DE102016004597A1

DE102016004597A1 - Valve element for a reciprocating engine, in particular a motor vehicle

Info

Publication number: DE102016004597A1
Application number: DE102016004597.3A
Authority: DE
Inventors: Detlef Nowotni; Martin Ströer; Benedikt Wiegert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2016-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventilelement (10) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Gaswechselventil (12) zur Steuerung eines Gaswechsels eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, wobei an dem Gaswechselventil (12) wenigstens eine Zusatzmasse (20) relativ zu dem Gaswechselventil (12) translatorisch bewegbar gehalten ist.The invention relates to a valve element (10) for a reciprocating piston engine, in particular a motor vehicle, having at least one gas exchange valve (12) for controlling a gas exchange of a cylinder of the reciprocating engine, wherein at least one additional mass (20) relative to the gas exchange valve (12) is provided on the gas exchange valve (12). 12) is held translationally movable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilelement für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a valve element for a reciprocating piston engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.

Derartige Ventilelemente für Hubkolbenmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solches Ventilelement umfasst wenigstens ein Gaswechselventil zur Steuerung eines Gaswechsels eines Zylinders der Hubkolbenmaschine. Mit anderen Worten weist die Hubkolbenmaschine wenigstens einen Zylinder auf, welchem das Gaswechselventil zugeordnet ist. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist das Gaswechselventil üblicherweise zwischen wenigstens einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar. In der Offenstellung kann beispielsweise ein Gas aus einem Kanal in den Zylinder einströmen beziehungsweise ein Gas kann aus dem Zylinder in einen Kanal einströmen, da das Gaswechselventil dem Kanal zugeordnet ist und den Kanal in der Offenstellung freigibt. In der Schließstellung jedoch versperrt das Gaswechselventil den Kanal fluidisch, sodass das Gas nicht aus dem Kanal in den Zylinder strömen beziehungsweise nicht aus dem Zylinder in den Kanal strömen kann.Such valve elements for reciprocating engines, especially of motor vehicles, are already well known from the general state of the art and in particular from the production of standard vehicles. Such a valve element comprises at least one gas exchange valve for controlling a gas exchange of a cylinder of the reciprocating engine. In other words, the reciprocating engine has at least one cylinder, which is associated with the gas exchange valve. In the finished state of the reciprocating engine, the gas exchange valve is usually adjustable between at least one open position and a closed position. In the open position, for example, a gas can flow from a channel into the cylinder or a gas can flow from the cylinder into a channel, since the gas exchange valve is assigned to the channel and releases the channel in the open position. In the closed position, however, the gas exchange valve fluidly blocks the channel, so that the gas can not flow out of the channel into the cylinder or can not flow out of the cylinder into the channel.

In der Schließstellung sitzt das Gaswechselventil üblicherweise auf einem korrespondierenden Ventilsitz, wodurch der Kanal fluidisch versperrt beziehungsweise geschlossen ist. Bei dem Kanal handelt es sich beispielsweise um einen Auslasskanal oder einen Einlasskanal der beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine.In the closed position, the gas exchange valve usually sits on a corresponding valve seat, whereby the channel is fluidly blocked or closed. The channel is, for example, an outlet channel or an inlet channel of the reciprocating piston engine designed, for example, as an internal combustion engine.

Ferner offenbart die WO 98/10175 A1 einen elektromagnetischen Aktor zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung stehenden Anker, der gegen die Kraft von zwei gegeneinander gerichteten Rückstellfedern zwischen den Polflächen von zwei über eine Steuereinrichtung in ihrer Beströmung steuerbaren, mit Abstand zueinander angeordneten, als Öffner und als Schließer wirkenden Elektromagneten hin- und herbewegbar geführt ist.Further, the WO 98/10175 A1 an electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve of a reciprocating internal combustion engine, with an armature valve operatively connected to the armature controllable against the force of two oppositely directed return springs between the pole faces of two via a control device in their flow spaced apart, as a normally closed contact and is performed as a closer electromagnet back and forth reciprocally.

Üblicherweise ist dem Gaswechselventil wenigstens eine Feder zugeordnet, welche als Rückstellfeder fungiert. Die Feder ist in der Offenstellung gespannt beziehungsweise stärker gespannt als in der Schließstellung, sodass die Feder zumindest in der Offenstellung eine Federkraft auf das Gaswechselventil ausübt. Mittels der Federkraft kann das Gaswechselventil aus der Offenstellung zurück in die Schließstellung und somit auf den Ventilsitz bewegt werden.Usually, the gas exchange valve is associated with at least one spring, which acts as a return spring. The spring is stretched in the open position or more tensioned than in the closed position, so that the spring exerts a spring force on the gas exchange valve, at least in the open position. By means of the spring force, the gas exchange valve can be moved from the open position back into the closed position and thus to the valve seat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventilelement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisierbar ist.Object of the present invention is to develop a valve element of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous operation of the reciprocating engine can be realized.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventilelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a valve element having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Ventilelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Gaswechselventil wenigstens eine Zusatzmasse relativ zu dem Gaswechselventil translatorisch bewegbar gehalten ist.In order to develop a valve element specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly advantageous operation of the reciprocating engine can be realized, it is inventively provided that at least one additional mass is held translationally movable relative to the gas exchange valve on the gas exchange valve.

Üblicherweise ist das Gaswechselventil, insbesondere in fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine, zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung sitzt das Gaswechselventil beispielsweise auf einem korrespondierenden Ventilsitz. Ferner ist dem Gaswechselventil üblicherweise wenigstens ein Rückstellelement insbesondere in Form einer Feder zugeordnet. Das Rückstellelement stellt zumindest in der Offenstellung eine Kraft bereit, mittels welcher das Gaswechselventil aus der Offenstellung zurück in die Schließstellung und somit auf den Ventilsitz bewegt werden kann. Bei dieser Kraft handelt es sich beispielsweise um eine Federkraft, welche von dem beispielsweise als Federelement ausgebildeten Rückstellelement zumindest in der Offenstellung bereitgestellt wird und auf das Gaswechselventil wirkt.Usually, the gas exchange valve, in particular in finished manufactured state of the reciprocating engine, between a closed position and at least one open position movable. In the closed position, the gas exchange valve sits, for example, on a corresponding valve seat. Furthermore, the gas exchange valve is usually associated with at least one return element, in particular in the form of a spring. The return element provides at least in the open position a force by means of which the gas exchange valve can be moved from the open position back into the closed position and thus to the valve seat. This force is, for example, a spring force, which is provided by the restoring element, for example designed as a spring element, at least in the open position and acts on the gas exchange valve.

Bei herkömmlichen Gaswechselventilen kommt es zu einem Zurückprellen dieser, wenn die Gaswechselventile geschlossen werden. Da das Gaswechselventil herkömmlicherweise mittels der Rückstellkraft auf und insbesondere gegen den Ventilsitz bewegt wird, hebt das herkömmliche Gaswechselventil im Rahmen des Zurückprellens – nachdem es mittels der Rückstellkraft gegen den Ventilsitz bewegt wurde – von dem Ventilsitz wieder ab und wird dann mittels der Rückstellkraft beispielsweise wieder gegen den Ventilsitz bewegt.In conventional gas exchange valves, this bounces back when the gas exchange valves are closed. Since the gas exchange valve is conventionally moved by means of the restoring force and in particular against the valve seat, the conventional gas exchange valve in the context of rebounding - after it was moved by means of the restoring force against the valve seat - from the valve seat again and then by means of the restoring force, for example, again against moves the valve seat.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventilelement kann die Zusatzmasse als Stoßmasse wirken, wodurch das Zurückprellen des Gaswechselventils im Vergleich zu herkömmlichen Ventilelementen deutlich vermindert beziehungsweise unterdrückt wird. Da die Zusatzmasse an dem Gaswechselventil gehalten und leicht, das heißt in gewissen Grenzen, relativ zu dem Gaswechselventil, insbesondere in dessen axialer Richtung, translatorisch bewegbar ist, kommt es insbesondere dann, wenn das Gaswechselventil auf seinen Ventilsitz bewegt wird beziehungsweise auftrifft, zu Stößen zwischen dem Gaswechselventil und der Zusatzmasse. Durch diese Stöße wird das Zurückprellen des Gaswechselventils insbesondere bei entsprechender Auslegung der Zusatzmasse drastisch vermindert oder unterdrückt, sodass die Zusatzmasse als Tilger, insbesondere als Stoßtilger, wirkt. Im Rahmen der Auslegung erfolgt beispielsweise eine entsprechende Auswahl eines Materials, aus welchem die Zusatzmasse hergestellt wird, und/oder der Geometrie der Zusatzmasse. Ferner ist es denkbar, federnde und/oder dämpfende Elemente zwischen dem Gaswechselventil und der Zusatzmasse anzuordnen, um beispielsweise die Stöße zwischen der Zusatzmasse und dem Gaswechselventil zu federn beziehungsweise zu dämpfen.In the valve element according to the invention, the additional mass can act as an impact mass, whereby the rebounding of the gas exchange valve compared to conventional valve elements is significantly reduced or suppressed. As the additional mass to the gas exchange valve held and light, that is, within certain limits, relative to the gas exchange valve, in particular in the axial direction, translationally movable, it comes in particular when the gas exchange valve is moved to its valve seat or impinges, to bumps between the gas exchange valve and the additional mass. These bumps the rebounding of the gas exchange valve is drastically reduced or suppressed, in particular with appropriate design of the additional mass, so that the additional mass acts as a absorber, in particular as shock absorber. In the context of the design, for example, a corresponding selection of a material from which the additional mass is produced, and / or the geometry of the additional mass. Further, it is conceivable to arrange resilient and / or damping elements between the gas exchange valve and the additional mass, for example, to cushion or dampen the shocks between the additional mass and the gas exchange valve.

Im Vergleich zu herkömmlichen Ventilelementen kann das erfindungsgemäße Gaswechselventil wesentlich schneller geschlossen werden, wodurch sich neue Möglichkeiten in der Auslegung der Ventilerhebungskurve ergeben. Dadurch kann die beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine besonders effizient und somit wirkungsgradgünstig betrieben werden, sodass sich eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Hubkolbenmaschine realisieren lässt. Ferner kann der jeweilige Verschleiß des Gaswechselventils und des beispielsweise durch einen Ventilsitzring gebildeten Ventilsitzes besonders gering gehalten werden, da eine hohe, aus dem Zurückprellen resultierende zyklische Belastung des Gaswechselventils, insbesondere dessen Ventilteller, und des Ventilsitzrings vermieden werden kann. Darüber hinaus kann im Vergleich zu herkömmlichen Ventilelementen die Kontaktdauer zwischen dem Gaswechselventil, insbesondere dessen Ventilteller, und dem Ventilsitz, insbesondere dem Ventilsitzring, erhöht werden, sodass sich eine bessere Wärmeleitung ergibt. Dadurch kann die thermo-mechanische Beanspruchung des Gaswechselventils vermindert werden, woraus eine Lebensdauererhöhung resultiert.Compared to conventional valve elements, the gas exchange valve according to the invention can be closed much faster, resulting in new possibilities in the design of the valve lift curve. As a result, the reciprocating piston engine, which is designed, for example, as an internal combustion engine, can be operated in a particularly efficient and thus efficient manner, so that an improvement in the efficiency of the reciprocating engine can be achieved. Further, the respective wear of the gas exchange valve and the valve seat formed for example by a valve seat ring can be kept particularly low, since a high, resulting from the rebound cyclic loading of the gas exchange valve, in particular its valve plate, and the valve seat ring can be avoided. In addition, compared to conventional valve elements, the contact duration between the gas exchange valve, in particular its valve disk, and the valve seat, in particular the valve seat ring, can be increased, resulting in a better heat conduction. As a result, the thermo-mechanical stress of the gas exchange valve can be reduced, resulting in an increase in service life.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine schematische Schnittansicht eines Ventilelements gemäß einer ersten Ausführungsform für eine Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einem Gaswechselventil zur Steuerung eines Gaswechsels eines Zylinders der Hubkolbenmaschine, wobei an dem Gaswechselventil wenigstens eine Zusatzmasse relativ zu dem Gaswechselventil translatorisch bewegbar gehalten ist; 1 a schematic sectional view of a valve element according to a first embodiment of a reciprocating engine, with at least one gas exchange valve for controlling a gas exchange of a cylinder of the reciprocating engine, wherein at the gas exchange valve at least one additional mass is held translationally movable relative to the gas exchange valve;

2 eine schematische Schnittansicht des Ventilelements gemäß einer zweiten Ausführungsform; und 2 a schematic sectional view of the valve element according to a second embodiment; and

3 eine schematische Schnittansicht des Ventilelements gemäß einer dritten Ausführungsform. 3 a schematic sectional view of the valve element according to a third embodiment.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Ventilelement für eine Hubkolbenmaschine. Die Hubkolbenmaschine ist beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine, das heißt als Hubkolben-Verbrennungsmaschine, ausgebildet, wobei die Hubkolbenmaschine vorzugsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und mittels der Hubkolbenmaschine antreibbar. Dabei weist die Hubkolbenmaschine wenigstens einen als Zylinder ausgebildeten Brennraum auf, in welchem während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolbenmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Dabei ist das Ventilelement 10 dem Zylinder zugeordnet. Ferner ist dem Zylinder wenigstens ein Einlasskanal zugeordnet, über welchen ein Gas in den Zylinder eingebracht werden kann. Bei diesem Gas handelt es sich beispielsweise zumindest um Luft. Ferner kann ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, in den Zylinder eingebracht werden, sodass sich im Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bilden kann. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Hubkolbenmaschine resultiert. Darüber hinaus ist dem Zylinder wenigstens ein Auslasskanal zugeordnet, mittels welchem das Abgas aus dem Zylinder abgeführt werden kann. 1 shows in a schematic sectional view with a whole 10 designated valve element for a reciprocating engine. The reciprocating engine, for example, as an internal combustion engine, that is designed as a reciprocating internal combustion engine, wherein the reciprocating engine is preferably part of a drive train of a motor vehicle. The motor vehicle is designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle, and can be driven by means of the reciprocating piston engine. In this case, the reciprocating piston engine has at least one combustion chamber designed as a cylinder, in which combustion processes take place during a fired operation of the reciprocating piston engine. Here is the valve element 10 assigned to the cylinder. Further, the cylinder is associated with at least one inlet channel, via which a gas can be introduced into the cylinder. For example, this gas is at least air. Furthermore, a fuel, in particular a liquid fuel, can be introduced into the cylinder, so that a fuel-air mixture can form in the cylinder. This fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the reciprocating engine results. In addition, the cylinder is associated with at least one outlet channel, by means of which the exhaust gas can be removed from the cylinder.

Dem Einlasskanal ist wenigstens ein als Einlassventil ausgebildetes Gaswechselventil zugeordnet, welches zwischen wenigstens einer Offenstellung und einer Schließstellung translatorisch bewegbar ist. In der Schließstellung ist der Einlasskanal durch das Einlassventil fluidisch versperrt, sodass das Gas nicht aus dem Einlasskanal in den Zylinder einströmen kann. In der Offenstellung jedoch gibt das Einlassventil den Einlasskanal frei, sodass das Gas aus dem Einlassventil aus- und in den Zylinder einströmen kann.At least one gas exchange valve designed as an inlet valve is associated with the inlet channel and is translationally movable between at least one open position and a closed position. In the closed position, the inlet channel is fluidly blocked by the inlet valve, so that the gas can not flow from the inlet channel into the cylinder. In the open position, however, the inlet valve releases the inlet channel, so that the gas out of the inlet valve and can flow into the cylinder.

Dem Auslasskanal ist ein als Auslassventil ausgebildetes Gaswechselventil zugeordnet. Auch das Auslassventil ist zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung translatorisch bewegbar. In der Schließstellung ist der Auslasskanal mittels des Auslassventils fluidisch versperrt, sodass das Abgas aus dem Zylinder nicht in den Auslasskanal einströmen kann. In der Offenstellung jedoch gibt das Auslassventil den Auslasskanal frei, sodass das Abgas aus dem Zylinder in den Auslasskanal strömen kann. Die Gaswechselventile werden somit zur Steuerung eines Gaswechsels des Zylinders genutzt, wobei unter dem Gaswechsel das Zuführen des Gases in den Zylinder und das Abführen des Abgases aus dem Zylinder zu verstehen ist.The outlet channel is assigned a designed as an outlet valve gas exchange valve. Also, the exhaust valve is translationally movable between a closed position and at least one open position. In the closed position, the outlet channel is fluidly blocked by means of the outlet valve, so that the exhaust gas from the cylinder can not flow into the outlet channel. In the open position, however, the exhaust valve releases the exhaust passage so that the exhaust gas can flow out of the cylinder into the exhaust passage. The gas exchange valves are thus used to control a gas exchange of the cylinder, which is to be understood by the gas exchange, the supply of the gas into the cylinder and the discharge of the exhaust gas from the cylinder.

Aus 1 ist erkennbar, dass das Ventilelement 10 wenigstens ein Gaswechselventil 12 umfasst. Dieses Gaswechselventil 12 kann als das zuvor genannte Einlassventil oder aber auch als das zuvor genannte Auslassventil verwendet werden. Dabei zeigt 1 eine erste Ausführungsform des Ventilelements 10.Out 1 it can be seen that the valve element 10 at least one gas exchange valve 12 includes. This gas exchange valve 12 can be used as the aforementioned intake valve or as the aforementioned exhaust valve. It shows 1 a first embodiment of the valve element 10 ,

Das Gaswechselventil 12 weist einen Ventilschaft 14 und einen mit dem Ventilschaft 14 verbundenen Ventilteller 16 auf, welcher vorliegend einstückig mit dem Ventilschaft 14 ausgebildet ist. Die folgenden und vorigen Ausführungen zum Ventilelement 10, insbesondere zum Gaswechselventil 12, können ohne weiteres auf das Einlassventil und das Auslassventil übertragen werden.The gas exchange valve 12 has a valve stem 14 and one with the valve stem 14 connected valve disk 16 on, which in this case in one piece with the valve stem 14 is trained. The following and previous versions of the valve element 10 , in particular to the gas exchange valve 12 , can be easily transferred to the inlet valve and the outlet valve.

Beispielsweise ist das Gaswechselventil 12 in fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine translatorisch bewegbar an einem Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine gehalten. Dabei ist eine in 1 besonders schematisch dargestellte Ventilführung 18 vorgesehen, mittels welcher das Gaswechselventil 12 bei dessen Bewegung zwischen der Offenstellung und der Schließstellung, insbesondere linear, geführt wird. In der Schließstellung sitzt das Gaswechselventil 12, insbesondere der Ventilteller 16, auf einem korrespondierenden Ventilsitz, welcher beispielsweise durch einen Ventilsitzring gebildet ist. Dadurch ist der Einlasskanal beziehungsweise der Auslasskanal mittels des Gaswechselventils 12 fluidisch versperrt.For example, the gas exchange valve 12 held ready-finished state of the reciprocating engine translationally movable on a cylinder head of the reciprocating engine. It is an in 1 particularly schematically illustrated valve guide 18 provided by means of which the gas exchange valve 12 in the movement between the open position and the closed position, in particular linear, is performed. In the closed position sits the gas exchange valve 12 , in particular the valve disk 16 , on a corresponding valve seat, which is formed for example by a valve seat ring. As a result, the inlet channel or the outlet channel by means of the gas exchange valve 12 fluidly blocked.

Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren zu können, umfasst das Ventilelement 10 eine als Stoßmasse fungierende Zusatzmasse 20, welche an dem Gaswechselventil 12 gehalten und dabei relativ zu dem Gaswechselventil 12 translatorisch bewegbar ist. Die Zusatzmasse ist dabei durch einen festen, eigensteifen Körper gebildet, welcher beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Die translatorische Bewegbarkeit der Zusatzmasse 20 relativ zu dem Gaswechselventil 12 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 22 veranschaulicht. Dabei sind Abstützelemente 24 und 26 vorgesehen, welche die Bewegbarkeit der Zusatzmasse 20 relativ zu dem Gaswechselventil 12 begrenzen. Dies bedeutet, dass die Zusatzmasse 20 soweit relativ zu dem Gaswechselventil 12 gemäß dem Doppelpfeil 22 hin- und herbewegt werden kann, bis die Zusatzmasse 20 in die jeweilige Stützanlage mit dem jeweiligen Abstützelement 24 beziehungsweise 26 kommt.In order to be able to realize a particularly advantageous and in particular efficient and thus fuel-efficient operation of the reciprocating piston engine, the valve element comprises 10 an additional mass acting as an impact mass 20 , which at the gas exchange valve 12 held while doing relative to the gas exchange valve 12 is translationally movable. The additional mass is formed by a solid, inherently rigid body, which is formed for example of a metallic material. The translational mobility of the additional mass 20 relative to the gas exchange valve 12 is in 1 by a double arrow 22 illustrated. These are support elements 24 and 26 provided, which the mobility of the additional mass 20 relative to the gas exchange valve 12 limit. This means that the additional mass 20 far relative to the gas exchange valve 12 according to the double arrow 22 can be moved back and forth until the additional mass 20 in the respective support system with the respective support element 24 respectively 26 comes.

Dem Gaswechselventil 12 ist in fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ein beispielsweise als Federelement ausgebildetes Rückstellelement zugeordnet, wobei das Federelement auch als Rückstellfeder bezeichnet wird. In der Offenstellung des Gaswechselventils 12 ist die Rückstellfeder stärker als in der Schließstellung gespannt, sodass die Rückstellfeder zumindest in der Offenstellung eine Federkraft bereitstellt, welche auf das Gaswechselventil 12 wirkt. Mittels dieser Federkraft kann das Gaswechselventil 12 aus der Offenstellung zurück in die Schließstellung und dabei auf beziehungsweise gegen den Ventilsitz bewegt werden. Um das Gaswechselventil 12 besonders schnell aus der Offenstellung in die Schließstellung zu bewegen, ist die Federkraft entsprechend groß. Somit prallt das Gaswechselventil 12, insbesondere der Ventilteller 16, beim Bewegen des Gaswechselventils 12 aus der Offenstellung in die Schließstellung gegen den Ventilsitz. Um dabei ein Zurückprellen und somit ein Abheben des Gaswechselventils 12, insbesondere des Ventiltellers 16, von dem Ventilsitz zu vermeiden beziehungsweise gering zu halten, ist die als Stoßmasse wirkende Zusatzmasse 20 vorgesehen. Wenn das Gaswechselventil 12, insbesondere über den Ventilteller 16, gegen den Ventilsitz prallt, kommt es zu Stößen zwischen der Zusatzmasse 20 und dem Gaswechselventil 12, insbesondere zwischen der Zusatzmasse 20 und den Abstützelementen 24 und 26, wobei durch diese Stöße das Zurückprellen des Gaswechselventils 12 vermindert oder vermieden werden kann. Dadurch kann das Gaswechselventil 12 besonders schnell aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt werden, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisierbar ist.The gas exchange valve 12 is in finished manufactured state of the reciprocating engine associated with a trained example as a spring element return element, wherein the spring element is also referred to as a return spring. In the open position of the gas exchange valve 12 is the return spring stronger than in the closed position, so that the return spring, at least in the open position provides a spring force, which on the gas exchange valve 12 acts. By means of this spring force, the gas exchange valve 12 be moved from the open position back into the closed position and thereby on or against the valve seat. To the gas exchange valve 12 To move particularly quickly from the open position to the closed position, the spring force is correspondingly large. Thus, the gas exchange valve bounces 12 , in particular the valve disk 16 , when moving the gas exchange valve 12 from the open position to the closed position against the valve seat. In order to bounce back and thus lifting the gas exchange valve 12 , in particular of the valve disk 16 to avoid or keep low from the valve seat, which acts as an impact mass additional mass 20 intended. If the gas exchange valve 12 , in particular via the valve disk 16 , bouncing against the valve seat, it comes to bumps between the additional mass 20 and the gas exchange valve 12 , in particular between the additional mass 20 and the support elements 24 and 26 , where by these shocks the rebounding of the gas exchange valve 12 can be reduced or avoided. This allows the gas exchange valve 12 be moved particularly quickly from the open position to the closed position, whereby a particularly advantageous operation of the reciprocating engine can be realized.

Bei der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform ist die Zusatzmasse 20 außerhalb des Ventilschafts 14 und außerhalb des Ventiltellers 16 angeordnet und dabei im Bereich des Ventilschafts 14 an dem Gaswechselventil 12 translatorisch bewegbar gehalten. Hierzu weist die Zusatzmasse 20 beispielsweise eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 28 auf, in welche der Ventilschaft 14 zumindest teilweise aufgenommen ist. Vorliegend durchdringt der Ventilschaft 14 die Öffnung 28, sodass die Zusatzmasse 20 mittels der Öffnung 28 und mittels des Ventilschafts 14 geführt an dem Gaswechselventil 12, insbesondere dem Ventilschaft 14, gehalten ist.At the in 1 illustrated first embodiment is the additional mass 20 outside the valve stem 14 and outside the valve disk 16 arranged and thereby in the area of the valve stem 14 at the gas exchange valve 12 kept translationally movable. For this purpose, the additional mass 20 for example, an opening formed as a passage opening 28 into which the valve stem 14 at least partially included. In the present case, the valve stem penetrates 14 the opening 28 so that the additional mass 20 by means of the opening 28 and by means of the valve stem 14 guided at the gas exchange valve 12 , in particular the valve stem 14 , is held.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Ventilelements 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Zusatzmasse 20 innerhalb des Ventilschafts 14 aufgenommen. Dabei weist der Ventilschaft 14 eine Aufnahme 30 auf, welche in Bewegungsrichtung der Zusatzmasse 20 durch die Abstützelemente 24 und 26 begrenzt ist. Dabei sind die Abstützelemente 24 und 26 durch Wandungen des Ventilschafts 14 gebildet. 2 shows a second embodiment of the valve element 10 , In the second embodiment, the additional mass 20 inside the valve stem 14 added. In this case, the valve stem 14 a recording 30 on, which in the direction of movement of the additional mass 20 through the support elements 24 and 26 is limited. Here are the support elements 24 and 26 through walls of the valve stem 14 educated.

Die Bewegungsrichtung, entlang welcher die Zusatzmasse 20 relativ zu dem Gaswechselventil 12 translatorisch bewegbar ist, fällt mit der axialen Richtung des Gaswechselventils 12, insbesondere des Ventilschafts 14, zusammen, wobei die axiale Richtung auch mit einer Bewegungsrichtung zusammenfällt, entlang welcher das Gaswechselventil 12 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung bewegbar ist.The direction of movement along which the additional mass 20 relative to the gas exchange valve 12 is translationally movable, coincides with the axial direction of the gas exchange valve 12 , in particular the valve stem 14 , together, wherein the axial direction coincides with a direction of movement, along which the gas exchange valve 12 between the open position and the closed position is movable.

3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Ventilelements 10. Bei dieser dritten Ausführungsform ist die Zusatzmasse 20 innerhalb des Ventiltellers 16 aufgenommen. Hierzu weist der Ventilteller 16 eine Aufnahme 30 auf, in welcher die Zusatzmasse 20 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. 3 shows a third embodiment of the valve element 10 , In this third embodiment, the additional mass 20 inside the valve disk 16 added. For this purpose, the valve plate 16 a recording 30 on, in which the additional mass 20 is recorded translationally movable.

In 2 ist der Ventilsitz schematisch dargestellt und mit 32 bezeichnet. Ferner sind in 2 Stoßstellen A, B und C gezeigt. An der Stoßstelle A kommt es zu einem Stoß zwischen dem Ventilteller 16 und dem Ventilsitz 32, wenn das Gaswechselventil 12 in die Schließstellung bewegt wird. An der Stoßstelle B kommt es zu einem Stoß zwischen der Zusatzmasse 20 und dem Gaswechselventil 12, wenn die Zusatzmasse 20 gegen das Abstützelement 24 prallt. An der Stoßstelle C kommt es zu einem Stoß zwischen der Zusatzmasse 20 und dem Gaswechselventil 12, wenn die Zusatzmasse 20 gegen das Abstützelement 26 prallt. Bei einem idealisierten Stoß geht die Dauer des Stoßes gegen 0, sodass sich die Lage der jeweiligen Körper während des Stoßes nicht ändern. Ferner müssen während des Stoßvorgangs nur stoßrelevante Kräfte berücksichtigt werden. Beispielsweise können Gewichtskräfte vernachlässigt werden. Ferner ist vorzugsweise der jeweilige Spalt zwischen dem Gaswechselventil 12 und der Zusatzmasse 20 klein.In 2 the valve seat is shown schematically and with 32 designated. Furthermore, in 2 Faces A, B and C shown. At the joint A, there is a shock between the valve disk 16 and the valve seat 32 if the gas exchange valve 12 is moved to the closed position. At the joint B there is a shock between the additional mass 20 and the gas exchange valve 12 if the additional mass 20 against the support element 24 rebounds. At the joint C there is a shock between the additional mass 20 and the gas exchange valve 12 if the additional mass 20 against the support element 26 rebounds. In an idealized impact, the duration of the impact goes to 0, so that the position of the respective body does not change during the impact. Furthermore, only impact-relevant forces must be taken into account during the impact process. For example, weight forces can be neglected. Further, preferably, the respective gap between the gas exchange valve 12 and the additional mass 20 small.

Relevant beziehungsweise von Interesse sind die Stöße und eine Stoßreihenfolge beim Schließen des Gaswechselventils 12, das heißt wenn dieses aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt wird und dabei gegen den Ventilsitz 32 prallt. Ein erster Stoß erfolgt beispielsweise an der Stoßstelle A zwischen dem Ventilsitz 32 und dem Ventilteller 16. Ein zweiter Stoß erfolgt beispielsweise an der Stoßstelle B zwischen der Zusatzmasse 20 und dem Gaswechselventil 12. Ein dritter Stoß erfolgt beispielsweise entweder an der Stoßstelle A oder an der Stoßstelle C, insbesondere abhängig von den Geschwindigkeiten nach dem Stoß und von der Größe des genannten Spalts. Ferner sind weitere Stöße möglich. Beispielsweise sind vor dem ersten Stoß der Impuls L und die Geschwindigkeit v des Gaswechselventils 12 und der Zusatzmasse 20 größer als 0. Nach dem ersten Stoß sind beispielsweise der Impuls L und die Geschwindigkeit v des Gaswechselventils 12 kleiner als 0, wobei jedoch der Impuls L und die Geschwindigkeit v der Zusatzmasse 20 nach dem ersten Stoß größer als 0 sind. Beispielsweise sind der Impuls L und die Geschwindigkeit v des Gaswechselventils 12 vor dem zweiten Stoß kleiner als 0, wobei beispielsweise der Impuls L und die Geschwindigkeit v der Zusatzmasse 20 vor dem zweiten Stoß größer als 0 sind.Relevant or of interest are the shocks and a collision sequence when closing the gas exchange valve 12 That is, when this is moved from the open position to the closed position and thereby against the valve seat 32 rebounds. A first impact occurs, for example, at the joint A between the valve seat 32 and the valve plate 16 , A second impact occurs, for example, at the joint B between the additional mass 20 and the gas exchange valve 12 , A third impact occurs, for example, either at the joint A or at the joint C, in particular depending on the velocities after the impact and on the size of said gap. Furthermore, further shocks are possible. For example, before the first impact, the pulse L and the velocity v of the gas exchange valve 12 and the additional mass 20 greater than 0. After the first impact, for example, the pulse L and the velocity v of the gas exchange valve 12 less than 0, but with the pulse L and the velocity v of the additional mass 20 after the first impact are greater than 0. For example, the pulse L and the speed v of the gas exchange valve 12 before the second impact less than 0, for example, the pulse L and the velocity v of the additional mass 20 before the second impact are greater than 0.

Zur Beurteilung des Impulses L beziehungsweise der Geschwindigkeit v ist eine Lösung der Impulsbilanz in Verbindung mit der Stoßzeitgleichung erforderlich. Insgesamt können durch die Stöße zwischen der Zusatzmasse 20 und dem Gaswechselventil 12 übermäßige und zu einem Zurückprellen des Gaswechselventils 12 führende Bewegungen des Gaswechselventils 12 vermieden werden, sodass sich ein vorteilhafter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren lässt. Ferner kann der Verschleiß zwischen dem Ventilteller 16 und dem Ventilsitz 32 gering gehalten werden, da eine durch Zurückprellen bewirkte hohe zyklische Belastung entfällt. Ferner kommt es zu einer besonders langen Kontaktdauer zwischen dem Ventilteller 16 und dem Ventilsitz 32, sodass sich eine bessere Wärmeleitung ergibt. Dadurch kann die thermo-mechanische Beanspruchung des Ventiltellers 16 gering gehalten werden.To evaluate the pulse L or the velocity v, a solution of the momentum balance in conjunction with the peak time equation is required. Overall, by the shocks between the additional mass 20 and the gas exchange valve 12 excessive and to a rebounding of the gas exchange valve 12 leading movements of the gas exchange valve 12 be avoided, so that an advantageous operation of the reciprocating engine can be realized. Furthermore, the wear between the valve plate 16 and the valve seat 32 be kept low as caused by rebounding high cyclic load is eliminated. Furthermore, there is a particularly long contact time between the valve disk 16 and the valve seat 32 so that there is better heat conduction. As a result, the thermo-mechanical stress of the valve disk 16 be kept low.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Ventilelementvalve element
1212: GaswechselventilGas exchange valve
1414: Ventilschaftvalve stem
1616: Ventiltellervalve disc
1818: Ventilführungvalve guide
2020: Zusatzmasseadditional mass
2222: Doppelpfeildouble arrow
2424: Abstützelementsupporting
2626: Abstützelementsupporting
2828: Öffnungopening
3030: Aufnahmeadmission
3232: Ventilsitzvalve seat
AA: Stoßstellejoint
BB: Stoßstellejoint
CC: Stoßstellejoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 98/10175 A1 [0004]

Claims

Valve element ( 10 ) for a reciprocating engine, in particular a motor vehicle, with at least one gas exchange valve ( 12 ) for controlling a gas exchange of a cylinder of the reciprocating engine, characterized in that at the gas exchange valve ( 12 ) at least one additional mass ( 20 ) relative to the gas exchange valve ( 12 ) is held translationally movable.

Valve element ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the gas exchange valve ( 12 ) a valve stem ( 14 ) and one with the valve stem ( 14 ) connected valve disk ( 16 ) having.

Valve element ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the additional mass ( 20 ) outside of the valve plate ( 16 ) and outside the valve stem ( 14 ) is arranged.

Valve element ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the additional mass ( 20 ) within the valve disk ( 16 ) is arranged.

Valve element ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the additional mass ( 20 ) within the valve stem ( 14 ) is arranged.