DE102022132018A1

DE102022132018A1 - Ventilschaftführung eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102022132018A1
Application number: DE102022132018.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Müller
Original assignee: FEV Group GmbH
Current assignee: FEV Group GmbH
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Wassermantel, einen Auslasskanal, ein Auslassventil, eine Auslassventilführung, einen Ölraum und eine Bohrung, die sich vom Ölraum bis in den Auslasskanal erstreckt und die Auslassventilführung aufnimmt, wobei die Bohrung mehrstufig ausgeführt und somit einen variablen Durchmesser aufweist und die Auslassventilführung in der Bohrung einen radialen Presssitz aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einer Ventilschaftführung eines Auslassventils, einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Zylinderkopf sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor.
Aus der DE 10 2009 033 149 A1 ist ein Zylinderkopf mit einer Durchgangsbohrung bekannt, wobei in der Durchgangsbohrung eine Ventilführungsbuchse angeordnet ist, die radial vorspannungsfrei in der Durchgangsbohrung einsitzt.
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf umfasst einen Wassermantel, einen Auslasskanal, ein Auslassventil, eine Auslassventilführung, einen Ölraum und eine Bohrung, die sich vom Ölraum bis in den Auslasskanal erstreckt und die Auslassventilführung aufnimmt, wobei die Bohrung mehrstufig ausgeführt und somit einen variablen Durchmesser aufweist und die Auslassventilführung in der Bohrung einen radialen Presssitz aufweist.
Radialer Presssitz meint eine Fixierung der Auslassventilführung unter Miteinwirkung radialer, das heißt senkrecht zur Verlaufsrichtung der Bohrung gerichteter, Kräfte durch das Material des Zylinderkopfes auf die Auslassventilführung.
Im Ölraum des Zylinderkopfes sind in einem Ölnebel Bauteile zur Betätigung des Auslassventils angeordnet, unter anderem ein Schlepphebel, der mit einer Nockenwelle wirkverbunden ist und durch die Rotation der Nockenwelle auf den Auslassventilschaft des Auslassventils einwirkt, dieses innerhalb der Bohrung in axialer Richtung bewegt und somit ein Öffnen und Schließen des Auslassventils ermöglicht. Die Schließbewegung des Auslassventils wird durch eine Ventilfeder bewirkt, welche das Auslassventil in die geschlossene Stellung vorspannt. Die Ventilfeder ist dabei zwischen einem oberen und unteren Ventilfederteller eingespannt, welche ihrerseits mit dem Auslassventilschaft des Auslassventils kraftschlüssig verbunden sind. Der Auslasskanal des Zylinderkopfes wird gegenüber dem Ölraum durch eine Abdichtkappe abgedichtet, welche auf dem ventilfernen Ende der Auslassventilführung angeordnet ist.
Durch die mehrstufige Ausführung der Bohrung wird ermöglicht, dass die Auslassventilführung sich in axialer Richtung der Bohrung gegen einen Anschlag abstützt. Dadurch kann die Auslassventilführung außerhalb des Auslasskanals angeordnet werden, so dass der Kontakt mit den heißen Abgasen des Verbrennungsmotors verringert wird. Der radiale Presssitz der Auslassventilführung innerhalb der Bohrung sorgt außerdem für einen effizienten Wärmeübertrag von der thermisch stark belasteten Auslassventilführung auf das Material des Zylinderkopfes und weiter auf den Wassermantel.
Vorzugsweise umfasst die Bohrung einen ersten Bereich mit einem Durchmesser d₁, einen dritten Bereich mit einem Durchmesser d₃<d₁ und einen zweiten Bereich mit einem Durchmesser d₁₂, wobei d₃<d₂≤d₁ gilt und wobei die Auslassventilführung in den ersten und zweiten Bereichen aufgenommen ist.
Die ersten, zweiten und dritten Bereiche folgen entlang der Länge der Bohrung aufeinander. Der Durchmesser der Bohrung ist im ersten und dritten Bereich konstant. Im zweiten Bereich kann sich der Durchmesser durch eine konische Verjüngung der Bohrung bis zum dritten Bereich stetig verkleinern, wobei im Durchmesser der Bohrung im Übergang vom zweiten in den dritten Bereich ein Sprung stattfindet. Das heißt, dass der Beginn des dritten Bereiches einen axialen Anschlag in der Bohrung bildet. Da die Auslassventilführung in den ersten beiden Bereichen aufgenommen ist liegt deren ventilnahes Ende an diesem axialen Anschlag an. Die Auslassventilführung kann komplementär zur Bohrung geformt sein, was bedeutet, dass der Durchmesser in einem ersten Bereich der Auslassventilführung konstant und in einem zweiten Bereich konisch zulaufend sein kann.
Bevorzugt folgt in einem Bereich die Kontur der Innenwand des Wassermantels der Kontur der oberen Auslasskanalwand, sodass die Trennwand in diesem Bereich eine annährend konstante Dicke aufweist.
Vorzugsweise ist der Wassermantel derart um das ventilnahe Ende der Auslassventilführung angeordnet, dass in einem vertikalen Querschnitt, der von Einlassventilseite zur Auslassventilseite des Zylinderkopfes verläuft, der Wassermantel sowohl auf Höhe der Auslassventilführung als auch tiefer angeordnet ist und in einem Einschnürbereich des Wassermantels für den Abstand dw der Innenwände des Wassermantels dw ≤ d₁ gilt.
Der Verlauf des Wassermantels entlang des Auslasskanals und die Heranführung des Wassermantels an die Auslassventilführung und insbesondere an deren ventilnahes Ende, wird ein effektiver Wärmeübertrag von diesen thermisch stark belasteten Bauteilen des Zylinderkopfes an das Kühlmittel ermöglicht.
Vorzugsweise ist im dritten Bereich der Bohrung zwischen den Innenwänden der Bohrung und dem Auslassventilschaft des Auslassventils ein Spalt von 0,1 bis 0,5 mm ausgebildet.
Durch den Spalt steht die Auslassventilführung in direktem Kontakt mit dem Auslasskanal, sodass sowohl die Auslassventilführung als auch das Material des Zylinderkopfes im Bereich des ventilnahen Endes des Auslassventilführung effektiver durch den Wassermantel gekühlt wird.
Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor umfasst einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der folgenden Figur näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes im Bereich des Auslassventils im vertikalen Querschnitt, der von Einlassventilseite zur Auslassventilseite des Zylinderkopfes verläuft.

1 zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 im Bereich des Auslassventils 4 im vertikalen Querschnitt. Der Zylinderkopf umfasst weiterhin einen Auslasskanal 3, einen Wassermantel 2 und eine Bohrung 6, welche sich vom Ölraum 10 des Zylinderkopfes 1 bis zum Auslasskanal 3 erstreckt. Die Bohrung ist mehrstufig ausgeführt und hat im ersten Bereich 21 einen Durchmesser von d₁=9 mm und im dritten Bereich 23 einen Durchmesser von d₃=7 mm. Im zweiten Bereich 22 ist der Durchmesser d₂=9 mm am Übergang vom ersten Bereich 21 und verringert sich linear, das heißt konisch verjüngend, auf d₂=8,5 mm am Übergang zum dritten Bereich 23, sodass 8,5 mm ≤ d₂ ≤ 9 mm gilt. Die Auslassventilführung 5 ist in der Bohrung 6 aufgenommen, wobei die Auslassventilführung 5 einen ersten Bereich mit konstantem Durchmesser und einen zweiten Bereich mit einem sich konisch verkleinernden Durchmesser aufweist. Die Auslassventilführung 5 liegt am durch den Übergang vom zweiten 22 zum dritten Bereich 23 der Bohrung 6 ausgebildeten axialen Anschlag an und weist innerhalb der Bohrung 6 einen radialen, Presssitz auf. Der Presssitz wird dadurch realisiert, dass der Durchmesser der Auslassventilführung 5 um einige µm größer ist als der Durchmesser des entsprechenden Bereichs der Bohrung 6, und die Auslassventilführung bei der Montage in die Bohrung 6 des Zylinderkopfes 1 eingepresst wird. Das Auslassventil 4 ist in der Auslassventilführung 5 in axialer Richtung beweglich aufgenommen, wobei der Schaft 4a des Auslassventils 4 einen Durchmesser von 6,6 mm aufweist. Am oberen Ende des Auslassventils 4 ist zwischen einem oberen 12 und einem unteren Ventilfederteller 13 eine Ventilfeder 11 angeordnet, welche das Auslassventil 4 in einer den Auslasskanal 3 schließenden Stellung vorspannt. Der Ölraum 10 wird von dem Auslasskanal 3 durch die Auslassventilführung 5 und eine auf ihrem ventilfernen Ende angeordnete Abdichtkappe 14 abgedichtet.
Um eine effektive Kühlung zu gewährleisten, ist der Wassermantel 2 bis an das ventilnahe Ende der Auslassventilführung 5 herangeführt, sodass sich in axialer Richtung um den Auslassventilschaft 4a herum ein Einschnürbereich 33 bildet. Im Einschnürbereich 33 beträgt der minimale Abstand dw der Innenwände des Wassermantels 2 in radialer Richtung dw=8,7 mm. Darüberhinaus ist die Dicke der Trennwand 2b zwischen Auslasskanal 3 und dem Wassermantel 2 im Bereich 32 konstant. Das heißt, dass die Kontur der Innenwand 2a des Wassermantels 2 der Kontur der oberen Wandung des Auslasskanals 3 folgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009033149 A1 [0002]

Claims

Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Wassermantel (2), einen Auslasskanal (3), ein Auslassventil (4), eine Auslassventilführung (5), einen Ölraum (10) und eine Bohrung (6), die sich vom Ölraum (10) bis in den Auslasskanal (3) erstreckt und die Auslassventilführung (5) aufnimmt, wobei die Bohrung (6) mehrstufig ausgeführt und somit einen variablen Durchmesser aufweist und die Auslassventilführung (5) in der Bohrung (6) einen radialen Presssitz aufweist.
Zylinderkopf (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Bohrung (6) einen ersten Bereich (21) mit einem Durchmesser d₁, einen dritten Bereich (23) mit einem Durchmesser d₃<d₁ und einen zweiten Bereich (22) mit einem Durchmesser d₁₂ umfasst, wobei d₃<d₂≤d₁ gilt und wobei die Auslassventilführung (5) in den ersten (21) und zweiten (22) Bereichen aufgenommen ist.
Zylinderkopf (1) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei in einem Bereich (32) die Kontur der Innenwand (2a) des Wassermantels (2) der Kontur der oberen Auslasskanalwand (3a) folgt, sodass die Trennwand (2b) im Bereich (32) eine annährend konstante Dicke aufweist.
Zylinderkopf (1) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei der Wassermantel (2) derart um das ventilnahe Ende der Auslassventilführung (5) angeordnet ist, dass in einem vertikalen Querschnitt, der von Einlassventilseite zur Auslassventilseite des Zylinderkopfes (1) verläuft, der Wassermantel sowohl auf Höhe der Auslassventilführung (5) als auch tiefer angeordnet ist und in einem Einschnürbereich (33) des Wassermantels (2) für den Abstand dw der Innenwände des Wassermantels (2) d_W ≤ d₁ gilt.
Zylinderkopf (1) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei im dritten Bereich (22) der Bohrung (6) zwischen den Innenwänden der Bohrung (6) und dem Auslassventilschaft (4a) des Auslassventils (4) ein Spalt von 0,1 bis 0,5 mm ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf (1) gemäß einem der vorigen Ansprüche aufweist.
Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 6 aufweist.