DE4301632A1

DE4301632A1 - Ventilsitzring

Info

Publication number: DE4301632A1
Application number: DE19934301632
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Ing Kreienkamp; Peter Hamann; Klaus Dr Heck
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2013-01-23
Also published as: DE4301632C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für ein Hubventil in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In Zylinderköpfe eingießbare Ventilsitzringe sind bekannt (z. B. DE 39 37 402 A1). Vorteilhaft ist dabei die vereinfachte Fertigung (kein Einpressen mit genauen Passungen) sowie die verbesserte Wärmeablei tung. Allerdings sind für Ventilsitzringe unter anderem auch wegen der Verwendung bleifreier Kraftstoffe sehr harte und verschleißfeste Materialien erforderlich, deren spanende Bearbeitung entsprechend aufwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Ventilsitzring der gat tungsgemäßen Art vorzuschlagen, der einfach herstellbar und verar beitbar ist und der trotzdem eine dauerhafte, zuverlässige Abdichtung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er findung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß ist der Ventilsitzring in baulich einfacher Weise scheibenförmig ausgeführt und bildet nur einen Teil der Gesamtdicht fläche des Zylinderkopfes. Der Ventilsitzring - der bevorzugt aus einer Beryllium-Bronze bestehen kann - wirkt als eine Dichtbarriere im Gesamtsystem, bei hervorragender Wärmeableitung und einfacher Bearbeitbarkeit. Ggf. kann beispielsweise mittels eines Lasers ein Aufschmelzlegieren zwischen dem Zylinderkopf-Basismaterial und dem Ventilsitzring durchgeführt werden.

Ferner wird ein hinsichtlich der Konfiguration einfacher Ventilsitz ring vorgeschlagen, dessen eine - bevorzugt jedoch beide - Ringflä chen mit einer ggf. porösen Hartschicht überzogen sind. Die Hart schichten können gemäß den Ansprüchen 5-9 ausgeführt sein, z. B. gemäß Anspruch 5 mit einer thermisch aufgespritzten, porösen Hart metallschicht. Diese an der Dichtfläche des Ventilsitzringes endenden Hartschichten bilden kreisförmige, extrem verschleißfeste Barrieren, die die Verschleißfestigkeit des Ventilsitzringes sicherstellen, obwohl eine gute Bearbeitbarkeit des Ventilsitzringes erhalten bleibt.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Ventilsitzringes ist dieser in herstellungstechnisch einfacher Weise wie eine Tellerfeder gestaltet und bildet mit seiner inneren Umfangsfläche nur einen ringförmigen Abschnitt der Gesamtdichtfläche, die dementsprechend von 30% bis zu 70% aus dem Zylinderkopfmaterial besteht. Daraus resultiert eine hervorragende Wärmeableitung für das Hubventil und eine weitgehende, umfassende Einbettung des Ventilsitzringes in den Zylinderkopf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Schnitt entlang der Ventilachse durch einen in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingegossenen Ventil sitzring, und

Fig. 2 eine Einzelheit Z der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Zylinderkopfes 10 einer Hub kolben-Brennkraftmaschine mit einem Gas-Auslaßkanal 12, der von einem nicht dargestellten, in einer Ventilachse 14 angeordneten Hubventil gesteuert wird. Das Hubventil wirkt dabei mit einem im Zylinderkopf 10 symmetrisch zur Ventilachse 14 vorgesehen Ventilsitzring 16 zusam men.

Der Ventilsitzring 16 besteht aus einem hochlegierten Stahl und ist in einer Stärke von 1,2 mm ähnlich einer Tellerfeder gestaltet. Die Ringflächen 18, 20 des Ventilsitzringes 16 sind in einer Stärke von je 0,25 mm mit einer durch Plasmaspritzen thermisch aufgebrachten Hart stoffschicht aus AL₂O₃ 22, 24 versehen. Um den Außenumfang des Ventil sitzring 16 sind mit Hinterschneidungen versehene Verankerungen 26 angeformt.

Der Ventilsitzring 16 wird beim Gießen des Zylinderkopfes 10 aus einer Aluminium-Leichtmetall-Legierung wie in der Fig. 1 ersichtlich mit eingegossen, wobei der Winkel α des Ventilsitzringes 16 zur Ven tilachse 14 45° beträgt.

Nach der spanabhebenden Bearbeitung der mit dem Hubventil zusammen wirkenden ringförmigen Dichtfläche 28 setzt sich diese zusammen aus einer mittleren Spur 30 (vgl. Fig. 2) aus dem hochlegiertem Stahl des Ventilsitzringes 16, aus den beiden angrenzenden, eine Dichtbar riere bildenden Spuren 32, 34 aus der aufgebrachten Hartstoffschicht 22, 24 und aus den beiden äußeren Spuren 36, 38 aus dem Grundmaterial des Zylinderkopfes 10. Der Flächenanteil des Ventilsitzringes 16 bzw. der Spuren 30, 32, 34 beträgt etwa 50% des Gesamtdichtflächenanteiles.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel be schränkt. So können anstelle der Aluminiumoxid-Beschichtung auch andere thermisch aufgebrachte Beschichtungen aus Metall oder Keramik verwendet sein. Ferner können aufgedampfte Härteschichten nach dem PVD- oder CVD-Verfahren (z. B. aus TIN) aufgebracht sein. Desweiteren können galvanisch aufgebrachte Hartschichten (z. B. Nickeldispersio nen) oder Tauchbeschichtungen (Allitierungen) oder Nitrierungen verwendet werden. Die Ventilsitzringe können aus austenitischem Stahl, aus NE-Metallen wie Beryllium-Bronze etc. hergestellt sein. Schließlich kann der Ventilsitzring in an sich bekannter Weise zu dessen Positionierung in der Gießform mit entsprechenden Nasen oder Vorsprüngen versehen sein, die nach dem Eingießen bei der spanenden Bearbeitung der Ventilsitzfläche abgearbeitet werden.

Anstelle eines beschichteten Ventilsitzringes kann auch ein Ventil sitzring aus einer Beryllium-Bronze verwendet sein, der als Dichtbar riere in der Gesamtdichtfläche 28 wirkt. Dabei kann ggf. durch Auf schmelzlegieren auch der übrige Dichtbereich mit verfestigt werden.

Claims

1. Ventilsitzring für ein Hubventil in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, der aus verschleißfestem Metall hergestellt ist und bei im wesentlichen ringförmiger konischer Gestaltung in den Zylinderkopf eingießbar ist, wobei seine Innenumfangsfläche die Dichtfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß er scheiben förmig ausgebildet ist und seine Dichtfläche (30, 32, 34) nur einen Teil der Gesamtdichtfläche (28) im Zylinderkopf (10) einnimmt.

2. Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Beryllium-Bronze hergestellt ist.

3. Ventilsitzring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er im Dichtflächenbereich durch Aufschmelzen mit einer Energie quelle aufschmelzlegiert ist.

4. Ventilsitzring zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dessen der Brennraumseite des Zylinderkopfes zuge wandte Ringfläche (20) mit einer Härteschicht (24) versehen ist.

5. Ventilsitzring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härteschicht (22, 24) thermisch gespritzte Metall- und/oder Kera miklegierungen sind.

6. Ventilsitzring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härteschicht PVD- oder CVD-Schichten sind.

7. Ventilsitzring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härteschicht durch galvanisch aufgebrachte Hartschichten gebildet ist.

8. Ventilsitzring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härteschicht durch Tauchbeschichten gebildet ist.

9. Ventilsitzring nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, da durch gekennzeichnet, daß er nach Art einer Tellerfelder mit einer Materialstärke zwischen 0,3 und 3 mm, vorzugsweise um ca. 1,2 mm, hergestellt ist.

10. Ventilsitzring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sein Konuswinkel (α) zwischen 30° und 60°, vorzugsweise ca. 45° be trägt.

11. Ventilsitzring nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, da durch gekennzeichnet, daß seine Dichtfläche (30, 32, 34) 30%-70% der Gesamtdichtfläche (28) einnimmt.