DE102006061128B4

DE102006061128B4 - Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102006061128B4
Application number: DE102006061128.4A
Authority: DE
Inventors: Marcus Abele
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: DE102006061128A1

Abstract

Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit einem hohlen Ventilteller (1) mit einem, der Brenngasbeaufschlagung zugewandten Ventilboden (2) und einem einen Hohlraum (5) des Ventiltellers (1) vollständig durchdringenden Ventilschaft (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilboden (2) zumindest an seiner, den Brenngasen zugewandten Oberfläche durch eine dort vorgesehene Vielzahl, lediglich einen geringen Tiefenbereich einer gesamten Bodendicke erfassender, kleiner Erhebungen wärmeübertragungserhöhend flächenvergrößernd strukturiert ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Gaswechselventile sind beispielsweise bekannt aus DE 198 04 053 A1 , EP 1 497 538 B1 und EP 1 599 658 B1 .
Auch die US 2 154 871 A sowie die EP 1 353 045 A2 zeigen solche Gaswechselventile.
Aus der DE 82 18 361 U1 ist ein Gaswechselventil bekannt, das bereichsweise hohl ausgebildet ist.
Bei dem Ventil nach EP 1 497 538 B1 ist der direkt den Verbrennungsgasen ausgesetzte Oberflächenbereich des Ventilbodens zweischichtig ausgebildet und zwar mit einer äußeren, gegenüber einer inneren Schicht dünner und besser wärmeleitend ausgebildeten äußeren Schicht. Die äußere, besonders gut wärmeleitende Schicht soll zu einer guten Wärmeübertragbarkeit des Ventilbodens beitragen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine weitere beziehungsweise zusätzliche Maßnahme für eine gute Wärmeübertragungseigenschaft des Ventilbodens zu schaffen.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Ausführung eines gattungsgemäßen Gaswechselventiles nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Ventilboden in denjenigen Bereichen, in denen eine besonders hohe Wärmeübertragung gewünscht wirkt, mit einer, diese Eigenschaft begünstigenden Oberflächenstruktur zu versehen. In dieser Hinsicht begünstigend wird eine Oberflächenstruktur, durch die eine, bezogen auf den betreffenden Bereich des Ventilbodens spezifisch vergrößerte Wärmeübertragungsfläche geschaffen wird. Eine spezifisch vergrößerte Oberfläche wird grundsätzlich durch eine, gegenüber einer glatten Ausbildung zerklüftete Oberfläche erreicht. Dabei sind für einen Ventilboden selbstverständlich lediglich solche Arten einer Oberflächenzerklüftung geeignet, durch die die erforderlichen Festigkeitseigenschaften des Ventilbodens nicht unzulässig beeinträchtigt werden. Als oberflächenvergrößernde Strukturmaßnahmen eignen sich insbesondere solche, durch die die Oberfläche eines Ventilbodens durch eine Kalt- oder Warmverformung unter Verformungsdruck erfindungsgemäß strukturiert wird. Derartige Verformungsmaßnahmen können beispielsweise in einem Verändern der Oberfläche durch Prägen, Rändeln, Verrippen oder dergleichen bestehen. Der Boden kann dabei lediglich bereichsweise entsprechend erfindungsgemäß oberflächenstrukturiert sein. So kann die vergrößerte Oberflächenstruktur auf lediglich der den Brenngasen zugewandten Seite des Ventilbodens, oder lediglich auf der dem Hohlraum zugewandten Seite des Ventilbodens oder zumindest in Teilbereichen auf beiden Ventilbodenseiten vorgesehen sein.
In dem Hohlraum des Ventiltellers kann ein zumindest unter Wärme flüssiges Kühlmittel vorgesehen sein. Ein solches Kühlmittel füllt den betreffenden Hohlraum lediglich teilweise aus, um bei der im Betrieb des Ventiles erfolgenden oszillierenden Bewegung eine sogenannte Shaker-Kühlung durch das Kühlmittel zu erhalten. Durch eine derartige Shaker-Kühlung wird eine besonders gute Wärmeübertragung erzeugt. Erfindungsgemäß können in dem Hohlraum des Ventiltellers durch Trennwände Bereiche abgetrennt sein, die innerhalb des gesamten Ventilhohlraumes ausschließlich mit einem Kühlmittel beaufschlagt sind.
Bei einem hohlen Ventilschaft kann auch der Hohlraum des Ventilschaftes mit einem Kühlmittel beaufschlagt sein, wobei die Kühlmittelräume innerhalb des Ventilhohlraumes und des Ventilschaftes miteinander für einen gegenseitigen Kühlmittelaustausch kommunizierend ausgebildet sein können.
Bei einer Ausführung eines Ventiltellers, in dem der Ventilboden an seinem radial äußeren Rand mit einem, den Ventilhohlraum bildenden, mit dem Ventilschaft fest verbundenen Kegelmantel verschweißt ist, kann der Ventilboden aus einem flachen Ausgangsmetallteil geformt sein. Ein solches flaches Metallteil kann beispielsweise ein Metallblech sein. Die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur wird in einem solchen Fall an dem flachen Ausgangsmetallteil eingeformt. Dieses Einformen erfolgt durch ein entsprechendes Prägen der zu vergrößernden Oberfläche durch eine der zuvor genannten, möglichen Prägeverfahren.
Vorteilhafte, nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen
1 den Tellerbereich eines Gaswechselventiles in einem Längsschnitt,
2a, b eine Ansicht auf den Ventil-Boden nach 1 bei verschiedenen Ausführungen einer flächenvergrößerenden Oberflächenstruktur,
3 ein Ausgangsmaterial für einen Ventilboden innerhalb einer Prägeeinrichtung,
4 einen Längsschnitt durch einen Tellerbereich eines Ventiles mit einem Kühlmittelteilbereich innerhalb eines Ventilhohlraumes.
Ein Ventilteller 1 umfasst einen Ventilboden 2, einen mit diesem verbundenen Kegelmantel 3 sowie einen Ventilschaft 4, der an dem verjüngten Ende des Kegelmantels 3 und dem Ventilboden 2 jeweils fest angebunden ist. Die Befestigungen zwischen den vorgenannten Bauteilen sind jeweils über Schweißverbindungen gegeben, wobei diese Bauteile aus Metall bestehen. Der Ventilteller 1 weist bei der Ausbildung nach 1 einen einheitlichen Hohlraum auf, der begrenzt ist von dem Ventilboden 2, dem Kegelmantel 3 sowie dem Schaft 4, der als Hohlschaft ausgebildet ist.
Der Ventilboden ist beidseitig mit flächenvergrößernden Oberflächenstrukturen ausgebildet. Die flächenvergrößernden Oberflächenstrukturen zeichnen sich durch eine Vielzahl kleiner, auf einen geringen Tiefenbereich des Bodens 2 begrenzter Erhebungen aus. Bezogen auf eine mittlere Dicke eines Bereiches des Bodens 2, wie sie in 1 mit dem Maß d markiert ist, beträgt die Tiefe der beiden, innen und außen liegenden Strukturbereiche jeweils lediglich etwa 10%.
Die kleinen, die Oberfläche vergrößernden Erhebungen können durch Kalt- oder Warmverformen der jeweiligen Oberflächen unter Prägedruck erzeugt werden.
3 zeigt ein Prägeverfahren für einen Ventilboden 2, der aus einem flachen Metallmaterial, das heißt insbesondere einem Blechmaterial hergestellt wird. In einem solchen Fall kann das flache Ausgangs-Blechmaterial mit der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur durch zum Beispiel an sich bekannte Warm- oder Kaltprägeverfahren erzeugt werden.
In 2 sind zwei verschiedene Oberflächenstrukturen des Bodens 2 dargestellt, die durch unterschiedliche Präge- beziehungsweise Rollierverfahren erzeugt werden können.
Bei der Ausführung des Ventiltellers 1 nach 1 sind sowohl ein einheitlicher Hohlraum 5 des Ventiltellers wie ein Hohlraum 6 des Schaftes 4 mit einem Kühlmedium 7 teilgefüllt. Das Kühlmedium kann beispielsweise Natrium sein, dessen Einsatz in zu kühlenden Ventilen an sich bekannt ist. Die beiden Hohlräume 6 und 7 sind bei der Ausführung nach 1 durch Verbindungskanäle 8 innerhalb des hohlen Schaftes 4 miteinander verbunden. Lediglich teilgefüllt sind die Hohlräume 5 und 6, um in einem Motorbetrieb des Ventiles eine Shaker-Kühlung realisieren zu können.
Bei der Ventilausführung nach 4 ist lediglich ein durch Trennwände 9 abgetrennter Teilbereich 10 des Hohlraumes 5 mit einem Kühlmittel befüllt. Durch diese Ausführung ist es möglich, innerhalb des Ventiles die Wärmeübertragung bereichsweise mit unterschiedlicher Wirkung durch entsprechende konstruktive Maßnahmen vorbestimmen zu können.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.

Claims

Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit einem hohlen Ventilteller (1) mit einem, der Brenngasbeaufschlagung zugewandten Ventilboden (2) und einem einen Hohlraum (5) des Ventiltellers (1) vollständig durchdringenden Ventilschaft (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilboden (2) zumindest an seiner, den Brenngasen zugewandten Oberfläche durch eine dort vorgesehene Vielzahl, lediglich einen geringen Tiefenbereich einer gesamten Bodendicke erfassender, kleiner Erhebungen wärmeübertragungserhöhend flächenvergrößernd strukturiert ausgebildet ist.
Gaswechselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen bezogen auf jeweils eine mittlere Dicke des Bodens (2) in demjenigen Bereich, in dem sie sich befinden, auf einen Tiefenbereich von maximal zwischen 5% und 40% begrenzt sind.
Gaswechselventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenvergrößernde Oberflächenstruktur durch oberflächenverändernde Maßnahmen an den betreffenden Bereichen des Bodens (2) erzeugt sind.
Gaswechselventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenvergrößernde Oberflächenstruktur durch oberflächenverformende Maßnahmen erzeugt ist.
Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (2) zumindest auch an seiner, dem Hohlraum (5) des Ventiltellers (1) und/oder des Schaftes (4) zugewandten Oberfläche wärmeübertragungserhöhend flächenvergrößernd oberflächenstrukturiert ist.
Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (2) aus metallischem Flachmaterial erzeugt und an seinem radial äußeren Rand mit einem, an den Schaft (4) führenden Kegelmantel (3) des Ventiltellers (1) fest verbunden ist.
Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (2) mit dem Kegelmantel (3) verschweißt ist.
Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Hohlraum (5) innerhalb des Ventiltellers (1) mit einem speziellen, flüssigen beziehungsweise unter Wärme verflüssigbarem Kühlmittel (7) teilausgefüllt ist.
Gaswechselventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Ventilteller-Hohlraumes (5) lediglich zumindest ein abgegrenzter Teilbereich (10) für eine Kühlmittelbeaufschlagung ausgebildet ist.
Gaswechselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (4) hohl ausgebildet ist.