DE102016117698A1 - Ventilkörper eines Gaswechselventils, Gaswechselventil und Brennkraftmaschine - Google Patents

Ventilkörper eines Gaswechselventils, Gaswechselventil und Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Ventilkörper (11) für ein Gaswechselventil (10) eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei der Ventilkörper (11) zum Schließen des Gaswechselventils an einem Ventilsitz (12) des Gaswechselventils zur Anlage bringbar ist, und wobei der Ventilkörper (11) zum Öffnen des Gaswechselventils von dem Ventilsitz (12) des Gaswechselventils entfernbar ist. Der Ventilkörper (11) ist mehrteilig ausgebildet und weist einen mit dem Ventilsitz (12) zusammenwirkenden ersten Ventiltellerteil (13) und einen mit dem ersten Ventiltellerteil (13) fest verbundenen und einem Brennraum (16) des Zylinders zugewandten zweiten Ventiltellerteil (15) auf, wobei zwischen dem ersten Ventiltellerteil (13) und dem zweiten Ventiltellerteil (15) ein zumindest der Kühlung des zweiten Ventiltellerteils (15) dienender Hohlraum (17) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ventilkörper eines Gaswechselventils. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine.
  • Aus der Praxis bekannte Brennkraftmaschinen verfügen über Gaswechselventile, nämlich über einlassseitige Gaswechselventile, über welche Zylindern der Brennkraftmaschine Ladeluft zugeführt werden kann, sowie über auslassseitige Wechselventile, über welche von den Zylindern der Brennkraftmaschine Abgas abgeführt werden kann.
  • Jedes Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine verfügt über einen Ventilkörper, wobei mit dem Ventilkörper ein Ventilsitz zusammenwirkt. Bei geschlossenem Gaswechselventil liegt der Ventilkörper mit einem definierten Bereich am Ventilsitz an, wohingegen bei geöffnetem Gaswechselventil dieser Bereich des Ventilkörpers nicht am Ventilsitz anliegt. Ein weiterer Bereich des Ventilkörpers ist einem Brennraum des jeweiligen Zylinders zugewandt.
  • Aus der Praxis bekannte Ventilkörper von Gaswechselventilen sind einstückig und durchgehend aus ein und demselben Werkstoff gefertigt. Infolge von zunehmend höheren Drücken und Temperaturen in den Brennräumen von Zylindern steigen die Anforderungen an die Ventilkörper von Gaswechselventilen hinsichtlich einer zu vermeidenden Korrosion, von zu vermeidenden Ablagerungen sowie von zu vermeidendem Verschleiß. Mit aus der Praxis bekannten Ventilkörpern kann dies nur unzureichend gewährleistet werden.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Ventilkörper eines Gaswechselventils, ein Gaswechselventil mit einem solchen Ventilkörper und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Gaswechselventil zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Ventilkörper nach Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist der Ventilkörper mehrteilig ausgebildet ist, wobei derselbe einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden ersten Ventiltellerteil und einen mit dem ersten Ventiltellerteil fest verbundenen und einem Brennraum des Zylinders zugewandten zweiten Ventiltellerteil aufweist, und wobei zwischen dem ersten Ventiltellerteil und dem zweiten Ventiltellerteil ein zumindest der Kühlung des zweiten Ventiltellerteils dienender Hohlraum ausgebildet ist.
  • Der erfindungsgemäße Ventilkörper ist mehrteilig ausgebildet und verfügt über einen Hohlraum. Über den Hohlraum kann zumindest der Ventiltellerteil, der dem Brennraum des Zylinders zugewandt ist, definiert gekühlt werden. Ferner können die einzelnen Ventiltellerteile aus Werkstoffen gefertigt werden, die bezogen auf die jeweilige Belastung, die auf den jeweiligen Ventiltellerteil einwirken, genau zugeschnitten sind. Hierdurch kann nicht nur Korrosion verringert werden, vielmehr kann auch Ablagerungen und sonstigem Verschleiß des Ventilkörpers effektiv entgegengewirkt werden.
  • Vorzugsweise ist der erste Ventiltellerteil aus einem metallischen Werkstoff mit einer ersten Korrosionsbeständigkeit und der zweite Ventiltellerteil aus einem metallischen Werkstoff mit einer zweiten, im Vergleich zur ersten Korrosionsbeständigkeit höheren Korrosionsbeständigkeit gebildet. Einer Korrosion an dem zweiten Ventiltellerteil, der dem Brennraum des Zylinders zugewandt ist und der in Folge der auf denselben einwirkenden Belastungen besonders korrosionsanfällig ist, kann so effektiv entgegengewirkt werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Hohlraum von einem Kühlmedium durchströmt. Alternativ ist der Hohlraum mit einem Kühlmedium gefüllt. Beide Alternativen erlauben eine effektive Kühlung des Ventilkörpers zumindest im Bereich des zweiten Ventiltellerteils und ebenfalls im Bereich des ersten Ventiltellerteils. Dabei kann eine aktive Kühlung über ein den Hohlraum durchströmendes Kühlmedium oder auch eine passive Kühlung über einen mit Kühlmedium gefüllten Hohlraum genutzt werden.
  • Vorzugsweise sind der erste Ventiltellerteil und der zweite Ventiltellerteil durch Schweißen fest verbunden sind. Eine metallurgische Verbindung der beiden Ventiltellerteile durch Verschweißen ist besonders bevorzugt.
  • Das erfindungsgemäße Gaswechselventil ist in Anspruch 9 und die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 10 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich eines erfindungsgemäßen Gaswechselventils bzw. eines erfindungsgemäßen Ventilkörpers des Gaswechselventils.
  • Die Erfindung betrifft einen Ventilkörper für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, ein Gaswechselventil mit einem solchen Ventilkörper sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Gaswechselventil.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Gaswechselventil 10 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Ventilkörpers 11 und eines mit dem Ventilkörper 11 zusammenwirkenden Ventilsitzes 12.
  • Bei geschlossenem Gaswechselventil 10 liegt der Ventilkörper 11 am Ventilsitz 12 an, wohingegen bei geöffnetem Gaswechselventil 10 der Ventilkörper 11 nicht mit dem Ventilsitz 12 in Kontakt ist, sondern von demselben entfernt bzw. abgehoben ist.
  • Der Ventilkörper 11 ist mehrteilig ausgebildet. So verfügt der Ventilkörper 11 über einen ersten Ventiltellerteil 13, der mit einem Ventilschaft 14 gekoppelt ist und der mit dem Ventilsitz 12 zusammenwirkt. So liegt bei geschlossenem Gaswechselventil 10 ein seitlicher Bereich 21 des ersten Ventiltellerteils 13 am Ventilsitz 12 an.
  • Zusätzlich zu diesem ersten Ventiltellerteil 13, der mit dem Ventilsitz 12 zusammenwirkt und mit dem Ventilschaft 14 gekoppelt ist, weist der Ventilkörper 11 einen zweiten Ventiltellerteil 15 auf, der einem Brennraum 16 des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandt ist. Zwischen dem ersten Ventiltellerteil 13 und dem zweiten Ventiltellerteil 15 ist dabei ein Hohlraum 17 ausgebildet, welcher zumindest der Kühlung des zweiten Ventiltellerteils 15 und auch der Kühlung des ersten Ventiltellerteils 13 dient.
  • Sowohl der erste Ventiltellerteil 13 als auch der zweite Ventiltellerteil 15 sind jeweils aus einem metallischen Werkstoff gebildet. So verfügt der metallische Werkstoff des ersten Ventiltellerteils 13 über eine erste Korrosionsbeständigkeit und der Werkstoff des zweiten Ventiltellerteils 15 über eine zweite Korrosionsbeständigkeit, die höher bzw. größer als die erste Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs des ersten Ventiltellerteils 13 ist.
  • Der erste Ventiltellerteil 13 ist vorzugsweise aus Ventilkegelstahl gefertigt. Der zweite Ventiltellerteil 15 ist vorzugsweise aus einem Nickelbasislegierungsstahl gebildet.
  • Die beiden Ventiltellerteile 13 und 15, die den Hohlraum 17 einschließen, sind vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden, wobei 1 eine Schweißnaht 18 im Verbindungsbereich zwischen den beiden Ventiltellerteilen 13, 15 zeigt. Das Verschweißen der metallischen Ventiltellerteile 13, 15 ist bevorzugt, um eine dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Ventiltellerteilen zu gewährleisten.
  • Wie bereits ausgeführt, dient der Hohlraum 17 der Kühlung des Ventilkörpers 11, vorzugsweise der Kühlung beider Ventiltellerteile 13, 15, insbesondere des zweiten Ventiltellerteils 15, der dem Brennraum 16 des Zylinders zugewandt ist.
  • In 1 ist der Hohlraum 17 von einem Kühlmedium durchströmt, wobei das Kühlmedium im Hohlraum 17 über eine Zuleitung 19 zugeführt und über eine Ableitung 20 vom Hohlraum 17 abgeführt wird. Zuleitung 19 und Ableitung 20 durchdringen dabei den ersten Ventiltellerteil 13 und den Ventilschaft 14. Als Kühlmedium, welches den Hohlraum 17 des Ventilkörpers 11 durchströmt, dient insbesondere Wasser, Öl oder auch Luft.
  • Alternativ zu einer derartigen aktiven, steuerbaren Kühlung mit von einem Kühlmedium durchflossenem Hohlraum 17 ist auch eine passive Kühlung möglich, und zwar dadurch, dass der Hohlraum 17 mit einem Kühlmedium gefüllt ist, zum Beispiel mit einem Keramikwerkstoff oder einem Metallschaum oder einem Fluid. Über die Füllung des Hohlraums 17 mit einem Metallschaum oder einem Keramikwerkstoff kann über die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Werkstoffe ein Verzug des Ventilkörpers 10 kompensiert bzw. einem Verzug entgegengewirkt werden, sodass derselbe im Betrieb über seinen gesamten Temperaturbereich keinem Verzug unterliegt.
  • Mit der Erfindung können letztendlich im Brennraum 16 eines Zylinders herrschende Drücke und Temperaturen gesteigert werden, da der Ventilkörper 11 des Gaswechselventils 10 derart hohen Belastungen durch die Erfindung standhalten kann. Der erfindungsgemäße Ventilkörper 11 kann höheren mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt werden.
  • Der erfindungsgemäße Ventilkörper 11 kann sowohl bei einlassseitigen Gaswechselventilen für Ladeluft als auch bei auslassseitigen Wechselventilen für Abgas an Zylindern einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz bei mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen wie z.B. Schiffsbrennkraftmaschinen, da hier das Risiko einer Belagbildung und Korrosion am Ventilkörper 11 besonders hoch ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gaswechselventil
    11
    Ventilkörper
    12
    Ventilsitz
    13
    Ventiltellerteil
    14
    Ventilschaft
    15
    Ventiltellerteil
    16
    Brennraum
    17
    Hohlraum
    18
    Verbindung
    19
    Zuleitung
    20
    Ableitung
    21
    Bereich

Claims (10)

  1. Ventilkörper (11) für ein Gaswechselventil (10) eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei der Ventilkörper (11) zum Schließen des Gaswechselventils an einem Ventilsitz (12) des Gaswechselventils zur Anlage bringbar ist, und wobei der Ventilkörper (11) zum Öffnen des Gaswechselventils von dem Ventilsitz (12) des Gaswechselventils entfernbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (11) mehrteilig ausgebildet ist und einen mit dem Ventilsitz (12) zusammenwirkenden ersten Ventiltellerteil (13) und einen mit dem ersten Ventiltellerteil (13) fest verbundenen und einem Brennraum (16) des Zylinders zugewandten zweiten Ventiltellerteil (15) aufweist, wobei zwischen dem ersten Ventiltellerteil (13) und dem zweiten Ventiltellerteil (15) ein zumindest der Kühlung des zweiten Ventiltellerteils (15) dienender Hohlraum (17) ausgebildet ist.
  2. Ventilkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventiltellerteil (13) aus einem metallischen Werkstoff mit einer ersten Korrosionsbeständigkeit und der zweite Ventiltellerteil (15) aus einem metallischen Werkstoff mit einer zweiten, im Vergleich zur ersten Korrosionsbeständigkeit höheren Korrosionsbeständigkeit gebildet ist.
  3. Ventilkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventiltellerteil (13) aus einem Ventilkegelstahl und der zweite Ventiltellerteil (15) aus einem Nickelbasislegierungsstahl gebildet ist.
  4. Ventilkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (17) von einem Kühlmedium durchströmt ist.
  5. Ventilkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventiltellerteil (13) eine Zuleitung (19) und eine Ableitung (20) für das Kühlmedium aufweist.
  6. Ventilkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (17) mit einem Kühlmedium gefüllt ist.
  7. Ventilkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (17) mit einem Metallschaum oder einem Keramikwerkstoff gefüllt ist.
  8. Ventilkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventiltellerteil (13) und der zweite Ventiltellerteil (15) durch Schweißen fest verbunden sind.
  9. Gaswechselventil (10) einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilkörper (11) und mit einem Ventilsitz (12) für den Ventilkörper (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
  10. Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens ein einlassseitiges Gaswechselventil (10) für Ladeluft und mindestens ein auslassseitiges Gaswechselventil (10) für Abgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige einlassseitige und/oder auslassseitige Gaswechselventil (10) nach Anspruch 9 ausgebildet ist.
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