Ventil für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für eine Brennkraftmaschine mit einem aus einem hochwarmfesten, korrosionsbeständigen Werkstoff bestehende Ventilteller und mit einem aus einem anderen Material als der Ventilteller hergestellten Ventilschaft, wobei der ventiltellerseitige Endbereich des Ventilschaftes in einem zentralen Ventilteller vorgesehenen, vorzugsweise bis nah an den Ventiltellerboden reichenden Aufnahmeraum angeordnet ist. Um insbesondere der Gefahr von Heißgaskorrosion am Ventilteller und der Gefahr von Kaltkorosion im Bereich des Ventilschaftes vorzubeugen und darüberhinaus das Ventil mit dem geringstmöglichen baulichen Aufwand herstellen zu können, sind der Ventilschaft und Ventilteller als in ihrer äußeren betriebsgerechten Formgebung einzeln herzustellende Bauelemente ausgebildet, wobei der Aufnahmeraum und zumindest der ventiltellerseitige Endbereich des Ventilschaftes eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen sowie der Ventilschaft mit einem den ventiltellerseitigen Endbereich begrenzenden umlaufenden Kragen versehen ist, der formschlüssig mit dem Ventilteller in wärmeleitender Verbindung steht und wobei der Ventilschaft zumindest an seinem dem Ventiltellerboden zugewandten Stirnseite und seinen Umfangsbereichen aus einem wärmekeilenden Material besteht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Auslaß- und/oder Abblaseventil für eine aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem aus einem hochwarmfesten, korrosionsbeständigen Werkstoff bestehenden Ventilteller und mit einem aus einem anderen Material als der Ventilteller hergestellten Ventilschaft, wobei der ventiltellerseitige Endbereich des Ventilschaftes in einem zentral im Ventilteller vorgesehenen, vorzugsweise bis nahe an den Ventiltellerboden reichenden Aufnahmeraum angeordnet ist.

[0002] Thermisch hochbelastete Ventile von insbesondere aufgeladenen Hubkolbenbrennkraftmaschinen wie z. B. die zur Steuerung des Ladungswechsels eingesetzten, üblicherweise als Tellerventile ausgebildete Ein- und Auslaßventile oder aber die zur Steuerung des Abgasdruckes des vor einem Abgasturbolader eingesetzten Abblaseventile neigen aufgrund der in zunehmendem Maße angestrebten Leistungsteigerungen bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen zu geringen Standzeiten infolge Heißkorrosion, Festigkeits- und Härteabfall. Daneben zeigen derartige Ventile mit zunehmender Betriebsdauer ein vornehmlich auf die Heißkorrosion im Bereich der Ventilsitzflächen zurückzuführendes mangelhaftes Dichtverhalten. Insbesondere bei den Auslaßventilen von Brennkraftmaschinen, die mit _Rückstandsölen (Schwerölen) betrieben werden, ist ein mangelhaftes _Dichtverhalten schon

[0003] nach relativ kurzen Einsatzzeiten des Ventils zu beobachten. Daneben können Taupunktunterschreitungen schwefelhaltiger Abgase im Bereich der Ventilführung Kaltkorrosionen am Ventilschaft bewirken; ein Mangel, der ebenfalls verstärkt bei mit Rückstandsölen betriebenen aufgeladenen Hubkolbenbrennkraftmaschinen auftritt.

[0004] Üblicherweise besteht der Ventilteller von Gaswechselventilen aus einem hochwarmfesten, korrosionsbeständigen hochlegierten Stahl (z. B. X45 CrSi93 oder einem Nimonik-Werkstoff) entweder in seiner Gesamtheit oder ist mit einer Armierung aus einem korrosionsbeständigen hochwarmfesten Werkstoff versehen. Bei der Ausbildung eines mit einer Armierung versehenen Ventiltellers nach der DE-OS 23 33 890 ist dabei die den Ventiltellerboden begrenzende Armierungs- bzw. Schutzplatte an den eigentlichen Ventilteller angeschraubt, um die Möglichkeit zu schaffen, daß eine heißkorrodierte Ventilschutzplatte bei Weiterverwendung des Ventilkörpers ersetzt werden kann. Insgesamt bedingt die in der DE-OS 23 33 890 vorgesehene Gestaltung des Ventils allerdings einen erheblichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand, der zudem die Gefahr von Heißkorrosion im Ventilsitzflächenbereich und die Gefahr von Kaltkorrosion am ventilschaft unberücksichtigt läßt, so daß dieser Aufwand in vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei mit Rückstandsölen betriebenen aufgeladenen Hubkolbenbrennkraftmaschinen, das erreichbare Betriebsergebnis nicht rechtfertigt.

[0005] Daneben ist aus der DE-PS 522 326 ein Ventil der eingangs genannten Art bekannt, bei dem im wesentlichen der gesamte Ventilteller aus einem den thermischen und mechanischen Belastungen standhaltenden Werkstoff bestehen soll. Der ventilschaft dagegen soll aus einem Material bestehen, an

[0006] v das geringere Anforderungen zu stellen sind. Das gesamte Ventil, d. h. sowohl der Ventilteller als auch der Ventilschaft, sollen dabei durch gleichzeitiges Stauchen von zwei aus verschiedenen Materialien bestehenden Zylinderrohlingen gefertigt werden, wobei der Ventilschaft durch sich während des Stauchvorganges einstellende Hinterschneidungen mit dem Ventilteller verbunden ist. Durch die gleichzeitige Formgebung und Verbindung des Ventiltellers sind allerdings die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten des Ventils erheblichen Beschränkungen unterworfen. Darüber hinaus ist ein sicherer Verbund zwischen Ventilteller und Ventilschaft, der den mechanischen Belastungen bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen gewachsen ist, kaum zu realisieren. Daneben ist auch der hier aufzubringende Fertigungsaufwand erheblich und die Gefahr von Kaltkorrosion am Ventilschaft gegeben.

[0007] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit möglichst geringem Fertigungs- und Montageaufwand die Gefahr von Heißkorrosion im Ventiltellerbereich und die Gefahr von Kaltkorrosion im Ventilschaftbereich wirksam verringert ist.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Ventil dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft und der Ventilteller als in ihrer wesentlichen äußeren betriebsgerechten Formgebung einzeln herzustellende Bauelemente ausgebildet sind, daß der Aufnahmeraum und zumindest der ventiltellerseitige Endbereich des Ventilschaftes eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen, daß der Ventilschaft mit einem den ventiltellerseitigen Endbereich begrenzenden umlaufenden Kragen versehen ist, der formschlüssig mit dem Ventilteller in wärmeleitender Verbindung steht, und daß der Ventilschaft zumindest an seiner dem Ventiltellerboden zugewandten Stirnseite und seinen Umfangsbereichen aus einen wärmeleitenden Material besteht.

[0009] Durch die zweistückige Ausbildung und die jeweils in ihrer äußeren Formgebung separat herstellbaren Ventilteller und Ventilschaft des Ventiles ermöglicht dabei, daß selbst geometrisch komplizierte Formgebungen der Kontur z. B. des Ventiltellers bei der Herstellung in optimaler Weise _Be-rücksichtigung finden können. Daneben ist sichergestellt, daß Ventilschaft und Ventilteller auf einfache Weise durch Einsetzen des Ventilschaftes in den Aufnahmeraum des Ventiltellers miteinander zu verbinden sind. Dabei reicht der Ventilschaft ventiltellerseitig bis an den Ventiltellerboden, und der umlaufende Kragen dient an dem ventilschaftseitigen Ende des Ventiltellers als Begrenzungselement. Durch die Wärmeleitfähigkeit der den Ventiltellerboden berührenden Stirnseite und der Umfangsbereiche des Ventilschaftes ist bei dem Ventil nach der Erfindung darüberhinaus für eine Vergleichmäßigung der Ventiltemperatur Sorge getragen, indem über den wärmeleitenden Ventilschaft vom Ventiltellerboden und der Ventilsitzflächen des Ventiltellers Wärme abgeführt und z. B. an die Ventilschaftführungen des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine weitergeleitet werden. Hierdurch ist der Gefahr von Heißkorrosion im Ventilteller (Ventiltellerboden, Ventilsitzflächenbereich) einerseits und der Gefahr von Kaltkorrosion im Bereich der Ventilschaftführung bzw. des Ventilschaftes wirksam entgegengetreten, da z. B. Taupunktunterschreitungen schwefelhaltige Abgase im Bereich der Ventilschaftführung aufgrund der Temperaturvergleichmäßigung weitgehend ausgeschlossen sind. Insgesamt ergibt sich daher durch die Erfindung ein Ventil, das in hohem Maße geeignet ist, in mit Rückstandsölen (Schwerölen) betriebenen aufgeladenen Brennkraftmaschinen Verwendung zu finden.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung in einem Auslaßkanal einer Brennkraftmaschine angeordnetes Ventil;

Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung eine al ternative Ausbildungsmöglichkeit des Ventils nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1.

[0011] In den Fig. sind grundsätzlich, soweit im Einzelnen dargestellt, gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen. Mit 1 ist allgemein ein erfindungsgemäßes Auslaßventil bezeichnet, das in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in seiner Anordnung im Auslaßkanal 2 des im einzelnen nicht weiter dargestellten Zylinderkopfes 3 einer Brennkraftmaschine dargestellt ist. Das Auslaßventil 1 besteht aus einem Ventilteller 4 und einem Ventilschaft 5, wobei sowohl der Ventilteller 4 als auch der Ventilschaft 5 jeweils vor der Montage in ihrer äußeren Formgebung vollständig separat hergestellt worden sind. Der Ventilteller 4 besteht aus einem hochwarmfesten, korrosionsbeständigen Werkstoff wie beispielsweise X45 CrSi93, wohingegen der Ventilschaft aus einer äußerst wärmeleitfähigen Kupfer-Beryllium-Bronze-Legierung hergestellt ist. Die Ventilsitzflächenbereiche 4a des Auslaßventils 1 wirken mit einem im Zylinderkopf 3 der Brennkraftmaschine angeordneten Ventilsitzring 6 zusammen. Es ist darauf hinzuweisen ist, daß selbstverständlich z. B. die Ventilsitzflächenbereiche mit einem zusätzlichen Einsatzkörper armiert sein können. Zur Aufnahme des ventiltellerseitigen Endbereiches 7 des Ventilschaftes 5 weist der Ventilteller 4 einen zentralen, im wesentlichne zylindrisch ausgebildeten Aufnahmeraum 8 auf, der bis nahe an den Ventiltellerboden 4b reicht. Der ventiltellerseitige Endbereich 7 des Ventilschaftes 5 wird durch einen umlaufenden Kragen 9 begrenzt, an den sich unterhalb eine umlaufende Ringnut 10 anschließt, Zur Verbindung des Ventilschaftes 5 mit dem Ventilteller 4 wird der zylindrisch ausgebildete Endbereich 7 in den Aufnahmeraum 8 eingesetzt, wobei die Stirnfläche des Ventilschaftes bis an den Ventiltellerboden reicht, d. h. mit den heißesten Bereichen des Ventiltellers 4 in Berührung steht. Das ventilschaftseitige Ende 4c des Ventiltellers 4 ist nach dm Einschrauben des Ventilschaftes 5 in den Aufnahmeraum 8 in die Ringnut 10 eingewalzt, so daß der Ventilschaft 5 sicher in dem Aufnahmeraum 7 gehalten ist und darüber hinaus der Ventilschaft 5 formschlüssig mit dem Ventilteller in wärmeleitender Verbindung steht.

[0012] Wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. l durch die durchgezogenen Pfeile angedeutet, findet insbesondere im thermisch hochbeanspruchten Ventiltellerboden ein stetiger Wärmefluß durch den wärmeleitenden Ventilschaft 5 in die den Ventilschaft führende Ventilschaftführung 11 bzw. den Zylinderkopf 3 statt. Insgesamt ist daher die Ventiltemperatur vergleichmäßigt, so daß der Gefahr von Heißkorrosion im Ventiltellerbereich und der Gefahr von Kaltkorrosion im Ventilschaftbereich wirksam entgegengetreten ist.

[0013] Das Ventil nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist in seinem grundsätzlichen Aufbau im wesentlichen gleich gestaltet wie das Ventil nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1. Hier ist jedoch der ventiltellerseitige Endbereich 7 des Ventilschaftes 5 einschließlich des umlaufenden Kragens 9 mit dem Aufnahmeraum 8 und dem ventilschaftseitigen Endbereich 4c des Ventiltellers 11 durch eine wärmeleitende Lötung verbunden.

Ansprüche

1. Ventil (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Auslaß- und/oder Abblaseventil für eine aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem aus einem hochwarmfesten, korrosionsbeständigen Werkstoff bestehenden Ventilteller (4) und mit einem aus einem anderen Material als der Ventilteller (4) hergestellten Ventilschaft (5), wobei der ventiltellerseitige Endbereich (7) des Ventilschaftes (5) in einem zentral im Ventilteller (4) vorgesehenen, vorzugsweise bis nahe an den Ventiltellerboden (4b) reichenden Aufnahmeraum (8) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (5) und der Ventilteller (4) als in ihrer wesentlichen äußeren betriebsgerechten Formgebung einzeln herzustellende Bauelemente ausgebildet sind, daß der Aufnahmeraum (8) und zumindest der ventiltellerseitige Endbereich (7) des Ventilschaftes (5) eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen, daß der Ventilschaft (5) mit einem den ventiltellerseitigen Endbereich (7) begrenzenden umlaufenden Kragen (9) versehen ist, der formschlüssig mit dem Ventilteller (4) in wärmeleitender Verbindung steht, und daß der Ventilschaft (5) zumindest an seiner dem Ventiltellerboden (4b) zugewandten Stirnseite und seinen Umfangsbereichen aus einem wärmeleitenden Material besteht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ventilschaft (5) aus einer Kupfer-Beryllium-Bronze-Legierung hergestellt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ventiltellerseitige Endbereich (7) und/oder der umlaufende Kragen (9) des Ventilschaftes (5) mit dem Ventilteller (4) verlötet sind.

4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ventiltellerseitige Endbereich (7) des Ventilschaftes (5) in den Aufnahmeraum (8) des Ventiltellers (4) einschraubbar ist.

5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ventiltellerseitige Endbereich (7) mit einer an den umlaufenden Kragen (9) angrenzenden Ringnut (10) versehen ist, die mit einem ventilschaftseitigen Endbereich (4c) des Ventiltellers (4) ausfüllbar ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ventilschaftseitige Endbereich (4c) des Ventiltellers (4) in die Ringnut (10) eingewalzt ist.

Zeichnung