EP1497538B1 - Beweglicher, heissen gasen ausgesetzter verschlusskörper eines ventiles - Google Patents

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EP1497538B1
EP1497538B1 EP03722244A EP03722244A EP1497538B1 EP 1497538 B1 EP1497538 B1 EP 1497538B1 EP 03722244 A EP03722244 A EP 03722244A EP 03722244 A EP03722244 A EP 03722244A EP 1497538 B1 EP1497538 B1 EP 1497538B1
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sealing body
valve
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sealing
hot gases
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Christoph Beerens
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Mahle Ventiltrieb GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements

Definitions

  • the invention relates to a mobile, hot gases exposed Closure body of a valve, in particular a Gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1
  • closure body of gas exchange valves of an internal combustion engine it is known, the closure body at least in Parts of the acted upon by the hot combustion gases Surface of an inside, outside with a Form insulating material provided base material.
  • the insulating material can in different forms be upset.
  • the second material extends from the hottest zone that it completely fills until into the sealing area, ie into that area, in the valve disc with the valve closed its associated valve seat is applied.
  • valve plate of the above Document applies to that known from US-A-2,664,873 Valve coating.
  • the invention deals with the problem of a surface finish of the generic closure body in the particularly acted upon by hot gases To create zones through which at a high wear resistance of the valve seat each touching sealing area a good heat dissipation from the closure body done can.
  • the heat dissipation should in particular in a Art done, through which in incidentsbereiehen the closure body, in which this oil lubricated slides in guiding means, no ⁇ lverkokung by a too hot closure body can occur.
  • the invention is based on the general idea that the hot gas exposed surface areas of the closure body not to be provided with thermal insulation material, but with respect to a base material of the closure body higher heat-conductive material, in particular extends to those areas in which the Closure body contacted the valve seat with the valve closed. This is intended to heat to a greater extent over the Valve seat be dissipated.
  • the basic material can be against it designed primarily for strength reasons become. Furthermore, by the inventive measure within the closure body degradation of temperature and Peak voltage reached.
  • Thermally conductive surface material can be in any way be attached to the body, such as by coating or plating.
  • the thickness of the good thermal conductivity Surface material can be up to about 5 mm ranging, preferably layer thicknesses between 0.1 and 1 mm should be used.
  • the good heat conducting outer layer of Closure body even with a thin corrosion protection layer be taken care of, that thereby the thermal conductivity in the outer closure body area not or at least very little is lowered.
  • Embodiments of the invention are in the drawing shown schematically.
  • both versions of the valve disk is in each case in the area, the hot combustion gases of the Combustion chamber of an internal combustion engine is exposed to a serving as a base material first material 1 a the surface forming second material 2 with a higher thermal conductivity plated.
  • the plated second material 2 with a relation to the first material 1 higher thermal conductivity extends radially outward to direct close to the area in which the valve disk is closed Valve rests against the associated valve seat.
  • the second material 2 with the higher thermal conductivity over the radially outer edges of the valve disk in Projecting direction of the valve stem, although the area of the valve disk that directs the valve seat contacted, remain spared for wear reasons should.
  • valve stem with outer cone and inner cylindrical tube area forming Material consist of second material 2.
  • the second material can be areas of different Have thicknesses.

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Description

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 1,775,844 ist es bekannt, in den Ventilteller eines gattungsgemäßen Verschlußkörpers eine den heißen Gasen zugewandte Partie eines eingeschmiedeten Metalls mit einer gegenüber dem Grundkörper höheren Wärmeleitfähigkeit vorzusehen. Dieser eingeschmiedete Metallbereich mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit ist dort lediglich in einem Bereich vorgesehen, der direkt an den Ventilschaft angrenzt, während derjenige 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.
Bei einem gattungsgemäßen; aus DE-A-36 70 03 bekannten Ventilteller als Verschlusskörper reicht das zweite Material von der heißesten Zone aus, die es vollständig ausfüllt, bis in den Dichtungsbereich hinein, das heißt in denjenigen Bereich, in dem der Ventilteller bei geschlossenem Ventil an dem ihm zugeordneten Ventilsitz anliegt.
Das gleiche wie bei dem Ventilteller des vorstehend genannten Dokumentes gilt bei der aus US-A-2,664,873 bekannten Ventilbeschichtung.
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 bei einer hohen verschleißbeständigkeit des den Ventilsitz jeweils berührenden Dichtbereiches eine gute Wärmeableitung aus dem Verschlußkörper erfolgen kann. Die Wärmeableitung soll insbesondere in einer Art erfolgen, durch die in Führungsbereiehen 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 Verschlußkörpers 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 Wandbereiche, 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 Oberfläche bildendes zweites Material 2 mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit aufplattiert. Das aufplattierte zweite Material 2 mit einer gegenüber dem ersten Material 1 höheren Wärmeleitfähigkeit erstreckt sich nach radial außen bis direkt an denjenigen Bereich heran, in dem der Ventilteller bei geschlossenem 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 (6)

  1. Beweglicher, heißen Gasen ausgesetzter Verschlußkörper eines Ventiles, insbesondere eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors, mit einem an einen Ventilsitzring anlegbaren Dichtungsbereich, bei dem
    zumindest ein den heißen Gasen am stärksten ausgesetzter oberflächenbereich des Verschlußkörpers bis direkt an den Dichtungsbereich dieses Verschlußkörpers aus jeweils wenigstens einem ersten und einem zweiten Material (1 bzw. 2) besteht und
    das zweite (2) das erste (1) Material nach außen wärmeleitend überdeckt und gegenüber dem ersten Material (1) eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt,
    dadurch gekennzeichnet, dass im dem Dichtungsbereich, in dem der Ventilteller als Verschlusskörper bei geschlossenem Ventil an dem ihm zugeordneten Ventilsitz anliegt, kein zweites Material (2) vorhanden ist.
  2. Verschlußkörper nach Anspruch 1,
    dadurch, gekennzeichnet, dass das zweite Material (2) sich unter Ausschluß des Dichtungsbereiches, in dem der Verschlußkörper den Ventilsitzring kontaktiert, über den Dichtungsbereich hinaus erstreckt.
  3. Verschlußkörper nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2) eine Dicke bis zu 5 mm einnimmt.
  4. Verschlußkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (2) eine Dicke zwischen 0,1 und 1 mm besitzt.
  5. Verschlußkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, 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 korrosionsschützenden Schicht überzogen ist.
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