WO2018014987A1 - Ventilsitzring für eine hubkolbenmaschine - Google Patents

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WO2018014987A1
WO2018014987A1 PCT/EP2017/000675 EP2017000675W WO2018014987A1 WO 2018014987 A1 WO2018014987 A1 WO 2018014987A1 EP 2017000675 W EP2017000675 W EP 2017000675W WO 2018014987 A1 WO2018014987 A1 WO 2018014987A1
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WO
WIPO (PCT)
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valve seat
seat ring
cylinder head
gas
lateral surface
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PCT/EP2017/000675
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Haefner
Rainer Joos
Rudolf Reinhardt
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
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Mercedes Benz Group AG
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Daimler AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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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
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • 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
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    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04—Coated valve members or valve-seats
    • 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
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats

Definitions

  • the invention relates to a valve seat ring for a reciprocating engine according to the preamble of patent claim 1.
  • valve seat ring for a reciprocating engine is for example the
  • the valve seat ring has an inner circumferential side surface through which a through opening of the valve seat ring through which a gas can flow is at least partially, in particular at least predominantly or completely, limited. Furthermore, the valve seat ring has an outer peripheral side surface facing away from the inner circumferential side surface in the radial direction of the valve seat ring, which has at least one lateral surface area, at least partially, in particular directly, limiting at least one cooling channel through which a cooling medium, in particular a cooling fluid, can flow in the installation position of the valve seat ring , The valve seat ring takes on its installation position in fully manufactured state of the reciprocating engine.
  • the reciprocating piston engine designed, for example, as an internal combustion engine comprises at least one cylinder head with which the valve seat ring formed separately from the cylinder head is connected.
  • the cylinder head and the lateral surface region partially delimit the cooling channel, wherein the cooling medium flows through the cooling channel during operation of the reciprocating piston engine. Since the cooling channel is at least partially limited by the lateral surface region, the cooling medium flowing through the cooling channel can
  • valve seat ring Lateral surface area or valve seat ring directly contacted or touched. This allows an at least substantially direct heat transfer from the valve seat ring to the cooling medium, whereby the valve seat ring is cooled.
  • the through-hole is, for example, with one of the
  • Cylinder head limited gas channel fluidly connected, the gas channel
  • an exhaust passage or an intake passage of the reciprocating engine is.
  • the gas flows through the gas channel and through the passage opening, the gas flows, for example via the gas passage and the passage opening in a trained example as a cylinder combustion chamber of the reciprocating engine.
  • the gas flows from the combustion chamber through the passage opening into the gas channel.
  • the gas is, for example, exhaust gas of the reciprocating engine.
  • the gas comprises at least fresh air, which is supplied via the gas passage and the passage opening to the combustion chamber.
  • DE 10 2010 015 605 A1 discloses a cylinder head unit for an internal combustion engine, comprising a cylinder head with a combustion chamber and a working side.
  • the cylinder head unit further includes an inlet / outlet port in the combustion chamber and the working side and a mounting recess circumferentially disposed around the inlet and outlet, respectively.
  • a valve seat ring is provided, which is arranged within the mounting recess. Between the mounting recess and the valve seat ring carbon is arranged, which is designed to between the mounting recess and the valve seat ring a
  • DE 1 576 727 A1 discloses a cylinder head for liquid-cooled, valve-controlled internal combustion engines with pressed valve seat rings, wherein the valve seat rings outside have direct contact with the cooling liquid.
  • Object of the present invention is to develop a valve seat ring of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous corrosion protection can be realized.
  • valve seat ring having the features of patent claim 1.
  • Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
  • valve seat ring specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly advantageous corrosion protection can be realized, it is inventively provided that the outer peripheral side Has lateral surface at least three subregions, of which at least two
  • Subregions are formed from mutually different materials. In other words, at least two of the subregions are different from each other
  • the invention is based, in particular, on the following knowledge:
  • the valve seat ring is usually connected to a cylinder head of the reciprocating piston engine, wherein, for example, the cylinder head partially, in particular directly, delimits the cooling channel.
  • the valve seat ring for example, at least partially, in particular at least predominantly or completely inserted into the cylinder head and connected to the cylinder head.
  • the valve seat ring is integrally connected to the cylinder head, wherein the valve seat ring is welded, for example, with the cylinder head.
  • the valve seat ring may be connected by friction welding to the cylinder head.
  • valve seat ring is formed from exactly one material, which can be combined particularly well with the cylinder head, in particular by friction welding.
  • This exactly one material is usually an iron base material (Fe base material).
  • the cylinder head is from one of the
  • the cylinder head is usually formed of aluminum. This comes for example as a coolant
  • valve seat ring is formed from exactly one material which is compatible with the coolant so well that there is little or no risk of corrosion, the material is usually an aluminum base material (Al base material).
  • Al base material aluminum base material
  • the valve seat ring and the cylinder head are formed of similar or the same material, but only an insufficiently secure connection between the valve seat ring and the cylinder head can be ensured.
  • the valve seat ring is not sufficient, in particular in the region of its valve seat
  • valve seat ring according to the invention since the valve seat ring according to the invention, in particular at least two of the three sections of the outer peripheral side surface, are formed from mutually different materials.
  • the valve seat ring according to the invention in particular at least two of the three sections of the outer peripheral side surface, are formed from mutually different materials.
  • Valve seat ring are shown.
  • Fig. 1 a detail of a schematic sectional view of a
  • Cylinder head device for a reciprocating engine with a
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the valve seat ring.
  • FIG. 1 shows a detail in a schematic sectional view of a generally designated 10 cylinder head device for a reciprocating engine of a
  • the reciprocating engine is designed as an internal combustion engine, by means of which the motor vehicle is driven.
  • the reciprocating piston engine in its completely manufactured state comprises a cylinder housing 12, through which at least one cylinder 14 designed as a cylinder
  • the reciprocating piston engine comprises a cylinder head 16, which is part of the cylinder head device 10.
  • the cylinder head 16 which is formed separately from the cylinder housing 12, is connected to the cylinder housing 12.
  • the cylinder head 16 forms a combustion chamber roof of the cylinder 14.
  • the cylinder 14 is associated with at least one gas exchange valve 18 which is translationally movable relative to the cylinder head 16. Through the cylinder head 16 while at least one gas channel 20 is formed, which is associated with the cylinder 14.
  • the gas exchange valve 18 is between a closed position shown in FIG. 1 and at least one open position relative to the cylinder head 16 and relative to the
  • Cylinder housing 12 in particular translationally, movable.
  • the gas channel 20 In the closed position, the gas channel 20 is fluidly blocked by means of the gas exchange valve 18, so that no gas from the gas channel 20 into the cylinder 14 or vice versa no gas from the cylinder 14 can flow into the gas channel 20.
  • the gas exchange valve 18 releases the gas channel 20, so that in the open position of
  • Gas exchange valve 18 gas from the gas channel 20 into the cylinder 14 or vice versa gas from the cylinder 14 into the gas channel 20 can flow.
  • the gas is for example exhaust gas, so that then the gas channel 20 is formed as an outlet channel, by means of which the exhaust gas is discharged from the cylinder 14. Furthermore, it is conceivable that the gas comprises at least fresh air which is supplied to the cylinder 14 via the gas channel 20. Here, then, the gas channel 20 is formed for example as an inlet valve.
  • the cylinder head device 10 further comprises a separately formed from the cylinder head 16 and connected to the cylinder head 16 valve seat ring 22, which is at least partially, in particular at least completely or predominantly, inserted into the cylinder head 16.
  • the valve seat ring 22 is connected to the cylinder head 16 by welding, in particular by friction welding.
  • the cylinder head device 10 further comprises at least one cooling channel 24 through which a cooling medium can flow, which is partially delimited directly by the cylinder head 16 and partly by the valve seat ring 22.
  • the cooling medium is preferably a cooling liquid, which during an operation of the
  • the cooling medium can directly contact or contact the cylinder head 16 and in particular the valve seat ring 22, so that, for example, an at least substantially direct one
  • Heat transfer from the valve seat ring 22 can be made to the cooling passage 24 flowing through the cooling medium. Thereby, the valve seat ring 22 can be cooled particularly effectively and efficiently.
  • valve seat ring 22 in this case has a flow through of said gas
  • Through opening 26 is at least partially, in particular at least predominantly or completely, formed by an inner peripheral side surface 28 of the valve seat ring 22 or limited.
  • the valve seat ring 22 further has an outer peripheral side surface 30 remote from the inner peripheral side surface 28 in the radial direction of the valve seat ring 22, which has at least one lateral surface area designated by 32 in FIG.
  • Valve seat ring 22 of the flow through the cooling medium cooling channel 24 is at least partially limited.
  • the valve seat ring 22 therefore takes its shown in Fig. 1
  • the aforementioned gas can thus flow, for example, from the gas channel 20 via the passage opening 26 into the cylinder 14 or, conversely, flow out of the cylinder 14 via the passage opening 26 into the gas channel 20.
  • valve seat ring 22 forms a valve seat 32 on soft the gas exchange valve 18 is seated in its closed position.
  • the gas exchange valve 18 touches or contacts the valve seat 32 in the closed position, as a result of which the gas channel 20 is fluidically blocked and thereby separated from the cylinder 14.
  • the gas exchange valve 18 is lifted from the valve seat 32, so that the gas exchange valve 18, the gas channel 20 releases.
  • the gas passage 20 is fluidly connected to the cylinder 14 via the passage 26.
  • the outer peripheral side Mantle surface 32 at least three partial areas 34, 36 and 38, of which at least two partial areas are formed from mutually different materials.
  • the partial regions 34 and 38 are each formed from a first material, wherein the partial regions 34 and 38 are formed from the same or from the same material.
  • the partial region 36 is formed from a second material which is different from the first material, the partial region 36, in particular in the axial direction of the valve seat ring 22, being arranged between the partial regions 34 and 38.
  • the lateral surface region 32 delimiting the cooling channel 24 is formed by the partial region 36, wherein the partial region 36 is arranged between the partial regions 36 and 38 which adjoin the partial region 36 on both sides and differ from the partial region 36.
  • the sections 34, 36 and 38 are realized, for example, that the
  • Valve seat ring 22 in particular a base body 40 of the valve seat ring 22, on its the cooling channel 24 and thus the cooling medium side facing partially, in this case with the portion 36 is coated.
  • the portion 36 is formed by a coating which is applied to the base body 40 of the valve seat ring 22.
  • the coating is formed from the aforementioned first material, wherein the base body 40 is formed for example of the second material.
  • the partial regions 34 and 36 are formed by the main body 40 or its material.
  • the first material, from which the partial region 36 or the coating is formed, may be an aluminum alloy or pure aluminum.
  • the cylinder head 16 is for example made of aluminum or from a
  • the cylinder head 16 is formed, for example, from a third material, which may be similar or similar to the first material of the portion 36.
  • the portion 36 or the coating is preferably mounted only in the region of the valve seat ring 22, which is also wetted by the cooling medium. In the region of joints where the valve seat ring 22 is connected to the cylinder head 16, in particular by friction welding, the valve seat ring 22 or its base body 40 is not provided with the coating, so that at the joints preferably the portions 34 and 38th
  • the second material, from which the base body 40 is formed is, it is, for example, an iron-based material, via which the valve seat ring 22 with the cylinder head 16, in particular by friction welding, is connected.
  • an iron-based material via which the valve seat ring 22 with the cylinder head 16, in particular by friction welding, is connected.
  • the coolant in the region of the valve seat ring 22 only comes into contact with a material in the form of the first material, wherein the first material is preferably aluminum
  • valve seat ring 22 is executed without the coating and can therefore be particularly advantageously connected to the cylinder head 16 by means of a friction welding process.
  • the coating can be applied to the base body 40 by different methods.
  • the coating may be through
  • Reiblonged tossch resumeen spraying, in particular with masking and possibly subsequent deep rolling, or by magnetic pulse welding can be applied.
  • the coating can either be applied only in the required location or it is applied to the entire surface and in a subsequent
  • the joining of the valve seat ring 22 to the cylinder head 16 by friction welding is particularly advantageous since the valve seat ring 22 can be tightly connected to the cylinder head 16. As a result, no cooling medium can escape from the cooling channel 24.
  • the cooling medium is also referred to as coolant or cooling water, which the valve seat ring 22, in particular the portion 36, directly on and can flow around. As a result, a particularly advantageous removal of heat from the valve seat ring 22 can be realized.
  • valve seat ring 22 in particular the base body 40, in the

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring (22) für eine Hubkolbenmaschine, mit einer innenumfangsseitigen Mantelfläche (28), durch welche eine von einem Gas durchströmbare Durchgangsöffnung (26) des Ventilsitzrings (22) zumindest teilweise begrenzt ist, und mit einer in radialer Richtung des Ventilsitzrings (22) der innenumfangsseitigen Mantelfläche (28) abgewandten außenumfangsseitigen Mantelfläche (30), welche zumindest einen Mantelflächenbereich (32) aufweist, durch welchen in Einbaulage des Ventilsitzrings (22) wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal (24) zumindest teilweise begrenzt ist, wobei die außenumfangsseitige Mantelfläche (30) wenigstens drei Teilbereiche (34, 36, 38) aufweist, von welchen zumindest zwei Teilbereiche (34, 36, 38) aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind.

Description

Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Ventilsitzring für eine Hubkolbenmaschine ist beispielsweise der
DE 10 2004 027 084 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Ventilsitzring weist eine innenumfangsseitige Mantelfläche auf, durch welche eine von einem Gas durchströmbare Durchgangsöffnung des Ventilsitzrings zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt ist. Ferner weist der Ventilsitzring ein in radialer Richtung des Ventilsitzrings der innenumfangsseitigen Mantelfläche abgewandte außenumfangsseitige Mantelfläche auf, welche zumindest einen Mantelflächenbereich aufweist, durch welchen in Einbaulage des Ventilsitzrings wenigstens ein von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmbarer Kühlkanal zumindest teilweise, insbesondere direkt, begrenzt ist. Der Ventilsitzring nimmt seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine auf. In diesem vollständig hergestellten Zustand umfasst die beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine wenigstens einen Zylinderkopf auf, mit welchem der separat von dem Zylinderkopf ausgebildete Ventilsitzring verbunden ist. Dabei begrenzen der Zylinderkopf und der Mantelflächenbereich den Kühlkanal jeweils teilweise, wobei das Kühlmedium während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine durch den Kühlkanal strömt. Da dabei der Kühlkanal zumindest teilweise durch den Mantelflächenbereich begrenzt ist, kann das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium den
Mantelflächenbereich und somit den Ventilsitzring zumindest im Wesentlichen direkt an- und umströmen, sodass das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium den
Mantelflächenbereich beziehungsweise Ventilsitzring direkt kontaktiert beziehungsweise berührt. Dadurch kann ein zumindest im Wesentlichen direkter Wärmeübergang von dem Ventilsitzring an das Kühlmedium erfolgen, wodurch der Ventilsitzring gekühlt wird. In der Einbaulage ist die Durchgangsöffnung beispielsweise mit einem von dem
Zylinderkopf begrenzten Gaskanal fluidisch verbunden, wobei der Gaskanal
beispielsweise ein Auslasskanal oder ein Einlasskanal der Hubkolbenmaschine ist.
Während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine strömt Gas durch den Gaskanal und durch die Durchgangsöffnung, wobei das Gas beispielsweise über den Gaskanal und die Durchgangsöffnung in einen beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum der Hubkolbenmaschine strömt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Gas aus dem Brennraum durch die Durchgangsöffnung in den Gaskanal strömt. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Abgas der Hubkolbenmaschine. Weiterhin ist es denkbar, dass das Gas zumindest Frischluft umfasst, die über den Gaskanal und die Durchgangsöffnung dem Brennraum zugeführt wird.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2010 015 605 A1 eine Zylinderkopfeinheit für einen Verbrennungsmotor, mit einem Zylinderkopf mit einem Verbrennungsraum und einer Arbeitsseite. Die Zylinderkopfeinheit umfasst ferner eine Einlass-/Auslassöffnung in dem Verbrennungsraum beziehungsweise die Arbeitsseite und eine Einbauaussparung, die in Umfangsrichtung um den Einlass beziehungsweise Auslass herum angeordnet ist. Ferner ist ein Ventilsitzring vorgesehen, der innerhalb der Einbauaussparung angeordnet ist. Zwischen der Einbauaussparung und dem Ventilsitzring ist Kohlenstoff angeordnet, der so gestaltet ist, um zwischen der Einbauaussparung und dem Ventilsitzring eine
Kraftstoffabdichtung beziehungsweise ein Modifikationsmittel einzurichten.
Außerdem offenbart die DE 1 576 727 A1 einen Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen mit eingepressten Ventilsitzringen, wobei die Ventilsitzringe außen unmittelbaren Kontakt mit der Kühlflüssigkeit haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ventilsitzring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Korrosionsschutz realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Ventilsitzring mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Ventilsitzring der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Korrosionsschutz realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die außenumfangsseitige Mantelfläche wenigstens drei Teilbereiche aufweist, von welchen zumindest zwei
Teilbereiche aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Mit anderen Worten sind wenigstens zwei der Teilbereiche aus voneinander unterschiedlichen
Werkstoffen gebildet, wodurch ein besonders vorteilhafter Korrosionsschutz bereit gestellt werden kann.
Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Üblicherweise ist der Ventilsitzring mit einem Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine verbunden, wobei beispielsweise der Zylinderkopf den Kühlkanal teilweise, insbesondere direkt, begrenzt. Dabei ist der Ventilsitzring beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in den Zylinderkopf eingesetzt und mit dem Zylinderkopf verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ventilsitzring stoffschlüssig mit dem Zylinderkopf verbunden ist, wobei der Ventilsitzring beispielsweise mit dem Zylinderkopf verschweißt ist. Insbesondere kann der Ventilsitzring durch Reibschweißen mit dem Zylinderkopf verbunden sein.
Üblicherweise ist der Ventilsitzring aus genau einem Material gebildet, welches sich besonders gut mit dem Zylinderkopf, insbesondere durch Reibschweißen, verbinden lässt. Bei diesem genau einen Material handelt es sich üblicherweise um einen Eisen- Basiswerkstoff (Fe-Basiswerkstoff). Der Zylinderkopf ist dabei aus einem von dem
Material unterschiedlichen Werkstoff gebildet, wobei der Zylinderkopf üblicherweise aus Aluminium gebildet ist. Dadurch kommt das beispielsweise als Kühlflüssigkeit
ausgebildete, den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium in direkten Kontakt mit zwei unterschiedlichen Werkstoffen, wobei der Zylinderkopf aus einem der Werkstoffe und der Ventilsitzring aus dem anderen Werkstoff gebildet sind. In der Folge besteht eine erhöhte Korrosionsgefahr. Insbesondere besteht die Gefahr von Kontaktkorrosion.
Ist der Ventilsitzring demgegenüber aus genau einem Material gebildet, welches sich gut mit dem Kühlmittel derart verträgt, dass nur eine geringe oder keine Korrosionsgefahr besteht, so handelt es sich bei dem Material üblicherweise um einen Aluminium- Basiswerkstoff (AI-Basiswerkstoff). Somit sind der Ventilsitzring und der Zylinderkopf aus ähnlichen oder dem gleichen Werkstoff gebildet, wobei jedoch eine nur unzureichend sichere Verbindung zwischen dem Ventilsitzring und dem Zylinderkopf gewährleistet werden kann. Insbesondere besteht die Gefahr, dass sich der Ventilsitzring bei einem Betrieb der Hubkolbenmaschine von dem Zylinderkopf löst. Zusätzlich ist dann der Ventilsitzring insbesondere im Bereich seines Ventilsitzes nicht hinreichend
verschleißbeständig. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können mittels des erfindungsgemäßen Ventilsitzrings vermieden werden, da der erfindungsgemäße Ventilsitzring, insbesondere zumindest zwei der drei Teilbereiche der außenumfangsseitigen Mantelfläche, aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Dadurch kann zum einen eine besonders sichere und feste Anbindung des Ventilsitzrings an den Zylinderkopf realisiert werden, sodass der Ventilsitzring fest und sicher mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Zum anderen kann die Korrosionsgefahr, insbesondere die Gefahr von Kontaktkorrosion, besonders gering gehalten werden. Außerdem kann eine besonders vorteilhafte
Verschleißbeständigkeit des Ventilsitzrings, insbesondere des Ventilsitzes des
Ventilsitzrings, dargestellt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer
Zylinderkopfeinrichtung für eine Hubkolbenmaschine, mit einem
Zylinderkopf und mit einem separat von dem Zylinderkopf ausgebildeten und mit dem Zylinderkopf verbundenen Ventilsitzring, welcher wenigstens eine außenumfangsseitige Mantelfläche mit wenigstens drei Teilbereichen aufweist, von welchen zumindest zwei Teilbereiche aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind; und
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des Ventilsitzrings.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Zylinderkopfeinrichtung für eine Hubkolbenmaschine eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Die Hubkolbenmaschine ist dabei als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Dabei umfasst die Hubkolbenmaschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand ein Zylindergehäuse 12, durch welches wenigstens ein als Zylinder 14 ausgebildeter
Brennraum der Hubkolbenmaschine gebildet ist. Ferner umfasst die Hubkolbenmaschine einen Zylinderkopf 16, welcher Bestandteil der Zylinderkopfeinrichtung 10 ist. Im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist der Zylinderkopf 16, welcher separat von dem Zylindergehäuse 12 ausgebildet ist, mit dem Zylindergehäuse 12 verbunden. Dabei bildet der Zylinderkopf 16 ein Brennraumdach des Zylinders 14.
Dem Zylinder 14 ist wenigstens ein Gaswechselventil 18 zugeordnet, welches relativ zu dem Zylinderkopf 16 translatorisch bewegbar ist. Durch den Zylinderkopf 16 ist dabei wenigstens ein Gaskanal 20 gebildet, welcher dem Zylinder 14 zugeordnet ist. Das Gaswechselventil 18 ist dabei zwischen einer in Fig. 1 gezeigten Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zu dem Zylinderkopf 16 und relativ zu dem
Zylindergehäuse 12, insbesondere translatorisch, bewegbar. In der Schließstellung ist der Gaskanal 20 mittels des Gaswechselventils 18 fluidisch versperrt, sodass kein Gas aus dem Gaskanal 20 in den Zylinder 14 beziehungsweise umgekehrt kein Gas aus dem Zylinder 14 in den Gaskanal 20 strömen kann. In der Offenstellung jedoch gibt das Gaswechselventil 18 den Gaskanal 20 frei, sodass in der Offenstellung des
Gaswechselventils 18 Gas aus dem Gaskanal 20 in den Zylinder 14 beziehungsweise umgekehrt Gas aus dem Zylinder 14 in den Gaskanal 20 strömen kann.
Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Abgas, sodass dann der Gaskanal 20 als Auslasskanal ausgebildet ist, mittels welchem das Abgas aus dem Zylinder 14 abgeführt wird. Ferner ist es denkbar, dass das Gas zumindest Frischluft umfasst, welche dem Zylinder 14 über den Gaskanal 20 zugeführt wird. Hierbei ist dann der Gaskanal 20 beispielsweise als Einlassventil ausgebildet.
Die Zylinderkopfeinrichtung 10 umfasst ferner einen separat von dem Zylinderkopf 16 ausgebildeten und mit dem Zylinderkopf 16 verbundenen Ventilsitzring 22, welcher zumindest teilweise, insbesondere zumindest vollständig oder überwiegend, in den Zylinderkopf 16 eingesetzt ist. Vorzugsweise ist der Ventilsitzring 22 durch Schweißen, insbesondere durch Reibschweißen, mit dem Zylinderkopf 16 verbunden. Die Zylinderkopfeinrichtung 10 umfasst ferner wenigstens einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal 24, welcher teilweise durch den Zylinderkopf 16 und teilweise durch den Ventilsitzring 22 direkt begrenzt ist. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um eine Kühlflüssigkeit, welche während eines Betriebs der
Hubkolbenmaschine durch den Kühlkanal 24 strömt. Dadurch kann das Kühlmedium den Zylinderkopf 16 und insbesondere den Ventilsitzring 22 direkt berühren beziehungsweise kontaktieren, sodass beispielsweise ein zumindest im Wesentlichen direkter
Wärmeübergang von dem Ventilsitzring 22 an das den Kühlkanal 24 durchströmende Kühlmedium erfolgen kann. Dadurch kann der Ventilsitzring 22 besonders effektiv und effizient gekühlt werden.
Der Ventilsitzring 22 weist dabei eine von dem genannten Gas durchströmbare
Durchgangsöffnung 26 auf, welche besonders gut aus Fig. 2 erkennbar ist. Die
Durchgangsöffnung 26 ist dabei zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche 28 des Ventilsitzrings 22 gebildet beziehungsweise begrenzt. Der Ventilsitzring 22 weist ferner ein in radialer Richtung des Ventilsitzrings 22 der innenumfangsseitigen Mantelfläche 28 abgewandte außenumfangsseitige Mantelfläche 30 auf, welche zumindest einen in Fig. 2 mit 32 bezeichneten Mantelflächenbereich aufweist, durch den in Einbaulage des
Ventilsitzrings 22 der von dem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanal 24 zumindest teilweise begrenzt ist. Der Ventilsitzring 22 nimmt daher seine in Fig. 1 gezeigte
Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine
beziehungsweise in vollständig hergestelltem Zustand der Zylinderkopfeinrichtung 10 ein. Das zuvor genannte Gas kann somit beispielsweise aus dem Gaskanal 20 über die Durchgangsöffnung 26 in den Zylinder 14 einströmen beziehungsweise umgekehrt aus dem Zylinder 14 über die Durchgangsöffnung 26 in den Gaskanal 20 einströmen.
Ferner bildet der Ventilsitzring 22 einen Ventilsitz 32, auf weichen das Gaswechselventil 18 in seiner Schließstellung sitzt. Mit anderen Worten berührt beziehungsweise kontaktiert das Gaswechselventil 18 in der Schließstellung den Ventilsitz 32, wodurch der Gaskanal 20 fluidisch versperrt und dabei von dem Zylinder 14 getrennt ist. In der Offenstellung ist das Gaswechselventil 18 von dem Ventilsitz 32 abgehoben, sodass das Gaswechselventil 18 den Gaskanal 20 freigibt. Dann ist der Gaskanal 20 fluidisch mit dem Zylinder 14 über die Durchgangsöffnung 26 verbunden.
Um nun einen besonders vorteilhaften Korrosionsschutz zu realisieren und somit die Gefahr von Korrosion besonders gering zu halten, weist die außenumfangsseitige Mantelfläche 32 wenigstens drei Teilbereiche 34, 36 und 38 auf, von denen zumindest zwei Teilbereiche aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Teilbereiche 34 und 38 jeweils aus einem ersten Werkstoff gebildet, wobei die Teilbereiche 34 und 38 aus dem gleichen beziehungsweise aus demselben Werkstoff gebildet sind. Der Teilbereich 36 ist dabei jedoch aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet, wobei der Teilbereich 36, insbesondere in axialer Richtung des Ventilsitzrings 22, zwischen den Teilbereichen 34 und 38 angeordnet ist. Ferner ist aus Fig. 2
erkennbar, dass der den Kühlkanal 24 begrenzende Mantelflächenbereich 32 durch den Teilbereich 36 gebildet ist, wobei der Teilbereich 36 zwischen den sich beidseitig an den Teilbereich 36 anschließenden, von dem Teilbereich 36 unterschiedlichen Teilbereichen 34 und 38 angeordnet ist.
Die Teilbereiche 34, 36 und 38 sind beispielsweise dadurch realisiert, dass der
Ventilsitzring 22, insbesondere ein Grundkörper 40 des Ventilsitzrings 22, auf seiner dem Kühlkanal 24 und somit dem Kühlmedium zugewandten Seite teilweise, vorliegend mit dem Teilbereich 36, beschichtet ist. Dies bedeutet, dass der Teilbereich 36 durch eine Beschichtung gebildet ist, die auf dem Grundkörper 40 des Ventilsitzrings 22 aufgebracht ist. Dabei ist die Beschichtung aus dem zuvor genannten ersten Werkstoff gebildet, wobei der Grundkörper 40 beispielsweise aus dem zweiten Werkstoff gebildet ist.
Dabei sind beispielsweise die Teilbereiche 34 und 36 durch den Grundkörper 40 beziehungsweise dessen Werkstoff gebildet.
Der erste Werkstoff, aus welchem der Teilbereich 36 beziehungsweise die Beschichtung gebildet ist, kann dabei eine Aluminiumlegierung oder aber reines Aluminium sein. Der Zylinderkopf 16 ist beispielsweise aus Aluminium beziehungsweise aus einer
Aluminiumlegierung gebildet. Mit anderen Worten ist der Zylinderkopf 16 beispielsweise aus einem dritten Werkstoff gebildet, welcher dem ersten Werkstoff des Teilbereichs 36 ähneln oder gleichen kann. Der Teilbereich 36 beziehungsweise die Beschichtung ist dabei vorzugsweise nur in dem Bereich des Ventilsitzrings 22 angebracht, der auch von dem Kühlmedium benetzt wird. Im Bereich von Fügestellen, an denen der Ventilsitzring 22 mit dem Zylinderkopf 16, insbesondere durch Reibschweißen, verbunden ist, ist der Ventilsitzring 22 beziehungsweise dessen Grundkörper 40 nicht mit der Beschichtung versehen, sodass an den Fügestellen vorzugsweise die Teilbereiche 34 und 38
vorgesehen sind beziehungsweise sodass die Fügestellen durch die Teilbereiche 34 und 38 gebildet sind. Bei dem zweiten Werkstoff, aus welchem der Grundkörper 40 gebildet ist, handelt es sich beispielsweise um einen Eisen-Basiswerkstoff, über welchen der Ventilsitzring 22 mit dem Zylinderkopf 16, insbesondere durch Reibschweißen, verbunden ist. Dadurch kann eine besonders sichere und feste Anbindung des Ventilsitzrings 22 an dem Zylinderkopf 16 dargestellt werden.
Durch die beschriebene Ausgestaltung des Ventilsitzrings 22 kommt das Kühlmittel im Bereich des Ventilsitzrings 22 nur mit einem Werkstoff vorliegend in Form des ersten Werkstoffs in Berührung, wobei der erste Werkstoff vorzugsweise Aluminium
beziehungsweise eine Aluminiumlegierung ist. Dadurch kann eine Korrosion in diesem Bereich vermieden werden. An den Fügestellen zwischen dem Ventilsitzring 22 und dem Zylinderkopf 16 ist der Ventilsitzring 22 ohne die Beschichtung ausgeführt und kann daher besonders vorteilhaft mittels eines Reibschweißverfahrens mit dem Zylinderkopf 16 verbunden werden.
Die Beschichtung kann durch unterschiedliche Verfahren auf den Grundkörper 40 aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Beschichtung durch
Reibauftragsschweißen, Spritzen, insbesondere mit Maskierung und eventuell anschließendem Festwalzen, oder durch Magnetimpulsschweißen aufgebracht werden. Die Beschichtung kann entweder nur an der erforderlichen Stelle aufgebracht werden oder sie wird an der gesamten Fläche aufgebracht und in einem anschließenden
Fertigungsschritt an den Fügestellen, beispielsweise durch einen Drehprozess, wieder entfernt.
Das Verbinden des Ventilsitzrings 22 mit dem Zylinderkopf 16 durch Reibschweißen ist besonders vorteilhaft, da der Ventilsitzring 22 dicht mit dem Zylinderkopf 16 verbunden werden kann. Dadurch kann kein Kühlmedium aus dem Kühlkanal 24 austreten. Das Kühlmedium wird auch als Kühlmittel oder Kühlwasser bezeichnet, das den Ventilsitzring 22, insbesondere den Teilbereich 36, direkt an- und umströmen kann. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeabtransport von dem Ventilsitzring 22 realisiert werden.
Vorzugsweise ist der Ventilsitzring 22, insbesondere der Grundkörper 40, in den
Teilbereichen 34 und 38 unbeschichtet, wodurch der Ventilsitzring 22 besonders gut mit dem Zylinderkopf 16 verbunden werden kann. Bezugszeichenliste
10 Zylinderkopfeinrichtung
12 Zylindergehäuse
14 Zylinder
16 Zylinderkopf
18 Gaswechselventil
20 Gaskanal
22 Ventilsitzring
24 Kühlkanal
26 Durchgangsöffnung
28 innenumfangsseitige Mantelfläche
30 außenumfangsseitige Mantelfläche
32 Mantelflächenbereich/Ventilsitz
34 Teilbereich
36 Teilbereich
38 Teilbereich
40 Grundkörper/Ventilsitz

Claims

Patentansprüche
1. Ventilsitzring (22) für eine Hubkolbenmaschine, mit einer innenumfangsseitigen Mantelfläche (28), durch welche eine von einem Gas durchströmbare
Durchgangsöffnung (26) des Ventilsitzrings (22) zumindest teilweise begrenzt ist, und mit einer in radialer Richtung des Ventilsitzrings (22) der innenumfangsseitigen Mantelfläche (28) abgewandten außenumfangsseitigen Mantelfläche (30), welche zumindest einen Mantelflächenbereich (32) aufweist, durch welchen in Einbaulage des Ventilsitzrings (22) wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal (24) zumindest teilweise begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die außenumfangsseitige Mantelfläche (30) wenigstens drei Teilbereiche (34, 36, 38) aufweist, von welchen zumindest zwei Teilbereiche (34, 36, 38) aus
voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind.
2. Ventilsitzring (22) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mantelflächenbereich (32) durch einen ersten der Teilbereiche (34, 36, 38) gebildet ist, wobei der erste Teilbereich (36) zwischen den sich beidseitig an den ersten Teilbereich (36) anschließenden, von dem ersten Teilbereich (36) unterschiedlichen anderen Teilbereichen (34, 38) angeordnet ist.
3. Ventilsitzring (22) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die anderen Teilbereiche (34, 38) aus einem ersten der Werkstoffe und der erste Teilbereich (36) aus dem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet ist.
4. Ventilsitzring (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest einer der Teilbereiche (34, 36, 38), insbesondere der erste Teilbereich (36), durch eine Beschichtung gebildet ist, welche auf einen Grundkörper (40) des Ventilsitzrings (22) aufgebracht ist.
5. Ventilsitzring (22) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die von dem zumindest einen Teilbereich (36) unterschiedlichen, anderen
Teilbereiche (34, 48) durch den Grundkörper (40) gebildet sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1576727A1 (de) 1967-11-22 1970-06-18 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Zylinderkopf fuer eine fluessigkeitsgekuehlte ventilgesteuerte Brennkraftmaschine
JPH01203607A (ja) * 1988-02-10 1989-08-16 Toyota Motor Corp バルブシート冷却構造部の製造方法
DE102004027084A1 (de) 2004-06-02 2005-12-29 Man B & W Diesel Ag Gekühlter Ventilsitzring
DE102010015605A1 (de) 2009-04-22 2011-08-04 GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. Zylinderkopfeinheit für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1576727A1 (de) 1967-11-22 1970-06-18 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Zylinderkopf fuer eine fluessigkeitsgekuehlte ventilgesteuerte Brennkraftmaschine
JPH01203607A (ja) * 1988-02-10 1989-08-16 Toyota Motor Corp バルブシート冷却構造部の製造方法
DE102004027084A1 (de) 2004-06-02 2005-12-29 Man B & W Diesel Ag Gekühlter Ventilsitzring
DE102010015605A1 (de) 2009-04-22 2011-08-04 GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. Zylinderkopfeinheit für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu deren Herstellung

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