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Die
Erfindung betrifft ein Ventil für eine Verbrennungskraftmaschine
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein
derartiges Ventil ist allgemein bekannt. Die
EP 0 855 495 A1 offenbart
ein Ventil, das einen Hohlraum aufweist, in den eine Metalllegierung
mit einem niedrigen Schmelzpunkt zur Kühlung des Ventils
eingefüllt ist. Der Nachteil dieses Ventil ist, dass der
Hohlraum bis relativ weit in einen Bereich eines Ventiltellers hineinragt,
wodurch es zu einer starken Verkokung des Ventilschaftes kommen
kann, da dieser durch die Wärmeübertagung aus
dem heißen Ventilteller hohe Temperaturen erreicht, die
das vorhandene Schmieröl cracken. Dies kann zu Ventilklemmen
und zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine
führen.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten
Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Verkokung des Ventilschaftes
zumindest reduziert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Ventil für eine Verbrennungskraftmaschine,
welches einen Ventilschaft und einen Ventilteller umfasst und aus
welchem ein Hohlraum ausgespart ist, welcher mit einem Werkstoff
mit einem niedrigen Schmelzpunkt zur Kühlung des Ventils
zumindest teilweise gefüllt ist, ist der Hohlraum lediglich
im Ventilschaft ausgebildet.
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Mit
anderen Worten weist der Hohlraum nicht in einen Bereich des Ventiltellers
hinein. So wird in einem unteren Teil des Ventilschaftes eine Temperaturabsenkung
erreicht, im Gegensatz zu einer Temperaturerhöhung, wie
sie bei einem Ventil der Fall ist, bei dem der Hohlraum bis in den
Bereich des Ventiltellers hineinragt. Durch die erfindungsgemäße
Ausbildung des Hohlraums werden niedrige Temperaturen des Ventilschaftes
im unteren Bereich erreicht, wodurch eine Verkokung des Ventilschaftes
verhindert wird.
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Mit
der Vermeidung der Verkokung des Ventils einher geht die Vermeidung
einer Verschlechterung einer Dichtwirkung des Ventils und einem
zu dem Ventil korrespondierenden Ventilsitz in Folge der Verkokung
des Ventilschaftes. Negative Auswirkungen dieser verschlechterten
Dichtwirkung wie z. B. ein schlechter Ladungswechsel und ein daraus
resultierender erhöhter Kraftstoffverbrauch und damit erhöhte
CO2-Emissionen werden dadurch ebenfalls vermieden.
Der Schaftaussendurchmesser eines Ventils mit dem Hohlraum kann
in seinem Spiel daher besser zum Innendurchmesser einer Ventilführung angepasst
werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Hohlraum des Ventils in einem Bereich des Ventilschafts mit konstantem
Querschnitt ausgebildet. Dadurch wird die erwähnte Temperaturreduzierung
weiter verstärkt, wodurch alle genannten Vorteile noch
stärker zum Tragen kommen.
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Ein
weiterer Vorteil dieser stärkeren Temperaturabsenkung ist,
dass ein Festklemmen des Ventils in Folge der Verkokung ebenfalls
verhindert wird, was eine Zerstörung der Verbrennungskraftmaschine zur
Folge hätte. Durch diese Tatsache werden sowohl Kosten
für eine Reparatur oder einen Austausch der Verbrennungskraftmaschine
reduziert. Weiterhin können so Serviceintervalle für
die Verbrennungskraftmaschine verlängert werden, was zu
einer merklichen Komfortsteigerung für einen Nutzer dieser
Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen
Ventil führt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Hohlraum zumindest teilweise mit Natrium gefüllt. Natrium
weist einen niedrigen Schmelzpunkt und einen merklichen Kühleffekt
für das Ventil auf.
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Während
des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird in Folge einer starken
Temperaturbeanspruchung des Ventils das Natrium verflüssigt
und durch Auf- und Abwärtsbewegungen des Ventils nach oben
und unten transportiert. So kann das flüssige Natrium eine
sehr hohe Wärmeenergiemenge von einem unteren Teil des
Ventils in einen oberen Teil des Ventils abtransportieren, wodurch
der genannte Kühleffekt realisiert ist.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
weist der Hohlraum im Ventil einen konstanten Querschnitt auf. Dadurch
ist einerseits eine sehr gute Kühlwirkung möglich,
andererseits hält ein konstanter Querschnitt einen fertigungstechnischen
Aufwand für das Ventil in Grenzen, wodurch die Kosten des
Ventils und damit die Kosten für die Verbrennungskraftmaschine
insgesamt niedrig gehalten werden. Nichtsdestotrotz ist es möglich, dass
der Hohlraum einen nicht konstanten Querschnitt, beispielsweise
einen konischen Querschnitt, aufweist.
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Auch
andere Kühlmedien als Natrium, beispielsweise Metalllegierungen
mit einem niedrigen Schmelzpunkt oder Flüssigkeiten, wie
beispielsweise Wasserstoff-Kohlenstoffverbindungen wie Öle
und Alkohole, sind in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen
Ventil einsetzbar.
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Bei
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Ventils für die Verbrennungskraftmaschine, das einen Ventilschaft
und einen Ventilteller umfasst, ist der Ventilschaft zweiteilig
ausgebildet. Dabei weist ein Ventilschaftteil zumindest einen Teil
des Hohlraums auf, welcher durch das andere Ventilschaftteil verschlossen
ist. In diesem Zusammenhang kann das erste Ventilschaftteil mit
dem Hohlraum komplett den Hohlraum aufweisen. Alternativ ist möglich,
dass auch das zweite Ventilschaftteil eine Aussparung zur Bildung
eines Teils des Hohlraums aufweist.
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Beide
Teile sind beispielsweise durch Reibschweißen oder aber
auch auf eine andere Fügeart verbunden, wodurch der Hohlraum
gegen eine Umgebung abgeschlossen ist, so dass der den Kühleffekt
auslösende Werkstoff, beispielsweise das Natrium, nicht
an die Umwelt austreten kann.
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Wie
angedeutet hat das erste, den größeren Teil des
Hohlraums aufweisende Ventilschaftteil den Zweck, den den Kühleffekt
verursachenden Werkstoff aufzunehmen, während das andere,
den kleineren Teil des Hohlraums aufweisende Ventilschaffteil den
Zweck inne hat, dem genannten Werkstoff bei Ausdehnung in Folge
von Erhitzung sowohl einen Ausweichraum zu bieten als auch eine
Bewegung des Werkstoffs in Folge von Auf- und Abwärtsbewegungen
des Ventils zum Abtransport der Wärmeenergie aus einem
unteren Bereich des Ventils in einen oberen Bereich des Ventils
zu ermöglichen.
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Ein
erfindungsgemäßes Ventil kann dabei sowohl als
Auslass- als auch als Einlassventil Verwendung finden. Doch die
beschriebenen Vorteile kommen besonders bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen
Ventils als ein in Folge von sehr hohen Temperaturen hochbelastetes
Auslassventil besonders stark zum Tragen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten
Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der
Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur 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.
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Die
Figur zeigt eine Schnittdarstellung eines Ventils einer Verbrennungskraftmaschine
mit einem zweiteiligen Ventilschaft und einem Ventilteller, wobei der
Ventilschaft einen Hohlraum aufweist, der mit Natrium gefüllt
ist.
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Die
Figur zeigt ein Ventil 10, das einen Ventilteller 12 und
einen Ventilschaft 13 aufweist.
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Der
Ventilschaft 13 ist dabei aus einem ersten Ventilschaftteil 14 und
einem zweiten Ventilschaftteil 16 gebildet, die beispielsweise
durch Reibschweißen miteinander verbunden sind.
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Im
Ventilschaft 13 ist eine Aussparung in Form eines Hohlraums 18 vorgesehen,
der beispielsweise durch Bohren in den Ventilschaft 13 eingebracht
wurde. Der Hohlraum 18 kann dabei aber auch schon während
eines Herstellungsprozesses des Ventils 10 ausbildbar sein.
Der Ventischaftteil 14 weist dabei den größeren
Teil des Hohlraums 18 auf. Aber auch der zweite Ventilschaftteil 16 weist
einen kleinen Teil des Hohlraums 18 auf.
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Der
Hohlraum 18 ist teilweise mit Natrium 20 gefüllt.
Während eines Einsatzes des Ventils 10 schmilzt
das zunächst feste Natrium 20 in Folge einer hohen
Temperaturbelastung des Ventils 10. In Folge von Auf- und
Abwärtsbewegungen des Ventils 10 in der Verbrennungskraftmaschine
wird das Natrium nach oben und nach unten bewegt, wodurch eine hohe
Wärmeenergie aus einem unteren Bereich des Ventils 10 in
einen oberen Bereich des Ventils 10 abgeführt
werden kann.
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Wie
in der Figur zu sehen ist, reicht der Hohlraum 18 nicht
bis in einen Bereich des Ventiltellers 12 hinein. Der Hohlraum 18 ist
lediglich bis deutlich vor diesen Bereich ausgebildet. Dies hat
zur Folge, dass das im unteren Teil des Ventilschaftes 13 eine Temperaturabsenkung
erreicht wird, wodurch eine Verkokung und ein Festklemmen des Ventils 10 während des
Betriebs verhindert wird. Dies vermeidet einerseits eine Verschlechterung
einer Dichtwirkung des Ventils 10 mit einem korrespondierenden
Ventilsitz, was einen verschlechterten Ladungswechsel der Verbrennungskraftmaschine
und damit einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und erhöhte
CO2-Emissionen zur Folge hätte.
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Des
Weiteren werden eine Zerstörung der Verbrennungskraftmaschine
und hohe Kosten in Folge eines Austauschs derselbigen vermieden.
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- 10
- Ventil
- 12
- Ventilteller
- 13
- Ventilschaft
- 14
- erster
Ventilschaftteil
- 16
- zweiter
Ventilschaftteil
- 18
- Hohlraum
- 20
- Natrium
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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