(19) |
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(11) |
EP 0 172 492 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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07.12.1988 Patentblatt 1988/49 |
(22) |
Anmeldetag: 07.08.1985 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC)4: F01L 3/02 |
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(54) |
Ventil für eine Brennkraftmaschine
Valve for an internal-combustion engine
Soupape pour un moteur à combustion interne
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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CH DE FR IT LI NL |
(30) |
Priorität: |
08.08.1984 DE 3429173
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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26.02.1986 Patentblatt 1986/09 |
(73) |
Patentinhaber: Klöckner-Humboldt-Deutz
Aktiengesellschaft |
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51149 Köln (DE) |
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Erfinder: |
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- Göbel, Hugo
D-5024 Pulheim-Sintern (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-A- 2 333 890 DE-C- 861 172 FR-A- 2 532 360 GB-A- 531 986 US-A- 2 057 858
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DE-C- 522 326 FR-A- 2 158 654 GB-A- 123 416 US-A- 1 547 125 US-A- 2 360 795
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- DUBBEL: "Taschenbuch für den Maschinenbau", 14. Auflage, 1981, Seite 1393, Springer
Verlag, Berlin, DE;
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff
des ersten Anspruchs. Thermisch hochbelastete Ventile insbesondere von aufgeladenen
Hubkolbenbrennkraftmaschinen, wie z.B. die zur Steuerung des Ladungswechsels eingesetzten,
üblicherweise als Tellerventile ausgebildeten Ein- und Auslassventile oder aber die
zur Steuerung des Abgasdruckes der vor einem Abgasturbolader eingesetzten Abblaseventile
neigen aufgrund der in zunehmendem Masse angestrebten Leistungssteigerungen 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 zurückführendes mangelhaftes Dichtverhalten. Insbesondere
bei den Auslassventilen von Brennkraftmaschinen, die mit Rückstandsölen (Schwerölen)
betrieben werden, ist ein mangelhaftes Dichtverhalten schon 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.
[0002] Die FR-A-2 532 360 beschreibt ein Ventil nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs,
wobei der Ventilschaft mit dem Ventilteller durch einen Pressverband miteinander verbunden
ist. Bei einem derartigen Pressverband besteht die Mög- !ichkeit, dass sich der Ventilteller
während des Betriebes der Brennkraftmaschine vom Ventilschaft lockert bzw. löst.
[0003] In der FR-A-2 158654 ist ein Ventil für eine Brennkraftmaschine beschrieben, welches
flüssigkeitsgekühlt ist und einen Ventilschaft aufweist, der mit dem Ventilteller
durch eine Verschraubung verbunden ist. Desweiteren ist der Ventilschaft mit dem Ventilteller
durch Hartlöten vermittels eines die Zwischenräume an der Verbindungsstelle und insbesondere
zwischen den Gewinden ausfüllenden Hartlots verbunden. Diese Ausbildung hat den Nachteil,
dass sowohl der Ventilschaft als auch der Ventilteller jeweils mit einem Gewinde bzw.
Gegengewinde versehen werden müssen, welches den Fertigungsprozess erschwert und damit
zu grösseren Kosten beiträgt. Ferner ist das Auswechseln eines verschlissenen Ventiltellers
erschwert bzw. unmöglich gemacht.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass mit möglichst geringem Fertigungs- und Montageaufwand eine einwandfreie
Verbindung zwischen Ventilschaft und Ventilteller gewährleistet ist.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der umlaufende Kragen dient als Begrenzungselement. Durch die an den umlaufenden Kragen
angrenzende Ringnut im Ventilschaft, die mit einem ventilschaftseitigen Endbereich
des Ventiltellers ausfüllbar ist, ist sichergestellt, dass Ventilschaft und Ventilteller
auf einfache Weise durch Einsetzen des Ventilschaftes in den Aufnahmeraum des Ventiltellers
unverrückbar miteinander verbindbar sind. Soll der Ventilteller ausgetauscht werden,
so ist dies leicht möglich, da er einfach vom Ventilschaft abgezogen werden kann.
[0006] Die zweistückige Ausbildung und der jeweils in seiner äusseren Formgebung separat
herstellbare Ventilteller und Ventilschaft des Ventiles ermöglichen es, dass selbst
geometrisch komplizierte Formgebungen der Kontur z.B. des Ventiltellers bei der Herstellung
in optimaler Weise Berücksichtigung 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 darübernhinaus
für eine Vergleichsmässigung der Ventiltemperatur Sorge getragen, indem über den wärmeleitenden
Ventilschaft vom Ventiltellerboden und der Ventilsitzfläche des Ventiltellers Wärme
abgeführt und z.B. an die Ventilschaftführungen des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine
weitergeleitet wird. Hierdurch ist der Gefahr von Heisskorrosion im Ventilteller (Ventiltellerboden,
Ventilsitzflächenbereich) und der Gefahr von Kaltkorrosion im Bereich der Ventilschaftführung
bzw. des Ventilschaftes wirksam entgegengetreten, da z.B. Taupunktunterschreitungen
schwefelhaltiger 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.
[0007] 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 ein in einem Auslasskanal einer Brennkraftmaschine
angeordnetes Ventil;
Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung eine alternative Ausbildungsmöglichkeit
des Ventils nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1.
[0008] 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 Kupffer-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, dass selbstversändlich 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 wesentlichen
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
dem 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.
[0009] Wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 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.
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, der Ventilschaft (5) und der Ventilteller (4) in ihrer wesentlichen
äusseren betriebsgerechten Formgebung als einzeln herzustellende Bauelemente ausgebildet
sind, der Aufnahmeraum (8) und zumindest der ventiltellerseitige Endbereich (7) des
Ventilschaftes (5) eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen und der Ventilschaft
(5) zumindest an seiner dem Ventiltellerboden (4b) zugewandten Stirnseite und seinem
Umfangsbereichen aus einem wärmeleitenden Material besteht, dadurch gekennzeichnet,
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 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) ausgefüllt ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ventilschaftseitige Endbereich
(4c) des Ventiltellers (4) in die Ringnut (10) eingewalzt ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (5)
aus einer Kupfer-Beryllium-Bronze-Legierung hergestellt ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ventiltellerseitige
Endbereich (7) und /oder der umlaufende Kragen (9) des Ventilschaftes (5) mit dem
Ventilteller (4) verlötet sind.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ventiltellerseitige
Endbereich (7) des Ventilschaftes (5) in den Aufnahmeraum (8) des Ventiltellers (4)
einschraubbar ist.
1. A valve (1) for an internal combustion engine, especially an outlet and/or blow-off
valve for a supercharged reciprocating-piston internal combustion engine, the valve
comprising a valve head (4) made of a high-temperature and corrosion-resistant material
and a valve stem (5) made of a material different from that of the valve head (4),
in which the valve stem's (5) end portion (7) in contact with the valve head (4) is
arranged in a receptacle (8) centrally disposed in the valve head (4) and, preferably,
extending into the vicinity of the valve head's bottom (4b), in which the valve stem
(5) and the valve head (4) are designed, as far as their respective external shape
essential for meeting operational requirements is concerned, to be manufactured as
separate components, in which the shape of the receptacle (8) and at least that of
the end portion (7) of the valve stem (5) in contact with the valve head is a substantially
cylindrical one, and in which at least the valve stem's (5) end face facing the valve
head's bottom (4b) and the stem's peripheral regions consist of a heat-conducting
material, characterized in that the valve stem (5) is provided with a continuous collar
(9) which terminates the end portion (7) in contact with the valve head and which,
by virtue of its form-locking abutment on the valve head (4), communicates heat-conduc-
tingly therewith, that the end portion (7) in contact with the valve head is provided
with an annular groove (10) bordering on the continuous collar (9), and in that the
annular groove is occupied entirely bay the valve head's (4) end portion (4c) remote
from the head's bottom.
2. A valve according to claim 1, characterized in that the valve head's (4) end portin
(4c) remote from its bottom is rolled into the annular groove (10).
3. A valve according to claim 1 or claim 2, characterized in that the valve stem is
made of a copper-beryllium-bronze alloy.
4. A valve according to any of the claims 1 to 3, characterized in that the end portion
(7) in contact with the valve head and /or the continuous collar (9) of the valve
stem (5) is, or are, soldered to the valve head (4).
5. A valve according to any of the claims 1 to 4, characterized in that the valve
stem's (5) end portion (7) in contact with the vlave head (4) is screwable into the
receptacle (8) thereof.
1. Soupape (1) pour un moteur à combustion interne, notamment soupape d'échappement
et/ou d'évacuation pour un moteur à combustion interne à pistons alternatifs, suralimenté,
soupape comportant une tête de soupape (4) constituée par un matériau à haute résistance
à chaud et résistant à la corrosion, et avec une tige de soupape (5) réalisée en un
autre matériau que la tête de soupape (4), la zone d'extrémité (7), côté tête de soupape,
de la tige de soupape (5) étant disposée dans un logement (8), prévu centralement
dans la tête de soupape (4) et allant, de préférence, jusqu'au voisinage du fond (4b)
de la tête de soupape, la tige de soupape (5) et la tête de soupape (4), dans leur
conformation essentiellement externe prévue pour un fonctionnement correct, se présentant
sous la forme de composants à réaliser individuellement, le logement (8) et tout au
moins la zone terminale (7), côté tête de soupape, de la tige de soupape (5) ayant
une forme essentiellement cylindrique, et la tige de soupape (5) étant constituée
d'un matériau bon conducteur de la chaleur, tout au moins sur son côté frontal en
regard du fond (4b) de la tête de soupape et sur ses parties périphériques, soupape
caractérisée en ce que la tige de soupape (5) est pourvue d'une collerette périphérique
(9) délimitant la zone terminale (7) côté tête de soupape et qui est assemblée par
interpénétration de formes, d'une façon assurant la conductibilité thermique, avec
la tête de soupape (4), tandis que la zone terminale (7), côté tête de soupape, est
pourvue d'une gorge annulaire (10) contiguë à la collerette périphérique (9) et qui
est remplie par une partie terminale (4c), côté tige de soupape, de la tête de soupape
(4).
2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie terminale (4c),
côté tige de soupape, de la tête de soupape (4), est sertie dans la gorge annulaire
(10).
3. Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la tige de soupape
(5) est fabriquée en un alliage cuivre-béryllium-bronze.
4. Soupape selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie terminale
(7), côté tête de soupape, et/ou la collerette périphérique (9) de la tige de soupape
(5) est brasée ou sont brasées avec la tête de soupape (4).
5. Soupape selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la partie terminale
(7), côté tête de soupape, de la tige de soupape (5) est susceptible d'être vissée
dans le logement (8) de la tête de soupape (4).