EP1497538A1 - Beweglicher, heissen gasen ausgesetzter verschlusskörper eines ventiles - Google Patents

Beweglicher, heissen gasen ausgesetzter verschlusskörper eines ventiles

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EP1497538A1
EP1497538A1 EP03722244A EP03722244A EP1497538A1 EP 1497538 A1 EP1497538 A1 EP 1497538A1 EP 03722244 A EP03722244 A EP 03722244A EP 03722244 A EP03722244 A EP 03722244A EP 1497538 A1 EP1497538 A1 EP 1497538A1
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valve
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hot gases
exposed
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    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements

Definitions

  • the invention relates to a movable closure body of a valve exposed to hot gases, in particular a gas exchange valve of an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention is concerned with the problem of creating a surface quality of the generic closure body in the zones particularly exposed to hot gases, through which good heat dissipation from the closure body can take place.
  • the heat dissipation should take place in particular in such a way that no oil coking can occur due to a too hot closure body in the guide regions of the closure body, in which it slides oil-lubricated in guide means.
  • the invention is based on the general idea that the surface areas of the closure exposed to hot gases body not to be provided with thermal insulating material, but with a material which is more thermally conductive than a base material of the closure body and which extends in particular into those regions in which the closure body contacts the valve seat when the valve is closed. In this way, heat is to be dissipated to an increased extent via the valve seat.
  • the base material can primarily be designed according to strength considerations.
  • the measure according to the invention achieves a reduction in temperature and voltage peaks within the closure body.
  • the surface material which is more thermally conductive than the base material of the closure body, can be attached to the base body in any manner, such as by coating or plating.
  • the thickness of the highly thermally conductive surface material can range up to about 5 mm, layer thicknesses between 0.1 and 1 mm preferably being used.
  • Embodiments of the invention are shown schematically in the drawing.
  • valve plate 1 shows a valve plate with an adjacent valve stem of a gas exchange valve of an internal combustion engine with a valve plate with solid material in the radial outer region
  • Fig. 2 shows a valve plate with an adjacent valve stem, in contrast to the embodiment in Fig. 1, a hollow in the radial outer region is present.
  • the second material 2 with the higher thermal conductivity can protrude beyond the radially outer edges of the valve plate in the direction of the valve stem, although that area of the valve plate which makes direct contact with the valve seat should be left out for reasons of wear.
  • the material forming the valve stem with the outer cone and inner cylindrical tube area can consist of second material 2.

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Abstract

Ein beweglicher, heissen Gasen ausgesetzter Verschlusskörper eines Ventiles, insbesondere eines Gaswechselventiles eines Verbrennungsmotors, mit einem an einen Ventilsitzring anlegbaren Dichtungsbereich soll eine gute Wärmeableitung ausserhalb eines mit dem Verschlusskörper verbundenen ölgeschmierten Führungsmittels ermöglichen. Zu diesem Zweck zeichnet sich ein solcher Verschlusskörper dadurch aus, dass zumindest ein den heissen Gasen am stärksten ausgesetzter Oberflächenbereich des Verschlusskörpers bis zumindest direkt an den Dichtungsbereich dieses Verschlusskörpers aus jeweils wenigstens einem ersten und zweiten Material (1, 2) besteht, wobei das zweite (2) das erste (1) Material nach aussen wärmeleitend überdeckt und gegenüber dem ersten Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Description

Beweglicher, heißen Gasen ausgesetzter Verschlußkörper eines
Ventiles
Die Erfindung betrifft einen beweglichen, heißen Gasen ausgesetzten Verschlußkörper eines Ventiles, insbesondere eines Gaswechselventiles eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Verschlußkörpern von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors ist es bekannt, den Verschlußkörper zumindest in Teilbereichen der von den heißen Verbrennungsgasen beaufschlagten Oberfläche aus einem innenliegenden, außen mit einem Isoliermaterial versehenen Grundmaterial auszubilden. Das Isoliermaterial kann dabei in unterschiedlicher Form aufgebracht sein.
Aus US 1,775,488 ist es bekannt, in den Ventilteller eines gattungsgemäßen Verschlußkörpers eine den heißen Gasen zugewandte Partie eines eingeschmiedeten Metalls mit einer ge¬ genüber dem Grundkörper höheren Wärmeleitfähigkeit vorzusehen. Dieser eingeschmiedete Metallbereich mit erhöhter Wär¬ meleitfähigkeit ist dort lediglich in einem Bereich vorgese¬ hen, der direkt an den Ventilschaft angrenzt, während derje- nige Bereich des Ventiltellers, der bei einem geschlossenen Ventil direkt an den Ventilsitz angrenzt, aus dem Grundmaterial mit geringerer Wärmeleitfähigkeit besteht. Der eingeschmiedete Bereich eines Metalls mit gegenüber dem Grundmaterial des Ventiltellers erhöhter Wärmeleitfähigkeit hat dort ausschließlich den Zweck, Wärme bevorzugt in den Ventilschaft einzuleiten, während keine bevorzugte Wärmeleitung in Richtung des äußeren mit dem Ventilsitz in Berührung kommenden Ventiltellerrandes erfolgen soll.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Oberflächenbeschaffenheit des gattungsgemäßen Verschlußkörpers in den im besonderen Maße von heißen Gasen beaufschlagten Zonen zu schaffen, durch die eine gute Wärmeableitung aus dem Verschlußkörper erfolgen kann. Die Wärmeableitung soll insbesondere in einer Art erfolgen, durch die in Führungsbereichen des Verschlußkörpers, in dem dieser ölgeschmiert in Führungsmitteln gleitet, keine Ölverkokung durch einen zu heißen Verschlußkörper auftreten kann.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Ausgestaltung eines gattungsgemäßen Verschlußkörpers nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die den heißen Gasen ausgesetzten Oberflächenbereiche des Verschluß- körpers nicht mit thermischem Isoliermaterial zu versehen, sondern mit einem gegenüber einem Grundmaterial des Verschlußkörpers höher wärmeleitenden Material, das sich insbesondere bis in diejenigen Bereiche erstreckt, in denen der Verschlußkörper bei geschlossenem Ventil den Ventilsitz kontaktiert. Hierdurch soll in verstärktem Maße Wärme über den Ventilsitz abgeführt werden. Das Grundmaterial kann dagegen in erster Linie nach Festigkeitgesichtspunkten ausgelegt werden. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme innerhalb des Verschlußkörpers ein Abbau von Temperatur- und Spannungsspitzen erreicht.
Das gegenüber dem Grundmaterial des Verschlußkörpers besser wärmeleitfähige Oberflächenmaterial kann in beliebiger Weise auf dem Grundkörper angebracht werden, wie beispielsweise durch Beschichten oder Aufplattieren. Die Dicke des gut wärmeleitfähigen Oberflächenmaterials kann bis zu etwa 5 mm reichen, wobei bevorzugt Schichtdicken zwischen 0,1 und 1 mm verwendet werden sollen.
Gegebenenfalls kann die gut wärmeleitende äußere Schicht des Verschlußkörpers auch noch mit einer dünnen Korrosionsschutzschicht versehen werden, wobei darauf zu achten ist, dass hierdurch die Wärmeleitfähigkeit in dem äußeren Verschlusskörperbereich nicht oder zumindest nur äußerst wenig herabgesetzt wird.
Mit Bezug auf einen Verbrennungsmotor können im Bereich des Brennraumes auch andere, an diesen direkt angrenzende Wand- bereiche, die lokal hochtemperaturbelastet sind, beispielsweise sogenannte hotspot-Bereiche, in erfindungsgemäßer Weise mit einem gut wärmeleitenden Material überdeckt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
In dieser zeigen jeweils in einem Längsschnitt
Fig. 1 einen Ventilteller mit angrenzendem Ventilschaft eines Gaswechselventiles eines Verbrennungsmotors mit einem Ventilteller mit Vollmaterial im radialen Außenbereich,
Fig. 2 einen Ventilteller mit angrenzendem Ventilschaft, wobei im Gegensatz zu der Ausführung in Fig. 1 ein im radialen Außenbereich hohler Ventilteller vorliegt.
Bei beiden Ausführungen des Ventiltellers ist jeweils in demjenigen Bereich, der den heißen Verbrennungsgasen der Brennkammer eines Verbrennungsmotors ausgesetzt ist, auf ein als Grundmaterial dienendes erstes Material 1 ein die Ober¬ fläche bildendes zweites Material 2 mit einer höheren Wärme¬ leitfähigkeit aufplattiert. Das aufplattierte zweite Materi¬ al 2 mit einer gegenüber dem ersten Material 1 höheren Wär¬ meleitfähigkeit erstreckt sich nach radial außen bis direkt an denjenigen Bereich heran, in dem der Ventilteller bei ge- schlossenem Ventil an dem ihm zugeordneten Ventilsitz anliegt .
Gegenüber den gezeichneten beiden Ausführungsbeispielen kann das zweite Material 2 mit der höheren Wärmeleitfähigkeit über die radial außenliegenden Kanten des Ventiltellers in Richtung des Ventilschaftes hinausragen, wobei allerdings derjenige Bereich des Ventiltellers, der den Ventilsitz direkt kontaktiert, aus Verschleißgründen ausgespart bleiben soll.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 kann das den Ventilschaft mit äußerem Kegel- und innerem zylindrischem Rohrbereich bildende Material aus zweitem Material 2 bestehen.
Um gezielt unterschiedliche Wärmeleitungen oder bestimmte, gewünschte Wärmeverteilungen an dem Verschlusskörper erzielen zu können, kann das zweite Material Bereiche unterschiedlicher Dicken aufweisen.

Claims

Ansprüche
1. Beweglicher, heißen Gasen ausgesetzter Verschlußkörper eines Ventiles, insbesondere eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors, mit einem an einen Ventilsitzring anlegbaren Dichtungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein den heißen Gasen am stärksten ausgesetzter Oberflächenbereich des Verschlußkörpers bis zumindest direkt an den Dichtungsbereich dieses Verschlußkörpers aus jeweils wenigstens einem ersten und zweiten Material (1 bzw. 2) besteht, wobei das zweite (2) das erste (1) Material nach außen wärmeleitend überdeckt und gegenüber dem ersten Material (1) eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt.
2. Verschlußkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennz ichnet, dass das zweite Material (2) sich unter Ausschluß des Dichtungsbereiches, in dem der Verschlußkörper den Ventilsitzring kontaktiert, über den Dichtungsbereich hinaus er¬ streckt .
3. Verschlußkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne , dass das zweite Material (2) eine Dicke bis zu 5 mm einnimmt .
4. Verschlußkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne , dass das zweite Material (2) eine Dicke zwischen 0,1 und 1 mm besitzt.
5. Verschlußkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken zeichnet, dass das zweite Material (2) auf dem ersten Material (1) aufplattiert oder durch Beschichten aufgebracht ist.
6. Verschlußkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2) mit mindestens einer korrosi- onsschützenden Schicht überzogen ist.
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