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Title:
GAS EXCHANGE VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, COMPRISING A HOLLOW VALVE HEAD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/056142
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a gas exchange valve of an internal combustion engine, comprising a hollow valve head (2) and a hollow valve shaft (4) which fully penetrates the cavity (5) of said valve head (2), in the axial direction of the same. The cavities (5;6) of the valve head (2) and the valve shaft (4) are partially filled with a pre-determined quantity of coolant. The aim of the invention is to provide one such gas exchange valve with separate cooling cavities (5;6) in its valve head (2) and valve shaft (4), while maintaining rational producibility. To this end, said gas exchange valve is characterised in that: in order to fill the cavity (5) of the valve head (2), a valve head filling opening (7) is provided in the valve head base (2) facing the combustion chamber of the internal combustion engine, a valve shaft filling opening communicating with the valve head filling opening (7), before a closing element (10) is applied, in order to separately fill said cavity via the valve head filling opening (7).

Inventors:
ABELE MARCUS (DE)
LECHNER MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/004406
Publication Date:
July 10, 2003
Filing Date:
December 03, 2002
Export Citation:
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Assignee:
MAHLE VENTILTRIEB GMBH (DE)
ABELE MARCUS (DE)
LECHNER MARTIN (DE)
International Classes:
F01L3/00; F01L3/02; F01L3/10; F01L3/12; F01L3/16; F01L3/18; F01L3/20; (IPC1-7): F01L3/14; F01L3/20
Foreign References:
DE910492C1954-05-03
FR2283310A11976-03-26
US5126530A1992-06-30
DE19804053A11999-08-05
DE19803294A11999-08-05
US3871339A1975-03-18
Attorney, Agent or Firm:
Pfusch, Volker (Rotermund + Pfusch + Bernhard Waiblinger Strasse 11 Stuttgart, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit einem hohlen Ventilteller (2) sowie einem den Hohlraum (5) des Ventiltellers (2) in dessen Achse vollständig durchdringen den hohlen Ventilschaft (4), bei dem die Hohlräume (5,6) des Ventiltellers (2) und des Ventilschaftes (4) mit einer vorbestimmten Menge an Kühlmedium teilweise ausgefüllt sind, gekennzeichnet durch die Merkmale, die Hohlräume (5,6) von Ventilteller (2) und Ventilschaft (4) sind voneinander getrennt, die Hohlräume (5,6) besitzen innerhalb des Ventiltellers (2) Einfüllöffnungen, die Einfüllöffnungen sind über insgesamt mindestens ein in den Ventilteller (2) eingeschweißtes Verschlußstück (10) verschlossen, wobei die Einfüllöffnung des Ventilschaftes (4) durch den zum Ventilteller (2) axial frei auslaufenden Hohlraum (6) des Ventilschaftes (4) gebildet ist.
2. Gaswechselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verschlußstück (10) zumindest teil weise eine gemeinsame Schweißverbindungszone mit dem Ventil schaft (4) und Ventilteller (2) besitzt.
3. Gaswechselventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Merkmale, zum Befüllen des Hohlraumes (5) des Ventiltellers (2) ist in dem den Brennraum des Verbrennungsmotors zugewandten Boden des Ventiltellers (2) eine Ventilteller Einfüllöffnung (7) vorgesehen, mit der VentiltellerEinfüllöffnung (7) steht die Ventil schaftEinfüllöffnung bei noch nicht angebrachtem Ver schlußstück (10) für ein voneinander getrenntes Befüllen durch die VentiltellerEinfüllöffnung (7) hindurch in Ver bindung.
4. Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der mit seiner VentilschaftEinfüllöffnung in der Ven tiltellerEinfüllöffnung (7) liegende Ventilschaft an seiner Außenwand einen nach radial außen offenen, in die Ventiltel lerEinfüllöffnung (7) auslaufenden VentilschaftKanal (9) besitzt.
5. Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der VentilschaftKanal (9) in die Ventilschaftwand ein gedrückt ist.
6. Gaswechselventil nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der in die VentiltellerEinfüllöffnung (7) offene Aus lauf des Ventilschaftkanals (9) lediglich bis zu einem abge schlossenen Befüllen der Hohlräume (5,6) mit Kühlfluid ge geben ist, während dieser Auslauf danach noch vor dem Ein schweißen des Verschlußstückes (10) in einen mit dem Rand der VentiltellerEinfüllöffnung (7) dicht abschließenden Zu stand verformt ist.
7. Gaswechselventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlußstück (10) als Verformungswerkzeug für die Verformung nach Anspruch 6 des VentilschaftKanals (9) aus gebildet ist, wobei die Verformung durch ein Einpressen die ses Verschlußstückes (10) in den Hohlraum (6) des Ventil schaftes bis zu einer für das Verschweißen geeigneten Lage, in der es verbleibt, erfolgt.
8. Gaswechselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in die VentiltellerEinlaßöffnung (7) offene Aus lauf des VentilschaftKanales (9) durch ein in diesen Aus lauf eingebrachtes Dichtelement (11,12) verschlossen ist.
9. Gaswechselventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11,12) bei eingeschweißtem Ver schlußstück (10) ein Bestandteil der Schweißverbindung ist. * * * * *.
Description:
Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors mit einem hohlen Ventilteller Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil eines Verbren- nungsmotors mit einem hohlen Ventilteller nach dem Oberbe- griff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Gaswechselventilen dieser Art stehen die mit Kühlmedium beaufschlagten Hohlräume des Ventilschaftes ei- nerseits und des Ventiltellers andererseits miteinander in Verbindung. Diese Verbindung ist funktionell von Nachteil, da das Kühlmedium beide Hohlräume lediglich bezüglich eines Teilvolumens ausfüllen soll, um bei Bewegung des Gaswechsel- ventiles in diesen Hohlräumen für eine gute Kühlwirkung sha- kern zu können. Ein solches Shakern ist selbstverständlich nur möglich, wenn das Kühlmedium zumindest bei Betrieb des Gaswechselventiles einen fluidfähigen Zustand besitzt. Hier- für reicht bereits eine freie Bewegbarkeit eines partikel- förmig vorliegenden Kühlmediums aus. Für die Erzielung einer optimalen Kühlwirkung ist ein bestimmter Füllgrad in den Hohlräumen notwendig. Bei einer Verbindung zwischen beiden Hohlräumen ist die Einhaltung jeweils eines bestimmten Füll- grades in beiden Hohlräumen nicht möglich, da das Kühlmedium sich beliebig zwischen den beiden Hohlräumen verteilen kann, wobei es beispielsweise einen Hohlraum mehr und den anderen weniger als erwünscht ausfüllen kann. Die Verbindung zwi- schen beiden Hohlräumen besteht im Grunde lediglich zu dem Zweck einer einfachen Befüllung beider Hohlräume durch eine einzige, einfach ausgebildete Einfüllöffnung.

Eine solche einzige Einfüllöffnung kann beispielsweise bei dem gattungsgemäßen hohlen Ventilschaft an dem dem Ventil- teller abgewandten Ende bestehen. Ist in einem solchen Fall der hohle Ventilschaft an seinem dem Ventilteller zugewand- ten Ende mit dessen Hohlraum stirnseitig dicht mit dem Ven- tilteller verschweißt, besteht die Verbindung zwischen dem Hohlraum des Ventilschaftes und dem Hohlraum des Ventiltel- lers in einem einfachen Durchbruch in der Ventilschaftwand.

Darüber hinaus ist es aus DE 198 03 294 AI auch bereits be- kannt, in dem dem Brennraum zugewandten Boden des Ventiltel- lers eine Öffnung in dessen Achse vorzusehen und dort den hohlen Ventilschaft mit seinem Hohlraum offen auslaufend im Öffnungsrandbereich zu verschweißen. In diesem Fall kann das Befüllen des Ventilschafthohlraumes von dieser Seite aus er- folgen. Die Öffnung an der Stirnseite des Ventiltellers wird nach erfolgter Befüllung durch ein eingeschweißtes Ver- schlußstück verschlossen.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Gas- wechselventil-Konstruktion zu schaffen, bei der die mit Kühlmedium teilbefüllten Hohlräume des Ventilschaftes und des Ventiltellers voneinander getrennt sind, so dass während des Ventilbetriebes die beim Befüllen vorbestimmten Füllgra- de exakt eingehalten bleiben.

Gelöst wird dieses Problem in erster Linie durch ein gat- tungsgemäßes Gaswechselventil mit den kennzeichnenden Merk- malen des Patentanspruchs 1.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Ein- füllöffnungen für die Hohlräume des Ventilschaftes und des Ventiltellers in einen gemeinsamen Öffnungsbereich des Ven- tiltellers zu legen und die Separierung der beiden Hohlräume nach einem Befüllen mit einem Kühlmedium durch das Auf- schweißen lediglich eines Verschlußstückes zu erreichen. Bei dem Einschweißen des Verschlußstückes wird gleichzeitig der Ventilschaft mit dem Boden des Ventiltellers verschweißt.

Damit können bei Beibehaltung eines rationellen Herstel- lungsverfahrens für eine gute Kühlwirkung erforderliche, se- parate Hohlräume in Schaft und Teller geschaffen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der Zeichnung darge- stellt.

In dieser zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein aus einzelnen Elemen- ten zusammengeschweißtes Gaswechselventil mit ei- nem in der Länge abgebrochen dargestellten Ventil- schaft, Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gaswechselventil nach Fig.

1 von unten, Fig. 3 einen Schnitt durch den Ventilteller nach Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4,5 eine Gaswechselventilausführung in dem Aufbau und der Darstellung nach Fig. 1, bei dem die Einfül- löffnung in den Hohlraum des Ventiltellers mit zu- sätzlichen Dichtmitteln verschlossen ist, Fig. 6 ein Gaswechselventil mit einem Aufbau und in einer Darstellung nach Fig. 1, bei dem im fertigen Zu- stand die Einfüllöffnung in den Hohlraum des Ven- tiltellers durch einen verformten Endbereich des Ventilschaftes verschlossen ist, Fig. 7 eine Ausführung des Gaswechselventiles in der Art und Darstellung nach Fig. 6, bei dem der für einen Verschluss der Einfüllöffnung in den Hohlraum des Ventiltellers verformte Ventilschaftendbereich durch Einsetzen eines speziell geformten Ver- schlußstückes bewirkt ist.

Alle dargestellten Gaswechselventile stellen sogenannte Leichtbauventile dar, die durch ein Verschweißen einzelner Bauelemente erzeugt werden. Konkret sind miteinander ver- schweißt ein Boden 1 eines Ventiltellers 2 mit einem Ventil- kegelmantel 3 und einem den Ventilkegelmantel 3 vollständig durchdringenden, hohlen, rohrförmigen Ventilschaft 4. Dabei ist der Ventilkegelmantel 3 an seinen beiden Stirnseiten ei- nerseits mit dem Boden 1 und andererseits mit dem Ventil- schaft 4 verschweißt.

In dem Ventilteller 2 befindet sich zwischen Ventilschaft 4, Ventilkegelmantel 3 und Boden ein Ventilteller-Hohlraum 5.

Der Ventilschaft 4 weist einen Ventilschafthohlraum 6 auf, der von dem Hohlraum 5 getrennt ist.

Bei allen gezeichneten Ausführungen des Gaswechselventiles ragt der Ventilschaft 4 in jeweils eine Öffnung 7 des Bodens des Ventiltellers 2 hinein. Die Öffnung 7 kann eine einfache Öffnung in einem flach ausgebildeten Boden 1 eines Ventil- tellers 2 sein. Bei den gezeichneten Ausführungsformen lie- gen die Öffnungen 7 jeweils in einem aus dem Öffnungsrand , ausgeformten Kragen 8.

In ebenfalls sämtlichen Ausführungsformen besitzt das in den Kragen 8 der Öffnung 7 hineinragende Ende des Ventilschaftes 4 einen in die Schaftaußenwand eingeformten, in die jeweili- ge Öffnung 7 offen auslaufenden Schaftkanal 9. Diese Schaft- kanäle 9 ermöglichen jeweils ein getrenntes Füllen der Hohl- räume 5 und 6 in dem Ventilteller 2 bzw. Ventilschaft 4 mit einem Kühlfluid wie beispielsweise mit flüssigem Natrium.

Nach einem Befüllen der beiden Hohlräume 5 und 6 mit einem vorbestimmten Füllvolumen, das für ein Ermöglichen eines Shakerns des Kühlfluids in den Hohlräumen geringer als das jeweilige Hohlraumvolumen ist, erfolgt ein Verschließen der Ventiltelleröffnung 7 durch Einschweißen eines Verschluß- stückes 10. In allen Ausführungsformen wird das Verschluß- stück 10 derart eingeschweißt, dass eine gemeinsame Schweiß- verbindung zwischen dem Kragen 8, dem Ventilschaft 4 und dem Verschlußstück 10 gegeben ist. Von der gemeinsamen Ver- schweißung ausgenommen ist bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 5 lediglich der von dem Ventilschaftkanal 9 nach radial innen eingezogene Wandbereich. Das Einziehen dieses Wandbereiches des Ventilschaftkanales 9 kann durch bei- spielsweise eine plastische Verformung des betreffenden Be- reiches an dem Ventilschaft 4 vorgenommen werden.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 ist der Ventil- schaftkanal 9 in seinem direkt an das jeweilige Verschluß- stück 10 angrenzenden Bereich durch jeweils ein Dichtelement 11 bzw. 12 verschlossen. Durch diesen Verschluss ist zum ei- nen eine erhöhte Trennsicherheit zwischen den beiden Hohl- räumen 5 und 6 gegeben und zum anderen kann, wie bei der Ausführung nach Fig. 4 ersichtlich, die Schweißnaht 13 zwi- schen Verschlußstück 10 und Kragen 8 in das Dichtelement 11 eindringen. Dabei kann das Dichtelement 11 insbesondere mit den übrigen angrenzenden Teilen eine Schweißverbindung ein- gehen. Bei den Ausführungen nach den Fig. 6 und 7 ist der hohle Ventilschaft 4 über seinen gesamten Umfang mit dem Rand des Kragens 8 sowie dem Verschlußstück 10 verschweißt. Um eine solche vollständige Verschweißung erreichen zu können, ist der bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 5 nach radial innen abstehend auslaufende Endbereich des Ventilschaftkana- les 9 nach abgeschlossenem Befüllen des Gaswechselventiles mit einem Kühlfluid plastisch in die gezeichnete Schweißpo- sition gedrückt worden. Während dies bei der Ausführung nach Fig. 6 durch ein spezielles Drückwerkzeug erfolgt, übernimmt bei der Ausführung nach Fig. 7 ein speziell geformtes Ver- schlußstück 10 die Funktion eines solchen Drückwerkzeuges.

Möglich wird dies dadurch, dass dieses spezielle Verschluß- stück 10 in einem Umfangsteilbereich einen konischen Längen- bereich besitzt, wodurch die radial nach innen ragende Be- grenzungswand des Ventilschaftkanales 9 durch ein Einpressen des Verschlußstückes 10 nach radial außen verformt wird.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre ist es grundsätzlich auch möglich, die Öffnung 7 in dem Boden 1 des Ventiltellers 2 exzentrisch zu dem Hohlraum des Ventilschaftes 4 vorzuse- hen, um auf diese Weise getrennte Einfüllöffnungen für die beiden Hohlräume 5 und 6 zu besitzen. Diese exzentrisch an- geordneten Öffnungen können sodann in der vorstehend be- schriebenen Weise mit einem Verschlußstück 10 durch Ver- schweißen verschlossen werden. Möglich ist es selbstver- ständlich auch, in dem Boden 1 des Ventiltellers 2 vollkom- men getrennte Öffnungen zum Befüllen des Hohlraumes 6 des Ventilschaftes 4 und des Hohlraumes 5 innerhalb des Ventil- tellers vorzusehen und diese Öffnungen sodann durch passge- recht vorgesehene Verschlußstücke mittels Schweißen zu ver- schließen.