DE2048228A1

DE2048228A1 - In particular, an air-cooled internal combustion engine with a device for exhaust gas afterburning

Info

Publication number: DE2048228A1
Application number: DE19702048228
Authority: DE
Inventors: Gustav 3300 Braunschweig Vogelsang
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1970-10-01
Filing date: 1970-10-01
Publication date: 1972-04-06

Description

Insbesondere luftgekühlt e Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Abgasnachverbrennung In dem SAE-Paper 486 M ist auf Seite 14 eine Erennkraftma schine mit einer mit den Abgasleitungen der Zylinder verbundenen Einrichtung zur Abgasnachverbrennung beschrieben, der eine Sekundärluftzuführung zugeordnet ist, die durch im 3ereich des Ventiltellers eines einen Ventilteller und einen Ventilsitz aufweisenden Auslaßventils der einzelnen Zylinder in die zugeordnete Abgasleitung einmündende, nur bei geöffnetem Auslaßventil wirksame Kanäle gebildet ist. Die se Sekundärluftsuführung ist bei der bekannten Brennkraftmaschine in der Weise konstruiert, daß ein Kanal im Ventilstößel in axialer Richtung und im Ventilteller in radialer Richtung verläuft, so daß er im Schatten des Ventiltellers und in Richtung des Abgasflusses hinter der Dichtfläche des Ventilstellers in die Abgasleitung einmündet. Mit seinem anderen Ende mündet der Kanal in den Umfang des Ventilstößels im Bereich einer kanalartigen Ausnehmung im Zylinderkopf ein, über die in den Kanal im Ventilstößel nur bei bestimmten Stellungen des Ventiltellers und damit des Ventilstößels, nämlich bei geöffnetem Ventil, Luft eingeführt wird. Bei geschlossenem Ventil liegt diese Einmündungsstelle des Kanals im Ventilstößel außerhalb des Bereichs der kanalartigen Ausnehmung im Zylinderkopf. In particular, an air-cooled internal combustion engine with a device on exhaust gas afterburning In the SAE paper 486 M on page 14 there is a power measure machine with a device connected to the exhaust pipes of the cylinders Exhaust afterburning described, to which a secondary air supply is assigned, through a valve disk and a valve seat in the 3 area of the valve disk having exhaust valve of the individual cylinders in the associated exhaust pipe opening channels are only effective when the exhaust valve is open. These Secondary air supply is constructed in the known internal combustion engine in such a way that that a channel in the valve stem in the axial direction and in the valve head in the radial direction direction runs so that it is in the shadow of the valve disk and in the direction of the exhaust gas flow opens into the exhaust pipe behind the sealing surface of the valve actuator. With his At the other end, the channel opens into the circumference of the valve tappet in the area of a channel-like area Recess in the cylinder head, via which in the channel in the valve tappet only with certain Positions of the valve disk and thus of the valve tappet, namely when it is open Valve, air is introduced. This junction is when the valve is closed of the channel in the valve stem outside the area of the channel-like recess in the Cylinder head.

Eine derartige intermittierende Zuführung von Sekundärluft nur zu den Zeiträumen, in denen auch Abgas. in die Einrichtung zur Abgasnachverbrennung gelangt, hat den bedeutenden Vorteil, daß während der Schließzeiten des Auslaßventils keine Auskühlung der Abgasleitungen und der Einrichtung zur Abgasnachverbrennung durch angesaugte oder eingepumpte kalte Sekundärluft eintritt. Ein weiterer Vorteil der b-ekannten Anordnung gegenüber anderen Brennkraftmaschinen, bei denen die Sekundärluftzufünrung erst im eigentlichen Verlauf der Abgasleitung bzw. im Bereich der Einrichtung zur Abgasnachverbrennung erfolgt, ist darin zu sehen, daß die Einspeisung der -Sekundärluft in -einem Bereich vorgenommen wird, in dem bei -geöffnetem Au-slaßventil die Abgase eine hohe Strömungsgeschwindigkeit besitzen.. Die Folge hiervon ist eine gute Durchmischung der Abgase mit der Sekundärluft, so daß in die eigentliche Nachverbrennungs-einrichtung ein homogenes Gemisch gelangt.Such an intermittent supply of secondary air only to the periods in which also exhaust. in the device for exhaust gas afterburning arrives has the significant advantage that during the closing times of the exhaust valve No cooling of the exhaust pipes and the device for exhaust gas afterburning enters through drawn in or pumped-in cold secondary air. Another advantage the known arrangement compared to other internal combustion engines in which the secondary air supply only in the actual course of the exhaust pipe or in the area of the device for Exhaust afterburning takes place, can be seen in the fact that the supply of secondary air is carried out in an area in which the exhaust gases are discharged when the exhaust valve is open have a high flow rate. The result is good mixing the exhaust gases with the secondary air, so that in the actual afterburning device a homogeneous mixture arrives.

Wie sich gezeigt hat, besitzt diese bekannte Konstruktion jedoch auch für den praktiachen Betrieb schwerwiegende Nachteile. Der Ventilstößel muß unter Verwendung eines Schmiermittels in einer Bohrung im Zylinderkopf leichtgängig ge führt sein Wenn man im Bereich dieser Bohrung gemäß der bekannten Konstruktion ein Ventil für die Einspeisung der Sekundärluft in den im Ventilstößel (=Ventilschaft) verlaufenden Kanal vorsieht, nämlich in Gestalt der kanalartigen Ausnehmung in Verbindung mit dem auf den äußeren Umfang des Ventilstößels geführten einen Ende des Kanals, verhindert die unter Überdruck stehende Sekundärluft das Eindringen von Schmieröl in die Ventilführung.As has been shown, however, this known construction also has serious disadvantages for practical operation. The valve tappet must be below Use of a lubricant in a bore in the cylinder head smoothly ge If you are in the area of this hole according to the known Construction of a valve for feeding the secondary air into the valve stem (= Valve stem) provides extending channel, namely in the form of the channel-like Recess in connection with the guided on the outer circumference of the valve stem one end of the duct, the pressurized secondary air prevents this Penetration of lubricating oil into the valve guide.

Weiterhin ist es für die Erzielung einer guten Durchmischung der Abgase mit der Sekundärluft ungünstig, wenn im Bereich des Ventiltellers der Kanal nur eine Einmündungsstelle in die Abgasleitung aufweist.It is also used to achieve thorough mixing of the exhaust gases with the secondary air is unfavorable if the duct in the area of the valve disk is only has a point of confluence with the exhaust pipe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die unter Beibehaltung der Vorteile der beschriebenen bekannten Konstruktion die Nachteile derselben vermeidet und zusätzliche günstige Eigenschaften aufweist. Die diese Aufgabe lösende erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle im Ventilteller und/oder im Ventilsitz verlaufen und mehrere in Umfangsrichtung verteilte Mündungsöffnungen in einem Bereich des Ventiltellers bzw. des Ventilsitzes aufweisen, der bei geschlossenem Ventil durch den Ventilsitz bzw. den Ventilteller abgedeckt ist.The invention is based on the object of an internal combustion engine to create that while maintaining the advantages of the known construction described avoids the disadvantages of the same and has additional favorable properties. The internal combustion engine according to the invention that achieves this object is according to the invention characterized in that the channels run in the valve plate and / or in the valve seat and a plurality of orifices distributed in the circumferential direction in a region of the Have valve plate or the valve seat, which through when the valve is closed the valve seat or the valve disk is covered.

Die ~erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist also ebenfalls den Vorteil einer intermittierenden Zuführung von Sekundärluft nur zu den Zeiten, in denen das Auslaßventil geöffnet ist, auf, ohne aber hierfür ein zusätzliches, durch die Bewegung des Ventilstößels gesteuertes Ventil zu benötigen.The internal combustion engine according to the invention also has the Advantage of an intermittent supply of secondary air only at the times in where the exhaust valve is open, but without an additional one to require the movement of the valve stem controlled valve.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht vielmehr in der doppelten Ausnutzung der durch den Ventilteller und den Ventilsitz gebildeten Dichtungsanordnung einmal zur Steuerung der Abgasemission und zum anderen zur Steuerung der Zuführung von Sekundärluft zur Abgasleitung.Rather, an essential feature of the invention is twofold Utilization of the sealing arrangement formed by the valve disk and the valve seat on the one hand to control the exhaust gas emission and on the other hand to control the supply from secondary air to the exhaust pipe.

Da demgemäß die Mündungsöffnungen der Sekundärluftkanäle im Bereich der zusammenwirkenden Flächen von Ventilteller und Ventilsitz liegen, erfolgt die Sekundärluftzuführung praktisch dort, wo bei geöffnetem Ventil das Abgas seine größte Strömungsgeschwindigkeit besitzt. Durch das Vorsehen mehrerer in Umfangsrichtung beispielsweise rotationssymmetrisch verteilter Mündungsöffnungen wird die Durchwirbelung der Abgase mit der Sekundärluft weiter unterstützt.Since accordingly the mouth openings of the secondary air ducts in the area of the interacting surfaces of the valve plate and valve seat are located, the Secondary air supply practically where the exhaust gas is at its greatest when the valve is open Has flow velocity. By providing several in the circumferential direction for example rotationally symmetrically distributed mouth openings is the turbulence the exhaust gases are further supported by the secondary air.

Die beschriebene spezielle Anordnung der Mündungsöffnungen der Abgaskanäle bietet aber noch einen weiteren Vorteil, der sich insbesondere bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen besonders bemerkbar macht. Bei derartigen Maschinen ist bekanntlich die Abführung der Wärme vom Ventilsitz des Auslaßventiles problematisch. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung erfolgt durch die an dieser kritischen Stelle zugeführte Sekundärluft eine erwünschte Kühlung der Teile des Ventils, die ihrerseits durch eine erwünschte Erwärmung der Sekundärluft erreicht wird.The described special arrangement of the mouth openings of the exhaust ducts but offers another advantage, which is particularly evident in the case of air-cooled Internal combustion engines makes particularly noticeable. In such machines is known the dissipation of heat from the valve seat of the exhaust valve is problematic. In the The training according to the invention takes place through the feed at this critical point Secondary air a desired cooling of the parts of the valve, which in turn through a desired heating of the secondary air is achieved.

Im einzelnen kann man die Erfindung so ausbilden, daß von einem Hauptkanal mehrere, die Mündungsöffnungen bildende Zweigkanäle abgehen. Diese Ausführungsform der Erfindung wird man insbesondere dann wählen, wenn man die Sekundärluftkanäle im Ventilteller und im Ventilstößel anordnet.In detail, the invention can be designed so that from a main channel several branch channels forming the orifices branch off. This embodiment of the invention will be chosen in particular when the secondary air ducts arranged in the valve plate and in the valve tappet.

Dagegen läßt eine dadurch gekennzeichnete andere Ausführungsform der Erfindung, daß die Zweigkanäle von einem ringförmigen Bereich des Hauptkanals abgehen, insbesondere dann mit Vorteil einsetzen, wenn die Luftzuführungkanäle im Ventilsitz untergebracht sind.In contrast, another embodiment characterized by the Invention that the branch channels branch off from an annular region of the main channel, Use with advantage in particular when the air supply channels are in the valve seat are housed.

Verständlicherweise kann man auch beide Ausführungsformen gleichzeitig anwenden, insbesondere dann, wenn man sowohl im Ventilteller als auch im Ventilsitz derartige Kanäle vorsieht.Understandably, you can also use both embodiments at the same time apply, especially if you have both in the valve disc as also provides such channels in the valve seat.

Die Kanäle können an ihren Mündungsöffnungen radial verlaufen. Zur Unterstützung der guten Durchwirbelung von Abgas und Sekundärluft kann es jedoch auch zweckmäßig sein, die Kanäle an ihren Mündungsöffnungen gegen die zugehörigen Radien geneigt verlaufen zu lassen. Diese Neigung kann auch so vorgesehen sein, daß die Kanäle im Bereich ihrer Mündungsöffnungen gegen die Achse des Ventilstößels geneigt sind.The channels can run radially at their mouth openings. To the However, it can support the good circulation of exhaust gas and secondary air also be useful, the channels at their mouth openings against the associated To let the radii run inclined. This inclination can also be provided so that the channels in the area of their mouth openings against the axis of the valve stem are inclined.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die bei geschlossenem Ventil aufeinanderliegenden Flächen von Ventilteller und Ventilsitz in einen ringförmigen Dichtberei-ch und einen weiteren ringförmigen Bereich unterteilt sind, in dem die Nündungsöffnungen liegen. Diese Variante trägt der Tatsache Rechnung, daß die Abdichtung des Zylinderinnenraums gegen die betreffende Abgasleitung erheblich besser sein muß als die Abdichtung der Sekundärluftkanäle im Bereich ihrer Mdndungsöffnungen. Um daher irgendwelche Beeinflussungen oder im Laufe der Zeit auftretende Beschädigungen der Dichtung zwischen Zylinderinnenraum und Abgasleitung durch die Mündungsöffnungen der Sekundärluftkanäle auszuschließen, wird gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung eine Unterteilung der Berührungsflächen zwischen Ventilteller und Ventilsitz in der beschriebnn Weise vorgenommen.The preferred embodiment of the invention is characterized by this from that when the valve is closed, the surfaces of the valve disc lying on top of one another and valve seat in an annular sealing area and a further annular Area are subdivided in which the orifices are located. This variant carries the fact that the sealing of the cylinder interior against the relevant Exhaust pipe must be considerably better than the sealing of the secondary air ducts in the area of their mouth openings. Therefore, in order to have any influences or im Damage to the seal between the cylinder interior that occurs over time and exclude exhaust pipe through the mouth openings of the secondary air ducts, is a subdivision of the contact surfaces according to this embodiment of the invention made between the valve plate and valve seat in the manner described.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der figürlich dargestellten Ausführungibeispiele erläutert. Dabei veranschaulicht Figur 1 den Fall, in dem die Kanäle für die Sekundärluftzufthrung in den Ventilstößel und in den Ventilteller eingearbeitet sind während in dem Ausführungsbeis-piel nach Figur 2 die Kanäle im Ventilsitz verlaufen. Wie ein Vergleich der Figuren 1 und 2 zeigt, bildet in Figur 2 ein zusätze liches ringförmiges Teil den Ventilsitz, während in der Konstruktion nach Figur 1 der Ventilsitz durch entsprechende Bearbeitung des Zylinderkopfes gebildet ist. Figur 3 schließlich zeigt die Anordnung der Kanäle im Bereich ihrer Mündungsöffnungen in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.The invention is illustrated in the following with reference to the figures Execution examples explained. Figure 1 illustrates the case in which the Channels for the secondary air supply in the valve tappet and in the valve disc are incorporated while in the exemplary embodiment of Figure 2, the channels in Valve seat run. Like a comparison Figures 1 and 2 shows forms in Figure 2 an additional Liches annular part of the valve seat, while in the construction of Figure 1 of the valve seat by appropriate processing of the Cylinder head is formed. Finally, FIG. 3 shows the arrangement of the channels in the area of their mouth openings in the embodiment shown in FIG.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach Figur 1, so besteht das Auslaßventil in üblicher Weise aus dem an dem Ventilstößel 1 befestigten Ventilteller 2 und dem Ventilsitz 3, der in diesem Ausführungsbeispiel durch eine entspreehend bearbeitete Fläche des Zylinderdeckels 4 gebildet ist. Die Abgasleitung ist mit 5 bezeichnet. Erfindungsgemäß ist im Ventilstößel 1 und im Ventilteller 2 eine Kanalanordnung für die Zuführung von Sekundärluft zu dem in der Abgasleitung 5 befindlichen Abgas vorgesehen. Sie besteht aus dem in Richtung der Achse des Ventilstößels 1 verlaufenden Bauptkanal 6 und mehreren, sternförmig nach außen weisenden Zweigkanälen, von denen nur di.e mit 7 und 8 bezeichneten in Figur 1 erkennbar sind. Die Mündungsöffnungen dieser Zweigkanäle liegen so, daß sie bei geschlossenem Ventil von dem Venti1sitz 3 abgedeckt werden, also dann keine Sekundär luft in die Abgas leitung 5 gesaugt bzw. gedrückt werden kann Dies ist vielmehr nur bei geöffnetem Ventil möglich, wobei -&an n infolge Lage der Mündungsöffnungen der Zweigkanäle 7 und 8 im Bereich größter Strömungsgeschwindigkeit der Abgase die Sekundärluft weitgehend angesaugt wird. Die Erfindung erfordert also allenfalls ein Gebläse niedriger Leistung. Gegebenenfalls kann man auf ein Gebläse ganz verzichten. Da nur bei geöffnetem Ventil Sekundärluft in die Abgasleitung 5 gelangen kann und darüber hinaus eine gute Verteilung aber s--o zugeführten Sekundärluft erfolgt, ist ein Luftüberschuß weder erforderlich noch tritt er auf.If one first considers the exemplary embodiment according to FIG. 1, there is the outlet valve in the usual way from the valve plate attached to the valve tappet 1 2 and the valve seat 3, which in this embodiment by a corresponding machined surface of the cylinder cover 4 is formed. The exhaust pipe is with 5 designated. According to the invention, a channel arrangement is in the valve tappet 1 and in the valve disk 2 for the supply of secondary air to the exhaust gas located in the exhaust gas line 5 intended. It consists of that running in the direction of the axis of the valve stem 1 Main channel 6 and several branch channels pointing outward in a star shape, of which only those marked 7 and 8 can be seen in FIG. The mouth openings These branch channels are located in such a way that they are removed from the valve seat when the valve is closed 3 are covered, so then no secondary air is sucked into the exhaust pipe 5 or can be pressed. Rather, this is only possible when the valve is open, whereby - & at n due to the position of the mouth openings of the branch channels 7 and 8 in the area The secondary air is largely sucked in at the highest flow velocity of the exhaust gases will. The invention therefore at most requires a low-power fan. Possibly you can do without a fan entirely. Since secondary air is only available when the valve is open can get into the exhaust pipe 5 and, moreover, a good distribution s - o supplied secondary air takes place, an excess of air is not necessary he still appears.

In der Ausführungsform nach Figur 2 setzt sich der Abgaskanal zusammen aus einem Zuführungsbereich 10, einem ringförmigen Bereich 11 und wiederum rotationssymmetrisch über den Umfang verteilten Zweigkanälen, von denen nur die mit 12 und 13 bezeichneten figrlich dargestellt sind. In diesem Ausführungs beispiel verlaufen die Kanäle nicht in der Ventiltelleranordnung 14, sondern in dem Ventilsitz 15, der hier als zusätzliches Teil ausgebildet ist,.wie dies in der Regel bei Brennkraftmaschinen mit Luftkühlung der Fall ist.In the embodiment according to FIG. 2, the exhaust gas duct settles together from a feed area 10, an annular area 11 and again rotationally symmetrical Branch channels distributed over the circumference, of which only those labeled 12 and 13 are clearly shown. In this embodiment, the channels do not run in the valve disk assembly 14, but in the valve seat 15, which is here as an additional Part is designed, as is usually the case with internal combustion engines with air cooling the case is.

Bei dieser Konstruktion ist ferner eine Unterteilung der zusammenwirkenden Flächen des Ventiltellers 16 und des Ventilsitzes 15 vorgenommen. Man erkennt, daß die entpsrechende Fläche des Ventiltellers 16 in zwei ringförmige Teilflächen 17 und 18 unterteilt ist, von denen die Fläche 18 die eigenttische Dichtfläche für die Abdichtung zwischen Zylinderinnenraum und Abgasleitung 19 bildet, während die Fläche 18 nur die Aufgabe hat, die Mündungsöffnungen der Zweigkanäle 12 und 13 bei geschlossenem Ventil abzudecken.In this construction there is also a subdivision of the cooperating Surfaces of the valve plate 16 and the valve seat 15 made. You can see that the corresponding surface of the valve disk 16 in two annular partial surfaces 17 and 18 is divided, of which the surface 18 is the actual sealing surface for forms the seal between the cylinder interior and exhaust pipe 19, while the Surface 18 only has the task of opening the mouths of the branch channels 12 and 13 cover closed valve.

Figur 3 schließlich zeigt zwei mögliche Anordnungen der Zweigkanäle im Bereich ihrer Mündungsöffnungen. Betrachtet man die linke Hälfte der Figur, so sind in dem Ventilsitz 20 in diesem Ausführungsbeispiel fünf Zweigkanäle 21 bis 25 angeordnet, die radial bezüglich der Achse 26 der Anordnung verlaufen.Finally, FIG. 3 shows two possible arrangements of the branch channels in the area of their mouth openings. Looking at the left half of the figure, so are in the valve seat 20 in this embodiment, five branch channels 21 to 25 arranged, which extend radially with respect to the axis 26 of the arrangement.

Sie gehen ab von dem gemeinsamen ringförmigen Kanalbereich 27, der in hier nicht gezeigter Form, beispielsweise ähnlich Figur 2, mit einem Zuführungskanal in Verbindung stehen kann.You go from the common annular channel area 27, the in a form not shown here, for example similar to FIG. 2, with a feed channel can be connected.

Dagegen ist in der rechten Hälfte der Figur 3 der dort ebenfalls mit 20 bezeichnete Ventilsitz mit vier Zweigkanälen 28 bis 31 versehen, die unter einem Winkel zu den zugehörigen Radien verlaufen. Gegebenenfalls können bei beiden Ausführungs formen die Kanäle auch aus der Zeichenebene heraus unter einem vorbestimmten Winkel weisen.On the other hand, in the right half of FIG. 3, that is also there 20 designated valve seat provided with four branch channels 28 to 31, which under a Angles to the associated radii run. If necessary, both execution also shape the channels out of the plane of the drawing at a predetermined angle point.

Claims

Expectations

(1.) In particular, air-cooled internal combustion engine with one with the Exhaust pipes of the cylinder connected device for exhaust afterburning, the a secondary air supply is assigned, which through in the area of the valve disk an exhaust valve having a valve disk and a valve seat of the individual Cylinder opening into the associated exhaust pipe, only when the exhaust valve is open effective channels is formed, characterized in that the channels (Fig. 2: 11,12,13) in the valve plate (16) and / or in the valve seat (15) and several in the circumferential direction distributed mouth openings in an area of the valve disk (16) or the valve seat (15), which when the valve is closed by the valve seat (15) or the Valve plate (16) is covered.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that from a main channel (11) several branch channels (12, 13) forming the mouth openings go off.

3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the branch channels (12, 13) branch off from an annular region (11) of the main channel.

4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the channels (Fig. 3: 21-15) extend radially at their mouth openings.

5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the channels (Fig. 3: 28-31) on their mouths against the associated radii are inclined.

6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the surfaces of the valve disc lying on top of each other when the valve is closed (Fig. 2: 16) and valve seat (15) in an annular sealing area (17) and another annular area (18) are divided, in which the orifices are located.