-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Gaswechselventil.
-
Aus der
EP 2 743 468 A1 ist ein gattungsgemäßes Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine bekannt, welches insbesondere als Auslassventil für einen längs gespülten Zweitaktgroßdieselmotor ausgebildet sein kann. Das bekannte Gaswechselventil umfasst dabei einen Ventilkörper mit einem sich entlang einer axialen Ventilschaftachse erstreckenden Ventilschaft sowie einen sich an den Ventilschaft anschließenden Ventilteller, der sich in axialer Richtung vom Ventilschaft weg und in Bezug auf die Ventilschaftachse radial erweiternd nach außen erstreckt. Dabei ist zwischen einer im Wesentlichen orthogonal zur Ventilschaftachse ausgebildeten Fußfläche des Ventiltellers und dem Ventilschaft eine Ventilsitzfläche am Ventilteller ausgebildet. In der Fußfläche des Ventiltellers ist zudem eine Ausnehmung vorgesehen, in welcher eine Korrosionsschutzbeschichtung in Form einer ersten Korrosionsschutzschicht angeordnet ist. Hierdurch soll insbesondere eine Reduzierung eines Bauteilverzugs beim Auftragsschweißen und den damit verbundenen Zugeigenspannung im Ventilkörper erreicht werden können.
-
Aus der
DE 101 60 942 A1 ist ein gebautes Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem der Ventilschaft zug- und druckfest mit dem Ventilteller verbunden ist. Der Ventilteller weist im Bereich einer durchgehenden Mittenöffnung eine ringförmige Anlagefläche für einen schaftseitigen Bund auf. Außerdem erweitert sich die Mittenöffnung auf der Brennraumseite des Ventiltellers, wobei das tellerseitige Ende des Ventilschafts in einer diese Erweiterung formschlüssig ausfüllenden Weise plastisch aufgeweitet ist. Um die Verbindung zwischen dem Ventilteller und dem Ventilschaft in ihrer Dauerhaltbarkeit zu erhöhen, ist die brennraumseitige Erweiterung der Mittenöffnung und demgemäß auch die formangepasste, endseitige Aufweitung des Ventilschafts unrund ausgebildet, so dass dadurch eine formschlüssige Verdrehsicherung zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilteller erreicht werden kann.
-
Bereits seit der Umstellung auf bleifreies Benzin, das heißt auf Benzin ohne den Zusatz von Bleitetraethyl, werden üblicherweise gehärtete Ventilsitzringe und auch Gaswechselventile eingesetzt, um die durch das fehlende Bleitetraethyl ebenfalls fehlende Schmierwirkung kompensieren zu können. Mittels derartiger gehärteter Gaswechselventile bzw. gehärteter Ventilsitzringe lässt sich zwar generell die Verschleißbeständigkeit der Gaswechselventile bzw. der Ventilsitzringe erhöhen, trotzdem treten oftmals an lokalen Stellen erhöhte Verschleißerscheinungen auf, deren Ursache nicht genau bekannt ist. Für einen derartigen lokalen, das heißt flächig eng begrenzten Verschleißbereich, besteht trotz gehärteter Ventilsitzringe und gehärteter Gaswechselventile stets die Gefahr der Undichtigkeit.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Gaswechselventil der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine bessere Kompensation von lokalen Verschleißerscheinungen auszeichnet.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Gaswechselventil im Bereich seiner Ventilsitzfläche weicher, das heißt weniger steif auszugestalten und dadurch zu bewirken, dass sich dieses besser an den Ventilsitz anlegen bzw. anschmiegen kann und darüber hinaus in der Lage ist, lokal auftretende Verschleißerscheinungen, insbesondere im Bereich einer Ventilsitzfläche oder eines Ventilsitzes bzw. Ventilsitzringes, zu kompensieren. Das erfindungsgemäße Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine, üblicherweise für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, umfasst dabei einen Ventilkörper mit einem sich entlang einer axialen Ventilschaftachse erstreckenden Ventilschaft sowie einen sich an diesen Ventilschaft anschließenden Ventilteller, der sich in bekannter Weise in axialer Richtung vom Ventilschaft weg und in Bezug auf die Ventilschaftachse radial erweitern nach außen erstreckt. Zwischen einer im Wesentlichen orthogonal zur Ventilschaftachse ausgebildeten Fußfläche des Ventiltellers und dem Ventilschaft ist dabei eine Ventilsitzfläche bzw. ein Ventilteller ausgebildet, wobei in dieser Fußfläche des Ventiltellers zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist nun diese zumindest eine Ausnehmung derart angeordnet und ausgebildet, dass die Steifigkeit des Ventiltellers im Bereich der Ventilsitzfläche lokal reduziert ist. Dies bedeutet, dass nicht der Ventilteller an sich weicher ausgebildet wird, sondern lediglich eine lokale Herabsetzung der Steifigkeit erfolgt, so dass sich der Ventilteller mit seiner Ventilsitzfläche besser an den Ventilsitz der Brennkraftmaschine anlegen kann und insbesondere in der Lage ist, dort lokal auftretende Verschleißerscheinungen besser auszugleichen. Durch die erfindungsgemäße zumindest eine Ausnehmung ist es somit möglich, lokale Verschleißerscheinungen besser zu kompensieren und dadurch den Verschleißwiderstand der Brennkraftmaschine insgesamt langfristig zu erhöhen. Die zumindest eine Ausnehmung kann dabei zusammen mit dem Gaswechselventil hergestellt oder aber nachträglich in dieses eingebracht werden, bspw. mittels entsprechender Abtragverfahren. Das Gaswechselventil selbst kann dabei einen einstückig mit dem Ventilschaft ausgebildeten Ventilteller aufweisen oder aber alternativ auch als gebautes Gaswechselventil ausgebildet sein.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Ausnehmung als ringförmige Nut ausgebildet. Diese ringförmige Nut besitzt einen kreissegmentartigen Querschnitt und ist entweder beabstandet zu einem Außenrand der Fußfläche des Ventiltellers oder direkt am Außenrand der Fußfläche des Ventiltellers angeordnet. Unabhängig von den beiden alternativen Ausführungsformen ist es mit der erfindungsgemäßen ringförmigen Nut möglich, den Ventilteller im Bereich der Ventilsitzfläche zu schwächen und dadurch dessen Steifigkeit zu reduzieren. Durch die lokal reduzierte Steifigkeit des Ventiltellers im Bereich der Ventilsitzfläche wird ermöglicht, dass sich der Ventilteller mit seiner Ventilsitzfläche weicher und damit besser an den brennkraftmaschinenseitigen Ventilsitz anlegt, wodurch insbesondere die Kompensation von lokalen Verschleißstellen bzw. lokalen Verschleißbereichen deutlich verbessert wird.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Ausnehmung kugelsegmentartig ausgebildet und exzentrisch angeordnet. Durch eine derartige Ausführungsform ist es insbesondere möglich, lediglich über einen bestimmten Winkelbereich auftretende, lokal begrenzte Verschleißerscheinungen zu kompensieren. In dem Fall von exzentrisch und sich insbesondere nicht gleichmäßig über den Umfang erstreckenden Ausnehmung ist es erforderlich eine Verdrehsicherung vorzusehen, die ein Verdrehen des zumindest einen Gaswechselventils verhindert und zugleich sicherstellt, dass die lokale Reduzierung der Steifigkeit des Ventiltellers an einem vordefinierten Umfangsbereich desselben auch stets einem zugehörigen lokalen Umfangsbereich eines Ventilsitzes an der Brennkraftmaschine zugeordnet bleibt.
-
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Gaswechselventil auszustatten, wobei das Gaswechselventil in geschlossenem Zustand mit seiner Ventilsitzfläche dicht auf einem zugehörigen Ventilsitz der Brennkraftmaschine aufliegt. Mit der erfindungsgemäß lokalen Reduzierung der Steifigkeit des Ventiltellers im Bereich der Ventilsitzfläche kann insbesondere auf lokale Verschleißerscheinungen des Ventilsitzes Einfluss genommen bzw. es können derartige lokale Verschleißerscheinungen kompensiert werden.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
-
1a eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Gaswechselventil,
-
1b eine Ansicht von unten auf eine Fußfläche des Gaswechselventils,
-
2a bis 8a jeweils Schnittdarstellung entsprechend der 1a, jedoch mit davon unterschiedlichen Ausnehmungen,
-
2b bis 8b jeweils zugehörige Ansichten von unten auf die Fußfläche des jeweils zugehörigen Gaswechselventils.
-
Entsprechend den 1 bis 8, weist ein erfindungsgemäßes Gaswechselventil 1 für eine Brennkraftmaschine 2 einen Ventilkörper mit einem sich entlang einer axialen Ventilschaftachse A erstreckenden Ventilschaft 3 sowie einen sich an den Ventilschaft 3 anschließenden Ventilteller 4 auf. Der Ventilteller 4 erstreckt sich dabei in axialer Richtung vom Ventilschaft 3 weg und erweitert sich in Bezug auf die Ventilschaftachse A radial nach außen. Zwischen einer im Wesentlichen orthogonal zur Ventilschaftachse A ausgebildeten Fußfläche 5 des Ventiltellers 4 und dem Ventilschaft 3 ist eine Ventilsitzfläche 6 am Ventilteller 4 ausgebildet, wobei in dieser Fußfläche 5 des Ventiltellers 4 zumindest eine Ausnehmung 7 vorgesehen ist. Die zumindest eine Ausnehmung 7 ist dabei erfindungsgemäß derart angeordnet und ausgebildet, dass sich die Steifigkeit des Ventiltellers 4 im Bereich der Ventilsitzfläche 6 lokal reduziert und dadurch der Ventilteller 4 im Bereich der Ventilsitzfläche 6 weicher wird und sich besser an einen Ventilsitz 8 der Brennkraftmaschine 2 anlegen bzw. anschmiegen kann. Insbesondere ist es durch derartige Ausnehmungen 7 möglich, auch eine lediglich lokal wirkende Reduzierung der Steifigkeit des Ventiltellers 4 vorzunehmen, wodurch lediglich lokal über den Umfang des Ventiltellers 4 bzw. des Ventilsitzes 8 auftretende Verschleißerscheinungen kompensiert werden können.
-
Betrachtet man dabei bspw. die Ausnehmung 7 gemäß den 1 und 4, so kann man erkennen, dass in diesem Fall die Ausnehmung 7 als ringförmige Nut 9 ausgebildet ist, wobei die ringförmige Nut 9 gemäß der 1b direkt an einem Außenrand 10 der Fußfläche 5 des Ventiltellers 4 angeordnet ist, wogegen sie gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform beabstandet zum Außenrand 10 der Fußfläche 5 des Ventiltellers 4 angeordnet ist. Beiden Ausführungsformen ist dabei jedoch gemein, dass der Ventilteller 4 im Bereich seiner Ventilsitzfläche 6 weicher gemacht wird, das heißt bezüglich der Steifigkeit reduziert und dadurch in die Lage versetzt wird, sich besser an den Ventilsitz 8 der Brennkraftmaschine 2 anzulegen. Besser heißt in diesem Fall üblicherweise dicht.
-
Betrachtet man die gemäß der 2, 3, 5 und 6 dargestellte Ausnehmung(en) 7, so ist erkennbar, dass diese ebenfalls kugelsegmentartig ausgebildet und zugleich exzentrisch angeordnet ist/sind. Im Unterschied zu den Ausnehmungen 7 gemäß den 1 und 4 erstreckt sich jedoch die Ausnehmung 7 gemäß den 2 und 3 nicht gleichmäßig über den Umfang der Fußfläche 5 des Ventiltellers 4, sondern ist auf einen bestimmten Winkelbereich begrenzt. Bei einer derartigen Ausnehmung 7 ist es somit erforderlich, an der Brennkraftmaschine 2 eine Verdrehsicherung 11 vorzusehen, welche eine Drehbewegung des Gaswechselventils 1 um seine Ventilschaftachse A verhindert und dadurch gewährleistet, dass die Ausnehmung 7 stets an dem zuvor festgelegten Winkelbereich verbleibt. Eine derartige Verdrehsicherung 11 kann bspw. über eine entsprechende Ventilschaftführung in bekannter Weise realisiert werden. Mit den beiden symmetrisch angeordneten Ausnehmungen 7 gemäß den 5 und 6 kann insbesondere einem Zylinderkopfverzug entgegen gewirkt werden.
-
Betrachtet man die 1a bis 8a weiter, so kann man erkennen, dass der Ventilsitz 8 an einem Ventilsitzring 12 angeordnet ist, der ebenso wie die Ventilsitzfläche 6 des Gaswechselventils 1 bspw. gehärtet sein kann, um insbesondere die erhöhten Belastungen in der Brennkraftmaschine 2 dauerhaft schadlos zu überstehen.
-
Betrachtet man die Ausnehmungen 7 gemäß den 3a, 3b und 6b, so kann man erkennen, dass diese von der Fußfläche 5 aus gesehen, das heißt in diesem Fall von unten aus gesehen, eine kreisförmige Gestalt aufweist und den Ventilteller 4 in diesem Bereich erheblich hinsichtlich seiner Steifigkeit und Festigkeit schwächt. Gemäß der 3a kann somit insbesondere rechts der Ventilschaftachse A eine deutliche Verweichlichung des Ventiltellers 4 und damit auch dessen Ventilsitzfläche 6 erreicht werden, wodurch sich diese lokal an dieser Stelle besonders nachgiebig und damit auch besonders dicht an den Ventilsitz 8 der Brennkraftmaschine 2 anschmiegt. Gemäß der 6a kann insbesondere rechts und links der Ventilschaftachse A eine deutliche Verweichlichung des Ventiltellers 4 und damit auch dessen Ventilsitzfläche 6 erreicht werden. Hergestellt werden können die Ausnehmungen 7 bspw. zusammen mit dem Herstellen des Gaswechselventils 1, wobei selbstverständlich auch nachträgliche Bearbeitungsverfahren bzw. Abtragverfahren, wie Ätzen, Schleifen oder Fräsen denkbar sind. Das Gaswechselventil 1 selbst kann dabei einen einstückig mit dem Ventilschaft 3 ausgebildeten Ventilteller 4 aufweisen, wobei im Ventilschaft 3 eine Ventilschaftbohrung 13 angeordnet ist, in welcher bspw. Kühlmittel, insbesondere Natrium, zur Ventilkühlung aufgenommen sein kann.
-
Bei den Ausnehmungen 7 gemäß den 7 und 8 fällt auf, dass bei 7b die die rechte Ausnehmung 7 bis an den Rand 10 reicht, während bei der linken Ausnehmung 7 noch ein gewisser Randabstand verbleibt. Bei den Ausnehmungen gemäß den 8a und b sind beide Ausnehmungen 7 bis an den Rand 10 geführt. Diese können durch einfache Fräswerkzeuge hergestellt werden und haben dann eine kreissegmentartige Form. Wie aus den 7 und 8 erkennbar ist, können selbstverständlich auch unterschiedlichste Formen von Ausnehmungen miteinander kombiniert werden.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Gaswechselventil 1 und der zugehörigen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 2 kann insbesondere ein lokaler Ventilsitzverschleiß durch die Reduzierung der Steifigkeit des Ventiltellers 4 im Bereich der Ventilsitzfläche 6 leichter kompensiert werden, was von großem Vorteil ist, da ein derartiger lokaler Ventilsitzverschleiß immer wieder auftritt, dessen Ursache jedoch unbekannt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2743468 A1 [0002]
- DE 10160942 A1 [0003]
