DE102021102911A1

DE102021102911A1 - Ventilschaftdichtung für eine Brennkraftmaschine sowie entsprechende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102021102911A1
Application number: DE102021102911.2A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Reichert; Tilo Schramm; Marco Wenzel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilschaftdichtung (4) für eine Brennkraftmaschine (1), mit einem Dichtungselement (7) und einem das Dichtungselement (7) aufnehmenden Dichtungsgehäuse (8), wobei das Dichtungselement (7) an einer Gehäuseinnenumfangsfläche (9) des Dichtungsgehäuses (8) anliegt. Dabei ist vorgesehen, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche (9) einen sich in Richtung eines Stirnendes (10) der Ventilschaftdichtung (4) verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich (11) aufweist, an dem das Dichtungselement (7) anliegt und der sich im Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse (5) der Ventilschaftdichtung (4) gesehen über wenigstens 25 % einer Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung (4) in axialer Richtung erstreckt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilschaftdichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Dichtungselement und einem das Dichtungselement aufnehmenden Dichtungsgehäuse, wobei das Dichtungselement an einer Gehäuseinnenumfangsfläche des Dichtungsgehäuses anliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 199 49 248 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Ventilschaftabdichtung an Verbrennungskraftmaschinen für Fahrzeuge mit auf die Ventilschaftführung aufgesetzten und daran positionierten elastomerem Dichtelement mit am Ventilschaft anliegender federbelasteter Dichtlippe und einem das Dichtelement einfassenden Versteifungsring. Dabei ist vorgesehen, dass die Positionierung des Dichtelements an der Stirnfläche der Ventilschaftführung erfolgt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ventilschaftdichtung für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Ventilschaftdichtungen Vorteile aufweist, insbesondere eine einfache Montage auf einer Ventilschafthülse ermöglicht und gleichzeitig eine zuverlässige Dichtwirkung beziehungsweise Abdichtung sicherstellt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Ventilschaftdichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche einen sich in Richtung eines Stirnendes der Ventilschaftdichtung verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich aufweist, an dem das Dichtungselement anliegt und der sich im Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse der Ventilschaftdichtung gesehen über wenigstens 25 % einer Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung in axialer Richtung erstreckt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Ventilschaftdichtung ist bevorzugt Bestandteil der Brennkraftmaschine, kann jedoch selbstverständlich auch separat von dieser vorliegen. Die Brennkraftmaschine dient besonders bevorzugt dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs und insoweit dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Brennkraftmaschine kann insoweit Bestandteil des Kraftfahrzeugs sein. Unter dem Kraftfahrzeug wird insbesondere ein durch einen Motor angetriebenes, nicht schienengebundenes Fahrzeug verstanden. Das Kraftfahrzeug kann insoweit als Kraftwagen, Kraftrad oder Zugmaschine ausgestaltet sein. Den Motor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bildet die Brennkraftmaschine.
Vorzugsweise verfügt die Brennkraftmaschine über ein Zylinderkurbelgehäuse und einen an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigten Zylinderkopf. In dem Zylinderkurbelgehäuse liegt wenigstens eine Zylinderbohrung vor, welche durch den Zylinderkopf abgeschlossen ist. Das bedeutet, dass die Zylinderbohrung in Richtung des Zylinderkopfs offen in dem Zylinderkurbelgehäuse vorliegt und erst durch das Anordnen des Zylinderkopfs an dem Zylinderkurbelgehäuse verschlossen wird. Beispielsweise setzt sich die Zylinderbohrung in dem Zylinderkopf fort, durchgreift diesen jedoch nicht.
Ebenfalls in dem Zylinderkopf liegt bevorzugt wenigstens ein Gaswechselkanal vor, welcher beispielsweise als Frischgaskanal oder als Abgaskanal ausgestaltet ist. Der Frischgaskanal mündet in die Zylinderbohrung ein und dient dem Einbringen von Frischgas in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, welcher von der Zylinderbohrung mit gebildet wird. Der Abgaskanal geht von der Zylinderbohrung aus und dient dem Abführen von während des Betriebs der Brennkraftmaschine anfallendem Abgas aus dem Brennraum.
In dem Gaswechselkanal liegt ein Gaswechselventil vor, welches im Falle des Frischgaskanals als Einlassventil und im Falle des Abgaskanals als Auslassventil bezeichnet werden kann. Das Gaswechselventil kann Bestandteil des Zylinderkopfs sein. Vorzugsweise sind in dem Zylinderkopf für jeden der Zylinder wenigstens ein Frischgaskanal und ein Abgaskanal mit darin angeordnetem Einlassventil und Auslassventil ausgestaltet. Insbesondere liegt für jede Zylinderbohrung ein solcher Frischgaskanal und ein solcher Abgaskanal vor, wobei in jedem der Frischgaskanäle ein Einlassventil und in jedem der Abgaskanäle ein Auslassventil angeordnet ist.
Der erwähnte Brennraum wird bereichsweise von dem Zylinderkurbelgehäuse, dem Zylinderkopf und einem in der Zylinderbohrung verlagerbaren Kolben begrenzt. Der Brennraum weist insoweit ein veränderbares Volumen auf. Der Kolben ist vorzugsweise über mindestens eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebstechnisch verbunden. Mithilfe der Kurbelwelle und der mindestens einen Pleuelstange wird eine lineare Bewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt. Selbstredend verfügt die Brennkraftmaschine vorzugsweise über mehrere Zylinderbohrungen.
Das Gaswechselventil verfügt zumindest über einen Ventilschaft und einen Ventilteller. Es ist mithilfe einer Ventilführung des Zylinderkopfs linear verlagerbar gelagert. Hierzu ist der Ventilschaft des Gaswechselventil in einer Ventilschafthülse der Ventilführung aufgenommen. Die Ventilschafthülse erlaubt eine Verlagerung des Gaswechselventil in axialer Richtung und - optional - in Umfangsrichtung bezüglich einer Längsmittelachse des Ventilschafts, setzt das Gaswechselventil jedoch in radialer Richtung fest, zumindest im Rahmen eines technisch bedingten, geringfügigen Spiels.
Der Ventilteller des Gaswechselventils dient als Ventilelement, welches in unterschiedlichen Stellungen des Gaswechselventils unterschiedliche Durchströmungsquerschnittsflächen einstellt. Hierzu wirkt das Ventilelement mit einem Ventilsitz zusammen, welcher bevorzugt an dem Zylinderkopf ausgebildet und/oder von dem Zylinderkopf gebildet ist. In einer ersten Stellung des Gaswechselventil liegt also zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz eine erste Durchströmungsquerschnittsfläche und in einer von der ersten Stellung verschiedenen zweiten Stellung eine von der der ersten Durchströmungsquerschnittsfläche verschiedene zweite Durchströmungsquerschnittsfläche vor.
Während eines Betriebs der Brennkraftmaschine steht ein in radialer Richtung zwischen dem Ventilschaft und einer Innenumfangsfläche der Ventilschafthülse vorliegender Raum, insbesondere Ringraum, zumindest zeitweise in Strömungsverbindung mit dem Brennraum beziehungsweise der Zylinderbohrung. Um zu verhindern, dass ein Fluid durch den genannten Raum beziehungsweise Ringraum hindurchtreten kann, insbesondere in Richtung einer Außenumgebung der Brennkraftmaschine, verfügt die Brennkraftmaschine über die Ventilschaftdichtung. Diese ist auf die Ventilschafthülse aufgesteckt und umgreift sowohl diese als auch den Ventilschaft des Gaswechselventils dichtend. Das bedeutet, dass nach der Montage der Ventilschaftdichtung auf der Ventilschafthülse die Ventilschaftdichtung sowohl an der Ventilschafthülse als auch an dem Ventilschaft dichtend anliegt, insbesondere in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse des Ventilschaft vollständig und ununterbrochen.
Um eine zuverlässige Dichtwirkung zu erzielen, verfügt die Ventilschaftdichtung über das Dichtungselement sowie das Dichtungsgehäuse. Das Dichtungselement besteht aus einem Material mit einer höheren Flexibilität als das Dichtungsgehäuse, insbesondere einem elastischen Material. Nach der Montage der Ventilschaftdichtung an der Ventilschafthülse liegt das Dichtungselement dichtend an der Ventilschafthülse und dem Ventilschaft des Gaswechselventils an. Das Dichtungsgehäuse, in welchem das Dichtungselement angeordnet ist, stellt hierbei eine stabile und dauerhafte Anlage des Dichtungselements an der Ventilschafthülse und dem Ventilschaft sicher, insbesondere über einen weiten Temperaturbereich hinweg.
Vorzugsweise besteht das Dichtungselement aus Kunststoff, insbesondere einem Elastomer oder aus Gummi, und/oder das Dichtungsgehäuse aus Metall, insbesondere einem Metallblech. Alternativ können jedoch auch sowohl das Dichtungselement als auch das Dichtungsgehäuse aus Kunststoff bestehen. Beispielsweise ist das Dichtungselement an das Dichtungsgehäuse angespritzt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das Dichtungselement herzustellen und erst nachfolgend in das Dichtungsgehäuse einzubringen.
Um eine besonders zuverlässige Abdichtung sowie eine einfache Montage zu realisieren, verjüngt sich das Dichtungsgehäuse im Längsschnitt gesehen nach seiner Montage auf seiner der Ventilschafthülse beziehungsweise dem Ventilteller zugewandten Seite in radialer Richtung auf die Ventilschafthülse zu, sodass sich ein Bereich der Gehäuseinnenumfangsfläche in Richtung des Stirnendes der Ventilschaftdichtung verjüngt. Dieser Bereich wird als sich verjüngender Gehäuseinnenumfangsflächenbereich bezeichnet. Umgekehrt ausgedrückt erweitert sich das Dichtungsgehäuse im Längsschnitt gesehen in radialer Richtung, weist also Abmessungen in radialer Richtung auf, die sich in axialer Richtung gesehen vergrößern, nämlich in die von dem Stirnende abgewandte Richtung. Der Gehäuseinnenumfangsflächenbereich kann entsprechend auch als sich erweiternder Gehäuseinnenumfangsflächenbereich bezeichnet werden oder allgemeiner als Abmessungsveränderungsbereich.
Vorzugsweise verändern sich die radialen Abmessungen des sich verjüngender Gehäuseinnenumfangsflächenbereich über seine Erstreckung in axialer Richtung hinweg um mindestens 5, %, mindestens 7,5 %, mindestens 10 %, mindestens 12,5 % oder mindestens 15 %. Ein von dem Gehäuseinnenumfangsflächenbereich in radialer Richtung begrenzter Raum, der als Aufnahmeraum für das Dichtelement dient, weist insoweit im Längsschnitt gesehen auf einer ersten Seite des Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs in radialer Richtung erste Abmessungen und auf einer der ersten Seiten gegenüberliegenden zweiten Seite zweite Abmessungen auf, insbesondere jeweils unmittelbar an den Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs angrenzend. Die zweiten Abmessungen sind um wenigstens 5 % größer als die ersten Abmessungen.
Bevorzugt sind sie jedoch um wenigstens 10 % oder wenigstens 15 % größer. Hierdurch wird eine besonders vorteilhafte Wirkung erzielt.
Unter dem Stirnende der Ventilschaftdichtung ist insbesondere die dem Ventilteller des Gaswechselventil zugewandte Seite der Ventilschaftdichtung zu verstehen. Besonders bevorzugt verjüngt sich das gesamte Dichtungsgehäuse in Richtung des Stirnendes, wobei es auch im Bereich des Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs eine konstante Wandstärke aufweist. Besonders bevorzugt ist das Dichtungsgehäuse mit einer durchgehend konstanten Wandstärke ausgestaltet.
Die Gehäuseinnenumfangsfläche und insbesondere der Gehäuseinnenumfangsflächenbereich begrenzen wenigstens bereichsweise einen Aufnahmeraum für das Dichtungselement, in welchem nach der Montage der Ventilschaftdichtung das Dichtungselement angeordnet ist. Aufgrund der Verjüngung des Gehäuseinnenumfangsflächenbereich verkleinern sich in radialer Richtung vorliegende Abmessungen des Aufnahmeraums, insbesondere also ein Durchmesser des Aufnahmeraums, in die dem Stirnende der Ventilschaftdichtung zugewandte Richtung. Anders ausgedrückt verkleinern sich im Längsschnitt gesehen in axialer Richtung die radialen Abmessungen des Aufnahmeraums aufgrund der Verjüngung des Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs.
An dem Gehäuseinnenumfangsflächenbereich liegt das Dichtungselement unmittelbar an. Bevorzugt ist nach der Montage der Ventilschaftdichtung das Dichtungselement in radialer Richtung gesehen zwischen der Ventilschafthülse und dem Gehäuseinnenumfangsflächenbereich klemmend gehalten. Eine solche Ausgestaltung der Ventilschaftdichtung setzt diese nach ihrer Montage zuverlässig bezüglich der Ventilschafthülse fest und verhindert ein ungewolltes Entfernen der Ventilschaftdichtung von der Ventilschafthülse.
Während eines Aufschiebens der Ventilschaftdichtung auf die Ventilschafthülse mit einer bestimmten Montagekraft kommt es zu einer von der Ventilschafthülse über das Dichtungselement auf das Dichtungsgehäuse ausgeübten Radialkraft. Diese verformt das Dichtungselement und beeinflusst die Montagekraft, die aufgrund der Verformung des Dichtungselements über den Montageweg stark ansteigt. Unter dem Montageweg ist hierbei die Strecke zu verstehen, über welche die Ventilschaftdichtung auf die Ventilschafthülse aufgeschoben ist.
Zur Vergleichmäßigung der zum Aufschieben der Ventilschaftdichtung auf die Ventilschafthülse notwendigen Montagekraft, insbesondere über den gesamten Montageweg der Ventilschaftdichtung hinweg, soll der sich im Längsschnitt verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich sich in axialer Richtung über wenigstens 25 % der Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung erstrecken. Bevorzugt ist eine in axialer Richtung noch größere Erstreckung des Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs realisiert, vorzugsweise von wenigstens 40 %, wenigstens 50 % oder wenigstens 60 % der Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung.
Hierdurch bleibt die zum Aufschieben der Ventilschaftdichtung auf die Ventilschafthülse benötigte Montagekraft über den Montageweg der Ventilschaftdichtung weitgehend konstant und zeigt nicht etwa einen drastischen Anstieg gegen Ende des Aufschiebens auf. Ein solcher Anstieg ist Folge einer ungewollten Verformung des Dichtungselements, die aufgrund der elastischen Ausgestaltung des Dichtungselements dem Aufschieben entgegenwirkt und nach dem Aufschieben das Dichtungselement wieder von der Ventilschafthülse fort drängt, sodass es zu einem ungewollten Lösen der Ventilschaftdichtung von der Ventilschafthülse kommen kann.
Der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich ist beispielsweise konische ausgestaltet, er liegt also als Rotationsfläche einer Linie, insbesondere einer geraden Linie, um eine Längsmittelachse der Ventilschaftdichtung vor. Die Linie ist hierbei derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass sich die Gehäuseinnenumfangsflächenbereich im Längsschnitt gesehen in Richtung des Stirnendes der Ventilschaftdichtung verjüngt. Die Linie beziehungsweise eine gedachte Verlängerung der Linie ist hierzu bezüglich der Längsmittelachse angewinkelt, schließt mit dieser also einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 180° ein. Beispielsweise beträgt der Winkel zwischen der Linie beziehungsweise der gedachten Verlängerung und der Längsmittelachse mindestens 2° und höchstens 15°, mindestens 4° und höchstens 10° oder mindestens 5° und höchstens 7,5°.
Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Ventilschaftdichtung wird eine einfache Montage der Ventilschaftdichtung, insbesondere ein einfaches Aufschieben der Ventilschaftdichtung auf die Ventilschafthülse, sichergestellt. Zugleich ergeben sich eine dauerhafte Befestigung der Ventilschaftdichtung an der Ventilschafthülse sowie eine hervorragende Dichtwirkung, da eine Kompression des Dichtungselements ohne ungewollte Verformung in axialer Richtung erzielt wird. Eine solche Verformung könnte, wie erläutert, eine Gegenkraft zur Folge haben, die zum einen der Montagekraft während der Montage entgegenwirkt und zum anderen die Ventilschaftdichtung nach der Montage von der Ventilschafthülse herunter drängt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche zylindrische Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche aufweist, zwischen welchen der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich der Gehäuseinnenumfangsfläche im Längsschnitt gesehen angeordnet ist. In axialer Richtung schließen sich beidseitig des sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs zylindrische Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche an diesen an. In axialer Richtung einerseits des sich verjüngenden Bereichs liegt also ein erster zylindrischer Bereich und andererseits des sich verjüngenden Bereichs ein zweiter zylindrischer Bereich vor. Unter den zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche sind insbesondere kreiszylindrische Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche zu verstehen. In diesen verläuft die Gehäuseinnenumfangsfläche im Längsschnitt gesehen parallel zu der Längsmittelachse der Ventilschaftdichtung. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht wie bereits erläutert die hervorragende Dichtwirkung sowie eine zuverlässige Befestigung der Ventilschaftdichtung an der Ventilschafthülse.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Dichtungsgehäuse im Längsschnitt gesehen endseitig radial nach innen verlaufende Haltestege aufweist, zwischen welchen das Dichtungselement formschlüssig gehalten ist. Die Haltestege sind insoweit in axialer Richtung gesehen auf gegenüberliegenden Seiten des sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs angeordnet. Die Haltestege können sich gleich weit in radialer Richtung nach innen erstrecken. Vorzugsweise sind ihre Erstreckungen in radialer Richtung nach innen jedoch voneinander verschieden. Beispielsweise weist derjenige der Haltestege, welcher auf der verjüngten Seite der Gehäuseinnenumfangsfläche vorliegt, eine kleinere Erstreckung auf als der auf der gegenüberliegenden Seite vorliegende der Haltestege. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass sich der letztgenannte Haltesteg in radialer Richtung weiter nach innen erstreckt als der erstgenannte Haltesteg, sodass sein freies Ende näher an der Längsmittelachse liegt als das des anderen Haltestegs.
Die beiden Haltestege dienen dem formschlüssigen Halten des Dichtungselements. Entsprechend erstrecken sie sich bevorzugt in radialer Richtung genau nach innen oder sind im Längsschnitt gesehen aufeinander zugeneigt, laufen also in axialer Richtung aufeinander zu. Die Gehäuseinnenumfangsfläche erstreckt sich auch auf die Haltestege. Im Bereich der Haltestege die Gehäuseinnenumfangsfläche vollständig aufnehmenden gedachten Ebenen stehen bevorzugt senkrecht auf der Längsmittelachse der Ventilschaftdichtung. Die beschriebene Ausgestaltung der Ventilschaftdichtung stellt zum einen eine zuverlässige Befestigung des Dichtungselements an dem Dichtungsgehäuse sicher und ermöglicht zum anderen den Verzicht auf ein separates Federelement, mittels welchem ansonsten das Dichtungselement an den Ventilschaft gedrängt wird. Selbstverständlich kann ein solches Federelement jedoch optional vorliegen und das Dichtungselement derart umgreifen, dass es das Dichtungselement in radialer Richtung nach innen drängt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Haltestege im Längsschnitt gesehen auf den dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich abgewandten Seiten der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche der Gehäuseinnenumfangsfläche vorliegen, insbesondere sich unmittelbar an die zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche anschließen. In anderen Worten liegt zwischen jedem der Haltestege und dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich einer der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche vor.
Bevorzugt schließt sich jeder der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche einerseits unmittelbar an den sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich und andererseits an einen der Haltestege an. Hierbei kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Haltesteg im Längsschnitt gesehen über eine Rundung oder eine Fase in den zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereich übergeht. Diese Rundung beziehungsweise Fase ist Bestandteil des jeweiligen Haltestegs. Auch diese Ausgestaltung stellt den gleichmäßigen Verlauf der zum Aufschieben der Ventilschaftdichtung auf die Ventilschafthülse notwendige Montagekraft sicher.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Dichtungselement mit einer Dichtungsaußenumfangsfläche an der Gehäuseinnenumfangsfläche anliegt und im Längsschnitt gesehen auf seiner der Gehäuseinnenumfangsfläche abgewandten Seite eine Dichtungsinnenumfangsfläche aufweist, wobei die Dichtungsinnenumfangsfläche einen zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereich aufweist. Im Längsschnitt gesehen weist das Dichtungselement also die Dichtungsaußenumfangsfläche und die Dichtungsinnenumfangsfläche auf, welche über Stirnseitenflächen des Dichtungselements miteinander verbunden sind. Die Dichtungsaußenumfangsfläche des Dichtungselements liegt bevorzugt durchgehend an der Gehäuseinnenumfangsfläche an, insbesondere vollständig. Letzteres bedeutet, dass das Dichtungselement in axialer Richtung gesehen vollständig in dem Dichtungsgehäuse aufgenommen ist und sich nicht über dieses hinaus erstreckt.
Die Dichtungsinnenumfangsfläche des Dichtungselements begrenzt einen Ventilschafthülsenaufnahmeraum in radialer Richtung nach außen. Nach der Montage der Ventilschaftdichtung an der Ventilschafthülse ist die Ventilschafthülse in diesem Ventilschafthülsenaufnahmeraum angeordnet. Die Dichtungsinnenumfangsfläche ist bereichsweise zylindrisch ausgestaltet. Dieser Bereich wird als zylindrischer Dichtungsinnenumfangsflächenbereich bezeichnet. Unter dem zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereich wird insbesondere ein kreiszylindrischer Bereich verstanden. Besonders bevorzugt ist der zylindrische Dichtungsinnenumfangsflächenbereich in axialer Richtung gesehen zumindest bereichsweise in Überdeckung mit dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich angeordnet. Die beschriebene Ausgestaltung der Ventilschaftdichtung stellt eine einfache Montage und eine zuverlässige Dichtwirkung sicher.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass von dem zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereich ausgehend wenigstens ein in axialer Richtung in Überdeckung mit dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich angeordneter Dichtungselementvorsprung zum Halten der Ventilschaftdichtung an einer Ventilschafthülse einer Ventilführung eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine in radialer Richtung nach innen ragt. Der Dichtungselementvorsprung steht in radialer Richtung über den Dichtungsinnenumfangsflächenbereich nach innen über und tritt insoweit nach der Montage der Ventilschaftdichtung der Ventilschafthülse entgegen. Er dient zum einen dem Festsetzen der Ventilschaftdichtung an der Ventilschafthülse in axialer Richtung. Beispielsweise hintergreift er hierzu einen Formschlussvorsprung der Ventilschafthülse. Zum anderen dient er - jedoch optional - dem dichten Anliegen an der Ventilschafthülse, sodass eine zuverlässige Abdichtung zwischen Ventilschaftdichtung und Ventilschafthülse realisiert ist. Der Dichtungselementvorsprung ist bevorzugt wulstartig ausgestaltet.
Besonders bevorzugt ist im Längsschnitt gesehen ein Scheitelpunkt des Dichtungselementvorsprungs auf der der Stirnseite zugewandten Seite des sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs angeordnet. Das bedeutet, dass eine den Scheitelpunkt schneidende und senkrecht auf der Längsmittelachse stehende gedachte Ebene von einer den Gehäuseinnenumfangsflächenbereich auf Seiten der Stirnseite begrenzenden gedachten ersten Ebene einen ersten Abstand aufweist, von einer den Gehäuseinnenumfangsflächenbereich auf der der Stirnseite abgewandten Seite begrenzenden gedachten zweiten Ebene einen zweiten Abstand. Der erste Abstand ist nun höchstens so groß wie der zweite Abstand, bevorzugt ist er kleiner.
Vorzugsweise ist der zweite Abstand um einen Faktor von mindestens 1,25, mindestens 1,5, mindestens 1,75 oder mindestens 2 größer als der erste Abstand.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mit zumindest einem der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche ein weiterer Dichtungselementvorsprung des Dichtungselements und/oder eine Dichtlippe des Dichtungselements in axialer Richtung gesehen in Überdeckung angeordnet ist. Der weitere Dichtungselementvorsprung ist beispielsweise analog zu dem Dichtungselementvorsprung ausgestaltet, sodass auf die entsprechenden Ausführungen hingewiesen wird. Der weitere Dichtungselementvorsprung ist in axialer Richtung in Überdeckung mit dem zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche angeordnet und liegt bevorzugt nach der Montage der Ventilschaftdichtung an der Ventilschafthülse dichtend an. Besonders bevorzugt liegen mehrere weitere Dichtungselementvorsprünge vor, die jeweils zum dichtenden Anliegen an der Ventilschafthülse vorgesehen und ausgestaltet sind. Insbesondere sind die weiteren Dichtungselementvorsprünge im Längsschnitt gesehen auf gegenüberliegenden Seiten des Dichtungselementvorsprungs angeordnet.
Die Dichtlippe des Dichtungselements ist zum dichtenden Anliegen an dem Ventilschaft vorgesehen und ausgestaltet. Nach der Montage der Ventilschaftdichtung liegt sie insoweit an dem Ventilschaft dichtend an. Die Dichtlippe ist zumindest bereichsweise in axialer Richtung in Überdeckung mit einem der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche angeordnet. Bevorzugt stehen der weitere Dichtungselementvorsprung und die Dichtlippe mit unterschiedlichen der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereichen in Überdeckung. Eine solche Ausgestaltung stellt eine zuverlässige Dichtwirkung der Ventilschaftdichtung sicher. Besonders bevorzugt liegt eine weitere Dichtlippe vor, jedoch außerhalb des Dichtungsgehäuses, nämlich auf der der Stirnseite beziehungsweise dem Ventilteller abgewandten Seite des Dichtungsgehäuses. Insbesondere ist die weitere Dichtlippe von einem Federelement umgriffen, vorzugsweise aus Metall, besonders bevorzugt aus Federstahl, das die weitere Dichtlippe in Richtung des Ventilschafts drängt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich im Längsschnitt gesehen über wenigstens 50 %, wenigstens 75 % oder wenigstens 90 % seiner Erstreckung in axialer Richtung eine konstante Steigung aufweist oder durchgehend gekrümmt ist. Im Bereich der konstanten Steigung ist der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich insbesondere konusförmig. Ist er hingegen durchgehend gekrümmt, so ist in diesem Bereich beispielsweise kugelkalottenförmig. Der Gehäuseinnenumfangsflächenbereich weist die genannte Gestalt über einen Großteil seine Erstreckung in axialer Richtung auf, insbesondere über wenigstens 50 % oder mehr.
Beispielsweise ist der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich ausgehend von einem der zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereiche bis hin zu dem jeweils anderen der zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereiche durchgehend gekrümmt, insbesondere mit sich in axialer Richtung verändernder Krümmung. Hierdurch kann eine besonders einfache Anpassung der zum Montieren der Ventilschaftdichtung notwendigen Montagekraft erzielt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Dichtungsgehäuse zumindest im Bereich des sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs und/oder der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche oder durchgehend eine konstante Wandstärke aufweist. Hierauf wurde bereits hingewiesen. Die konstante Wandstärke ermöglicht ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellen des Dichtungsgehäuses, beispielsweise durch Umformen, insbesondere durch Tiefziehen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Gaswechselventil, dessen Ventilschaft in einer Ventilschafthülse einer Ventilführung eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine geführt ist, wobei die Ventilschafthülse und der Ventilschaft von einer Ventilschaftdichtung, insbesondere einer Ventilschaftdichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen, jeweils dichtend umgriffen ist, die über ein Dichtungselement und ein das Dichtungselement aufnehmendes Dichtungsgehäuse verfügt, wobei das Dichtungselement an einer Gehäuseinnenumfangsfläche des Dichtungsgehäuses anliegt. Dabei ist vorgesehen, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche einen sich in Richtung eines Stirnendes der Ventilschaftdichtung verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich aufweist, an dem das Dichtungselement anliegt und der sich im Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse der Ventilschaftdichtung gesehen über wenigstens 25 % einer Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung in axialer Richtung erstreckt.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Ventilschaftdichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch die Ventilschaftdichtung können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren 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. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine, genauer gesagt eine schematische Längsschnittdarstellung einer Ventilschafthülse mit darauf angeordneter Ventilschaftdichtung.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, genauer gesagt eines Zylinderkopfs 2 der Brennkraftmaschine 1, nämlich eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine Ventilschafthülse 3 und eine Ventilschaftdichtung 4 bezüglich einer Längsmittelachse 5 sowohl der Ventilschafthülse 3 als auch der Ventilschaftdichtung 4. Die Ventilschafthülse 3 dient einer linearen Führung eines hier nicht dargestellten Gaswechselventils. Sie weist hierzu eine zylindrische Führungsausnehmung 6 auf, in welcher nach der Montage der Brennkraftmaschine 1 ein Ventilschaft des Gaswechselventil verlagerbar aufgenommen ist. Zur (zusätzlichen) Abdichtung der Brennkraftmaschine 1 gegenüber einer Außenumgebung ist auf die Ventilschafthülse 3 die Ventilschaftdichtung 4 aufgeschoben. Die Ventilschaftdichtung 4 liegt sowohl an der Ventilschafthülse 3 als auch an dem Ventilschaft des Gaswechselventil dichtend an, nämlich in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse 5 durchgehend.
Die Ventilschaftdichtung 4 weist ein Dichtungselement 7 sowie ein Dichtungsgehäuse 8 auf. Das Dichtungselement 7 ist in radialer Richtung zwischen dem Dichtungsgehäuse 8 einerseits und der Ventilschafthülse 3 und dem Ventilschaft andererseits angeordnet. Es besteht aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem Elastomer. Das Dichtungsgehäuse 8 besteht hingegen aus einem Material, welches eine höhere Steifigkeit aufweist als das Material des Dichtungselements 7. Vorzugweise besteht das Dichtungsgehäuse 8 aus Metall, beispielsweise aus Stahl.
Das Dichtungsgehäuse 8 weist eine Gehäuseinnenumfangsfläche 9 auf, an welcher das Dichtungselement 7 anliegt, insbesondere in Umfangsrichtung durchgehend. Die Gehäuseinnenumfangsfläche 9 weist wenigstens einen sich in Richtung eines Stirnendes 10 der Ventilschaftdichtung 4 verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 11 auf. In diesem verjüngt sich die Gehäuseinnenumfangsfläche 9 ausgehend von einem Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 12 bis hin zu einem Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 13.
Die Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche 12 und 13 liegen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als zylindrische Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche 12 und 13 vor. Der Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 12 weist hierbei in radialer Richtung größere Abmessungen auf als der Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 13. Die Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche 12 und 13 werden von dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 11 in axialer Richtung miteinander verbunden. Einerseits des Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs 11 schließt sich insoweit unmittelbar der Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 12 und andererseits unmittelbar der Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 13 an.
Die Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 11 ist beispielsweise konisch ausgestaltet oder, wie hier dargestellt, durchgehend gekrümmt. Beispielsweise kann die Krümmung hierbei einen durchgehenden Krümmungsradius aufweisen oder aber einen sich in axialer Richtung verändernden Krümmungsradius. Von Bedeutung ist in jedem Fall, dass sich die Gehäuseinnenumfangsfläche 9 innerhalb des Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs 11 verjüngt, sodass der Abstand der Gehäuseinnenumfangsfläche 9 von der Längsmittelachse abnimmt.
In axialer Richtung gesehen weist der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 11 Abmessungen auf, welche wenigstens 25 % einer Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung 4 in axialer Richtung, insbesondere des Dichtungsgehäuses 8, entsprechen. Bevorzugt ist jedoch eine größere Erstreckung, die beispielsweise wenigstens 50 % oder mehr der Gesamterstreckung entspricht. Hierdurch wird eine Aufpresskraft beziehungsweise Montagekraft, welche zum Aufschieben der Ventilschaftdichtung 4 auf die Ventilschafthülse 4 notwendig ist, über den auf Montageweg konstant oder zumindest nahezu konstant gehalten.
Das Dichtungsgehäuse 8 verfügt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über Haltestege 14 und 15, welche endseitig an ihm ausgebildet sind. Bevorzugt verlaufen die Haltestege 14 und 15 genau in radialer Richtung nach innen. Zwischen ihnen ist das Dichtungselement 7 formschlüssig gehalten. Die Haltestege 14 und 15 schließen sich in dem hier dargestellten Ausgangsbeispiel unmittelbar an die zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche 12 und 13 an und sind beispielsweise über Übergangsradien an diese angebunden.
Das Dichtungselement weist eine Dichtungsaußenumfangsfläche 16 auf, mit welcher es an der Gehäuseinnenumfangsfläche 9 des Dichtungsgehäuses 8 anliegt. Auf seiner im Längsschnitt der Dichtungsaußenumfangsfläche 16 abgewandten Seite verfügt das Dichtungselement 7 über eine Dichtungsinnenumfangsfläche 17. Diese verläuft in axialer Richtung gesehen zumindest bereichsweise zylindrisch, sodass sie wenigstens einen zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereich 18 aufweist. Über diesen Dichtungsinnenumfangsflächenbereich 18 stehen in radialer Richtung nach innen ein Dichtungselementvorsprung 19, ein weiterer Dichtungselementvorsprung 20 sowie eine Dichtlippe 21 über.
Der Dichtungselementvorsprung 19 steht hierbei in axialer Richtung gesehen in Überdeckung mit dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 11, der weitere Dichtungselementvorsprung 20 mit einer der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche 12 und 13 sowie die Dichtlippe 21 in Überdeckung mit dem jeweils anderen der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche 12 und 13. Weiterhin ist erkennbar, dass das Dichtungselement 7 in axialer Richtung gesehen auch mit den Haltestegen 14 und 15 in Überdeckung steht. Das Dichtungselement 7 erstreckt sich insoweit in axialer Richtung gesehen auf beiden Seiten bis hin zu dem jeweiligen Stirnende der Ventilschaftdichtung 4, von welchen hier lediglich das Stirnende 10 bezeichnet ist.
In axialer Richtung beabstandet von der Dichtlippe 21 liegt eine weitere Dichtlippe 22 vor. Diese wird von einem Federelement 23 in Umfangsrichtung umgriffen. Das Federelement 23 wirkt eine Federkraft auf die Dichtlippe 22 aus und drängt diese in radialer Richtung nach innen, insbesondere an den Ventilschaft des Gaswechselventils.
Die beschriebene Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise der Ventilschaftdichtung 4 hat den Vorteil, dass bei dem Aufschieben der Ventilschaftdichtung 4 auf die Ventilschafthülse 3 die zum Aufschieben notwendige Montagekraft über den Montageweg nahezu konstant ist. Dies wird durch die große Erstreckung des sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich 11 in axialer Richtung erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Zylinderkopf
3: Ventilschafthülse
4: Ventilschaftdichtung
5: Längsmittelachse
6: Führungsausnehmung
7: Dichtungselement
8: Dichtungsgehäuse
9: Gehäuseinnenumfangsfläche
10: Stirnende
11: Gehäuseinnenumfangsflächenbereich
12: Gehäuseinnenumfangsflächenbereich
13: Gehäuseinnenumfangsflächenbereich
14: Haltesteg
15: Haltesteg
16: Dichtungsaußenumfangsfläche
17: Dichtungsinnenumfangsfläche
18: Dichtungsinnenumfangsflächenbereich
19: Dichtungselementvorsprung
20: Dichtungselementvorsprung
21: Dichtlippe
22: Dichtlippe
23: Federelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19949248 A1 [0002]

Claims

Ventilschaftdichtung (4) für eine Brennkraftmaschine (1), mit einem Dichtungselement (7) und einem das Dichtungselement (7) aufnehmenden Dichtungsgehäuse (8), wobei das Dichtungselement (7) an einer Gehäuseinnenumfangsfläche (9) des Dichtungsgehäuses (8) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche (9) einen sich in Richtung eines Stirnendes (10) der Ventilschaftdichtung (4) verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich (11) aufweist, an dem das Dichtungselement (7) anliegt und der sich im Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse (5) der Ventilschaftdichtung (4) gesehen über wenigstens 25 % einer Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung (4) in axialer Richtung erstreckt.
Ventilschaftdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche (9) zylindrische Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche (12, 13) aufweist, zwischen welchen der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich (11) der Gehäuseinnenumfangsfläche (9) im Längsschnitt gesehen angeordnet ist.
Ventilschaftdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsgehäuse (8) im Längsschnitt gesehen endseitig radial nach innen verlaufende Haltestege (14, 15) aufweist, zwischen welchen das Dichtungselement (7) formschlüssig gehalten ist.
Ventilschaftdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestege (14, 15) im Längsschnitt gesehen auf den dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich (11) abgewandten Seiten der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche (12, 13) der Gehäuseinnenumfangsfläche (9) vorliegen.
Ventilschaftdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (7) mit einer Dichtungsaußenumfangsfläche (16) an der Gehäuseinnenumfangsfläche (9) anliegt und im Längsschnitt gesehen auf seiner der Gehäuseinnenumfangsfläche (9) abgewandten Seite eine Dichtungsinnenumfangsfläche (17) aufweist, wobei die Dichtungsinnenumfangsfläche (17) einen zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereich (18) aufweist.
Ventilschaftdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem zylindrischen Dichtungsinnenumfangsflächenbereich (18) ausgehend wenigstens ein in axialer Richtung in Überdeckung mit dem sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich (11) angeordneter Dichtungselementvorsprung (19) zum Halten der Ventilschaftdichtung (4) an einer Ventilschafthülse (3) einer Ventilführung eines Zylinderkopfs (2) der Brennkraftmaschine (1) in radialer Richtung nach innen ragt.
Ventilschaftdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit zumindest einem der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche (12, 13) ein weiterer Dichtungselementvorsprung (20) des Dichtungselements (7) und/oder eine Dichtlippe (21) des Dichtungselements (7) in axialer Richtung gesehen in Überdeckung angeordnet ist.
Ventilschaftdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Gehäuseinnenumfangsflächenbereich (11) im Längsschnitt gesehen über wenigstens 50 %, höchstens 75 % oder wenigstens 90 % seiner Erstreckung in axialer Richtung eine konstante Steigung aufweist oder durchgehend gekrümmt ist.
Ventilschaftdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsgehäuse (8) zumindest im Bereich des sich verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereichs (11) und/oder der zylindrischen Gehäuseinnenumfangsflächenbereiche (12, 13) oder durchgehend eine konstante Wandstärke aufweist.
Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem Gaswechselventil, dessen Ventilschaft in einer Ventilschafthülse (3) einer Ventilführung eines Zylinderkopfs (2) der Brennkraftmaschine (1) geführt ist, wobei die Ventilschafthülse (3) und der Ventilschaft von einer Ventilschaftdichtung (4), insbesondere einer Ventilschaftdichtung (4) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, jeweils dichtend umgriffen sind, die über ein Dichtungselement (7) und ein das Dichtungselement (7) aufnehmendes Dichtungsgehäuse (8) verfügt, wobei das Dichtungselement (7) an einer Gehäuseinnenumfangsfläche (9) des Dichtungsgehäuses (8) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseinnenumfangsfläche (9) einen sich in Richtung eines Stirnendes (10) der Ventilschaftdichtung (4) verjüngenden Gehäuseinnenumfangsflächenbereich (11) aufweist, an dem das Dichtungselement (7) anliegt und der sich im Längsschnitt bezüglich einer Längsmittelachse (5) der Ventilschaftdichtung (4) gesehen über wenigstens 25 % einer Gesamterstreckung der Ventilschaftdichtung (4) in axialer Richtung erstreckt.