WO2016146311A1

WO2016146311A1 - Ventil einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2016146311A1
Application number: PCT/EP2016/053028
Authority: WO
Inventors: Christoph Luven; Frank Sticher
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: DE102015204706A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (2) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere ein Einlassventil oder ein Auslassventil, mit einem Ventilteller (3), der über eine Ventilkehle (4) in einen Ventilschaft (5) übergeht. Erfindungswesentlich ist dabei, - dass der Ventilschaft (5) einen Durchmesser d ≤ 6mm hat, - dass der Ventilschaft (5) an seinem dem Ventilteller (3) abgewandten Ende eine erste Fase (6) aufweist, - dass der Ventilschaft (5) zumindest eine Umfangsnut (7) aufweist, wobei an einem Übergang des Ventilschaftes (5) zur Umfangsnut (7) eine zur ersten Fase (6) gleichgerichtete zweite Fase (8) angeordnet ist, oder dass der Ventilschaft (5) zumindest eine Umfangsnut (7) aufweist und wobei an einem Übergang des Ventilschaftes (5) zur Umfangsnut (7) ein zur ersten Fase (6) gleichgerichteter und gerundeter, erster Abschnitt (17) angeordnet ist. Hierdurch kann insbesondere die Montage des Ventils (2) erleichtert werden.

Description

Ventil einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil einer Brennkraftmaschine,

insbesondere ein Einlassventil oder ein Auslassventil, mit einem Ventilteller, welcher über eine Ventilkehle in einen Ventilschaft übergeht, gemäß dem

Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine

Brennkraftmaschine mit zumindest einem derartigen Ventil.

In modernen Brennkraftmaschinen ergeben sich insbesondere an einer

Auslassseite im Ventilbereich sehr hohe Abgasdrücke, welche einen starken Druckanstieg durch den engen Spalt der Ventilführung bewirken. Bei der

Verwendung einer lediglich einlippigen Ventilschaftdichtung und deren Versagen, kann es zu einem unerwünschten Blow-by-Strom kommen, wodurch einerseits heißes Abgas in den Raum über der Ventilführung gelangen kann und

andererseits das im engen Spalt der Ventilführung befindliche Öl ausgeblasen wird, was sich negativ auf die Funktion auswirkt.

Aus diesem Grund werden zunehmend sogenannte doppellippige

Ventilschaftdichtungen eingesetzt, die eine Gasabdichtung in Richtung des Brennraums aufweisen. Die zusätzliche Dichtlippe wirkt dabei in der Regel druckverstärkend und ist deshalb hinterströmbar. Trotzdem ist sie

vergleichsweise elastisch und labil, um sich möglichst optimal an die

Außenkontur des Ventilschaftes anlegen zu können. Bei der Montage des Ventils, bei der der Ventilschaft in die bereits in der Brennkraftmaschine montierte Ventilführung und Ventilschaftdichtung von unten gesteckt wird, kann es jedoch zu einem unerwünschten Umklappen bzw. Umbiegen der Dichtlippe kommen, die damit nicht mehr voll funktionsfähig ist. Dies wird jedoch oftmals erst später im Betrieb des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine bemerkt und wirkt sich beispielsweise negativ durch einen erhöhten Verschleiß, Kraftstoff oder

Ölverbrauch oder aber auch höhere Abgaswerte aus.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Ventil der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile in Bezug auf eine Ventilschaftdichtung überwindet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des

unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind

Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen

Ventilschaft eines Ventils einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, dass das Risiko eines Umklappens bzw. Umbiegens einer Dichtlippe einer

Ventilschaftdichtung zumindest minimiert wird. Das erfindungsgemäße Ventil, welches beispielsweise als Einlassventil oder als Auslassventil bei einer

Brennkraftmaschine eines Pkws ausgebildet ist, weist dabei einen Ventilteller auf, welcher über eine Ventilkehle in den zuvor beschriebenen Ventilschaft übergeht. Der Ventilschaft weist dabei an seinem dem Ventilteller abgewandten, freien Ende eine erste Fase, kurz auch Einführfase genannt, auf, sowie zumindest eine Umfangsnut, wobei an einem Übergang des Ventilschafts zu dieser Umfangsnut eine zur ersten Fase, das heißt zur Einführfase, gleich gerichtete zweite Fase oder ein gerundeter, erster Abschnitt angeordnet ist. Prinzipiell werden derartige Umfangsnuten zum Verkeilen einer Feder verwendet, welche das Ventil in seine Schließstellung vorspannt. Durch die erfindungsgemäße erste und zweite Fase, bzw. die erste Fase und den ersten gerundeten Abschnitt, wird insbesondere das unbedingt zu vermeidende und unerwünschte Umklappen einer Dichtlippe zuverlässig vermieden, wodurch nicht nur ein unerwünschter Blowby verhindert werden kann, sondern ebenso auch ein erhöhter Verschleiß, Kraftstoff- und Ölverbrauch sowie erhöhte Abgaswerte. Die zweite Fase bzw. der erste gerundete Abschnitt dient dabei wiederum als Einführhilfe und drückt bei einem Kontakt mit der Dichtlippe letztere nach außen, wodurch ein Umklappen derselben zuverlässig vermieden werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Ventil kann somit eine Montage desselben in die bereits in der

Brennkraftmaschine montierte Ventilführung und Dichtung vergleichsweise einfach und dennoch höchst zuverlässig erfolgen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die erste Fase um α > 25°, vorzugsweise um α > 27°, gegen eine Schaftachse geneigt. Zusätzlich oder alternativ kann auch die zweite Fase um einen gleichen Winkel α > 25°, vorzugsweise um α > 27° gegen die Schaftachse geneigt sein. Durch eine derartige Neigung kann das Führen und nach außen Drücken der zweiten Dichtlippe der Ventilschaftdichtung zuverlässig gewährleistet werden.

Zweckmäßig weist die erste Fase eine Breite von 0,2 mm < bi < 0,5 mm, insbesondere eine Breite von bi von ca. 0,3 mm, auf. Durch eine derartige axiale Erstreckung der Fase, kann ein zuverlässiges Führen und radiales nach außen Verdrängen der zweiten Dichtlippe der Ventilschaftdichtung erzwungen werden, ohne dass dabei das Risiko des Umklappens derselben besteht. In gleicher Weise kann selbstverständlich auch die zweite Fase eine ähnliche Breite b2 aufweisen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind insgesamt drei benachbarte Umfangsnuten am Ventilschaft des

erfindungsgemäßen Ventils vorgesehen, mit einer zweiten Fase, einer dritten Fase sowie einer vierten Fase. Die zweite bis vierte Fase kann dabei analog zur ersten Fase ausgebildet sein. Selbstverständlich ist dabei klar, dass das erfindungsgemäße Ventil zumindest eine derartige Umfangsnut aufweist, selbstverständlich aber auch zwei oder mehr solche Umfangsnuten besitzen kann. Anstelle der genannten Fasen kann dabei auch zumindest ein gerundeter Abschnitt vorgesehen sein. Selbstverständlich können auch alle Fasen durch solche gerundeten Abschnitte ersetzt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist zumindest eine Umfangsnut zwei gegeneinander gerichtete Fasen auf. In diesem Fall können somit zwei Fasen je Umfangsnut vorgesehen sein, die gegeneinander gespiegelt und im Wesentlichen gleich ausgebildet sind.

Hierdurch kann auch eine Demontage des Ventils aus dem Ventiltriebsystem vereinfacht werden, da die gegenüberliegende Fase die Dichtung beim

Herausziehen des Ventilschafts nach außen verdrängt.

Anstatt der zuvor beschriebenen Fasen, kann anstelle dieser zumindest eine derselben auch als gerundeter Abschnitt ausgebildet sein. Ein derartig

gerundeter, das heißt konvexer Abschnitt zeichnet sich insbesondere durch eine reduzierte Kerbwirkung aus. Prinzipiell ist eine Fase eine abgeschrägte Fläche, die über eine Verbindungskante mit einer Mantelfläche des Ventilschafts in Kontakt steht. Durch ein Ausrunden dieser Kante kann dieselbe rein theoretisch gänzlich entfernt werden, wodurch zudem ein weiterer, großer Vorteil

dahingehend erzielt werden kann, dass ein abgerundeter Abschnitt ein deutlich geringeres Verletzungsrisiko für eine elastische Ventilschaftdichtung darstellt, wenn das Ventil in die Brennkraftmaschine eingeschoben wird.

Zweckmäßig weist der erste Abschnitt einen Radius 1 mm < r < 2 mm auf. Durch diesen im Verhältnis zum Ventilschaftdurchmesser von < 6 mm relativ großen Radius, ist der Übergang zwischen Ventilschaftmantel und der Umfangsnut äußerst sanft ausgerundet und drückt bei einem Kontakt mit der Dichtlippe letztere nach außen, wodurch ein Umklappen derselben zuverlässig vermieden werden kann.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Ventil auszustatten. Hierdurch kann nicht nur die Montage der einzelnen Ventile in der Brennkraftmaschine deutlich vereinfacht werden, sondern es kann zudem auch zuverlässig

ausgeschlossen werden, dass eine zweite Dichtlippe einer doppellippigen

Ventilschaftdichtung beim Einführen des Ventilschaftes in die

Brennkraftmaschine umklappt und dadurch in unerwünschter Weise beim späteren Betrieb der Brennkraftmaschine zu einem erhöhten Verschleiß,

Kraftstoff-, Ölverbrauch oder aber auch zu höheren Abgaswerten führt. Mit den erfindungsgemäß an den Umfangsnuten vorgesehenen Fasen kann somit mit vergleichsweise marginalem Aufwand ein maximaler Vorteil erzielt werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen

Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Dabei zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße

Brennkraftmaschine im Bereich eines erfindungsgemäßen Ventils,

Fig. 2 eine Detaildarstellung aus Fig. 1 im Bereich einer Ventilschaftdichtung vor dem Einführen des Ventilschaftes,

Fig. 3 eine Detaildarstellung des Ventilschaftes bei einer Ausführungsform mit insgesamt drei Umfangsnuten,

Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 3, jedoch bei einem Ventilschaft mit

lediglich einer einzigen Umfangsnut,

Fig. 5 eine Darstellung wie in Fig. 4, jedoch mit einem gerundeten Abschnitt statt einer Fase,

Fig. 6 eine Detaildarstellung des Ventilschaftes bei einer Ausführungsform mit insgesamt drei Umfangsnuten, die gerundete Abschnitte als Übergänge aufweisen.

Entsprechend der Fig. 1 , weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 , welche insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt sein kann, ein Ventil 2 auf, welches beispielsweise als Einlassventil oder als Auslassventil ausgebildet ist und welches einen Ventilteller 3 besitzt, der über eine Ventilkehle 4 in einen Ventilschaft 5 übergeht. Erfindungsgemäß weist nun der Ventilschaft 5 einen Durchmesser von d < 6 mm auf und besitzt an seinem dem Ventilteller 3 abgewandten freien Ende eine erste Fase 6, üblicherweise auch Einführfase genannt, (vgl. insbesondere auch die Fig. 3 bis 6), sowie zumindest eine Umfangsnut 7, gemäß den Fig. 1 bis 3 und 6, insgesamt drei Umfangsnuten 7, wobei an einem Übergang des Ventilschaftes 5 zur Umfangsnut 7 eine zur ersten Fase 6, das heißt zur Einführfase, gleichgerichtete zweite Fase 8 oder ein gleichgerichteter und gerundeter, erster Abschnitt 17 angeordnet ist. Geführt ist das erfindungsgemäße Ventil 2 über seinen Ventilschaft 5 in einer Ventilführung 9, in deren Verlauf zugleich eine Ventilschaftdichtung 10 mit einer ersten

Dichtlippe 1 1 und einer zweiten Dichtlippe 12 angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene erste Fase 6 (Einführfase) sowie die ebenfalls erfindungsgemäß vorgesehene zweite Fase 8 bzw. den Abschnitt 17 kann ein unerwünschtes Umklappen der zweiten Dichtlippe 12 zuverlässig vermieden werden, wodurch insbesondere eine Funktionsbeeinträchtigung der

Ventilschaftdichtung 10 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wirkungsvoll ausgeschlossen werden kann. Eine derartige

Funktionsbeeinträchtigung kann zu einem unerwünschten Blow-By führen, der zu einem Druckanstieg im Zylinderkopf führt. Darüber hinaus treten in diesem Fall ein erhöhter Verschleiß, Kraftstoff-, Ölverbrauch sowie erhöhte Abgaswerte auf.

Vorzugsweise ist die erste Fase 6, das heißt im vorliegendem Fall die

Einführfase, um α > 25°, vorzugsweise um α > 27°, gegen eine Schaftachse 13 geneigt. In gleicher Weise kann selbstverständlich auch die zweite Fase 8 um einen Winkel α > 25°, vorzugsweise um α > 27°, gegen die Schaftachse 13 geneigt sein.

Betrachtet man das gemäß den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ventil 2, so kann man an diesem insgesamt drei Umfangsnuten 7 erkennen, mit der zweiten Fase 8, einer dritten Fase 14 sowie einer vierten Fase 15. Rein theoretisch können dabei sämtliche vier Fasen 6, 8, 14 und 15 identisch ausgebildet sein, das heißt beispielsweise um α > 25°, vorzugsweise um α > 27°, gegenüber der

Schaftachse 13 geneigt sein. Besonders bevorzugt ist insbesondere der Fall, sofern die jeweilige Fase 6, 8, 14 und 15 um 27° < α < 41 ° gegenüber der Schaftachse 13 geneigt sind. Betrachtet man nochmals die Fig. 3, so kann man erkennen, dass die erste Fase 6, das heißt im vorliegenden Fall die Einführfase, eine Breite bi zwischen 0,2 und 0,5 mm, insbesondere von ca. 0,3 mm aufweist. In gleicher oder sogar identischer Weise können dabei auch die Breiten b2, b3 und b₄ der zweiten Fase 8, der dritten Fase 14 und der vierten Fase 15 ausgebildet sein. Durch derart ausgebildete Fasen 6, 8, 14 und 15 kann insbesondere das zum unerwünschten Blow-By führende Umklappen der zweiten Dichtlippe 12 der Ventilschaftdichtung 10 zuverlässig vermieden werden, was insbesondere deshalb von großem Vorteil ist, da ein derartiges unerwünschtes Umklappen der zweiten Dichtlippe 12 erst bei vollständig montierter

Brennkraftmaschine 1 und in deren Betrieb durch einen erhöhten Verschleiß, Kraftstoff-, Ölverbrauch sowie durch erhöhte Abgaswerte bemerkt werden kann.

Rein theoretisch ist es selbstverständlich auch denkbar, dass zumindest eine Umfangsnut 7 zwei gegeneinander gerichtete Fasen 8, 16 oder einen

ausgerundeten Abschnitt 17 und eine gegenüberliegende Fase 16 aufweist, so dass die Fasen 8, 16 bzw. der Abschnitt 17 und die Fase 16 nicht nur in eine Richtung, beispielsweise in die Montagerichtung des Ventils 2 ihre Wirkung entfalten, sondern auch bei einer Demontage desselben und dabei ein ideales nach außen Biegen der zweiten Dichtlippe 12 bewirken.

Alternativ zu dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ventil 2, weist der gemäß der Fig. 6 dargestellte Ventilschaft 5 insgesamt drei benachbarte Umfangsnuten 7 mit dem ersten gerundeten Abschnitt 17, einem zweiten gerundeten Abschnitt 18 und einem dritten gerundeten Abschnitt 19 auf. In diesem Fall sind die in diesem Bereich vorgesehenen Fasen 8, 14 und 15 somit alle samt als gerundete Abschnitte 17, 18, 19 ausgebildet. Selbstverständlich kann auch nur zumindest ein Übergang vom Ventilschaft 5 zur Umfangsnut 7 ausgerundet und damit als ausgerundeter Abschnitt 17 ausgebildet sein, wie dies beispielsweise gemäß den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Ein derartig ausgerundeter Abschnitt 17, 18, 19 zwischen dem Ventilschaft 5 einerseits und der Umfangsnut 7 andererseits eliminiert insbesondere die ansonsten zwischen der Fase 8, 14, 15 oder 16 und dem Ventilschaft 5 zwingend angeordnete Kante, welche bei hochsensiblen Ventilschaftdichtungen 10 unter Umständen zu Verletzungen und damit zu einer negativen Beeinträchtigung derselben führen könnten.

Auch ist selbstverständlich ein Ventil 2 mit einem Ventilschaft 5 mit mehreren Umfangsnuten 7 denkbar, wobei Fasen 8, 14, 15 oder Abschnitte 17, 18, 19 in beliebiger Kombination vorgesehen sind.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Umfangsnut 7 kann selbstverständlich ein Übergang vom Ventilschaft 5 zur Umfangsnut 7 auch gebrochen, das heißt mit einer scharfen Kante, dargestellt werden (vgl. Fig. 5), da eine derartige Kante beim Einschieben des Ventils 2 durch die Ventilschaftführung 9 in die

Ventilschaftdichtung 10 nicht wirksam wird und beim Herausziehen desselben aus der Ventilschaftdichtung 10 nicht zu dem unbedingt zu vermeidenden

Umklappen der zweiten Dichtlippe 12 führen kann.

Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilschaft 5 und dem damit verbundenen Ventil 2 kann somit ein vergleichsweise zuverlässiger und einfacher Einbau desselben in der Brenn kraftmasch ine 1 erreicht werden, ohne dabei das bisher bestehende Risiko des Umklappens einer Dichtlippe 12 eingehen zu müssen.

Claims

Patentansprüche

1 . Ventil (2) einer Brennkraftmaschine (1 ), insbesondere ein Einlassventil oder ein Auslassventil, mit einem Ventilteller (3), der über eine Ventilkehle (4) in einen Ventilschaft (5) übergeht,

dadurch gekennzeichnet,

- dass der Ventilschaft (5) einen Durchmesser d < 6mm hat,

- dass der Ventilschaft (5) an seinem dem Ventilteller (3) abgewandten Ende eine erste Fase (6) aufweist,

- dass der Ventilschaft (5) zumindest eine Umfangsnut (7) aufweist, wobei an einem Übergang des Ventilschaftes (5) zur Umfangsnut (7) eine zur ersten Fase (6) gleichgerichtete zweite Fase (8) angeordnet ist, oder dass der Ventilschaft (5) zumindest eine Umfangsnut (7) aufweist und wobei an einem Übergang des Ventilschaftes (5) zur Umfangsnut (7) ein zur ersten Fase (6) gleichgerichteter und gerundeter, erster Abschnitt (17) angeordnet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die erste Fase (6) um α > 25° gegen eine Schaftachse (13) geneigt ist, und/oder

- dass die zweite Fase (8) um α > 25° gegen eine Schaftachse (13) geneigt ist oder

- dass der erste Abschnitt (17) einen Radius 1 mm < r < 2 mm aufweist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fase (6) eine Breite von 0,2 mm < bi < 0,5 mm, insbesondere von bi ca. 0,3 mm, aufweist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die zweite Fase (8) eine Breite von 0,2 mm < b2 < 0,5 mm, insbesondere von b2 ca. 0,3 mm, aufweist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die erste Fase (6) um 27° < α < 41 ° gegen eine Schaftachse (13) geneigt ist, und/oder

- dass die zweite Fase (8) um 27° < α < 41 ° gegen eine Schaftachse (13) geneigt ist.

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

- dass insgesamt drei benachbarte Umfangsnuten (7) mit der zweiten Fase (8), einer dritten Fase (14) und einer vierten Fase (15) vorgesehen sind, oder

- dass insgesamt drei benachbarte Umfangsnuten (7) mit dem ersten Abschnitt (17), einem zweiten gerundeten Abschnitt (18) und einem dritten gerundeten Abschnitt (19) vorgesehen sind.

7. Ventil nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die dritte Fase (14) eine Breite von 0,2 mm < b3 < 0,5 mm, insbesondere von b3 ca. 0,3 mm, aufweist, und/oder - dass die vierte Fase (15) jeweils eine Breite von 0,2 mm < b₄ < 0,5 mm, insbesondere von b₄ ca. 0,3 mm, aufweist.

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die dritte Fase (14) um 27° < α < 41 ° gegen die Schaftachse (13) geneigt ist, und/oder

- dass die vierte Fase (15) um 27° < α < 41 ° gegen die Schaftachse (13) geneigt ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest eine Umfangsnut (7) zwei gegeneinander gerichtete Fasen (8,16) aufweist.

10. Brennkraftmaschine (1 ) mit zumindest einem Ventil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.