WO2018014995A1 - Ventilsitzring für eine hubkolbenmaschine - Google Patents

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WO2018014995A1
WO2018014995A1 PCT/EP2017/000766 EP2017000766W WO2018014995A1 WO 2018014995 A1 WO2018014995 A1 WO 2018014995A1 EP 2017000766 W EP2017000766 W EP 2017000766W WO 2018014995 A1 WO2018014995 A1 WO 2018014995A1
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WO
WIPO (PCT)
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valve seat
seat ring
lateral surface
gas
cylinder head
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Ceased
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PCT/EP2017/000766
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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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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F01L2810/00—Arrangements solving specific problems in relation with valve gears
    • F01L2810/01—Cooling

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, in particular one
  • 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 delimited. Furthermore, the valve seat ring has an outer circumferential side surface facing away in the radial direction of the valve seat ring of the inner peripheral side lateral surface, which in turn has at least one lateral surface region. Due to the lateral surface area, at least one cooling channel through which a cooling medium can flow is at least partially limited in the installation position of the valve seat ring. The valve seat ring takes its installation position in fully manufactured state of the reciprocating engine.
  • the reciprocating engine comprises the valve seat ring and a cylinder head formed separately from the valve seat ring, to which the valve seat ring is connected.
  • the valve seat ring for example, at least partially, in particular at least predominantly or completely inserted into the cylinder head.
  • the cooling channel is partially bounded by the cylinder head and partially by the valve seat ring, in particular by the lateral surface area, so that the cooling medium flowing through the cooling channel the cylinder head and the valve seat ring, in particular the lateral surface area, directly touch or can contact.
  • the cooling medium flowing through the cooling channel, the valve seat ring, in particular the lateral surface area directly on and around, so that the
  • Valve seat ring can be cooled.
  • the cooling medium is a cooling liquid which flows through the cooling channel during operation of the reciprocating piston engine.
  • AT 005 645 U1 discloses a cylinder head for an internal combustion engine, comprising at least one closable by a lift valve gas exchange channel, wherein the valve seat of the lift valve is formed by a valve seat ring which is fixedly connected by welding to the cylinder head. It is envisaged that the valve seat ring adjacent to a cooling space in the region of its outer circumferential surface.
  • Object of the present invention is to develop a valve seat ring of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous cooling of the valve seat ring can be realized, at the same time the space requirement of the valve seat ring can be kept particularly low.
  • 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 cooling of the valve seat ring can be realized, while the space requirement of the valve seat ring can be kept particularly low, it is inventively provided that the outer peripheral side surface at least two conical Has partial areas.
  • the invention is based in particular on the knowledge that conventional, trained directly with a example as a cooling liquid
  • outer peripheral side surface which is cylindrical and thus has the shape of an at least substantially straight circular cylinder.
  • conventional valve seat rings have a cylindrical outer contour facing the cooling channel.
  • valve seat ring according to the invention has on its outer and thus the cooling passage surface facing a double conical outer contour, which is represented by the respective conically shaped portions.
  • the outer contour of the valve seat ring according to the invention thus has the at least two conically shaped partial regions which, for example, can be spaced apart from each other in the axial direction of the valve seat ring by an axially at least substantially cylindrical partial region of the outer peripheral lateral surface arranged between the conical partial regions.
  • Valve seat ring are kept smaller, so that the space requirement the valve seat ring can be kept low. At the same time, a particularly large,
  • valve seat ring can be cooled particularly efficiently and effectively.
  • Fig. 1 a detail of a schematic sectional view of a
  • Cylinder head device for a reciprocating engine, with a cylinder head and with a separately formed from the cylinder head and connected to the cylinder head valve seat ring having an outer peripheral side surface with at least two conical portions formed;
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the valve seat ring according to a first
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of the valve seat ring according to a second
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of the valve seat ring according to a third
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic sectional view of a designated as a whole cylinder head device for example as
  • Internal combustion engine trained reciprocating engine which is for example part of a motor vehicle, in particular a motor vehicle such as a passenger car, is.
  • the motor vehicle is by means of
  • the internal combustion engine (reciprocating piston engine) comprises a cylinder housing 12, through which at least one combustion chamber designed as a cylinder 14
  • Reciprocating engine is formed. Furthermore, the reciprocating engine in its finished state comprises a cylinder head 16, which is part of the
  • Cylinder head device 10 is.
  • the cylinder head 16 is separate from the
  • Cylinder housing 12 is formed and connected to the cylinder housing 12.
  • the cylinder head 16 forms, for example, a combustion chamber roof of the cylinder 14.
  • the reciprocating engine comprises at least one gas exchange valve 18 which is associated with the cylinder 14.
  • the gas exchange valve 18 is movable relative to the cylinder head 16 between a closed position shown in FIG. 1 and at least one open position, in particular translationally.
  • the cylinder 14 is associated with at least one gas channel 20, which is formed by the cylinder head 16. In the closed position, the gas channel 20 through the
  • Gas exchange valve 18 fluidly obstructed, so that no gas from the gas channel 20 can flow into the cylinder 14 or that no gas from the cylinder 14 can flow into the gas channel 20. In the open position, however, the gas exchange valve 18 releases the gas channel 20, so that then gas from the gas channel 20 into the cylinder 14 or vice versa gas from the cylinder 14 can flow into the gas channel 20.
  • the gas is, for example, exhaust gas, so that then the gas channel 20 is formed as an outlet channel.
  • the gas exchange valve 18 is designed as an outlet valve.
  • the exhaust gas can exit the cylinder 14 and flow into the gas channel 20, so that the exhaust gas is removed from the cylinder 14 by means of the gas channel 20.
  • the gas comprises at least fresh air, which is supplied via the gas channel 20 to the cylinder 14.
  • the gas channel 20 is formed for example as an inlet channel, wherein the gas exchange valve 18 is designed as an inlet valve.
  • the cylinder head device 10 further includes a valve seat ring 22, which is shown in Fig. 2 according to a first embodiment, in Fig. 3 according to a second embodiment and in Fig. 4 according to a third embodiment.
  • the valve seat ring 22 is formed separately from the cylinder head 16 and in the fully manufactured state of the reciprocating engine and thus in the fully manufactured state of
  • Cylinder head device 10 is connected to the cylinder head 16.
  • the valve seat ring 22 is at least partially, in particular at least predominantly or completely, inserted into the cylinder head 16.
  • the valve seat ring 22 is integrally connected to 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 includes one of a cooling medium
  • the cooling medium is preferably a cooling liquid, which is also used as coolant or as
  • Cooling water is called.
  • the cooling medium flowing through the cooling channel 24 can directly contact or contact the cylinder head 16 and in particular the valve seat ring 22 or at least part of the valve seat ring 22.
  • the coolant flowing through the cooling channel 24 at least a part of the valve seat ring 22 directly and flow around, so that an at least substantially direct heat transfer from the valve seat ring 22 to the cooling channel 24 by flowing cooling medium can take place.
  • Heat removal can be realized so that the valve seat ring 22 can be cooled particularly efficient and effective.
  • valve seat ring 22 has a through-flow of the aforementioned gas bare opening 26, which at least partially, in particular at least predominantly or completely, by a
  • Inner peripheral side surface 28 of the valve seat ring 22 is formed or limited.
  • the aforementioned gas from the gas passage 20 via the passage opening 26 to the cylinder 14 is supplied or in the Cylinder 14 are initiated.
  • the aforementioned gas from the cylinder 14 can be passed through the passage opening 26 in the gas passage 20.
  • the cylinder 14 in the open position of the gas exchange valve 18, the cylinder 14 is fluidically connected to the gas passage 20 via the passage opening 26. In the closed position of the gas exchange valve 18, however, the gas channel 20 is separated from the cylinder 14.
  • the valve seat ring 22 further has an outer peripheral side surface 30 facing away from the inner peripheral side surface 28 in the radial direction of the valve seat ring 22 and having at least one lateral surface region 32.
  • the lateral surface region 32 is in the installation position of the valve seat ring 22 of the
  • Cooling medium throughflowable cooling channel 24 at least partially limited.
  • Valve seat ring 22 takes its illustrated in Fig. 1 installation position in the fully manufactured state of the reciprocating engine or in complete
  • the cooling medium can directly flow and bypass at least the lateral surface region 32, whereby the valve seat ring 22 can be efficiently and effectively cooled.
  • the outer peripheral side surface 30 at least two conical portions 34 and 36, which in particular based on the axial direction of the valve seat ring 22 taper
  • a third subregion 42 of the outer peripheral side surface 30 is arranged, wherein the third subregion 42 is, for example, at least substantially cylindrical.
  • the respective subregion 34 or 36 has at least substantially the shape of a cone or a truncated cone, wherein the subregion 42 has, for example, at least substantially the shape of a straight circular cylinder, in particular with respect to the axial direction of the valve seat ring 22.
  • the valve seat ring 22 is connected to the cylinder head 16 by forming at least one friction welding zone by means of friction welding.
  • the valve seat ring 22 is connected to the cylinder head 16 by forming at least two friction welding zones by means of friction welding.
  • a first of the friction welding zones seals the cooling channel 24, also referred to as a water jacket, in the axial direction of the valve seat ring 22, the second friction welding zone sealing the water jacket downwards in the axial direction of the valve seat ring 22.
  • the first friction-welding zone lies in the partial region 34, wherein, for example, at least a partial region of the second friction-welding zone lies in the partial region 36.
  • Reibsch resumezonen another zone is arranged, which lies at least partially in the portion 42.
  • this zone between the friction welding zones is the
  • Valve seat ring 22 in particular its outer peripheral side surface 30, directly or directly wetted by the cooling medium, resulting in at least one
  • Subregion 34 is set back in the radial direction of the valve seat ring 22 inwardly at least partially.
  • the subregions 34 and 36 which are also referred to as cones, have mutually different geometries, such as, for example, mutually different cone angles and / or different heights from one another. This will allow the parameters to weld the two
  • the two cones (portions 34 and 36) on the same cone angle is also referred to as the opening angle of the cone or truncated cone formed by the respective subregion 34 or 36.
  • the cones have different cone angles, which can be seen particularly clearly with reference to the dashed lines 38 and 40.
  • the dashed lines 38 and 40 which are straight lines, extend at least substantially parallel to one another, wherein the Straight lines in the second embodiment due to the different cone angle intersect.
  • the partial region 36 has a first height hi extending in the axial direction of the valve seat ring 22, the partial region 34 having a second height h2 extending in the axial direction of the valve seat ring 22.
  • the heights hi and) 2 differ.
  • the height hi is greater than the height i2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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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 zwei konisch ausgebildete Teilbereiche (34, 36) aufweist.

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, insbesondere eines
Kraftfahrzeugs, beispielsweise bereits der DE 1 576 727 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Ventilsitzring weist eine innenumfangsseitige Mantelfläche auf, durch welche eine von einem Gas durchströmbare Durchgangsöffnung des Ventilsitzrings zumindest teilweise begrenzt ist. Ferner weist der Ventilsitzring eine in radialer Richtung des Ventilsitzrings der innenumfangsseitigen Mantelfläche abgewandte außenumfangsseitige Mantelfläche auf, welche wiederum zumindest einen Mantelflächenbereich aufweist. Durch den Mantelflächenbereich ist in Einbaulage des Ventilsitzrings wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal zumindest teilweise begrenzt. Der Ventilsitzring nimmt dabei seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ein. In diesem vollständig hergestellten Zustand umfasst die Hubkolbenmaschine den Ventilsitzring und einen separat von dem Ventilsitzring ausgebildeten Zylinderkopf, mit welchem der Ventilsitzring verbunden ist. Dabei ist der Ventilsitzring beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in den Zylinderkopf eingesetzt. Im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist der Kühlkanal teilweise durch den Zylinderkopf und teilweise durch den Ventilsitzring, insbesondere durch den Mantelflächenbereich, begrenzt, sodass das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium den Zylinderkopf und den Ventilsitzring, insbesondere den Mantelflächenbereich, direkt berühren beziehungsweise kontaktieren kann. Somit kann das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium den Ventilsitzring, insbesondere den Mantelflächenbereich, direkt an- und umströmen, sodass der
Ventilsitzring gekühlt werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kühlmedium um eine Kühlflüssigkeit, welche während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine durch den Kühlkanal strömt. Außerdem offenbart die AT 005 645 U1 einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem durch ein Hubventil verschließbaren Gaswechselkanal, wobei der Ventilsitz des Hubventils durch einen Ventilsitzring gebildet ist, der durch Schweißen fest mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Dabei ist es vorgesehen, dass der Ventilsitzring im Bereich seiner äußeren Mantelfläche an einen Kühlraum grenzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ventilsitzring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Kühlung des Ventilsitzrings realisieren lässt, wobei gleichzeitig der Bauraumbedarf des Ventilsitzrings besonders gering gehalten 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 eine besonders vorteilhafte Kühlung des Ventilsitzrings realisiert werden kann, wobei gleichzeitig der Bauraumbedarf des Ventilsitzrings besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die außenumfangsseitige Mantelfläche wenigstens zwei konisch ausgebildete Teilbereiche aufweist. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche, direkt mit einem beispielsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildeten
Kühlmedium benetzbare und somit in Kontakt kommende Ventilsitzringe eine
außenumfangsseitige Mantelfläche aufweisen, welche zylindrisch ausgebildet ist und somit die Form eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders aufweist. Mit anderen Worten weisen herkömmliche Ventilsitzringe eine dem Kühlkanal zugewandte zylindrische Außenkontur auf.
Im Gegensatz dazu ist es vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Ventilsitzring auf seiner äußeren und somit dem Kühlkanal zugewandten Oberfläche eine doppelt konische Außenkontur aufweist, welche durch die jeweils konisch ausgebildeten Teilbereiche dargestellt ist. Die Außenkontur des erfindungsgemäßen Ventilsitzrings weist somit die wenigstens zwei konisch ausgebildeten Teilbereiche auf, welche beispielsweise in axialer Richtung des Ventilsitzrings durch einen in axialer Richtung zwischen den konischen Teilbereichen angeordneten, zumindest im Wesentlichen zylindrischen Teilbereich der außenumfangsseitigen Mantelfläche voneinander beabstandet sein können. Im Vergleich zu einem Sitzring mit einer einfach konisch Außenkontur oder aber mit einer zylindrischen Außenkontur kann der maximale Außendurchmesser des erfindungsgemäßen
Ventilsitzrings kleiner gehalten werden, sodass der Bauraumbedarf den Ventilsitzrings gering gehalten werden kann. Gleichzeitig kann eine besonders große,
außenumfangsseitige Oberfläche geschaffen werden, welche, insbesondere direkt, mit dem beispielsweise als Kühlflüssigkeit ausgebildeten Kühlmedium in Kontakt kommen kann, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeabtransport von dem Ventilsitzring dargestellt werden kann. Dadurch kann der erfindungsgemäße Ventilsitzring besonders effizient und effektiv gekühlt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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, welche eine außenumfangsseitige Mantelfläche mit wenigstens zwei konisch ausgebildeten Teilbereichen aufweist;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des Ventilsitzrings gemäß einer ersten
Ausführungsform;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht des Ventilsitzrings gemäß einer zweiten
Ausführungsform; und
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht des Ventilsitzrings gemäß einer dritten
Ausführungsform. In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen bezeichnete Zylinderkopfeinrichtung für eine beispielsweise als
Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine, welche beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, ist. Das Kraftfahrzeug ist mittels der
Verbrennungskraftmaschine antreibbar. In ihrem vollständig hergestellten Zustand umfasst die Verbrennungskraftmaschine (Hubkolbenmaschine) ein Zylindergehäuse 12, durch welches wenigstens ein als Zylinder 14 ausgebildeter Brennraum der
Hubkolbenmaschine gebildet ist. Ferner umfasst die Hubkolbenmaschine in ihrem fertig hergestellten Zustand einen Zylinderkopf 16, welcher Bestandteil der
Zylinderkopfeinrichtung 10 ist. Der Zylinderkopf 16 ist dabei separat von dem
Zylindergehäuse 12 ausgebildet und mit dem Zylindergehäuse 12 verbunden. Dabei bildet der Zylinderkopf 16 beispielsweise ein Brennraumdach des Zylinders 14.
Ferner umfasst die Hubkolbenmaschine wenigstens ein Gaswechselventil 18, welches dem Zylinder 14 zugeordnet ist. Das Gaswechselventil 18 ist relativ zu dem Zylinderkopf 16 zwischen einer in Fig. 1 gezeigten Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung, insbesondere translatorisch, bewegbar.
Ferner ist dem Zylinder 14 wenigstens ein Gaskanal 20 zugeordnet, welcher durch den Zylinderkopf 16 gebildet ist. In der Schließstellung ist der Gaskanal 20 durch das
Gaswechselventil 18 fluidisch versperrt, sodass kein Gas aus dem Gaskanal 20 in den Zylinder 14 einströmen kann beziehungsweise dass kein Gas aus dem Zylinder 14 in den Gaskanal 20 einströmen kann. In der Offenstellung jedoch gibt das Gaswechselventil 18 den Gaskanal 20 frei, sodass dann 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. Dabei ist das Gaswechselventil 18 als Auslassventil ausgebildet. Das Abgas kann in der Offenstellung des Gaswechselventils 18 aus dem Zylinder 14 aus- und in den Gaskanal 20 einströmen, sodass das Abgas mittels des Gaskanals 20 von dem Zylinder 14 abgeführt wird. Alternativ ist es denkbar, dass das Gas zumindest Frischluft umfasst, welche über den Gaskanal 20 dem Zylinder 14 zugeführt wird. Dann ist der Gaskanal 20 beispielsweise als Einlasskanal ausgebildet, wobei das Gaswechselventil 18 als Einlassventil ausgebildet ist.
Die Zylinderkopfeinrichtung 10 umfasst ferner einen Ventilsitzring 22, welcher in Fig. 2 gemäß einer ersten Ausführungsform, in Fig. 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform und in Fig. 4 gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt ist. Der Ventilsitzring 22 ist separat von dem Zylinderkopf 16 ausgebildet und in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine und somit in vollständig hergestelltem Zustand der
Zylinderkopfeinrichtung 10 mit dem Zylinderkopf 16 verbunden. Dabei ist der Ventilsitzring 22 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in den Zylinderkopf 16 eingesetzt. Beispielsweise ist der Ventilsitzring 22 stoffschlüssig mit dem Zylinderkopf 16 verbunden. Vorzugsweise ist der Ventilsitzring 22 durch Schweißen, insbesondere durch Reibschweißen, mit dem Zylinderkopf 16 verbunden.
Die Zylinderkopfeinrichtung 10 weist ferner einen von einem Kühlmedium
durchströmbaren Kühlkanal 24 auf, welcher im vollständig hergestellten Zustand der Zylinderkopfeinrichtung 10 teilweise durch den Zylinderkopf 10 und teilweise durch den Ventilsitzring 22 gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um eine Kühlflüssigkeit, welche auch als Kühlmittel oder als
Kühlwasser bezeichnet wird. Das den Kühlkanal 24 durchströmende Kühlmedium kann den Zylinderkopf 16 und insbesondere den Ventilsitzring 22 beziehungsweise zumindest einen Teil des Ventilsitzrings 22 direkt berühren beziehungsweise kontaktieren. Mit anderen Worten kann das den Kühlkanal 24 durchströmende Kühlmedium zumindest einen Teil des Ventilsitzrings 22 direkt an- und umströmen, sodass ein zumindest im Wesentlichen direkter Wärmeübergang von dem Ventilsitzring 22 an das den Kühlkanal 24 durchströmende Kühlmedium erfolgen kann. Infolge dieses zumindest im
Wesentlichen direkten Wärmeübergangs kann ein besonders vorteilhafter
Wärmeabtransport realisiert werden, sodass der Ventilsitzring 22 besonders effizient und effektiv gekühlt werden kann.
Besonders gut aus Fig. 2 bis 4 ist erkennbar, dass der Ventilsitzring 22 eine von dem zuvor genannten Gas durchström bare Durchgangsöffnung 26 aufweist, welche zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch eine
innenumfangsseitige Mantelfläche 28 des Ventilsitzrings 22 gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Somit kann beispielsweise das zuvor genannte Gas aus dem Gaskanal 20 über die Durchgangsöffnung 26 dem Zylinder 14 zugeführt beziehungsweise in den Zylinder 14 eingeleitet werden. Ferner ist es denkbar, dass das zuvor genannte Gas aus dem Zylinder 14 über die Durchgangsöffnung 26 in den Gaskanal 20 geleitet werden kann. Somit ist beispielsweise in der Offenstellung des Gaswechselventils 18 der Zylinder 14 über die Durchgangsöffnung 26 fluidisch mit dem Gaskanal 20 verbunden. In der Schließstellung des Gaswechselventils 18 jedoch ist der Gaskanal 20 von dem Zylinder 14 getrennt.
Der Ventilsitzring 22 weist ferner ein in radialer Richtung des Ventilsitzrings 22 der innenumfangsseitigen Mantelfläche 28 abgewandte außenumfangsseitige Mantelfläche 30 auf, welche wenigstens einen Mantelflächenbereich 32 aufweist. Durch den
Mantelflächenbereich 32 ist in Einbaulage des Ventilsitzrings 22 der von dem
Kühlmedium durchströmbare Kühlkanal 24 zumindest teilweise begrenzt. Der
Ventilsitzring 22 nimmt dabei seine in Fig. 1 veranschaulichte Einbaulage im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine beziehungsweise in vollständig
hergestelltem Zustand der Zylinderkopfeinrichtung 10 ein. Somit kann das Kühlmedium während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine zumindest den Mantelflächenbereich 32 direkt an- und umströmen, wodurch der Ventilsitzring 22 effizient und effektiv gekühlt werden kann.
Um dabei eine besonders vorteilhafte Kühlung des Ventilsitzrings 22 zu realisieren, wobei gleichzeitig der Bauraumbedarf des Ventilsitzrings 22, insbesondere in seiner radialen Richtung, gering gehalten werden kann, weist die außenumfangsseitige Mantelfläche 30 wenigstens zwei konisch ausgebildete Teilbereiche 34 und 36 auf, welche insbesondere bezogen auf die axiale Richtung des Ventilsitzrings 22 konisch verlaufen
beziehungsweise konisch ausgebildet sind. Die konische Ausgestaltung der Teilbereiche 34 und 36 ist besonders gut anhand von gestrichelten Linien 38 und 40 erkennbar, wobei die gestrichelte Linie 38 eine Tangente an dem Teilbereich 34 und die gestrichelte Linie 40 eine Tangente an dem Teilbereich 36 ist.
Beispielsweise ist in axialer Richtung des Ventilsitzrings 22 zwischen den Teilbereichen 34 und 36 ein dritter Teilbereich 42 der außenumfangsseitigen Mantelfläche 30 angeordnet, wobei der dritte Teilbereich 42 beispielsweise zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Somit weist der jeweilige Teilbereich 34 beziehungsweise 36 zumindest im Wesentlichen die Form eines Kegels oder eines Kegelstumpfes auf, wobei der Teilbereich 42 beispielsweise zumindest im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders, insbesondere bezüglich der axialen Richtung des Ventilsitzrings 22, aufweist. Der Ventilsitzring 22 wird unter Ausbildung wenigstens einer Reibschweißzone mittels Reibschweißen mit dem Zylinderkopf 16 verbunden. Insbesondere wird der Ventilsitzring 22 unter Ausbildung wenigstens zweier Reibschweißzonen mittels Reibschweißen mit dem Zylinderkopf 16 verbunden. Eine erste der Reibschweißzonen dichtet den auch als Wassermantel bezeichneten Kühlkanal 24 in axialer Richtung des Ventilsitzrings 22 nach oben ab, wobei die zweite Reibschweißzone den Wassermantel in axialer Richtung des Ventilsitzrings 22 nach unten abdichtet. Beispielsweise liegt zumindest ein Teil der ersten Reibschweißzone in dem Teilbereich 34, wobei beispielsweise zumindest ein Teilbereich der zweiten Reibschweißzone in dem Teilbereich 36 liegt. Zwischen den
Reibschweißzonen ist eine weitere Zone angeordnet, welche zumindest teilweise in dem Teilbereich 42 liegt. In dieser Zone zwischen den Reibschweißzonen wird der
Ventilsitzring 22, insbesondere dessen außenumfangsseitige Mantelfläche 30, unmittelbar beziehungsweise direkt von dem Kühlmedium benetzt, was einen zumindest im
Wesentlichen optimalen Wärmeübergang von dem heißen Ventilsitzring 22 zu dem Kühlmedium hin ermöglicht.
Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass beispielsweise der Teilbereich 36 gegenüber dem
Teilbereich 34 in radialer Richtung des Ventilsitzrings 22 nach innen zumindest teilweise zurückversetzt ist.
Besonders bevorzugt weisen die Teilbereiche 34 und 36, welche auch als Konen bezeichnet werden, voneinander unterschiedliche Geometrien wie beispielsweise voneinander unterschiedliche Konuswinkel und/oder voneinander unterschiedliche Höhen auf. Damit wird es ermöglicht, die Parameter zur Schweißung der beiden
Reibschweißzonen unabhängig voneinander zu optimieren.
Bei der ersten Ausführungsform, welche in Fig. 2 gezeigt ist, weisen die beiden Konen (Teilbereiche 34 und 36) den gleichen Konuswinkel auf. Der Konuswinkel wird auch als Öffnungswinkel des durch den jeweiligen Teilbereich 34 beziehungsweise 36 gebildeten Kegels beziehungsweise Kegelstumpfes bezeichnet.
Bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform weisen die Konen unterschiedliche Konuswinkel auf, was besonders gut anhand der gestrichelten Linien 38 und 40 erkennbar ist. Bei der ersten Ausführungsform verlaufen die gestrichelten Linien 38 und 40, welche Geraden sind, zumindest im Wesentlichen parallel zueinander, wobei sich die Geraden bei der zweiten Ausführungsform aufgrund der unterschiedlichen Konuswinkel schneiden.
Bei der in Fig. 4 veranschaulichten dritten Ausführungsform weist der Teilbereich 36 ein in axialer Richtung des Ventilsitzrings 22 verlaufende erste Höhe hi auf, wobei der Teilbereich 34 ein in axialer Richtung des Ventilsitzrings 22 verlaufende zweite Höhe h2 aufweist. Dabei unterscheiden sich die Höhen hi und )2. Vorliegend ist die Höhe hi größer als die Höhe i2.
Daimler AG
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
34 Teilbereich
36 Teilbereich
38 gestrichelte Linie
0 gestrichelte Linie
2 Teilbereich

Claims

Daimler AG 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 zwei konisch ausgebildete Teilbereiche (34, 36) aufweist.
2. Ventilsitzring (22) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
einer der konischen Teilbereiche (34, 36) gegenüber dem anderen konischen Teilbereich (34) in radialer Richtung des Ventilsitzrings (22) nach innen zumindest teilweise zurückversetzt ist.
3. Ventilsitzring (22) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die konischen Teilbereiche (34, 36) voneinander unterschiedliche Geometrien aufweisen.
4. Ventilsitzring (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Teilbereiche (34, 36) voneinander unterschiedliche Konuswinkel aufweisen.
Ventilsitzring (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die konischen Teilbereiche (34, 36) den gleichen Konuswinkel aufweisen.
Ventilsitzring (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die konischen Teilbereiche (34, 36) voneinander unterschiedliche, in axialer Richtung des Ventilsitzrings verlaufende Höhen (hi , h2) aufweisen.
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