DE102022202802A1 - Valve for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Ventilteller (3) und einem Ventilschaft (4). Um dabei durch beispielsweise eine unerwünschte Selbstzündung entstehende Spannungsspitzen zu vermeiden, ist im Ventilteller (3) ein Druckkanal (6) mit einem Überdruckventil (7) angeordnet, wobei der Druckkanal (6) eine Vorderseite (8) und eine Rückseite (9) des Ventiltellers (4) verbindet.The invention relates to a valve (1) for an internal combustion engine (2) with a valve plate (3) and a valve stem (4). In order to avoid voltage peaks caused by, for example, unwanted self-ignition, a pressure channel (6) with a pressure relief valve (7) is arranged in the valve plate (3), the pressure channel (6) having a front side (8) and a back side (9) of the valve plate (4) connects.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilteller und einem Ventilschaft, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine.The present invention relates to a valve for an internal combustion engine with a valve plate and a valve stem, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an internal combustion engine.

Im Betrieb von Brennkraftmaschinen kann es aufgrund irregulärer Verbrennungsphänomene, wie beispielsweise einer Vorentflammung, zu einem besonders raschen und vor dem eigentlich vorgesehenen Zeitpunkt ablaufenden Druckanstieg im Brennraum kommen, wodurch dieser aufgrund der dann auftretenden Druckspitzen sowohl mechanisch als auch thermisch sehr hoch belastet wird. Neben diesem Phänomen kann es auch aufgrund einer zu geringen Klopffestigkeit, welche beispielsweise bei minderwertigen Kraftstoffen mit niedrigen Oktanzahlen auftreten kann, zu einer unerwünschten Selbstzündung kommen, die ebenfalls zu hohen mechanischen und thermischen Belastungen und bedingt dadurch auch zu Schäden und Ausfällen führen kann.During the operation of internal combustion engines, irregular combustion phenomena, such as pre-ignition, can lead to a particularly rapid increase in pressure in the combustion chamber before the actually intended time, which means that it is subjected to very high mechanical and thermal stress due to the pressure peaks that then occur. In addition to this phenomenon, undesirable self-ignition can also occur due to insufficient knock resistance, which can occur, for example, with inferior fuels with low octane numbers, which can also lead to high mechanical and thermal stress and, as a result, to damage and failures.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Ventil der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mittels welcher insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden können.The present invention therefore deals with the problem of providing an improved or at least an alternative embodiment for a valve of the generic type, by means of which in particular the disadvantages known from the prior art can be overcome.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Ventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilteller und einem Ventilschaft ein Überdruckventil vorzusehen, welches ab einem vordefinierten Überdruck, beispielsweise ausgelöst durch eine Vorentflammung, eine Druckableitung ermöglicht und dadurch eine Schädigung des Ventils und/oder einer Brennkraftmaschine verhindert, zumindest jedoch ein Risiko einer solchen Schädigung reduziert. Das erfindungsgemäße Ventil weist dazu im Ventilteller einen Druckkanal mit besagtem Überdruckventil auf, wobei der Druckkanal eine Vorderseite und Rückseite des Ventiltellers verbindet. Das Ventil kann dabei beispielsweise als Auslassventil oder als Einlassventil ausgebildet sein und in einer üblichen Brennkraftmaschine, beispielsweise einem Benzinmotor, einem Dieselmotor oder einem Wasserstoffverbrennungsmotor oder einem mit anderen Brennstoffen betriebenen Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Überdruckventil ist es möglich, die durch eine unerwünschte Vorentflammung oder eine zu geringe Klopffestigkeit, beispielsweise eines minderwertigen Kraftstoffs, Druckspitzen, welche zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine führen könnten, zu kompensieren, indem bei Auftreten derartiger Druckspitzen, das heißt oberhalb eines vordefinierten Drucks, das Überdruckventil öffnet und einen sofortigen Druckabbau im Brennraum des jeweiligen Zylinders ermöglicht.The present invention is based on the general idea of providing a pressure relief valve in a known valve for an internal combustion engine with a valve plate and a valve stem, which enables pressure to be discharged from a predefined overpressure, for example triggered by pre-ignition, and thereby damages the valve and / or an internal combustion engine is prevented, but at least a risk of such damage is reduced. For this purpose, the valve according to the invention has a pressure channel with said pressure relief valve in the valve plate, the pressure channel connecting a front and back side of the valve plate. The valve can be designed, for example, as an outlet valve or as an inlet valve and can be used in a conventional internal combustion engine, for example a gasoline engine, a diesel engine or a hydrogen combustion engine or an internal combustion engine operated with other fuels. The pressure relief valve provided according to the invention makes it possible to compensate for pressure peaks that could lead to damage to the internal combustion engine due to undesirable pre-ignition or insufficient knock resistance, for example of an inferior fuel, by the occurrence of such pressure peaks, that is, above a predefined one Pressure, the pressure relief valve opens and enables an immediate pressure reduction in the combustion chamber of the respective cylinder.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils ist dieses derart ausgebildet, dass es ab einem vordefinierten Druck, der in einem Bereich des maximalen ausgelegten Brennraumspitzendrucks liegt, beispielsweise im Bereich von 130 - 270 bar, öffnet. Liegt somit der im Brennraum auftretende Druck bei dem vordefinierten Druck oder oberhalb davon, öffnet das Überdruckventil, so dass die Brennkraftmaschine schädigende Druckspitzen schnell abgebaut werden können. Ein vordefinierter Grenzwert des Drucks, ab welchem das Überdruckventil öffnet, ist dabei üblicherweise derart dimensioniert, dass dieser im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine nicht auftritt, sondern lediglich bei unerwünschten Verbrennungsphänomenen, wie beispielsweise einer unerwünschten Vorentflammung oder einer Selbstentzündung bei minderwertigem Kraftstoff. Benzinmotoren weisen dabei üblicherweise einen Verbrennungsdruck zwischen 80 und 140 bar im Brennraum auf, während Dieselmotoren deutlich darüber liegen können (bis zu 300 bar).In an advantageous development of the valve according to the invention, it is designed such that it opens from a predefined pressure, which is in a range of the maximum designed combustion chamber peak pressure, for example in the range of 130 - 270 bar. If the pressure occurring in the combustion chamber is at the predefined pressure or above it, the pressure relief valve opens so that pressure peaks that damage the internal combustion engine can be quickly reduced. A predefined limit value of the pressure at which the pressure relief valve opens is usually dimensioned such that this does not occur during normal operation of the internal combustion engine, but only in the event of undesirable combustion phenomena, such as undesirable pre-ignition or self-ignition with inferior fuel. Petrol engines usually have a combustion pressure between 80 and 140 bar in the combustion chamber, while diesel engines can be significantly higher (up to 300 bar).

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventils verläuft der Druckkanal parallel zu einer Ventilschaftachse, das heißt parallel zu einer Achse des Ventils. Hierdurch ist eine besonders einfache maschinelle Herstellung des Druckkanals möglich, in welchem später das Überdruckventil angeordnet werden kann. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass der Druckkanal unter einem Winkel α von 30° ≤ α ≤ 45° zur Ventilschaftachse verläuft. Auch hierdurch kann eine einfache Herstellung des Druckkanals gewährleistet werden. Mit einer nicht parallel zur Ventilschaftachse angebrachten Bohrung (Druckkanal) kann das Ventil bündig zur Hohlkehle (Bereich zwischen Ventilsitz und Schaft) angebracht werden. Dies ist ggf. strömungstechnisch besser.In an advantageous development of the valve according to the invention, the pressure channel runs parallel to a valve stem axis, that is, parallel to an axis of the valve. This makes it possible to produce the pressure channel in a particularly simple manner by machine, in which the pressure relief valve can later be arranged. Alternatively, it is of course also conceivable that the pressure channel runs at an angle α of 30° ≤ α ≤ 45° to the valve stem axis. This also ensures that the pressure channel can be easily manufactured. With a hole (pressure channel) that is not parallel to the valve stem axis, the valve can be installed flush with the groove (area between the valve seat and stem). This may be better in terms of flow.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Druckkanal einen Innendurchmesser DI1 von 2 mm ≤ DI1 ≤ 8 mm auf. Durch einen derartigen Innendurchmesser DI1 ist ein vergleichsweise einfaches Herstellen des Druckkanals, beispielsweise durch Bohren, möglich. Über die Größe des Innendurchmesser DI1 kann darüber hinaus ein möglicher Druckabfall pro Zeit gesteuert werden, wobei mit größerem Innendurchmesser DI1 und gleichzeitig geöffnetem Überdruckventil ein schnellerer Druckabbau möglich ist. Gleichzeitig ist der maximale Durchmesser abhängig vom Ventilkopfdurchmesser (Durchmesser des Ventiltellers) und somit nach oben hin begrenzt aufgrund des verfügbaren Platzes.In an advantageous development of the solution according to the invention, the pressure channel has an inner diameter D I1 of 2 mm ≤ D I1 ≤ 8 mm. Such an inner diameter D I1 makes it possible to produce the pressure channel in a comparatively simple manner, for example by drilling. The size of the inner diameter D I1 can also be used to control a possible pressure drop per time, with a larger inner diameter D I1 and a pressure relief valve being opened at the same time allowing a faster pressure reduction. Same Currently, the maximum diameter depends on the valve head diameter (diameter of the valve disk) and is therefore limited at the top due to the available space.

Zweckmäßig ist das Überdruckventil fest mit dem Ventilteller verbunden, beispielsweise verschraubt, verschweißt, verlötet oder verpresst. Hierbei ist insbesondere eine drehfeste Verbindung gewünscht, wobei beispielsweise ein Verlöten oder Verschweißen die Möglichkeit einer stoffschlüssigen Verbindung geschaffen werden kann. Ein Verschrauben oder Verpressen bietet darüber hinaus den großen Vorteil, das Überdruckventil im Wartungsfall vergleichsweise einfach austauschen zu können, so dass in diesem Fall ein ansonsten funktionsfähiges Ventil weiter benutzt werden kann. Dies trägt insbesondere zur Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit bei.The pressure relief valve is expediently firmly connected to the valve plate, for example screwed, welded, soldered or pressed. In particular, a non-rotatable connection is desired, with soldering or welding, for example, making it possible to create a material connection. Screwing or pressing also offers the great advantage of being able to replace the pressure relief valve comparatively easily in the event of maintenance, so that in this case an otherwise functional valve can continue to be used. This particularly contributes to resource conservation and sustainability.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist das Überdruckventil bündig mit oder zurückversetzt zu einer Oberfläche der Rückseite, das heißt beispielsweise einer Ventilhohlkehle, und/oder bündig mit oder zurückversetzt zu einer Oberfläche der Vorderseite, das heißt dem Brennraum zugewandt, angeordnet. Besonders die oberflächenbündige Anordnung bietet den großen Vorteil, dass damit ein Oberflächenprofil auch im Bereich des Überdruckventils, das heißt im Bereich des Druckkanals, ungestört verläuft. Dies begünstigt eine optimale Strömung der Luft oder Abgase.In a further advantageous embodiment of the valve according to the invention, the pressure relief valve is arranged flush with or set back to a surface of the back, that is, for example, a valve groove, and / or flush with or set back to a surface of the front, that is, facing the combustion chamber. The surface-flush arrangement in particular offers the great advantage that a surface profile runs undisturbed even in the area of the pressure relief valve, that is, in the area of the pressure channel. This promotes optimal flow of air or exhaust gases.

Zweckmäßig weist der Druckkanal einen durchgängigen Innendurchmesser DI1 auf, was einen großen Vorteil bezüglich der Herstellung bietet, da in diesem Fall der Druckkanal durchgängig gebohrt werden kann. Alternativ ist auch denkbar, dass der Druckkanal eine innenliegende Radialstufe aufweist und damit beispielsweise einen in Richtung der Rückseite reduzierten Innendurchmesser DI1. In diesem Fall ist somit der Druckkanal in der Art einer Sacklochbohrung ausgebildet, die selbstverständlich nicht nur einseitig offen ist und im Bereich eines Sacklochbodens einen weiterführenden Druckkanalabschnitt zur Rückseite oder Vorderseite aufweist. Eine derartige Ausführungsform bietet den großen Vorteil eines Axialanschlages im Bereich der Radialstufe für das Überdruckventil, so dass das Überdruckventil beispielsweise zur Fixierung im Druckkanal einfach in diesen eingeschoben werden kann, bis es an der Radialstufe anliegt. Um ein Herausfallen in entgegengesetzter Richtung zu verhindern, kann beispielsweise ein Sprengring eingesetzt werden. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass der Druckkanal zumindest bereichsweise ein Innengewinde aufweist und das Überdruckventil in eine Madenschraube integriert ist, wodurch eine vergleichsweise einfache Montage und Demontage des Überdruckventils ermöglicht wird.The pressure channel expediently has a continuous inner diameter D I1 , which offers a great advantage in terms of production, since in this case the pressure channel can be drilled continuously. Alternatively, it is also conceivable that the pressure channel has an internal radial step and thus, for example, an internal diameter D I1 that is reduced towards the rear. In this case, the pressure channel is designed in the manner of a blind hole, which is of course not only open on one side and has a further pressure channel section to the back or front in the area of a blind hole bottom. Such an embodiment offers the great advantage of an axial stop in the area of the radial stage for the pressure relief valve, so that the pressure relief valve can, for example, be simply pushed into the pressure channel for fixation until it rests on the radial stage. To prevent it from falling out in the opposite direction, a snap ring can be used, for example. Alternatively, it is of course also conceivable that the pressure channel has an internal thread at least in some areas and the pressure relief valve is integrated into a grub screw, which enables comparatively simple assembly and disassembly of the pressure relief valve.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einem Motorblock mit einem Zylinder sowie einem Zylinderkopf mit einem darin angeordneten Ventil und/oder einem Ventil entsprechend den vorherigen Absätzen anzugeben. Konkret bedeutet dies, dass in der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ein in den vorherigen Absätzen detailliert beschriebenes Ventil angeordnet sein kann und/oder ein normales Ventil, beispielsweise ein Auslassventil oder ein Einlassventil, ohne Überdruckventil. Im Falle eines normalen Ventils, das heißt eines Ventils ohne Überdruckventil, ist im Motorblock und/oder im Zylinderkopf ein Druckkanal mit einem Überdruckventil angeordnet, wobei der Druckkanal einen Brennraum mit einem Auslasskanal verbindet. Im zuletzt genannten Fall ist somit das Überdruckventil im Bereich des Motorblocks bzw. des Zylinderkopfes angeordnet, gewährleistet aber ähnlich wie das in den vorherigen Absätzen beschriebene Ventil einen Abbau von kritischen Druckspannungsspitzen, beispielsweise ausgelöst durch eine unerwünschte Selbstzündung bzw. Vorentflammung eines Kraftstoffgemisches. Dabei ist selbstverständlich klar, dass ein derartiges Überdruckventil im Motorblock, im Zylinderkopf und/oder im Ventil angeordnet sein kann.The present invention is further based on the general idea of specifying an internal combustion engine with an engine block with a cylinder and a cylinder head with a valve arranged therein and / or a valve according to the previous paragraphs. Specifically, this means that a valve described in detail in the previous paragraphs can be arranged in the internal combustion engine according to the invention and/or a normal valve, for example an exhaust valve or an inlet valve, without a pressure relief valve. In the case of a normal valve, that is to say a valve without a pressure relief valve, a pressure channel with a pressure relief valve is arranged in the engine block and/or in the cylinder head, the pressure channel connecting a combustion chamber with an exhaust channel. In the last-mentioned case, the pressure relief valve is arranged in the area of the engine block or cylinder head, but, similar to the valve described in the previous paragraphs, ensures a reduction in critical pressure stress peaks, for example triggered by undesirable self-ignition or pre-ignition of a fuel mixture. It is of course clear that such a pressure relief valve can be arranged in the engine block, in the cylinder head and/or in the valve.

Üblicherweise ist dabei das Ventil mit einem darin angeordneten Überdruckventil ein Auslassventil, so dass bei geöffnetem Überdruckventil ein Ausstoß über das Auslassventil in einen Auslasskanal erfolgen kann. Auch ein im Zylinderkopf und/oder im Motorblock angeordneter Druckkanal mit einem darin angeordneten Überdruckventil ist vorzugsweise mit dem Auslasskanal verbunden.Typically, the valve with an overpressure valve arranged therein is an outlet valve, so that when the overpressure valve is open, an ejection can take place via the outlet valve into an outlet channel. A pressure channel arranged in the cylinder head and/or in the engine block with a pressure relief valve arranged therein is also preferably connected to the outlet channel.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist das Überdruckventil derart ausgebildet, dass dieses ab einem vorhandenen und definierten Überdruck öffnet. Hierdurch können auch bei einem im Zylinderkopf bzw. im Motorblock angeordneten Überdruckventil ein kritischer Druckanstieg, beispielsweise ausgelöst durch eine Selbstentzündung eines minderwertigen Kraftstoffes, Beschädigungen der Brennkraftmaschine vermieden werden. Ist die Brennkraftmaschine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet, kann der Überdruck, welcher zum Öffnen des Überdruckventils führt, selbstverständlich auch noch höher liegen.In a further advantageous embodiment of the internal combustion engine according to the invention, the pressure relief valve is designed such that it opens from an existing and defined pressure. In this way, even with a pressure relief valve arranged in the cylinder head or in the engine block, a critical increase in pressure, for example triggered by self-ignition of an inferior fuel, can prevent damage to the internal combustion engine. If the internal combustion engine is designed, for example, as a diesel engine, the excess pressure, which leads to the opening of the pressure relief valve, can of course also be even higher.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist das Überdruckventil fest mit dem Motorblock oder dem Zylinderkopf verbunden, beispielsweise verschraubt, verlötet, verschweißt oder verpresst. Besonders eine Verschraubung bietet dabei den großen Vorteil, das Überdruckventil im Wartungsfall vergleichsweise einfach austauschen zu können. Bevorzugt ist dabei das Überdruckventil selbstverständlich im Zylinderkopf angeordnet, wodurch die Zugangsmöglichkeit zu dem Überdruckventil ebenfalls vereinfacht wird.In a further advantageous embodiment of the internal combustion engine according to the invention, the pressure relief valve is firmly connected to the engine block or the cylinder head, for example screwed, soldered, welded or pressed. A screw connection in particular offers the great advantage of being able to replace the pressure relief valve comparatively easily in the event of maintenance. The pressure relief valve is of course preferably arranged in the cylinder head, which also simplifies the possibility of access to the pressure relief valve.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist diese als Wasserstoffverbrennungsmotor, als Dieselmotor oder als Benzinmotor ausgebildet. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Einsatzmöglichkeiten das erfindungsgemäße Ventil bzw. eine Brennkraftmaschine mit einem im Bereich des Motorblocks bzw. des Zylinderkopfes angeordneten Überdruckventil bietet. In sämtlichen Fällen kann dabei ein Auftreten von Druckspannungsspitzen, welche zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine führen können, zuverlässig vermieden werden, da das Überdruckventil bereits im Vorfeld öffnet und derartige Druckspannungsspitzen abbaut.In a further advantageous embodiment of the internal combustion engine according to the invention, it is designed as a hydrogen combustion engine, as a diesel engine or as a gasoline engine. Even this non-exhaustive list gives an idea of the variety of possible applications that the valve according to the invention or an internal combustion engine with a pressure relief valve arranged in the area of the engine block or cylinder head offers. In all cases, the occurrence of pressure stress peaks, which can lead to damage to the internal combustion engine, can be reliably avoided, since the pressure relief valve opens in advance and reduces such pressure stress peaks.

Das Überdruckventil kann dabei, unabhängig davon, ob es im Ventil, im Zylinderkopf oder im Motorblock der Brennkraftmaschine angeordnet ist, beispielsweise als Klappenventil oder als federvorgespanntes Rückschlagventil ausgebildet sein. Auch weitere Ausführungsformen des Überdruckventils sind denkbar.The pressure relief valve can be designed, for example, as a flap valve or as a spring-loaded check valve, regardless of whether it is arranged in the valve, in the cylinder head or in the engine block of the internal combustion engine. Other embodiments of the pressure relief valve are also conceivable.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.

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. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Figuren anders dargestellt ist.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention. The above-mentioned and below-mentioned components of a higher-level unit, such as a device, a device or an arrangement, which are designated separately, can form separate parts or components of this unit or can be integral areas or sections of this unit, even if this is shown differently in the figures.

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 Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to the same or similar or functionally the same components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch

  • 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Ventil,
  • 2 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Show each schematically
  • 1 a sectional view through a valve according to the invention,
  • 2 a sectional view through an internal combustion engine according to the invention.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Ventil 1 für eine Brennkraftmaschine 2 (vgl. 2) einen Ventilteller 3 sowie einen Ventilschaft 4 auf. Der Ventilschaft 4 ist dabei im vorliegenden Fall hohl ausgebildet, das heißt er weist einen Hohlraum 5 auf, in welchem beispielsweise ein Kühlmedium zur Kühlung des Ventils 1 angeordnet sein kann. Das Ventil 1 kann dabei beispielsweise als Auslassventil oder Einlassventil ausgebildet sein.According to the 1 , has a valve 1 according to the invention for an internal combustion engine 2 (cf. 2 ) a valve plate 3 and a valve stem 4. In the present case, the valve stem 4 is hollow, that is, it has a cavity 5 in which, for example, a cooling medium for cooling the valve 1 can be arranged. The valve 1 can be designed, for example, as an outlet valve or inlet valve.

Erfindungsgemäß ist nun im Ventilteller 3 ein Druckkanal 6 mit einem Überdruckventil 7 angeordnet, wobei der Druckkanal 6 eine Vorderseite 8 mit einer Rückseite 9 des Ventiltellers 3 verbindet. Die Vorderseite 8 ist dabei in der Brennkraftmaschine 2 einem Brennraum 10 zugewandt, in welchem sich ein Kolben 11 translatorisch verstellt (vergleiche 2).According to the invention, a pressure channel 6 with a pressure relief valve 7 is now arranged in the valve plate 3, the pressure channel 6 connecting a front side 8 with a back side 9 of the valve plate 3. The front side 8 in the internal combustion engine 2 faces a combustion chamber 10, in which a piston 11 is translationally adjusted (cf 2 ).

In der 1 sind dabei in dem Ventil 1 zwei Druckkanäle 6 mit jeweils einem Überdruckventil 7 eingezeichnet, wobei selbstverständlich klar ist, dass üblicherweise lediglich ein einziger solcher Druckkanal 6 mit einem einzigen solchen zugehörigen Überdruckventil 7 vorgesehen ist, mehrere derartiger Druckkanäle 6 bzw. Überdruckventile 7 jedoch nicht ausgeschlossen sein sollen.In the 1 Two pressure channels 6, each with a pressure relief valve 7, are shown in the valve 1, whereby it is of course clear that usually only a single such pressure channel 6 with a single such associated pressure relief valve 7 is provided, but several such pressure channels 6 or pressure relief valves 7 are not excluded meant to be.

Das Überdruckventil 7 dient zum Abbau unerwünschter Druckspitzen im Brennraum 10, welche beispielsweise durch eine Vorentflammung oder minderwertigen Kraftstoff mit geringerer Klopffestigkeit erzeugt werden. Derartige Druckspitzen können unter Umständen die Brennkraftmaschine 2 bzw. Bestandteile derselben, wie beispielsweise einen Zylinder 12 und/oder einen Zylinderkopf 13 beschädigen, was mit dem Überdruckventil 7 durch einen gesteuerten Druckabbau verhindert werden kann. Besonders bei einer Vorentflammung, bei welcher es zu einem besonders raschen und vor dem eigentlich vorgesehenen Zeitpunkt ablaufenden Verbrennung mit einem damit verbundenen Druckanstieg im Brennraum 10 kommt, kann die hierbei auftretende hohe Druckspannung zu einer hohen mechanischen und thermischen Belastung führen, die gegebenenfalls Beschädigungen hervorrufen kann.The pressure relief valve 7 serves to reduce undesirable pressure peaks in the combustion chamber 10, which are generated, for example, by pre-ignition or inferior fuel with lower knock resistance. Such pressure peaks can, under certain circumstances, damage the internal combustion engine 2 or components thereof, such as a cylinder 12 and/or a cylinder head 13, which can be prevented with the pressure relief valve 7 by a controlled pressure reduction. Particularly in the case of a pre-ignition, in which combustion occurs particularly quickly and before the actually intended time with an associated increase in pressure in the combustion chamber 10, the high compressive stress that occurs can lead to a high mechanical and thermal load, which can possibly cause damage .

Vorzugsweise ist das Überdruckventil 7 derart ausgebildet, dass es ab einem vordefinierten Überdruck, der in einem Bereich von 80 bis 300 bar liegen kann öffnet. Ottomotoren arbeiten dabei üblicherweise mit einem Verbrennungshöchstdruck zwischen 80 und 140 bar, während Dieselmotoren zwischen 140 und 300 bar Verbrennungshöchstdruck aufweisen. Durch ein Öffnen des Überdruckventils 7 bei dem definierten Druck/Überdruck oder darüber können somit Druckspitzen, die gegebenenfalls zu Schäden führen, zuverlässig vermieden werden.The pressure relief valve 7 is preferably designed in such a way that it opens from a predefined pressure, which can be in a range of 80 to 300 bar. Otto engines usually work with a maximum combustion pressure of between 80 and 140 bar, while diesel engines have a maximum combustion pressure of between 140 and 300 bar. By opening the pressure relief valve 7 At the defined pressure/overpressure or above, pressure peaks that may lead to damage can be reliably avoided.

Betrachtet man die linke Hälfte des erfindungsgemäßen Ventils 1 entsprechend der 1, so kann man erkennen, dass der Druckkanal 6 parallel zu einer Ventilschaftachse 14 verläuft, während er in der rechten Hälfte des Ventils 1 unter einem Winkel α zur Ventilschaftachse 14 geneigt angeordnet ist. Der Winkel α kann dabei zwischen 1° und 45°, bevorzugt zwischen 30° und 45° liegen. Mit einem nicht parallel zur Ventilschaftachse 14 angebrachten Druckkanal 6 kann das Ventil 1 bündig zur Hohlkehle (Übergangsbereich zwischen Ventilsitz und Ventilschaft 4) angebracht werden. Dies ist strömungstechnisch besser.If you look at the left half of the valve 1 according to the invention according to the 1 , it can be seen that the pressure channel 6 runs parallel to a valve stem axis 14, while it is arranged inclined in the right half of the valve 1 at an angle α to the valve stem axis 14. The angle α can be between 1° and 45°, preferably between 30° and 45°. With a pressure channel 6 not attached parallel to the valve stem axis 14, the valve 1 can be attached flush with the groove (transition area between the valve seat and valve stem 4). This is better in terms of flow.

Ein Außendurchmesser Dv des Ventiltellers 3 liegt dabei üblicherweise zwischen 25 und 40 mm, wobei ein Innendurchmesser DI1 des Druckkanals 6 vorzugsweise zwischen 2 und 8 mm beträgt, das heißt 2 mm ≤ DI1 ≤ 8 mm.An outer diameter Dv of the valve plate 3 is usually between 25 and 40 mm, with an inner diameter D I1 of the pressure channel 6 preferably being between 2 and 8 mm, that is, 2 mm ≤ D I1 ≤ 8 mm.

Betrachtet man die Druckkanäle 6 entsprechend der 1 weiter, so kann man erkennen, dass der in der linken Hälfte des Ventiltellers 3 eingezeichnete Druckkanal 6 einen durchgängig gleichen Innendurchmesser DI1 aufweist, während der Druckkanal 6 in der rechten Hälfte des Ventiltellers 3 eine Radialstufe 15 besitzt und im gezeichneten Fall in Richtung der Rückseite 9 einen im Vergleich zur Vorderseite 8 reduzierten Innendurchmesser DI1 aufweist. Selbstverständlich kann die Radialstufe 15 auch in umgekehrter Richtung angeordnet sein.If you look at the pressure channels 6 according to the 1 Further, it can be seen that the pressure channel 6 shown in the left half of the valve plate 3 has a consistently identical inner diameter D I1 , while the pressure channel 6 in the right half of the valve plate 3 has a radial step 15 and in the case shown towards the back 9 has a reduced inner diameter D I1 compared to the front 8. Of course, the radial stage 15 can also be arranged in the opposite direction.

Das Überdruckventil 7 ist darüber hinaus fest mit dem Ventilteller 3 verbunden, beispielsweise verschraubt, verschweißt, verlötet oder verpresst. Insbesondere ist dabei auch denkbar, dass der Druckkanal 6 ein Innengewinde aufweist, in welches ein in der Art einer Madenschraube mit Überdruckventil 7 ausgebildetes Überdruckventil 7 eingeschraubt wird. Dies bietet den großen Vorteil, dass das Überdruckventil 7 im Reparaturfall einfach ausgetauscht werden kann.The pressure relief valve 7 is also firmly connected to the valve plate 3, for example screwed, welded, soldered or pressed. In particular, it is also conceivable that the pressure channel 6 has an internal thread into which a pressure relief valve 7 designed in the manner of a grub screw with a pressure relief valve 7 is screwed. This offers the great advantage that the pressure relief valve 7 can be easily replaced in the event of repairs.

Das Überdruckventil 7 kann wie in den gezeichneten Fällen zurückversetzt zu einer Oberfläche der Rückseite 9 und zurückversetzt zu einer Oberfläche der Vorderseite 8 im Druckkanal 6 angeordnet sein, wobei alternativ auch vorstellbar ist, dass das jeweilige Überdruckventil 7 bündig mit der jeweiligen Oberfläche der Vorderseite 8 oder der Rückseite 9 abschließt.The pressure relief valve 7 can, as in the cases shown, be arranged set back to a surface of the back 9 and set back to a surface of the front 8 in the pressure channel 6, it being alternatively also conceivable that the respective pressure relief valve 7 is flush with the respective surface of the front 8 or the back 9 completes.

Das gemäß der 1 gezeigte erfindungsgemäße Ventil 1 kann in einer in 2 gezeigten Brennkraftmaschine 2 eingesetzt werden, wobei diese Brennkraftmaschine 2 beispielsweise als Wasserstoffverbrennungsmotor, als Ottomotor, als Dieselmotor oder sonstiger Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann. That according to the 1 Valve 1 according to the invention shown can be in one in 2 shown internal combustion engine 2 can be used, this internal combustion engine 2 can be designed, for example, as a hydrogen combustion engine, as a gasoline engine, as a diesel engine or other internal combustion engine.

Alternativ zu dem erfindungsgemäßen Ventil 1 bzw. zusätzlich zu diesem kann auch ein normales Ventil 1', das heißt ein Ventil 1' ohne Druckkanal 6 und Überdruckventil 7 im Ventilteller 3 angeordnet werden, wie dies in der linken Hälfte der in 2 gezeigten Brennkraftmaschine 2 dargestellt ist.As an alternative to the valve 1 according to the invention or in addition to this, a normal valve 1 ', that is to say a valve 1' without a pressure channel 6 and a pressure relief valve 7, can also be arranged in the valve plate 3, as shown in the left half of FIG 2 shown internal combustion engine 2 is shown.

Um dabei trotzdem schädigende Druckspitzen abbauen zu können, kann im Zylinderkopf 13 und/oder im Motorblock 17 bzw. einer Zylinderwandung ein Druckkanal 18 mit einem jeweiligen darin angeordneten Überdruckventil 7 angeordnet werden. Gemäß der 2 ist dabei sowohl im Zylinderkopf 13 als auch im Motorblock 17 ein solcher Druckkanal 18 mit einem zugehörigen Überdruckventil 7 angeordnet, wobei selbstverständlich klar ist, dass zum Abbau von aufgrund einer unerwünschten Vorentflammung auftretenden Druckspitzen lediglich ein derartiger Druckkanal 18 mit einem zugehörigen Überdruckventil 7 ausreicht. Ein solcher Druckkanal 18 kann dabei einen Innendurchmesser D12 von 5 mm ≤ DI2 ≤ 20 mm aufweisen.In order to still be able to reduce damaging pressure peaks, a pressure channel 18 with a respective pressure relief valve 7 arranged therein can be arranged in the cylinder head 13 and/or in the engine block 17 or a cylinder wall. According to the 2 Such a pressure channel 18 with an associated pressure relief valve 7 is arranged both in the cylinder head 13 and in the engine block 17, whereby it is of course clear that only such a pressure channel 18 with an associated pressure relief valve 7 is sufficient to reduce pressure peaks that occur due to undesirable pre-ignition. Such a pressure channel 18 can have an inner diameter D 12 of 5 mm ≤ D I2 ≤ 20 mm.

Das normale Ventil 1' ist dabei vorzugsweise als Auslassventil ausgebildet, so dass der Druckkanal 6 vom Brennraum 10 in einen Auslasskanal 16 mündet. Gemäß der 2 ist dabei in der rechten Bildhälfte ein erfindungsgemäßes Ventil 1 eingesetzt, welches als Einlassventil oder als Auslassventil ausgebildet ist, vorzugsweise ist dieses selbstverständlich ebenfalls als Auslassventil ausgebildet und mit einem Auslasskanal 16 verbunden.The normal valve 1 'is preferably designed as an outlet valve, so that the pressure channel 6 opens from the combustion chamber 10 into an outlet channel 16. According to the 2 In the right half of the picture, a valve 1 according to the invention is inserted, which is designed as an inlet valve or as an outlet valve, preferably of course this is also designed as an outlet valve and connected to an outlet channel 16.

Die Ausführung der Druckkanäle 6 bzw. der Überdruckventile 7, welche für das erfindungsgemäße Ventil 1 entsprechend der 1 beschrieben wurden, ist dabei analog auf die Druckkanäle 18 bzw. Überdruckventile 7 im Zylinderkopf 13 bzw. im Motorblock 17 entsprechend der in 2 dargestellten Brennkraftmaschine 2 zu übertragen.The design of the pressure channels 6 or the pressure relief valves 7, which for the valve 1 according to the invention according to 1 have been described, is analogous to the pressure channels 18 or pressure relief valves 7 in the cylinder head 13 or in the engine block 17 according to the in 2 shown internal combustion engine 2 to transmit.

Alles in Allem kann mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 2, welche zumindest einen Druckkanal 6 mit einem darin angeordneten Überdruckventil 7 aufweist, bzw. mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1, eine Schädigung der Brennkraftmaschine 2 langfristig verhindert werden, da beispielsweise bei einer Vorentflammung bzw. bei einer geringeren Klopffestigkeit von minderwertigem Kraftstoff auftretende Selbstzündungen bzw. die dadurch hervorgerufenen Druckspitzen zuverlässig und schnell abgebaut werden können. Das Überdruckventil 7 kann dabei als einfaches Klappenventil ausgebildet sein, jedoch selbstverständlich auch eine gegen einen entsprechenden Ventilsitz vorgespannten Ventilkörper aufweisen kann. Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 2 ist dabei das Überdruckventil 7 geschlossen.All in all, with the internal combustion engine 2 according to the invention, which has at least one pressure channel 6 with a pressure relief valve 7 arranged therein, or with the valve 1 according to the invention, damage to the internal combustion engine 2 can be prevented in the long term, since, for example, in the case of pre-ignition or at a lower level Auto-ignitions that occur due to the knock resistance of inferior fuel or the resulting pressure peaks can be reduced reliably and quickly. The pressure relief valve 7 can be designed as a simple flap valve, but of course can also have a valve body prestressed against a corresponding valve seat. In normal During operation of the internal combustion engine 2, the pressure relief valve 7 is closed.

Claims (13)

Ventil (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Ventilteller (3) und einem Ventilschaft (4), dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilteller (3) ein Druckkanal (6) mit einem Überdruckventil (7) angeordnet ist, wobei der Druckkanal (6) eine Vorderseite (8) und eine Rückseite (9) des Ventiltellers (4) verbindet.Valve (1) for an internal combustion engine (2) with a valve plate (3) and a valve stem (4), characterized in that a pressure channel (6) with a pressure relief valve (7) is arranged in the valve plate (3), the pressure channel ( 6) connects a front (8) and a back (9) of the valve plate (4). Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (7) derart ausgebildet ist, dass es ab einem vorhandenen Überdruck von ca. 130 bis 270 bar öffnet.Valve after Claim 1 , characterized in that the pressure relief valve (7) is designed such that it opens from an existing pressure of approximately 130 to 270 bar. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der Druckkanal (6) parallel zu einer Ventilschaftachse (14) verläuft, oder - dass der Druckkanal (6) unter einem Winkel α von 30° ≤ α ≤ 45° zu einer Ventilschaftachse (14) verläuft.Valve after Claim 1 or 2 , characterized in that - the pressure channel (6) runs parallel to a valve stem axis (14), or - that the pressure channel (6) runs at an angle α of 30° ≤ α ≤ 45° to a valve stem axis (14). Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Ventilteller (3) einen Außendurchmesser Dv von 20 mm ≤ Dv ≤ 50 mm aufweist, und/oder - dass der Druckkanal (6) einen Innendurchmesser DI1 von 2 mm ≤ DI1 ≤ 8 mm aufweist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that - the valve plate (3) has an external diameter Dv of 20 mm ≤ Dv ≤ 50 mm, and/or - that the pressure channel (6) has an internal diameter D I1 of 2 mm ≤ D I1 ≤ 8 mm. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (7) fest mit dem Ventilteller (3) verbunden ist, insbesondere verschraubt, verschweißt, verlötet oder verpresst, ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure relief valve (7) is firmly connected to the valve plate (3), in particular screwed, welded, soldered or pressed. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (7) bündig mit oder zurückversetzt zu einer Oberfläche der Rückseite (9), insbesondere einer Ventilhohlkehle, und/oder bündig mit oder zurückversetzt zu einer Oberfläche der Vorderseite (8) angeordnet ist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure relief valve (7) is arranged flush with or set back to a surface of the rear side (9), in particular a valve groove, and/or flush with or set back to a surface of the front side (8). . Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Druckkanal (6) einen konstanten Innendurchmesser DI1 aufweist oder - dass der Druckkanal (6) eine Radialstufe (15) aufweist.Valve according to one of the preceding claims, characterized in that - the pressure channel (6) has a constant inner diameter D I1 or - that the pressure channel (6) has a radial step (15). Brennkraftmaschine (2), - mit einem Motorblock (17) mit einem Zylinder (12) sowie einem Zylinderkopf (13) mit einem darin angeordneten Ventil (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und/oder - mit einem Motorblock (17) mit einem Zylinder (12) sowie einem Zylinderkopf (13) mit einem darin angeordneten Ventil (1), wobei im Motorblock (17) und/oder im Zylinderkopf (13) ein Druckkanal (18) mit einem Überdruckventil (7) angeordnet ist, wobei der Druckkanal (18) einen Brennraum (10) des Zylinders (12) mit einem Auslasskanal (16) verbindet.Internal combustion engine (2), - with an engine block (17) with a cylinder (12) and a cylinder head (13) with a valve (1) arranged therein according to one of the preceding claims and / or - with an engine block (17) with a cylinder (12) and a cylinder head (13) with a valve (1) arranged therein, with a pressure channel (18) with a pressure relief valve in the engine block (17) and / or in the cylinder head (13). (7) is arranged, wherein the pressure channel (18) connects a combustion chamber (10) of the cylinder (12) with an outlet channel (16). Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, zweite Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (7) derart ausgebildet ist, dass es ab einem vorhandenen Überdruck von ca. 130 - 270 bar öffnet.Internal combustion engine Claim 8 , second embodiment, characterized in that the pressure relief valve (7) is designed such that it opens from an existing pressure of approximately 130 - 270 bar. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, zweite Ausführungsform oder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkanal (18) einen Innendurchmesser DI2 von 5 mm ≤ DI2 20 mm aufweist.Internal combustion engine Claim 8 , second embodiment or after Claim 9 , characterized in that the pressure channel (18) has an inner diameter D I2 of 5 mm ≤ D I2 20 mm. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, zweite Ausführungsform oder nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (7) fest mit dem Motorblock (17) oder dem Zylinderkopf (13) verbunden ist, insbesondere verschraubt, verschweißt, verlötet oder verpresst, ist.Internal combustion engine Claim 8 , second embodiment or after Claim 9 or 10 , characterized in that the pressure relief valve (7) is firmly connected to the engine block (17) or the cylinder head (13), in particular screwed, welded, soldered or pressed. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, zweite Ausführungsform, oder nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkanal (18) einen konstanten Innendurchmesser D12 aufweist oder eine Radialstufe (15) und damit einen nicht konstanten Innendurchmesser DI2.Internal combustion engine Claim 8 , second embodiment, or according to one of the Claims 9 until 11 , characterized in that the pressure channel (18) has a constant inner diameter D 12 or a radial step (15) and thus a non-constant inner diameter D I2 . Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, zweite Ausführungsform, oder nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) als Wasserstoffverbrennungsmotor, als Dieselmotor oder als Benzinmotor ausgebildet ist.Internal combustion engine Claim 8 , second embodiment, or according to one of the Claims 9 until 12 , characterized in that the internal combustion engine (2) is designed as a hydrogen combustion engine, as a diesel engine or as a gasoline engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19605119A1 (en) 1996-02-12 1997-05-22 Daimler Benz Ag Internal combustion engine with common rail injection system
US20160265396A1 (en) 2015-02-27 2016-09-15 GM Global Technology Operations LLC Exhaust valve and an engine assembly including the exhaust valve having a pressure relief apparatus

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