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Dokumentenidentifikation DE102005035034B4 31.05.2007
Titel Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine
Anmelder Dotzer, Alois, 90584 Allersberg, DE;
Gruber, Georg, Dr., 90584 Allersberg, DE;
Kaiser, Thomas, 80798 München, DE
Erfinder Dotzer, Alois, 90584 Allersberg, DE;
Gruber, Georg, Dr., 90584 Allersberg, DE;
Kaiser, Thomas, 80798 München, DE
DE-Anmeldedatum 27.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005035034
Offenlegungstag 08.02.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F01L 3/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einer dieselmotorisch betriebenen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der Patentanmeldung DE 101 60 561 C2 ist eine diese/motorisch betriebene Brennkraftmaschine bekannt geworden, die mit Pflanzenöl betrieben werden kann. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei dem Betrieb mit Pflanzenöl gehäuft Probleme mit den Auslassventilen auftreten. Insbesondere bei längerem Teil- oder Schwachlastbetrieb kann es zu Klemmungen bis hin zu einer Stauchung des Ventilschafts kommen, die letztendlich ein Schließen des Ventils verhindert und zur Beschädigung bzw. Zerstörung des Ventils und des Kolbens führt.

Aus US 21 28 414 A ist ein Ottomotor bekannt, der ein Einlassventil aufweist, dessen Schaftführung mit ringförmigen Einstichen versehen ist. Diese Einstiche sollen ein Blockieren des Ventilschafts verhindern, das insbesondere aufgrund einer Überhitzung des umgebenden Motorblocks vorkommen kann.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung, eine solche Klemmung und Stauchung der Ventilschäfte auch beim Betrieb mit Pflanzenöl zu verhindern und so eine lange Laufzeit eines mit Pflanzenöl betriebenen Motors zu gewährleisten.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1. Es hat sich herausgestellt, dass die Ventilschaftführungen von eindringenden Rußpartikeln stark verengt werden, so dass der Reibungswiderstand zwischen Ventilschaft und Ventilschaftführung ständig zunimmt und damit auch die Temperatur im Bereich der Ventilschaftführung deutlich ansteigt. Dies führt dazu, dass der Durchmesser des Ventilschafts überdurchschnittlich zunimmt und der offene Durchmesser der Ventilschaftführung sich im Gegenzug sogar verengt.

Diese Effekte steigern sich immer mehr, bis eine Relativbewegung des Ventilschafts zur Schaftführung nicht mehr möglich ist. Wird dieser Zustand bei offener Stellung des Ventils erreicht, erhält das Ventil beim nächsten Kolbenhub einen entsprechenden Schließimpuls von diesem. Je nach Klemmgrad kann das Ventil durch den zusätzlichen Impuls des Kolbens noch geschlossen werden oder aber das Ventil kann durch diesen zusätzlichen Stoß nicht mehr bewegt werden. Im ersten Fall führt dies zu einer Beschädigung des Kolbens und möglicherweise des Kipphebels, der Stößelstange und der Nockenwelle; im zweiten Fall wird der Kolben zerstört und der Ventilschaft gestaucht oder verbogen.

Es hat sich nun herausgestellt, dass durch die erfindungsgemäßen Einstiche in die Schaftführung eindringender Ruß aufgenommen wird. Dieser Ruß füllt die Einstiche langsam auf und trägt so sogar noch positiv zur Schmierung des Ventilschafts bei. Sobald die Einstiche mit komprimiertem Ruß aufgefüllt sind, bilden sie eine enge Führung für den Ventilschaft, ohne ihn aber zu klemmen. Die enge Führung lässt keine weiteren Rußpartikel passieren, so dass sich diese auf der nicht bearbeiteten Führungsfläche der Ventilschaftführung zwischen dem Brennraum und dem ersten Einstich ablagern.

Dieser Abschnitt des Ventilschaftes nimmt nun die gleiche Beschaffenheit an wie vor der Anwendung der Erfindung. Der Abschnitt ist allerdings zu klein, als dass er dem Ventilschaft so einen Widerstand entgegensetzen könnte, dass es zur Klemmung des Ventilschaftes ausreichen würde. Andererseits wird die Führung des Ventilschaftes in diesem Bereich der Schaftführung so eng, dass keine weiteren Rußpartikel aus dem Brennraum in die Schaftführung mehr eindringen können. Es ergibt sich auf diese Weise ein stabiler Zustand, der eine enge Führung des Ventilschaftes gewährleistet und eine Klemmung sicher verhindert.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Einstich ringförmig ausgeführt. In vorteilhafter Weise besitzt der ringförmige Einstich einen Abstand zu dem an den Brennraum angrenzenden Rand der Schaftführung. Hierdurch kann in diesem Abstandsbereich sehr schnell eine starke Abdichtung durch einen Belag an Rußpartikeln aufgebaut werden, die verhindert, dass weiterer Ruß in die Schaftführung eindringt, wobei aber aufgrund der geringen Länge dieses Bereichs keine Klemmung des Ventilschafts hervorgerufen werden kann. In idealer Weise weist dieser Abstandsbereich eine Länge größer als der Ventilhub auf.

Um eine sichere verkantungsfreie Führung des Ventilschaftes gewährleisten zu können, sollte die Summe der Führungsflächen wenigstens so groß wie die Summe der Einstiche sein. Bei weniger Führungsfläche könnte es durch ein Verkanten des Ventilschafts in der Schaftführung leicht zu einem Klemmen des Ventilschafts kommen.

Um genügend Rußpartikel aufnehmen zu können, sollte die Tiefe der Einstiche 0,1 mm bis 2,5 mm betragen.

Um die Kippgefahr des Ventilschaftes in der Schaftführung weiter zu minimieren, weist der Einstich auch einen Abstand zu dem dem Brennraum abgewandten Rand der Schaftführung auf.

Der Einstich oder die Einstiche können sägezahnförmig ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise ist der Einstich jedoch in der Form eines rechteckigen Ringkanals in die Schaftführung eingearbeitet.

Es spielt keine Rolle, wie die Schaftführung ausgebildet ist. So kann als Schaftführung beispielsweise eine mit entsprechenden Einstichen versehene Buchse vorgesehen sein, die in den Zylinderkopf eingesetzt ist. Ebenso kann die Schaftführung aber auch direkt aus dem Material des Zylinderkopfes herausgearbeitet sein, wobei die Einstiche dann ebenfalls direkt im Zylinderkopf vorgesehen sind.

Die Erfindung wird im Folgenden durch mehrere Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung näher erläutert:

1 zeigt einen Schnitt durch Zylinder und Zylinderkopf einer dieselmotorisch betriebenen Brennkraftmaschine. In der Zylinderbuchse 1 ist der Kolben 2 mit der Brennraummulde 3 geführt. Der Brennraum 4 wird abgeschlossen durch den Zylinderkopf 5. In einer Bohrung des Zylinderkopfes 5 ist eine Buchse 6 als Ventilschaftführung vorgesehen. Der mit dem Ventilteller 8 verbundene Ventilschaft 7 ist in dieser Buchse 6 geführt. An seinem oberen Ende ist der Ventilschaft 7 einen nicht gezeigten Gegendruckelement verbunden, an dem sich eine Spiralfeder 10 abstützt. Das andere Ende der Spiralfeder 10 sitzt auf dem Zylinderkopf 5 auf.

Der Ventilteller 8 wirkt mit dem Ventilsitz 11 im Zylinderkopf 5 so zusammen, dass in der geschlossenen Stellung des Ventils die Auslasskanäle 12 abgedichtet werden. Der Kipphebel und die Stößelstange zur Bewegung des Ventils sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt.

Sollen die Verbrennungsgase aus dem Brennraum 4 und der Brennraummulde 3 nach außen ausgetrieben werden, drückt der Kipphebel auf das nicht gezeigte Gegendruckelement und bewegt so den Ventilschaft 7 in der Buchse 6 nach unten. Dadurch hebt der Ventilteller 8 von dem Ventilsitz 11 ab und gibt die Öffnungen zu den Auslasskanälen 12 frei. Hat der Kolben die in 1 gezeigte Stellung erreicht, muss der Kipphebel das Gegendruckelement wieder freigeben, so dass der Ventilschaft 7 durch die Spiralfeder 10 wieder nach oben gedrückt werden kann. Hierbei muss sichergestellt sein, dass der Ventilschaft 7 der Bewegung des Kipphebels schnell folgen kann, da ansonsten der Kolben 2 auf den Ventilteller 8 aufschlägt. Hierzu ist es erforderlich, dass der Ventilschaft 7 mit nur geringer Reibung in der Buchse 6 geführt ist.

Erfindungsgemäß sind in die Buchse 6 ringförmige Kanäle 13, 14, 15 vorgesehen (s. 2). Diese Kanäle 13, 14, 15 verringern die Kontaktfläche zwischen Ventilschaft 7 und Buchse 6 und damit auch die Kraft, die zur Überwindung der Reibung zwischen Schaft 7 und Buchse 6 erforderlich ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass sich Rußpartikel, die zwischen Schaft 7 und Buchse 6 aus dem Brennraum eingedrungen sind, in den ringförmigen Kanälen 13, 14, 15 ablagern und sich nicht direkt zwischen Führung und Schaft festsetzen.

Abhängig von der Betriebstemperatur stellen sich zwischen Schaft 7 und Buchse 6 bestimmte Spaltmaße ein. In diesen Spalt dringen die Abgase wiederum abhängig von der Betriebstemperatur unterschiedlich weit ein. Die enthaltenen Rußpartikel setzen sich bis zur Eindringtiefe am Schaft 7 fest. Bei der Auf- und Abbewegung des Ventilschafts 7 werden durch die Kanten der ringförmigen Kanäle 13, 14, 15 diese Ablagerungen von dem Ventilschaft 7 entfernt.

Bei einer Füllung der ringkanalförmigen Einschnitte mit Rußpartikeln ergibt sich eine Abdichtfunktion, die verhindert, dass weitere Abgase in den Spalt zwischen Buchse und Schaft eindringen. Die so entstandene Abdichtung besteht aus Kohlenstoff und weist eine ausgezeichnete Schmierwirkung auf. Dadurch kann die Haft- und Gleitreibung zwischen Buchse und Schaft nie einen Wert erreichen, der zu einer Klemmung des Schafts oder zumindest zu einer stark verlangsamten Vertikalbewegung des Ventils führen würde. Damit wird vermieden, dass durch eine zu langsame Schließbewegung des Ventils der Kolben 2 auf den Ventilteller 8 auftrifft und somit den Schaft 7 stauchf oder verformt oder der Kolben selbst beschädigt wird. Ebenfalls wird vermieden, dass sich die dem Kipphebel entgegensetzende Kraft aus Federkraft und Reibung zwischen Schaft und Buchse zu einem Wert addiert, der eine Verformung der Stößelstange bzw. eine Lockerung des Kipphebels bewirkt.

3 zeigt eine Buchse 6, in die sägezahnförmige Ringkanäle 16 eingearbeitet sind. Auch bei dieser Form von Ringkanälen ergibt sich durch die Kante des Kanals die Abschabwirkung. Nach der Auffüllung der Ringkanäle mit Rußpartikeln wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Schmierwirkung und eine Abdichtwirkung gegen eindringende Abgase in den Spalt zwischen Schaft und Buchse einsetzen.


Anspruch[de]
Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder mit einem Brennraum und einem oder mehreren Auslassventilen, die einen Ventilteller und einen Ventilschaft aufweisen, wobei der Ventilschaft in einer Schaftführung gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaftführung wenigstens ein ringförmiger Einstich in die Führungsfläche vorgesehen ist, wobei der ringförmige Einstich einen Abstand zu dem an den Brennraum angrenzenden Rand der Schaftführung aufweist und mit Ruß gefüllt ist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des ringförmigen Einstichs vom an den Brennraum angrenzenden Rand der Ventilführung größer als der Maximalhub des Auslassventils ist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Führungsflächen größer als die Summe der Fläche der Einstiche ist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Einstiche 0,1 bis 2,5 mm beträgt. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Einstich einen Abstand zu dem dem Brennraum abgewandten Rand der Schaftführung aufweist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einstich in der Form eines rechteckigen Ringkanals in die Schaftführung eingearbeitet ist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einstich sägezahnförmig in die Schaftführung eingearbeitet ist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder mit einem Zylinderkopf versehen ist und die Schaftführung aus dem Material des Zylinderkopfes herausgearbeitet ist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder mit einem Zylinderkopf versehen ist und die Schaftführung aus einer Buchse besteht, die in den Zylinderkopf eingesetzt ist. Dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstich in dem Bereich der Schaftführung vorgesehen ist, der von Kühlmittel umströmt ist, in der Höhe in der Kühlmittelkanäle vorgesehen sind.






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