DE10200664A1

DE10200664A1 - Wasserdurchlässiger Ventilsitzring sowie Zylinderkopf unter Verwendung eines wasserdurchlässigen Ventilsitzringes

Info

Publication number: DE10200664A1
Application number: DE10200664A
Authority: DE
Inventors: Carsten Tauscher
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Einlass- (3) oder Auslassventil (5), einem mittels des Ventils (3, 5) verschließbaren Einlass- (2) bzw. Auslasskanal (4) und einem Ventilsitz (10) mit Ventilsitzring (11). Sie betrifft ferner einen Ventilsitzring zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine. DOLLAR A Die Erfindung schlägt vor, dass der Ventilsitzring (11) in mindestens einem Bereich (14) wasserdurchlässig ist. Diese Gestaltung des Ventilsitzringes ermöglicht es, den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine bei Volllast zu reduzieren, indem Wasser eingespritzt wird. Durch die Wassereinspritzung bei Volllast können ferner thermisch hoch belastete Bauteile in der Maschine optimal gekühlt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Einlass- oder Auslassventil, einem mittels des Ventils verschließbaren Einlass- bzw. Auslasskanal und einem Ventilsitz mit Ventilsitzring. Die Erfindung bezieht sich ferner auf den Ventilsitzring als solchen.
Ein solcher Zylinderkopf findet üblicherweise bei einer Verbrennungskraftmaschine Verwendung.

Es ist bekannt (EP 0 380 695 B1) für den Ventilsitz eines Verbrennungsmotors ein Schmiersystem vorzusehen. Der Ventilsitzring, mit dem eine Fläche des Ventiltellers in Berührung kommt, ist vom Zylinderkopf getrennt ausgebildet und ein Teil des Ventilsitzringes aus einem porösen gesinterten Metall hergestellt, das Schmieröl leicht aufnehmen kann. Über einen im Zylinderkopf angeordneten Ölkanal kann einer Ringnut, die entlang der Umfangsrichtung einer äußeren zylindrischen Fläche des Sitzringes ausgebildet ist, über einen im Zylinderkopf angeordneten Ölkanal Schmieröl zugeführt werden. Auf der Ventilsitzfläche bildet sich somit ein Schmierölfilm.

Der vorliegenden Erfindung liegt eine andere Problemstellung zugrunde: So dient ein großer Teil des Kraftstoffes bei Volllast nur dem Bauteilschutz, indem Bauteile gekühlt werden. Bei den Bauteilen handelt es sich beispielsweise um den Kolben, den Katalysator, den Turbolader, die Ventile der Brennkraftmaschine. Diese Aufgabe kann auch Wasser übernehmen. Entscheidend ist, wie das Wasser dem Kraftstoff-Luft-Gemisch beigemischt wird.

Aus der Praxis ist es bekannt, Wassereinspritzdüsen im Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine anzuordnen. Die Saugrohreinspritzung bietet nicht die Möglichkeit, gezielt bestimmte Bauteile zu kühlen, insbesondere den Katalysator, den Turbolader, das Auslassventil. Außerdem werden die Ventilsitze nicht gekühlt. Weiterhin ist die Zumischung entweder ungenau oder teuer. Die Ungenauigkeit ist durch den Umstand verursacht, dass die Einspritzdüse im Ansaugtrakt platziert ist, eine schlechte Verteilung des Wassernebels in Folge geringer Strömungsgeschwindigkeiten erfolgt, ferner eine Wandanlagerung der Flüssigkeit zu verzeichnen ist. Teuer ist die Zumischung, weil in jedem Ansaugkanal eine Einspritzdüse vorzusehen ist. Durch mehrere Einspritzdüsen ergibt sich zwar eine bessere, allerdings nicht optimale Gemischaufbereitung in Folge höherer, jedoch nicht maximaler Strömungsgeschwindigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, bei dem bei baulich einfacher und kostengünstiger Gestaltung des Zylinderkopfes im Bereich des Ventilsitzes eine optimale Kühlung von thermisch hoch belasteten Bauteilen der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet ist. In diesem Zusammenhang ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen besonders gestalteten Ventilsitzring anzugeben. Der Verbrauch der Verbrennungskraftmaschine soll bei Volllast reduziert werden.

Die Erfindung schlägt vor, dass bei dem Zylinderkopf der eingangs genannten Art der Ventilsitzring in mindestens einem Bereich wasserdurchlässig ist. Die Zumischung des Wassers zur Kühlung der Bauteile und Reduktion des Kraftstoffverbrauches bei Volllast wird somit durch diesen Ventilsitzring realisiert. Im Bereich der Ventilauflagefläche ist der Ventilsitzring insbesondere wie in der Produktion, somit aus Hartmetall, ausgeführt. Der darüber liegende Bereich lässt einen Wasserdurchtritt zu, indem er beispielsweise aus porösem Material, insbesondere einem Sinterwerkstoff, besteht, oder am Umfang verteilte Bohrungen aufweist. Durch eine seitliche Bohrung kann eine in den Ventilsitz eingearbeitete, umlaufende Nut mit Wasser versorgt werden. Das Wasser kann durch eine Pumpe und einem Absperrventil bei Volllast zugeführt werden.

Die sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Ventilsitzringes bewirkt eine homogene Vermischung des zugeführten Wassers mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch, wodurch beim Verdampfen auch ein gleichmäßiges Abkühlen des Brennraumes erfolgt und ein effizienter Bauteilschutz gegeben ist. Somit ist das die optimale Stelle, um die Wasserzumischung vorzunehmen. Außerdem wird über die gekühlten Ventilsitzringe gezielt die Wärme aus den Ventilen an den Zylinderkopf abgegeben. Man kann sich weiterhin den Einsatz der zweischichtigen Ventilsitzringe im Bereich der Auslassventile, nicht nur als Schutz für die Ventile, sondern auch als gezielten Bauteilschutz für den Katalysator und den Turbolader vorstellen.

In der einzigen Figur ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Diese Figur zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine im Bereich des Einlassventiles und des Auslassventiles.
Veranschaulicht ist der Zylinderkopf 1 mit Einlasskanal 2, Einlassventil 3 zum Verschließen des Einlasskanals, Auslasskanal 4 und Auslassventil 5 zum Verschließen des Auslasskanals 4. Das jeweilige Ventil 3 bzw. 5 weist einen Ventilteller 6 und einen Ventilschaft 7 auf, der in einer im Zylinderkopf 1 gelagerten Hülse 8 axial verschieblich gelagert ist. Auf der dem Einlasskanal 2 und dem Auslasskanal 4 abgewandten Seite der Ventilteller von Einlassventil 3 und Auslassventil 5 ist der Brennraum 9 der Brennkraftmaschine gebildet.
Der den Ventilteller 6 von Einlassventil 3 bzw. Auslassventil 5 umgebende Bereich des Zylinderkopfes 1 ist allgemein als Ventilsitz 10 bezeichnet. In den jeweiligen Ventilsitz 10 ist ein Ventilsitzring 11 eingesetzt. Dieser ist zweischichtig ausgebildet. Der eine Bereich 13, der die Ventilauflagefläche 12 aufweist, ist aus Hartmetall ausgeführt, in diesem Bereich der Ventilsitzring 11 somit wie in der herkömmlichen Produktion ausgebildet. Der darüber liegende Bereich 14 des Ventilsitzringes 11, der dem Einlasskanal 2 bzw. dem Auslasskanal 4 zugeordnet ist, besteht aus porösem Material, beispielsweise einem Sinterwerkstoff. Dieses poröse Material ist für einen Wasserdurchtritt geeignet. Es ist durchaus denkbar, den Ventilsitzring 11 insgesamt wie in der Produktion ausgeführt, somit aus Hartmetall, zu gestalten, allerdings ist zusätzlich der Bereich, der mit dem Bereich 14 des Ventilsitzringes 11 korrespondiert, mit am Umfang verteilten Bohrungen zu versehen, so dass durch diese ein Wasserdurchtritt möglich ist. Durch eine in den Zylinderkopf 1 eingearbeitete seitliche Bohrung 15 wird eine in den Ventilsitz 10 eingearbeitete umlaufende Nut 16 mit Wasser versorgt. Das Wasser kann durch eine Pumpe bei Volllast zugeführt werden. Die Zuführung des Wassers lässt sich mittels eines Absperrventiles unterbrechen. Bezugszeichenliste 1 Zylinderkopf
2 Einlasskanal
3 Einlassventil
4 Auslasskanal
5 Auslassventil
6 Ventilteller
7 Ventilschaft
8 Hülse
9 Brennraum
10 Ventilsitz
11 Ventilsitzring
12 Ventilauflagefläche
13 Bereich
14 Bereich
15 Bohrung
16 Nut

Claims

1. Zylinderkopf (1) einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Einlass- (3) oder Auslassventil (5), einem mittels des Ventils (3, 5) verschließbaren Einlass- (2) bzw. Auslasskanal (4) und einem Ventilsitz (10) mit Ventilsitzring (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (11) in mindestens einem Bereich (14) wasserdurchlässig ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der Ventilauflagefläche (12) des Ventilsitzringes (11) benachbarte Bereich (14) des Ventilsitzringes (11), insbesondere der dem Schaft (7) des Ventils (3, 5) zugewandte Bereich des Ventilsitzringes (11), wasserdurchlässig ist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Ventilauflagefläche (12) des Ventilsitzringes (11) benachbarte Bereich (14) des Ventilsitzringes (11) aus porösem Material, insbesondere einem Sinterwerkstoff besteht.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Ventilauflagefläche (12) des Ventilsitzringes (11) benachbarte Bereich (14) des Ventilsitzringes (11) mindestens eine Bohrung, insbesondere am Umfang des Ventilsitzringes (11) verteilte Bohrungen aufweist.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er im Bereich des Ventilsitzes (10) eine umlaufende Nut (16) aufweist, die in Fließverbindung mit dem wasserdurchlässigen Bereich (14) des Ventilsitzringes (11) steht.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer seitlichen Bohrung (15) zum Zuführen von Wasser mittels einer Pumpe versehen ist, wobei die Bohrung (15) mit der umlaufenden Nut (16) in Fließverbindung steht.

7. Ventilsitzring (11) zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (11) in mindestens einem Bereich (14) wasserdurchlässig ist.

8. Ventilsitzring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der der Ventilauflagefläche (12) des Ventilsitzringes (11) benachbarte Bereich (14) des Ventilsitzringes (11), insbesondere der dem Schaft (7) des Ventils (3, 5) zugewandte Bereich (14) des Ventilsitzringes (11), wasserdurchlässig ist.

9. Ventilsitzring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der der Ventilauflagefläche (12) des Ventilsitzringes (11) benachbarte Bereich (14) des Ventilsitzringes (11) aus porösem Material, insbesondere einem Sinterwerkstoff, besteht.

10. Ventilsitzring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der der Ventilauflagefläche (12) des Ventilsitzringes (11) benachbarte Bereich (14) des Ventilsitzringes (11) mindestens eine Bohrung, insbesondere am Umfang des Ventilsitzringes (11) verteilte Bohrungen, aufweist.