EP1731723A1 - Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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EP1731723A1 EP06113928A EP06113928A EP1731723A1 EP 1731723 A1 EP1731723 A1 EP 1731723A1 EP 06113928 A EP06113928 A EP 06113928A EP 06113928 A EP06113928 A EP 06113928A EP 1731723 A1 EP1731723 A1 EP 1731723A1
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valve
cone
gas exchange
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shaft
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    • F01L3/12—Cooling of valves

Definitions

  • the invention relates to a gas exchange valve of an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a valve is off DE 102 57 505 B4 known.
  • this valve with a relatively small valve stem outer diameter outside the valve disk, an as large as possible, directly adjacent to the bottom of the valve disk inner shank cavity is provided by a shaft diameter increase within the valve disk for filling with an example shaker capable, good thermal conductivity coolant.
  • an axially as far as possible from the bottom of the valve plate extending, outer, annular cavity of the valve disk should be present and have an insulating effect. To achieve the insulating effect of this cavity can be easily filled in the air or filled with a planteoliermedium of any kind.
  • valve disk due to the inside of the valve disk optimally large inner diameter of the valve stem heat can be withdrawn extremely effective the bottom of the valve disk, wherein the particular shaker-shaped cooling medium within of the shaft cavity for good heat dissipation in the valve disc axially opposite direction in that valve stem area provides, in which the valve stem is guided within the cylinder head and in which the heat can flow into the valve head.
  • valve plug is welded at its tapered end to the outer portion of the valve cone engaging shaft.
  • weld forms on the outer circumference of the shank an annular step whose radial inner edge of the outer circumference of the shank and whose outer radial edge are formed by the outer circumference of the valve cone at its tapered end.
  • This annular step represents an undesirable flow disturbing edge for gas flowing around the valve during a gas exchange. This disturbing edge promotes coking of constituents capable of coking within the gases flowing around, with the result of a coke deposit, preferably at the interfering edge. Such coke deposition is harmful.
  • the invention is concerned with the problem of avoiding coke deposits on the peripheral regions of the valve stem and poppet consisting of valve stem and poppet.
  • the invention is based on the general idea of providing the component composed of valve plug and valve stem outside the valve bottom with an outer surface which is as smooth as possible, that is to say in particular stepless, in order to avoid flow disturbing edges which promote coke deposits.
  • the connection area between the valve stem and valve plug in the tapered valve cone area is advantageously achieved in that the respective axial end portions of the valve cone and the upper shaft part outside flush, ie with the same outer diameter, directly abut each other.
  • the shaft connecting region that is to say the region in which the upper and lower shaft parts are connected to one another, on the one hand, and the connecting region between the valve shaft and the valve cone, on the other hand, are designed to be interlocking.
  • a such a design may be, for example, that a common weld is placed through the impact gap between the valve cone and directly adjacent, upper shaft part.
  • a valve stem 1 is composed of two parts in a gas exchange valve according to the invention, namely an upper shaft part 2 and a lower shaft part 3, which are telescopically pushed into one another and connected in a connecting region 4, preferably welded. In the telescopic connection, the lower shaft part 3 engages in the upper shaft part 2.
  • Such constructed valves are also referred to as lightweight valves.
  • connection region 4 is composed of two axially separate special connection regions, namely a first and a second special connection region 4 'or 4 ".
  • the upper shaft part 2 with the valve cone 6 closed by a valve bottom 5 are welded together as components abutting thereon flush with the outside, wherein the welded joint thus obtained simultaneously incorporates the lower shaft part 3 into this connection.
  • the outer areas of the valve cone 6 on the one hand and the lower shaft part 3 on the other side have the same outer diameters, so that there is a smooth peripheral connection area, along which the gas flow can slide along without interference edges.
  • the valve of the exemplary embodiment is primarily an intake valve of an internal combustion engine, whereby an exhaust valve may also be designed accordingly.
  • the valve plate 7 of such a valve is composed here of a series of individual, each welded together parts, namely a hollow valve plug 6, the valve bottom 5 and the lower shaft portion 3.

Abstract

Bei einem Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit jeweils einem hohlen Ventilschaft (1) und Ventilteller (7), bei dem
- der Ventilteller (7) aus einem Ventilboden (5) und einem mit dessen äußerem Rand verbundenen Ventilkegel (6) besteht, wobei der Ventilkegel (6) sich mit von dem Ventilboden (5) zunehmendem Abstand verjüngt,
- der hohle Ventilschaft (1) - den von dem Ventilkegel (6) umschlossenen Raum vollständig durchdringend - einerseits fest mit dem Ventilboden (5) und andererseits mit dem verjüngten Ende des Ventilkegels (6) verbunden ist,
- der Ventilschaft (1) aus teleskopartig ineinander geschobenen Teilen besteht, nämlich einem dem Ventilboden (5) zugewandten unteren Schaftteil (3) und einem, sich daran anschließenden oberen Schaftteil (2), wobei das untere in das obere Schaftteil (3, 2) formschlüssig eingreift,
- oberes und unteres Schaftteil (2, 3) in einem Schaftverbindungsbereich (4) miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt sind, sollen Verkokungsablagerungen in dem Brennraum abgewandten Bereichen des Ventiles, die dort durch Strömungsstörkanten begünstigt werden, vermieden werden.
Zu diesem Zweck zeichnet sich ein solches Ventil dadurch aus,
dass das obere Schaftteil (2) an seinem Außenumfang bündig in den angrenzenden Außenumfang des Ventilkegels (6) übergeht, wozu das obere Schaftteil (2) und der angrenzende Bereich des Ventilkegels (6) gleiche Außendurchmesser aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Ein solches Ventil ist aus DE 102 57 505 B4 bekannt. Bei diesem Ventil ist bei einem relativ kleinen Ventilschaftaußendurchmesser außerhalb des Ventiltellers durch eine Schaftdurchmesservergrößerung innerhalb des Ventiltellers ein möglichst großer, direkt an den Boden des Ventiltellers angrenzender, innerer Schafthohlraum zum Befüllen mit einem beispielsweise shakerfähigen, gut wärmeleitfähigen Kühlmittel vorgesehen. Gleichzeitig soll ein sich möglichst axial weit von dem Boden des Ventiltellers erstreckender, äußerer, ringförmiger Hohlraum des Ventiltellers vorhanden sein und isolierend wirken. Zur Erzielung der Isolierwirkung kann dieser Hohlraum in einfachster Weise luftgefüllt oder mit einem Wärmeisoliermedium beliebiger Art gefüllt sein. Die besondere Wirkung einer solchen erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin, dass durch den im Inneren des Ventiltellers optimal großen Innendurchmesser des Ventilschaftes äußerst wirksam dem Boden des Ventiltellers Wärme entzogen werden kann, wobei das insbesondere shakerförmige Kühlmedium innerhalb des Schafthohlraumes für eine gute Wärmeabführung in die vom Ventilteller axial entgegengesetzte Richtung in demjenigen Ventilschaftbereich sorgt, in dem der Ventilschaft innerhalb des Zylinderkopfes geführt ist und in dem die Wärme in den Ventilkopf abfließen kann.
  • Bei jenem Ventil ist der Ventilkegel an seinem verjüngten Ende mit dem Außenbereich des in den Ventilkegel eingreifenden Schaft verschweißt. Dabei bildet die Schweißnaht an dem Schaftaußenumfang eine Ringstufe, deren radiale Innenkante von dem Schaftaußenumfang und deren radiale Außenkante von dem Außenumfang des Ventilkegels an dessen verjüngtem Ende gebildet werden. Diese Ringstufe stellt eine unerwünschte Strömungsstörkante für bei einem Gaswechsel das Ventil umströmendes Gas dar. Diese Störkante fördert eine Verkokung von verkokungsfähigen Bestandteilen innerhalb der umströmenden Gase mit der Folge einer Koksablagerung vorzugsweise an der Störkante. Eine solche Koksablagerung ist schädlich.
    • Problem
  • Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, Koksablagerungen an den außerhalb des Ventilbodens liegenden Umfangsbereichen der aus Ventilschaft und Ventilkegel bestehenden Einrichtung zu vermeiden.
    • Lösung
  • Gelöst wird dieses Problem durch eine Ausführung eines gattungsgemäßen Gaswechselventils nach dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1.
    • Vorteile
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das sich aus Ventilkegel und Ventilschaft zusammensetzende Bauteil außerhalb des Ventilbodens mit einer möglichst insgesamt glatten, das heißt insbesondere stufenfrei, verlaufenden Außenoberfläche zu versehen, um koksablagerungsfördernde Strömungstörkanten zu vermeiden. Besonderes Augenmerk legt die Erfindung dabei auf den Verbindungsbereich zwischen Ventilschaft und Ventilkegel im verjüngten Ventilkegelbereich. Erreicht wird dies vorteilhaft dadurch, dass die betreffenden axialen Endbereiche des Ventilkegels und des oberen Schaftteiles außenbündig, das heißt mit gleichem Außendurchmesser, direkt aneinander stoßen.
    • Ausgestaltungen der Erfindung
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 sind der Schaftverbindungsbereich, das heißt der Bereich, in dem das obere und untere Schaftteil miteinander verbunden sind, einerseits und der Verbindungsbereich zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilkegel andererseits ineinandergreifend ausgebildet. Eine solche Ausführung kann beispielsweise darin bestehen, dass eine gemeinsame Schweißnaht durch den Stoßspalt zwischen Ventilkegel und direkt angrenzendem, oberem Schaftteil gelegt wird.
  • Alternativ kann es entsprechend Anspruch 3 zweckmäßig sein, zu einem gemeinsamen Verbindungsbereich noch einen zusätzlichen, axial getrennten, ausschließlichen Verbindungsbereich zwischen oberem und unterem Schaftteil vorzusehen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Es zeigt die einzige
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch ein Gaswechselventil.
  • Ein Ventilschaft 1 setzt sich bei einem erfindungsgemäßen Gaswechselventil aus zwei Teilen zusammen, nämlich aus einem oberen Schaftteil 2 und einem unteren Schaftteil 3, welche teleskopartig ineinander geschoben und in einem Verbindungsbereich 4 verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind. Bei der Teleskopverbindung greift das untere Schaftteil 3 in das obere Schaftteil 2 ein. Derart aufgebaute Ventile werden auch als Leichtbauventile bezeichnet.
  • Der Verbindungsbereich 4 setzt sich aus zwei axial voneinander getrennten Spezialverbindungsbereichen zusammen, nämlich einem ersten und einem zweiten Spezialverbindungsbereich 4' beziehungsweise 4".
  • In dem ersten Spezialverbindungsbereich 4' sind miteinander verschweißt als dort axial, außenbündig aneinanderstoßende Bauteile das obere Schaftteil 2 mit dem durch einen Ventilboden 5 verschlossenen Ventilkegel 6, wobei die hierdurch erzielte Schweißverbindung gleichzeitig das untere Schaftteil 3 mit in diese Verbindung einbezieht.
  • In einem bei dem Ausführungsbeispiel enthaltenen, axial in Richtung des freien Schaftendes von dem ersten Spezialverbindungsbereich 4' beabstandeten, zweiten Spezialverbindungsbereich 4" sind lediglich das obere und untere Schaftteil 2, 3 miteinander verschweißt und zwar derart, dass eine ringförmige Schweißnaht axial vollständig in demjenigen Bereich liegt, in dem sich oberes und unteres Schaftteil 2, 3 überlappen.
  • In dem ersten Spezialverbindungsbereich 4' besitzen die hier einmündenden Außenbereiche des Ventilkegels 6 einerseits und des unteren Schaftteils 3 andererseits jeweils gleiche Außendurchmesser, so dass ein glatter Umfangsverbindungsbereich vorliegt, an dem die Gasströmung störkantenfrei entlanggleiten kann.
  • Bei dem Ventil des Ausführungsbeispieles handelt es sich in erster Linie um ein Einlassventil eines Verbrennungsmotors, wobei auch ein Auslassventil entsprechend ausgebildet sein kann. Der Ventilteller 7 eines solchen Ventiles setzt sich hier aus einer Reihe einzelner, jeweils miteinander verschweißter Teile zusammen, nämlich einem hohlen Ventilkegel 6, dem Ventilboden 5 sowie dem unteren Schaftteil 3. Dabei bestehen Hohlräume einerseits zwischen dem unteren Schaftteil 3 und dem Ventilkegel 6 in der Form eines Ringraumes sowie innerhalb des unteren Schaftteiles 3 in der Form eines Hohlkegels, dessen erweiterter Bereich an dem Ventilboden 5 angrenzt.
  • Durch den erfindungsgemäßen, bündigen Übergang von oberem Schaft 2 in den angrenzenden Außenumfang des Ventilkegels 6 werden hauptsächlich bei einem Einlassventil eines Verbrennungsmotors, aber auch bei einem Auslassventil die Strömungseigenschaften deutlich verbessert, was in diesem Bereich verkokungsartige Wandablagerungen verhindert.
  • Durch eine doppelte Verbindung, vorzugsweise eine Stumpfnahtschweißung im Schaftbereich zwischen einerseits dem Ventilkegel 6 und dem oberen Schaftteil 2 und andererseits zwischen oberem Schaftteil 2 und unterem Schaftteil 3 wird eine besonders hohe Stabilität eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors erreicht.

Claims (4)

  1. Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit jeweils einem hohlen Ventilschaft (1) und Ventilteller (7), bei dem
    - der Ventilteller (7) aus einem Ventilboden (5) und einem mit dessen äußerem Rand verbundenen Ventilkegel (6) besteht, wobei der Ventilkegel (6) sich mit von dem Ventilboden (5) zunehmendem Abstand verjüngt,
    - der hohle Ventilschaft (1) - den von dem Ventilkegel (6) umschlossenen Raum vollständig durchdringend - einerseits fest mit dem Ventilboden (5) und andererseits mit dem verjüngten Ende des Ventilkegels (6) verbunden ist,
    - der Ventilschaft (1) aus teleskopartig ineinander geschobenen Teilen besteht, nämlich einem dem Ventilboden (5) zugewandten unteren Schaftteil (3) und einem, sich daran anschließenden oberen Schaftteil (2), wobei das untere in das obere Schaftteil (3, 2) formschlüssig eingreift,
    - oberes und unteres Schaftteil (2, 3) in einem Schaftverbindungsbereich (4) miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das obere Schaftteil (2) an seinem Außenumfang bündig in den angrenzenden Außenumfang des Ventilkegels (6) übergeht, wozu das obere Schaftteil (2) und der direkt angrenzende Bereich des Ventilkegels (6) gleiche Außendurchmesser aufweisen.
  2. Gaswechselventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schaftverbindungsbereich und der Verbindungsbereich zwischen dem Ventilschaft (1) und dem Ventilkegel (6) ineinandergreifend als Verbindungsbereich (4') ausgebildet sind.
  3. Gaswechselventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein ausschließlicher Schaftverbindungsbereich (4'') einerseits und der Verbindungsbereich (4') nach Anspruch 2 andererseits in Richtung der Achse des Ventilschaftes (1) voneinander beabstandet liegen.
  4. Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der ausschließliche Schaftverbindungsbereich (4") vollständig innerhalb eines Bereiches liegt, in dem sich oberes und unteres Schaftteil (2, 3) axial überlappen.
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