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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit zur
Anordnung in Serie mit einem Einlaßventil in einer
Einlaßleitung eines Zylinders eines Verbrennungsmotors.
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Es ist bekannt, daß bei Verbrennungsmotoren mit einem
festgelegten Zeitablauf die gewählten Öffnungs- und
Schließwinkel für die Ventile, besonders bei den
Einlaßventilen so sind, daß sie nur bei bestimmten
Motordrehzahlen optimal sind, wohingegen sie bei anderen
Drehzahlen einen Kompromiß darstellen, der manchmal nur
gerade eben akzeptabel ist.
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Die Einlaßventile sind so ausgelegt, daß sie sich öffnen,
während die Auslaßventile noch offen sind (Überströmung);
während dies bei bestimmten Motordrehzahlen der Ausstoß der
gasförmigen Verbrennungsprodukte erleichtert, führt es bei
anderen Motordrehzahlen zu einer Rückströmung dieser
gasförmigen Verbrennungsprodukte aus den Abgasleitungen in
die Zylinder und in die Einlaßleitungen hinein, so daß auf
diese Weise die volumetrische Wirksamkeit des Motors
vermindert wird.
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Die Einlaßventile können auch so ausgelegt werden, daß sie
schließen, kurz nachdem der Kompressionshub begonnen hat, um
auf diese Weise die Zylinderfüllung bei hohen Motordrehzahlen
durch Trägheits- und Resonanzeffekte zu verbessern.
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Aufgrund der bei niedrigen Drehzahlen verminderten Trägheit
des Gemisches, das in den Zylinder eintritt, kann jedoch zum
Beginn des Kompessionshubes ein beträchtlicher Teil des
zugeführten Gemisches wieder dazu gebracht werden, durch die
noch offenen Einlaßventile in die Einlaßleitungen
hineinzugelangen, wodurch die Zylinderfüllung verschlechtert
wird.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen
worden, die Einlaßleitungen mit Rückschlagventilen zu
versehen, die es ermöglichen, daß das Luft-Brennstoffgemisch
in Richtung der Zylinder fließt, jedoch nicht in umgekehrter
Richtung; dies wird dadurch erreicht, daß in den
Einlaßleitungen jedwede Gemischmenge festgehalten wird, die
von den Zylindern zurückgeströmt ist.
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Die Rückschlagventile können mit einer Ventileinheit
kombiniert sein, die in der Einlaßleitung anzuordnen ist.
Eine Ventileinheit dieser Art, die die Merkmale des
Gattungsbegriffs des Anspruchs 1 hat, ist durch die GB-A-
2 125 483 bekannt.
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Bei der Ventileinheit nach der obengenannten, früheren
Druckschrift haben die bogenförmigen Bodenwände der Kanäle
von einem Ende bis zum anderen ein vollständig bogenförmiges
Profil, und sie haben längs ihrer gesamten Ausdehnung
dieselbe Dicke. Die biegsamen Klappen sind nur auf einer
kleinen Endfläche gegen die flachen Kanten der Kanaleinlässe
geklemmt. An den Auslässen der Kanäle stoßen die Klappen
gegen die metallischen Kanten an, die kleine
Berührungsbereiche bilden.
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Eine weitere Ventileinheit, die biegsame Klappen hat, die
ihrerseits als Rückschlagventile in einer Einlaßleitung
wirken, ist durch die GB-A-512 632 bekannt. Bei dieser
Ventileinheit haben die gebogenen Bodenwände längliche
Rippen, die sich von den Bodenwänden aus so erstrecken, daß
die Klappen in der offenen Stellung der Ventile gegen diese
Rippen anhaften, d.h. daß sie an begrenzten
Berührungsbereichen anhaften und auf diese Weise ein Anhaften
der Klappen an den gebogenen Bodenwänden vermeiden. Die
Rippen enden in der Nähe der Einlaßöffnung der Einlaßleitung,
wo die gebogenen Bodenwände abgestufte Abschnitte bilden und
sie enden in einer Fläche, die mit derjenigen der Rippen
ausgerichtet ist, um eine durchgehende Auflagefläche für die
Klappen zu bilden.
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Die FR-A-2 320 484 offenbart ein laminares Ventil für eine
Einlaß- oder Auslaßleitung eines Verbrennungsmotors, wobei
das Ventil im Ventilkörper eine Öffnung hat, die von einer
Dichtung aus elastischem Material umgeben ist. Die Öffnung
kann durch einen biegsamen, metallischen Streifen
verschlossen werden, der seinerseits in der voll geöffneten
Stellung gegen ein bogenförmiges Anschlagelement anschlagen
kann. Entweder an dem elastischen Material oder an derjenigen
Fläche der Klappe, die auf die Ventilöffnung zuweist, ist
eine Lage eines Kunststoffs angebracht, um ein Anhaften der
Klappe am elastischen Material des Ventilsitzes zu
verhindern. Diese Konstruktion ist jedoch nicht für
Ventileinheiten geeignet, die aus mehreren, vorgeschalteten
Klappen zusammengesetzt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Ventilanordnung nach der GB-A-2 125 483 weiter zu verbessern,
und zwar insbesondere im Hinblick auf ihre Zuverlässigkeit
und ihre Lebensdauer, wobei ihre bereits vorhandenen,
ausgezeichneten Eigenschaften der Durchlässigkeit und der
schnellen Ansprechbarkeit erhalten werden sollen.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe mit Hilfe
einer Ventileinheit gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1
aufweist.
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Bei dieser Konstruktion ist das Dichtungsmaterial nur in
bestimmten Berührungsbereichen zwischen den Klappen und den
Kanalkanten angeordnet, nämlich dort, wo es dazu dient, eine
wirkungsvolle Abdichtung zu erreichen und den Stoß gegen die
Klappen abzuschwächen, wohingegen es in den Klemmbereichen
der Klappen nicht angeordnet ist, wo es den Querschnitt des
Einlasses der Kanäle vermindern würde, wo aber in jedem Fall
eine gute Abdichtung durch die Befestigung der verlängerten
Abschnitte der Klappen zwischen den Leisten und den
länglichen, ebenen Abschnitten der Basiswände der
vorgeschalteten Kanal-Module erzielt wird.
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Die Klappen werden dann, wenn sie in ihrer Endstellung sind,
durch die Bodenwände der darüber liegenden Kanäle
ordnungsgemäß abgestützt, so daß jede Verformung vermindert
wird, die aus einer Ermüdungsbelastung entstehen könnte, und
die sie zerstören, ihre Lebensdauer verkürzen oder ihre
Bewegung in die vollständig offene Stellung verhindern
könnte, wodurch der Luftdurch-Querschnitt vermindert würde.
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Darüber hinaus macht es die Anordnung der stufenförmigen
Bereiche möglich, daß die Belastungen der Klappen in der Nähe
ihrer Befestigung sehr genau gesteuert und kontrolliert wird,
da die Oberflächen des stufenförmigen Berührungsabschnittes
auf sehr enge Toleranzen bearbeitet werden können, so daß
dieser Abschnitt mit sehr genau bestimmten Abmessungen gebaut
werden kann, um die Belastungen innerhalb genauer Vorgaben zu
begrenzen.
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Die so konstruierten Rückschlagventile bilden sehr kompakte
Einheiten, die in denjenigen Abschnitten der Einlaßleitungen
befestigt werden können, die innerhalb eines Zylinderkopfes
angeordnet sind, um auf diese Weise den Raum zwischen den
Einlaßventilen und den Rückschlagventilen klein zu halten.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus
der Beschreibung hervor, die nachfolgend mit Bezugnahme auf
die Fig. 1 bis 4 erfolgt, die als nichtbegrenzendes Beispiel
eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen.
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Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch die Einlaßleitung eines
Verbrennungsmotors, die mit einer Ventileinheit
nach der Erfindung ausgerüstet ist;
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Fig. 2 ist eine Einzeldarstellung der Ventileinheit nach
Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie III-III in
Fig. 2; und
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Fig. 4 ist eine Draufsicht, die längs der Linie IV-IV in
Fig. 2 teilweise geschnitten ist.
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In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 insgesamt den
Zylinderkopf eines Viertakt-Verbrennungsmotors, der mit einer
Verbrennungskammer versehen ist, die mit 11 bezeichnet ist,
sowie mit Einlaßventilen, wie mit dem Ventil 12, und die
darüber hinaus den Endabschnitt eines Einlaßleitung aufweist,
wie er beispielsweise insgesamt mit 13 bezeichnet ist.
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An den Zylinderkopf 10 sind mit Hilfe von Dichtungen, wie sie
bei 14 dargestellt sind, Einlaßleitungs-Zwischenabschnitte
angeflanscht, wie sie in der Zeichnung mit 15 bezeichnet
sind, wobei in diesen Abschnitte Brennstoff-Einspritzdüsen
angebracht sind, wie sie in der Zeichnung mit 16 bezeichnet
sind. Die üblichen Drosselklappen oder Drosselventile sind
nicht dargestellt.
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Die Leitungs-Zwischenabschnitte 15 sind mit einem ebenfalls
nicht dargestellten Luftfilter verbunden. Die Einlaßleitung
13 umfaßt einen Einlaßabschnitt 18 von im wesentlichem
rechteckigen Querschnitt sowie einen Endabschnitt 19 von im
wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Im Einlaßabschnitt 18
ist zum Öffnen und Schließen des Durchlasses durch die Kanäle
22 eine Rückschlagventil-Klappeneinheit befestigt, die
insgesamt mit 20 bezeichnet ist. Wie dies aus den Fig. 2 und
4 hervorgeht, ist die Einheit 20 aus übereinanderliegenden
Modulen 21 gebildet, von denen jedes aus drei sich in
Längsrichtung erstreckenden Kanälen 22 besteht, die
ihrerseits im wesentlichen gebogene Bodenwände 23 aufweisen.
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An ihren Einlaßabschnitten 24 bilden die Boden- und
Seitenwände der Kanäle 22 flache Leisten 25 sowie
Stützflächen 26, zwischen denen verlängerte
Befestigungsstreifen-Teile 27 von elastisch biegsamen Klappen
28 dann eingeklemmt sind, wenn die Module mit Hilfe von
Schrauben 29 und 30 übereinanderliegend montiert sind.
Insbesondere die Bodenwände 23 haben am Einlaßabschnitt 24
langgestreckte, ebene Abschnitte, die flächenmäßig mit den
Leisten 25 zusammenpassen und die die verlängerten
Streifenteile 27 zwischen sich einklemmen. Nachdem die Module
21 und die Klappen 28 montiert worden sind, umgibt eine
Dichtung 31 die Kontur 32 der Einheit 20, wobei diese
Dichtung die Einheit 20 dann abdichtet, wenn sie im Sitz 17
des Einlaßabschnittes 18 eingebaut ist.
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An ihrem Auslaßabschnitt 33 bilden die Grund- und Seitenwände
der Kanäle 22 Kanten 34 zum Anschlag der freien Abschnitte
der Klappen 28 in deren Stellung dann, wenn sie die Kanäle 22
verschließen. In den Kanten 34 der Bodenwände 33 und der
Seitenwände der Kanäle 22 sind Nuten 35 vorgesehen ,die ein
Dichtungsmaterial, z.B. Dichtungen 36, aufnehmen, das aus
vulkanisiertem Gummi bestehen kann.
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Auf ihrer Innenseite haben die Bodenwände 23 der Kanäle 22
jeweils eine gebogene Fläche 37, die dazu geeignet ist, den
Luftstrom, der durch die Kanäle 22 hindurchgeht, zu führen,
während die Bodenwände auf ihrer Außenseite jeweils eine
Anschlagfläche 38 zum Halten der Klappen dann aufweisen, wenn
diese in ihrer offenen Stellung sind.
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Die Anschlagflächen 38 der Bodenwände 23 haben dieselbe Form
wie die Klappen 28 dann, wenn sie unter einer gleichmäßig
verteilten Belastung verformt sind, wobei diese Belastung
einer bestimmten Druckdifferenz entspricht. Die Bodenwände 23
haben jedoch nah an ihren ebenen Abschnitten Bereiche
verminderter Dicke und sind mit diesen Bereichen mit den
stufenförmigen Bereichen 39 verbunden. Die Nuten in den
Seitenwänden der Kanäle 22 enden in einem Abstand von den
Leisten 25, so daß Kantenabschnitte in der Nähe der
Abschnitte verminderter Dicke und der stufenförmigen Bereiche
39 von Dichtungsmaterial frei bleiben.
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Die Klappen 28 verschließen die Kanäle 22 dadurch, daß sie
durch ihre eigene, elastische Reaktion gegen die Kanten der
Kanäle 22 gepreßt werden, wobei dies auch dann zutrifft, wenn
der Motor ohne eine positive Druckdifferenz zwischen der
stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite der
Ventileinheit 20 betrieben wird.
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Während jedes Einlaßhubes im Zylinder werden die Klappen 28
jedoch von den Kanten der Kanäle durch die Wirkung der
positiven Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und
stromabwärtigen Seite der Einheit 20 abgehoben und
ermöglichen es dem Luft-Gasgemisch, durch die Kanäle 22
hindurchzuströmen.
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Am Ende des Einlaßhubes vermindert sich die positive
Druckdifferenz, die auf die Einheit 20 einwirkt und die
Klappen 28 verschließen die Kanäle 22 wiederum.
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Wenn der Motor in diesem Zustand mit geringer Drehzahl läuft,
und zwar insbesondere bei vollem Einlaß dann, wenn die
Drosselklappe oder die Drosselklappen vollständig offen sind,
findet eine Rückströmung der Zylinder-Mischung in die
Einlaßleitung 13 statt, wo sie aufgehalten wird und wo durch
die Schließung des Einlaßventils 12 und der Klappen 28 ein
gewisser Überdruck entsteht.
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Die Einheit 20 ist sehr kompakt und kann aus diesem Grunde
innerhalb des Einlaßabschnittes 18 der Einlaßleitung 13
angebracht werden, die im Zylinderkopf 10 vorgesehen ist, so
daß der Raum zwischen dem Einlaßventil 12 und der Einheit 20
vermindert und auf diese Weise der Druckanstieg in der
Mischung erleichtert werden kann, die zurück in die
Einlaßleitung 13 strömt.
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Das Gemisch, das in die Einlaßleitung 13 geströmt ist, wird
beim nächsten Ansaugtakt wiederum in den Zylinder 11
hineingezogen und aufgrund seines Überdruckes trägt es zum
Ausstoß der gasförmigen Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder
11 mit einer Spülwirkung bei, die auch bei niedriger
Motordrehzahl auftritt. Bei niedrigen Motordrehzahlen wird
daher ein insgesamt erhöhter Zylinder-Füllungseffekt erzielt.
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Die Berührung zwischen den Klappen 28 und den Dichtungen 36
bietet selbst nach vielen Betriebsstunden eine gute Dichtung
und dämpft den Anstoß der Klappen, was sich vorteilhaft auf
ihre Lebensdauer auswirkt.
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Die Klemmung der verlängerten Streifenteile 27 zwischen den
Leisten 25 und den Stützflächen 26 stellt auch eine gute
Abdichtung an den Kanal-Einlaßabschnitten 24 sicher. Aus
diesem Grunde besteht keine Notwendigkeit dahingehend,
Dichtungen zu verwenden, die zu einer Verminderung des
Bereichs in den Einlaßabschnitten 24 führen und die die
Durchlässigkeit der Kanäle 22 vermindern würden. Wie diese
aus Fig. 3 hervorgeht, haben die Klappen 28 jedes Moduls
vorteilhafterweise einzelne Klappenabschnitte, die durch ein
gemeinsames Streifenteil 27 miteinander verbunden sind.
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Ein besonderer Vorteil ist die Form der Außenseite der
Bodenwände 23, die Anschlagfächen 38 aufweisen, die dieselbe
Form haben wie die verformte Klappe 28, sowie stufenförmige
Bereiche 39, die eine Verbindung mit den Stützflächen 26
herstellen.
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Auf diese Weise liegen die Klappen 28 vollständig gegen die
Anschlagflächen 38 an und erleiden keine Verformung. Darüber
hinaus sind die Belastungen, denen die Klappen 28 in der Nähe
ihrer Einklemmung zwischen den Leisten 25 und den
Stützflächen 26 ausgesetzt sind, genau steuerbar, da die
Bereiche 39 in sehr engen Toleranzen hergestellt und daher
mit genau bestimmten Abmessungen konstruiert werden können,
so daß die Belastungen innerhalb genau vorgegebener Werte
gehalten werden können.
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Aus diesem Grunde ist ein vollständiges Abheben der Klappen
28 sichergestellt und gleichzeitig eine extrem
zufriedenstellende Lebensdauer.