in the direction of the outlet is made possible.

Im Gegensatz zu einer Ausgestaltung der Nebenstufe als Tellerventil ist bei einer Ausgestaltung als Nadelventil kein Anschlag in geschlossener Position gegeben. Fig. 4b zeigt daher eine mögliche Konstruktion des oberen Endes eines Ventilstößels mit einem Anschlag. Im Beispiel ergibt sich die mögliche Relativbewegung durch den Abstand c abzüglich der Materialstärke d. Für den Fall, dass eine geführte Betätigung des zweistufigen Ventils mittels Nocken oder Schlepphebel erfolgt, kann eine derartige Maßnahme entfallen, so dass eine wie mit Fig. 4d gezeigte Konstruktion ausreichend ist. In contrast to a configuration of the secondary stage as a poppet valve, there is no stop in the closed position in a configuration as a needle valve. Fig. 4b therefore shows a possible construction of the upper end of a valve lifter with a stop. In the example, the possible relative movement results from the distance c minus the material thickness d. In the event that the two-stage valve is operated by means of cams or cam followers, such a measure can be omitted, so that a construction as shown in FIG. 4d is sufficient.

Claims

1. Outlet device for the pressurizable combustion chamber of an internal combustion engine comprising a first actuating element that opens against the pressure prevailing in the combustion chamber, characterized by a second actuating element ( 104 , 204 , 304 , 404 , 454 ) that opens in front of the first actuating element ( 102 , 202 , 302 ).

2. Outlet device according to claim 1, characterized in that the function of the second actuating element ( 104 , 204 , 304 , 404 , 454 ) essentially the pressure reduction in the combustion chamber and the function of the first actuating element ( 102 , 202 , 302 ) essentially the discharge of the charge volume.

3. Outlet device according to claim 1 or 2, characterized in that by means of the second adjusting element ( 104 , 204 , 304 , 404 , 454 ) only a small and by means of the first adjusting element ( 102 , 202 , 302 ) a large outlet cross section can be released.

4. Outlet device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second actuating element are connected by means of a spring arrangement ( 106 , 206 , 306 ).

5. Outlet device according to one of the preceding claims, characterized in that an actuating device ( 108 ) cooperating with the first actuating element ( 102 , 202 , 302 ) is provided.

6. Outlet device according to one of the preceding claims, characterized in that an actuating device ( 108 ) which interacts with the second actuating element ( 104 , 204 , 304 , 404 , 454 ) is provided.

7. Outlet device according to one of claims 4 to 6, characterized in that upon actuation the second actuating element ( 104 , 204 , 304 , 404 , 454 ) is opened first, the spring arrangement ( 108 ) being tensioned and subsequently the first actuating element ( 102 , 202 , 302 ) is opened.

8. Outlet device according to one of the preceding claims, in which the first actuating element is designed as a poppet valve, characterized in that the second actuating element ( 104 , 204 , 304 , 404 , 454 ) is arranged concentrically to it, to it in the axial direction by one predetermined amount (a, b, c) is relatively displaceable valve ( 204 , 304 , 404 , 454 ) with a smaller diameter.

9. outlet device according to claim 8, characterized in that the shaft ( 214 ) of the first actuating element ( 202 ) is divided in the lower region into a plunger and a foot region and with the interposition of the spring arrangement ( 206 ) plunger and foot region in the axial direction relative are displaceable relative to one another, the second actuating element ( 204 ) being assigned to the tappet area.

10. Outlet device according to claim 8, characterized in that the first actuating element ( 302 ) is tubular and the second actuating element ( 304 ) is guided upwards over its entire length.

11. Outlet device according to one of the preceding claims, characterized in that the first actuating element ( 202 , 302 ) has in its foot region coaxially a hole ( 216 , 318 ) which can be opened or closed by means of the second actuating element ( 204 , 304 ) and which has communicates at least one pressure compensation channel ( 210 , 310 , 410 , 460 ) arranged at an angle to it and connected to the outlet.