EP1731723B1

EP1731723B1 - Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: EP1731723B1
Application number: EP06113928A
Authority: EP
Inventors: Marcus Abele
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-06-11
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: US20060278193A1; US7603976B2; DE102005027130A1; DE502006000114D1; EP1731723A1

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

Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit jeweils einem hohlen Ventilschaft (1) und Ventilteller (7), bei dem
(a) der Ventilteller (7) aus einem Ventilboden (5) und einem mit dessen äußerem Rand verschweißten Ventilkegel (6) besteht, wobei der Ventilkegel (6) sich mit von dem Ventilboden (5) zunehmendem Abstand verjüngt,

(b) der hohle Ventilschaft (1) - den von dem Ventilkegel (6) umschlossenen Raum vollständig durchdringend - einerseits von dem Ventilkegel (6) getrennt fest mit dem Ventilboden (5) und andererseits mit dem verjüngten Ende des als eigenständiges Bauteil ausgebildeten Ventilkegels (6) verschweißt ist,

(c) 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,

(d) oberes und unteres Schaftteil (2, 3) in einem Schaftverbindungsbereich (4) 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.
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.
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.
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.