-
Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer solchen Ventileinheit.
-
Der
US 3 762 382 A ist ein Gaswechselventil für einen Verbrennungsmotor als bekannt zu entnehmen. Außerdem offenbart die
US 3 815 873 A eine Ventilanordnung. Die
DE 41 17 406 A1 offenbart einen Ventiltrieb in einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine. Die
DE 10 2014 007 011 A1 offenbart eine Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventileinheit für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einer solchen Ventileinheit zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit realisiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Ventileinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Ventileinheit für eine auch als Brennkraftmaschine oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete und einfach auch als Fahrzeug bezeichnete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand die Ventileinheit auf, sodass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Ventileinheit aufweist. Die Ventileinheit weist ein Gaswechselventil auf, welches einen Ventilschaft und einen zum Öffnen und Schließen eines Gaskanals der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen oder ausgebildeten Ventilbereich aufweist. Beispielsweise ist der Ventilbereich als ein Ventilteller ausgebildet, sodass vorzugsweise das Gaswechselventil als ein Tellerventil ausgebildet ist. Ganz insbesondere ist es vorgesehen, dass der Ventilschaft einen ersten Außenumfang, insbesondere einen ersten Außendurchmesser, aufweist, wobei der Ventilbereich einen gegenüber dem ersten Außenumfang größeren, zweiten Außenumfang, insbesondere zweiten Außendurchmesser, aufweist, insbesondere derart, dass der größte Außenumfang, insbesondere Außendurchmesser, des Ventilbereichs größer als der größte Außenumfang, insbesondere als der größte Außendurchmesser, des Ventilschafts ist. Denkbar ist, dass der Ventilschaft und der Ventilbereich einteilig miteinander ausgebildet, das heißt aus einem einzigen Stück gebildet sind.
-
Der Gaskanal der Verbrennungskraftmaschine ist von einem Gas durchströmbar. Beispielsweise ist der Gaskanal ein Einlasskanal oder aber ein Auslasskanal. Beispielsweise ist der Gaskanal durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere direkt, begrenzt, sodass der Gaskanal innerhalb des Zylinderkopfs verläuft. Beispielsweise mündet der Gaskanal in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine. Beispielsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als eine Hubkolbenmaschine, mithin als ein Hubkolbenmotor ausgebildet.
-
Die Ventileinheit weist auch einen Ventilfederteller auf, welcher auch einfach als Federteller bezeichnet wird. Ganz vorzugsweise ist der Ventilfederteller separat von dem Gaswechselventil, das heißt separat von dem Ventilschaft und separat von dem Ventilbereich ausgebildet. Über den Ventilfederteller ist die Ventileinheit an einer Ventilfeder der Verbrennungskraftmaschine abstützbar. Hierfür ist der Ventilfederteller, insbesondere direkt, an der Ventilfeder abstützbar oder abgestützt, sodass das Gaswechselventil über den Ventilfederteller an der Ventilfeder abstützbar oder abgestützt ist.
-
In vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist die Ventileinheit in an sich bekannter Weise entlang einer auch als Bewegungsachse bezeichneten und entlang einer Geraden verlaufenden Bewegungsrichtung relativ zu dem Zylinderkopf zumindest translatorisch zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. Dies bedeutet, dass das Gaswechselventil und der Ventilfederteller gemeinsam entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Zylinderkopf zwischen der Offenstellung und der Schließstellung zumindest translatorisch bewegbar sind. Der Ventilschaft erstreckt sich entlang seiner Längserstreckungsrichtung länglich, wobei beispielsweise die Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts mit der Bewegungsrichtung zusammenfällt.
-
In der Schließstellung der Ventileinheit und somit des Gaswechselventils ist mittels des Ventilbereichs der Gaskanal verschlossen, das heißt fluidisch versperrt, insbesondere dadurch, dass in der Schließstellung der Ventilbereich, insbesondere direkt, auf einem korrespondierenden Ventilsitz des Zylinderkopfes sitzt. Somit ist in der Schließstellung durch den Ventilbereich vermieden, dass das zuvor genannte Gas den Gaskanal durchströmt, sodass vermieden ist, dass das Gas aus dem Brennraum in den Gaskanal einströmt oder umgekehrt aus dem Gaskanal in den Brennraum einströmt. In der Offenstellung gibt der Ventilbereich den Gaskanal frei, sodass in der Offenstellung das Gas aus dem Gaskanal ausströmen und in den Brennraum einströmen kann oder dass in der Offenstellung das Gas aus dem Brennraum ausströmen und in den Gaskanal einströmen kann. Ist der Gaskanal beispielsweise als ein Einlasskanal ausgebildet, so ist oder umfasst das Gas zumindest Luft, die mittels des Einlasskanals in den Brennraum einleitbar ist und in der Offenstellung aus dem Gaskanal ausströmen und in den Brennraum einströmen kann. Ist der Gaskanal beispielsweise ein Auslasskanal, so ist oder umfasst das Gas Abgas der Verbrennungskraftmaschine, deren Abgas mittels des Auslasskanals aus dem Brennraum abführbar ist und in der Offenstellung aus dem Brennraum ausströmen und in den Auslasskanal einströmen kann.
-
Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Ventilbereich an einem Ende des Ventilschafts angeordnet ist. Mit anderen Worten weist das Gaswechselventil beispielsweise bei alleiniger Betrachtung des Gaswechselventils zwei in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts und somit des Gaswechselventils einander gegenüberliegende, insbesondere freie, Enden auf, nämlich ein erstes Ende und ein zweites Ende. Bei alleiniger Betrachtung des Gaswechselventils endet das Gaswechselventil in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts an den Enden. Das erste Ende ist beispielsweise durch den Ventilschaft gebildet, und das zweite Ende ist beispielsweise durch den Ventilbereich gebildet.
-
Um nun eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit realisieren zu können, weist die Ventileinheit einen insbesondere separat von dem Gaswechselventil und somit separat von dem Ventilschaft und separat von dem Ventilbereich und auch separat von dem Ventilfederteller ausgebildeten Sicherungsring auf. Der Sicherungsring greift sowohl in eine Nut des Ventilschafts als auch in eine Nut des Ventilfedertellers ein. Die Nut des Ventilschafts wird auch als erste Nut bezeichnet, und die Nut des Ventilfedertellers wird auch als zweite Nut bezeichnet. Beispielsweise ist die erste Nut Im Ventilschaft als eine Ringnut ausgebildet, die sich in um die Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts herumverlaufender Umfangsrichtung des Ventilschafts beispielsweise vollständig umlaufend und somit über 360 Grad erstreckt. Ferner ist es denkbar, dass die zweite Nut im Ventilfederteller als eine Ringnut ausgebildet ist, die sich in Umfangsrichtung des Ventilschafts vollständig umlaufend und somit über 360 Grad erstreckt. Dadurch, dass der Sicherungsring in die Nuten eingreift, ist der Sicherungsring teilweise in der ersten Nut und teilweise in der zweiten Nut angeordnet. Außerdem wirkt hierdurch der Sicherungsring sowohl mit dem Ventilschaft als auch mit dem Ventilfederteller jeweils formschlüssig zusammen. Dadurch, dass der Sicherungsring in die Nuten eingreift, ist der Ventilfederteller mittels des Sicherungsrings sowohl in eine in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts verlaufende erste Richtung als auch in eine in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung an dem Ventilschaft gesichert. Dies bedeutet, dass sowohl in die erste Richtung erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller und dem Ventilschaft als auch in die zweite Richtung erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller und dem Ventilschaft mittels des Sicherungsrings zumindest begrenzt oder unterbunden sind. Hierdurch können unerwünschte, übermäßige Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller und dem Ventilschaft auf kosten- und bauraumgünstige Weise vermieden werden. Die erfindungsgemäße Ventileinheit kann kostengünstig montiert, das heißt hergestellt werden. Das Gaswechselventil, der Ventilfederteller und der Sicherungsring sind Einzelteile der Ventileinheit, wobei diese Einzelteile an sich jeweils kostengünstig hergestellt werden können, dadurch kann eine besonders kostengünstige Bauweise der Ventileinheit realisiert werden. Außerdem kann eine Teileanzahl der Ventileinheit besonders gering gehalten werden, und übermäßig hohe bewegte Massen können vermieden werden.
-
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Kenntnisse und Überlegungen zugrunde: Üblicherweise wird der Ventilfederteller mittels eines sogenannten Ventilkeils an dem Ventilschaft gesichert. Hieraus können jedoch gewisse Nachteile resultieren. Einer der Nachteile kann sein, dass dann die Ventileinheit eine hohe Anzahl an kleinen Einzelteilen aufweist. Dies führt zu einer aufwändigen Montage der Ventileinheit. Außerdem wurde gefunden, dass sich bei einer Sicherung des Ventilfedertellers an dem Ventilschaft mittels eines Ventilkeils das Gaswechselventil in einem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine von weniger als 2000 Umdrehungen pro Minute nicht oder nur sehr geringfügig relativ zu dem Zylinderkopf insbesondere um die Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts dreht. Dies kann zur Rußablagerungen im Bereich des Ventilsitzes führen, woraus weitere Nachteile resultieren können. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Sicherung des Ventilfedertellers an dem Ventilschaft mittels des Sicherungsrings kann eine Bildung einer übermäßigen Menge von Ablagerungen und/oder eine übermäßig schnelle Bildung von Ablagerungen insbesondere in dem Bereich des Ventilsitzes vermieden werden, da sich das Gaswechselventil in dem zuvor genannten Drehzahlbereich insbesondere um die Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts vorteilhaft relativ zu dem Zylinderkopf drehen kann. Dadurch kann ein gleichmäßiger Verschleiß des Gaswechselventils an oder in dem Ventilsitz realisiert werden, sodass ein unerwünscht schnelles Entstehen von Undichtigkeiten im Bereich des Ventilsitzes vermieden werden kann. Hierdurch kann auch über eine hohe Lebensdauer hinweg ein vorteilhafter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden.
-
Um den Ventilfederteller besonders vorteilhaft an dem Ventilschaft sichern und somit eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit realisieren zu können, ist es bei der Erfindung vorgesehen, dass der Ventilschaft eine Durchgangsöffnung des Ventilfedertellers insbesondere vollständig durchdringt, insbesondere in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts. Dabei ist in der Durchgangsöffnung der Sicherungsring angeordnet.
-
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass der Ventilfederteller und somit der Sicherungsring in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts betrachtet näher an dem ersten Ende des Gaswechselventils als an dem zweiten Ende beziehungsweise dem Ventilbereich angeordnet sind. Insbesondere ist es denkbar, dass der Ventilfederteller an dem ersten Ende angeordnet ist.
-
Vorgesehen ist auch, dass sich ein Längenbereich der Durchgangsöffnung in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts zu dem Sicherungsring hin verjüngt. Beispielsweise ist der Längenbereich der Durchgangsöffnung innenumfangsseitig konusförmig und somit in Form eines Trichters oder Trichterstupfs ausgebildet. Der Längenbereich der Durchgangsöffnung kann beispielsweise bei einem Verfahren zum Herstellen und somit zum Montieren der Ventileinheit als Einführschräge fungieren oder genutzt werden, sodass beispielsweise bei dem Verfahren der Ventilschaft insbesondere entlang seiner Längserstreckungsrichtung besonders einfach und somit besonders zeit- und kostengünstig durch die Durchgangsöffnung hindurchgesteckt werden kann. Dadurch kann die Ventileinheit besonders zeit- und kostengünstig hergestellt, das heißt montiert werden.
-
Um eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit realisieren zu können, ist es bei der Erfindung vorgesehen, dass der Sicherungsring in der zweiten Nut elastisch verformt ist, sodass sich der Sicherungsring in einem elastisch verformten Zustand befindet, in welchem der Sicherungsring sowohl in die erste Nut als auch in die zweite Nut eingreift, wodurch sowohl in die erste Richtung verlaufende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller und dem Ventilschaft als auch in die zweite Richtung verlaufende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller und dem Ventilschaft unterbunden sind. Dadurch kann der Ventilfederteller besonders vorteilhaft an dem Ventilschaft und somit an dem Gaswechselventil gesichert werden.
-
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ventilfederteller wenigstens zwei zusätzlich zu der Durchgangsöffnung vorgesehene und einander gegenüberliegende Öffnungen aufweist, welche jeweils einenends in eine Umgebung des Ventilfedertellers und andernends an den Sicherungsring münden. Insbesondere sind die Öffnungen in um die Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts herumverlaufender Umfangsrichtung des Ventilschafts und somit des Ventilfedertellers gleichmäßig verteilt angeordnet, sodass beispielsweise die Öffnungen in Umfangsrichtung des Ventilschafts betrachtet um 180 Grad voneinander beabstandet sind. Beispielsweise kann ein Werkzeug durch die Durchgangsöffnung hindurchgesteckt werden, wodurch beispielsweise das Werkzeug in, insbesondere direkte, Stützanlage mit dem Sicherungsring und somit in, insbesondere direktes, Zusammenwirken mit dem Sicherungsrings gebracht werden kann. Daraufhin kann beispielsweise mittels des Werkzeugs der Sicherungsring zusammengepresst und dadurch in Richtung des Ventilschafts und dabei beispielsweise weiter in die erste Nut des Ventilschafts bewegt und somit beispielsweise in seinem Außenumfang verkleinert und beispielsweise aus der zweiten Nut des Ventilfedertellers herausbewegt werden, woraufhin beispielsweise der Ventilschaft aus dem Ventilfederteller, insbesondere aus dessen Durchgangsöffnung, herausgezogen werden kann.
-
Hierdurch kann die Ventileinheit zeit- und kostengünstig demontiert werden. Durch die Öffnungen kann somit eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit realisiert werden, insbesondere dahingehend, dass eine besonders einfache und somit zeit- und kostengünstig durchführbare Demontage der Ventileinheit gewährleistet werden kann.
-
Um die Ventileinheit besonders einfach und somit besonders zeit- und kostengünstig demontieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Durchgangsrichtungen der Öffnungen in Richtung des Sicherungsrings aufeinander zulaufen. Dadurch kann das zuvor genannte Werkzeug mittels der Öffnungen präzise geführt und insbesondere präzise zu dem Sicherungsring hingeführt werden, woraufhin der Sicherungsring zusammengepresst und in der Folge der Ventilschaft und somit das Gaswechselventil von dem Ventilfederteller demontiert werden können.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine auch als Verbrennungsmotor oder Brennkraftmaschine bezeichnete und vorzugsweise als Hubkolbenmaschine, das heißt als Hubkolbenmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, wobei die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Ventileinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
-
Offenbart ist auch ein nicht zur Erfindung gehörender, dritter Aspekt, welcher ein Verfahren zum Herstellen, das heißt zum Montieren einer Ventileinheit, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, für eine Verbrennungskraftmaschine betrifft. Bei dem Verfahren wir ein Gaswechselventil bereitgestellt, welches einen Ventilschaft, der sich entlang seiner Längserstreckungsrichtung länglich erstreckt, und einen zum Öffnen und Schließen eines Gaskanals der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen und beispielsweise als Ventilteller ausgebildeten Ventilbereich aufweist. Bei dem Verfahren wird ein insbesondere separat von dem Gaswechselventil und somit separat von dem Ventilschaft und separat von dem Ventilbereich ausgebildeter Ventilfederteller bereitgestellt, über welchen die Ventileinheit an einer Ventilfeder der Verbrennungskraftmaschine abstützbar oder abgestützt ist.
-
Beispielsweise sind der Ventilfederteller und über den Ventilfederteller die Ventileinheit entlang der zuvor genannten Bewegungsrichtung an der Ventilfeder abstützbar oder abgestützt, insbesondere derart, dass der Ventilfederteller entlang der Bewegungsrichtung, insbesondere direkt, an der Ventilfeder abstützbar oder abgestützt ist. Bei einer entlang der Bewegungsrichtung und insbesondere relativ zu dem Zylinderkopf erfolgenden Bewegung des Gaswechselventils und somit der Ventileinheit insgesamt aus der Schließstellung in die Offenstellung wird beispielsweise die Ventilfeder gespannt, insbesondere komprimiert, wodurch die Ventilfeder zumindest in der Offenstellung eine insbesondere entlang der Bewegungsrichtung von der Ventilfeder auf die Ventileinheit wirkende Federkraft bereitstellt, die beispielsweise entlang der Bewegungsrichtung von der Ventilfeder auf den Ventilfederteller und über diesen auf die Ventileinheit wirkt. Mittels der Federkraft sind die Ventileinheit und somit das Gaswechselventil aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegbar. Insbesondere fällt die Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts mit der Bewegungsrichtung zusammen.
-
Um nun eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit realisieren und somit die Ventileinheit besonders zeit- und kostengünstig herstellen, das heißt montieren zu können, ist es bei dem dritten Aspekt vorgesehen, dass das Gaswechselventil, der Ventilfederteller und ein insbesondere separat von dem Gaswechselventil und separat von dem Ventilfederteller ausgebildeter Sicherungsring derart aneinander montiert werden, dass der Sicherungsring sowohl in eine erste Nut des Ventilschafts als auch in eine zweite Nut des Ventilfedertellers eingreift, wodurch der Ventilfederteller mittels des Sicherungsrings sowohl in eine in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts verlaufende erste Richtung als auch in eine in Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung an dem Ventilschaft gesichert wird. Dadurch werden sowohl in die erste Richtung verlaufende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller und dem Ventilschaft als auch in die zweite Richtung verlaufende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller und dem Ventilschaft zumindest begrenzt oder aber unterbunden. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts anzusehen und umgekehrt.
-
Um eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit realisieren und hierdurch die Ventileinheit besonders einfach und somit besonders zeit- und kostengünstig herstellen, das heißt montieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform des dritten Aspekts vorgesehen, dass bevor der Sicherungsring in Eingriff mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers gebracht wird, der Sicherungsring in die erste Nut des Ventilschafts eingreift und dadurch an dem Ventilschaft gehalten ist, wodurch - bevor der Sicherungsring in Eingriff mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers gebracht wird - das Gaswechselventil und der Sicherungsring eine vormontierte Einheit bilden. Die Einheit wird somit beispielsweise, bevor der Sicherungsring in Eingriff mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers gebracht wird, vormontiert, derart, dass der Sicherungsring in Eingriff mit der ersten Nut des Ventilschafts gebracht und somit an dem Ventilschaft gehalten wird. Dabei liegt beispielsweise, bevor der Sicherungsring in Eingriff mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers gebracht wird, der Sicherungsring lose in der ersten Nut des Ventilschafts, wobei beispielsweise der Sicherungsring nicht elastisch verformt ist. Nach diesem Herstellen beziehungsweise Vormontieren der Einheit wird der Ventilschaft entlang seiner Längserstreckungsrichtung durch eine Durchgangsöffnung des Ventilfedertellers, dessen zweite Nut in die Durchgangsöffnung mündet, hindurchgesteckt, wodurch der Sicherungsring in Eingriff mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers gebracht und an dem Ventilschaft gesichert beziehungsweise montiert wird. Beim Hindurchstecken des Ventilschafts durch die Durchgangsöffnung des Ventilfedertellers wird beispielsweise der insbesondere zunächst lose in der ersten Nut des Ventilschafts liegende und/oder nicht elastisch verformte, Sicherungsring zusammengedrückt und somit in seinem Außenumfang verkleinert und insbesondere weiter in die erste Nut des Ventilschafts hineinbewegt, insbesondere so lange, bis die erste Nut des Ventilschafts in Überlappung mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers kommt. Sobald die erste Nut des Ventilschafts in Überlappung mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers kommt, kann sich der Sicherungsring zumindest teilweise entspannen und dadurch in die zweite Nut des Ventilfedertellers hineinbewegen, insbesondere zurückfedern, wodurch der Sicherungsring, insbesondere auch, in Eingriff mit der zweiten Nut des Ventilfedertellers kommt oder gebracht wird und in der Folge sowohl in die erste Nut des Ventilschafts als auch in die zweite Nut des Ventilfedertellers eingreift. Somit kann die Ventileinheit besonders zeit- und kostengünstig montiert 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:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Ventileinheit für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs;
- 2 eine weitere schematische Seitenansicht der Ventileinheit;
- 3 eine schematische Draufsicht der Ventileinheit; und
- 4 ausschnittsweise eine schematische Teil-Schnittansicht der Ventileinheit entlang einer in 3 gezeigten Schnittebene A-A mit einem Transparent dargestellten Ventilteller.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ventileinheit 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand die Ventileinheit 10 aufweist. Das Kraftfahrzeug weist in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine und somit die Ventileinheit 10 auf und ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als eine Hubkolbenmaschine, mithin als ein Hubkolbenmotor ausgebildet und weist wenigstens einen Brennraum auf, in welchem während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst einen insbesondere flüssigen Kraftstoff und Luft, die auch als Frischluft oder Verbrennungsluft bezeichnet wird. Der Brennraum ist teilweise durch einen Zylinder begrenzt, der durch einen Motorblock gebildet ist. Der Motorblock ist beispielsweise ein Zylindergehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse. Der Brennraum ist auch teilweise durch einen Kolben begrenzt, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordnet ist. Der Brennraum ist auch teilweise durch ein Brennraumdach begrenzt. Das Brennraumdach ist durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine gebildet, welcher separat von dem Motorblock ausgebildet und zumindest mittelbar mit dem Motorblock verbunden ist. Der Zylinderkopf weist einen Gaskanal auf, welcher von einem Gas durchströmbar ist, insbesondere derart, dass mittels des Gaskanals das Gas aus dem Brennraum abführbar ist oder dass mittels des Gaskanals das Gas in den Brennraum einleitbar ist. Beispielsweise ist oder umfasst das Gas die zuvor genannte Luft. Ferner ist denkbar, dass das Gas das zuvor genannte Abgas ist. Dabei ist, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, die Ventileinheit 10 dem Gaskanal zugeordnet. Die Ventileinheit 10 weist ein Gaswechselventil 12 auf, welches einen Ventilschaft 14 und einen zum Öffnen und Schließen des Gaskanals vorgesehenen oder ausgebildeten Ventilbereich 16 aufweist. Aus 1 ist erkennbar, dass bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel der Ventilbereich 16 ein sogenannter Ventilteller ist, sodass bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel das Gaswechselventil 12 als ein an sich bekanntes Tellerventil ausgebildet ist. Erkennbar aus 1 ist auch, dass sich der Ventilschaft 14 entlang seiner durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulichten Längserstreckungsrichtung länglich erstreckt, wobei die Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts 14 entlang einer gedachten Geraden 20 verläuft. Beispielsweise ist zumindest ein Längenbereich des Ventilschafts 14 und der Ventilbereich 16 bezüglich der Längserstreckungsrichtung 20 rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Gaswechselventil 12 weist zwei in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 einander gegenüberliegende, insbesondere freie, Enden auf, nämlich ein erstes Ende E1 und ein zweites Ende E2. Erkennbar ist, dass der Ventilschaft 14 das Ende E1 bildet und dass der Ventilbereich 16 das Ende E2 bildet. Das Gaswechselventil 12 endet in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 betrachtet an den Enden E1 und E2. Die Ventileinheit 10 und somit das Gaswechselventil 12 ist entlang einer mit der Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 und somit mit der Geraden 20 zusammenfallenden und auch als Bewegungsachse bezeichneten Bewegungsrichtung relativ zu dem Zylinderkopf zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung, insbesondere zumindest oder ausschließlich, translatorisch bewegbar. In der Schließstellung sitzt der Ventilbereich 16, insbesondere direkt, auf einem korrespondierenden Ventilsitz des Zylinderkopfes, wodurch der Gaskanal verschlossen, das heißt fluidisch versperrt ist. In der Offenstellung ist der Ventilbereich 16, insbesondere vollständig, von dem Ventilsitz beabstandet, wodurch der Gaskanal freigegeben, das heißt offen oder geöffnet ist.
-
Der Ventileinheit 10 ist ein in den Figuren nicht dargestelltes Federelement zugeordnet, welches auch als Feder oder Ventilfeder bezeichnet wird. Die Ventileinheit 10 ist entlang der Bewegungsrichtung, insbesondere direkt, an der Ventilfeder abstützbar oder abgestützt, sodass durch entlang der Bewegungsrichtung und relativ zu dem Zylinderkopf erfolgendes Bewegen der Ventileinheit 10 aus der Schließstellung in die Offenstellung die Ventilfeder entlang der Bewegungsrichtung derart zu spannen ist oder gespannt wird, dass die Ventilfeder entlang der Bewegungsrichtung zu komprimieren oder komprimiert wird. Somit stellt die Ventilfeder zumindest in der Offenstellung eine insbesondere entlang der Bewegungsrichtung von der Ventilfeder auf die Ventileinheit 10 wirkende Federkraft bereit, mittels welcher die Ventileinheit 10 aus der Offenstellung in die Schließstellung relativ zu dem Zylinderkopf bewegbar ist.
-
Dabei weist die Ventileinheit 10 einen separat von dem Gaswechselventil 12 und somit separat von dem Ventilschaft 14 und separat von dem Ventilbereich 16 ausgebildeten Ventilfederteller 22 auf, über welchen die Ventileinheit 10 an der Ventilfeder der Verbrennungskraftmaschine entlang der Bewegungsrichtung abstützbar oder abgestützt ist, derart, dass der Ventilfederteller 22 entlang der Bewegungsrichtung, insbesondere direkt, an der Ventilfeder abstützbar oder abgestützt ist.
-
Um nun eine besonders vorteilhafte Bauweise der Ventileinheit 10 realisieren und somit die Ventileinheit 10 besonders einfach und somit besonders zeit- und kostengünstig herstellen, das heißt montieren zu können, weist die Ventileinheit 10 einen separat von dem Gaswechselventil 12 und separat von dem Ventilfederteller 22 ausgebildeten, besonders gut aus 4 erkennbaren Sicherungsring 24 auf. Der Sicherungsring 24 greift sowohl in eine erste Nut 26 des Ventilschafts 14 als auch in eine zweite Nut 28 des Ventilfedertellers 22 ein, wodurch der Ventilfederteller 22 mittels des Sicherungsrings 24 sowohl in eine in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 verlaufende, durch einen Pfeil 30 veranschaulichte, erste Richtung als auch in eine in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 verlaufende, der ersten Richtung entgegengesetzte und durch einen Pfeil 32 veranschaulichte, zweite Richtung an dem Ventilschaft 14 gesichert ist. Die erste Nut 26 und die zweite Nut 28 sind in 2 veranschaulicht. Dabei ist der Sicherungsrings 24 in 2 nicht dargestellt. Unter dem Merkmal, dass die jeweilige Richtung in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 verläuft, ist zu verstehen, dass die jeweilige Richtung zur Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 verläuft oder mit der Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 zusammenfällt.
-
Beispielsweise ist der Sicherungsring 28 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl und ganz insbesondere aus einem Federstahl, gebildet. Der Sicherungsring 24 erstreckt sich beispielsweise in um die Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 herumverlaufender Umfangsrichtung des Ventilschafts 14 über mehr als 270 Grad, insbesondere über mehr als 300 Grad, um den Ventilschaft 14 herum. Die Umfangsrichtung des Ventilschafts 14 ist durch einen Doppelpfeil 34 in 1 veranschaulicht und verläuft in einer Ebene, welche senkrecht zur Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 und somit senkrecht zur Geraden 20 verläuft.
-
Erkennbar ist, dass das Gaswechselventil 12, der Sicherungsring 24 und der Ventilfederteller 22 Einzelteile der Ventileinheit 10 sind, wobei eine Anzahl dieser Einzelteile besonders gering gehalten werden kann. Außerdem können die Kosten des jeweiligen Einzelteils an sich besonders gering gehalten werden, sodass eine besonders kostengünstige Bauweise der Ventileinheit 10 dargestellt werden kann. Des Weiteren kann das Gewicht des jeweiligen Einzelteils an sich besonders gering gehalten werden, sodass ein besonders geringes Gewicht der Ventileinheit 10 insgesamt realisiert werden kann. Dadurch können übermäßig hohe bewegte Massen vermieden werden. Des Weiteren kann beispielsweise realisiert werden, dass sich das Gaswechselventil 12 in einem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine von beispielsweise weniger als 2000 Umdrehungen pro Minute vorteilhaft relativ zu dem Zylinderkopf und somit relativ zu dem Ventilsitz insbesondere um die Bewegungsrichtung dreht. Dadurch können übermäßige Ablagerungen, insbesondere Rußablagerungen, an dem Ventilsitz vermieden werden, und es kann ein vorteilhaft gleichmäßiger Verschleiß des Ventilsitzes realisiert werden. Dadurch kann auch über eine hohe Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine hinweg gewährleistet werden, dass das Gaswechselventil 12 in seiner Schließstellung den Gaskanal hinreichend dicht verschließt.
-
Aus 2 und 4 ist gut erkennbar, dass der Ventilschaft 14 eine Durchgangsöffnung 36 des Ventilfedertellers 22 insbesondere in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 und vorzugsweise vollständig durchdringt. Dabei ist der Sicherungsring 24 in der Durchgangsöffnung 36 des Ventilfedertellers 22 angeordnet. Ein Längenbereich L1 der Durchgangsöffnung 36 verjüngt sich in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 hin zu dem Sicherungsring 24, insbesondere vorliegend derart, dass der Längenbereich L1 innenumfangsseitig trichterförmig ausgebildet ist. Der Längenbereich L1 beziehungsweise den Längenbereich L1 bildende Wicklungsbereiche des Ventilfedertellers 22 fungiert oder fungieren somit als Einführschräge, wodurch, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, die Ventileinheit 10 zeit- und kostengünstig montiert werden kann.
-
Aus 3 ist erkennbar, dass der Ventilfederteller 22 mehrere und vorliegend wenigstens oder genau vier zusätzlich zu der Durchgangsöffnung 36 vorgesehene Öffnungen 38a-d aufweist, die jeweils derart zumindest teilweise von der Durchgangsöffnung 36 getrennt sind, dass zwischen der Durchgangsöffnung 36 und der jeweiligen Öffnung 38a-d ein jeweiliger insbesondere als Festkörper ausgebildeter Wandungsbereich des Ventilfedertellers 22 angeordnet ist. Die Öffnungen 38a und 38b bilden ein erstes Öffnungspaar, und die Öffnungen 38c und 38d bilden ein zweites Öffnungspaar. Erkennbar ist, dass die jeweiligen Öffnungen 38a-d des jeweiligen Öffnungspaars insbesondere in radialer Richtung des Ventilschafts 14 betrachtet, dessen radiale Richtung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts 14 und somit beispielsweise in der zuvor genannten Ebene verläuft, einander gegenüberliegend und somit beispielsweise in Umfangsrichtung des Ventilschafts 14 um 180 Grad voneinander beabstandet sind. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 38a-d in Umfangsrichtung des Ventilschafts 14 gleichmäßig verteilt angeordnet und somit paarweise gleich voneinander beabstandet. Aus 4 ist am Beispiel der Öffnungen 38c und 38d erkennbar, dass die jeweilige Öffnung 38a-d einenends in einen Umgebung 40 des Ventilfedertellers 22 und vorliegend der Ventileinheit 10 insgesamt und andernends an dem Sicherungsring 24 mündet. Dabei ist die jeweilige Öffnung 38a-d entlang ihrer jeweiligen Durchgangsrichtung durchgängig, derart, dass die jeweilige Öffnung 38a-d entlang ihrer jeweiligen Durchgangsrichtung einenends in die Umgebung 40 und andernends an den Sicherungsring 24, insbesondere jeweils direkt, mündet. Somit kann beispielsweise ein Werkzeug durch die Öffnungen 38a-d hindurchgesteckt und dadurch in, insbesondere direkte, Stützanlage mit dem Sicherungsring 24 und somit in, insbesondere direktes, Zusammenwirken mit dem Sicherungsring 24 bewegt werden. Dann kann mittels des sich in insbesondere direkter Stützanlage mit dem Sicherungsring 24 befindenden Werkzeugs der Sicherungsring 24 zusammengepresst und somit in seinem Außenumfang verkleinert und somit weiter in die Nut 26 hineinbewegt werden, insbesondere so lange oder derart, bis der Sicherungsring 24 aus der zweiten Nut 28 des Ventilfedertellers 22 herausbewegt ist. Ist der Sicherungsring 24 aus der zweiten Nut 28 herausbewegt, sodass der Sicherungsring 24 nicht mehr in die zweite Nut 28 eingreift oder zumindest nicht vollständig eingreift, so kann der Ventilschaft 14 aus der Durchgangsöffnung 36 und somit dem Ventilfederteller 22 herausgezogen werden beziehungsweise der Ventilfederteller 22 kann von dem Ventilschaft 14 abgezogen werden, wodurch die Ventileinheit 10 zeit- und kostengünstig demontiert werden kann.
-
In vollständig hergestelltem Zustand der Ventileinheit 10 ist der Sicherungsring 24 in der zweiten Nut 28 beispielsweise elastisch verformt, sodass sich der Sicherungsring 24 in einem elastisch verformten Zustand befindet, in welchem der Sicherungsring 24 sowohl in die erste Nut 26 als auch in die zweite Nut 28 eingreift. Dabei liegt der Sicherungsring 24 vollständig in der zweiten Nut 28 an. Hierdurch sind beispielsweise sowohl in die erste Richtung 30 verlaufende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller 22 und dem Ventilschaft 14 als auch in die zweite Richtung 32 verlaufende Relativbewegungen zwischen dem Ventilfederteller 22 und dem Ventilschaft 14 unterbunden.
-
Erkennbar aus 4 am Beispiel der Öffnungen 38c und 38d ist, dass die entlang einer jeweiligen Geraden verlaufenden Durchgangsrichtung der Öffnungen 38a-d in Richtung des Sicherungsrings 24 aufeinander zulaufen.
-
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen, das heißt zum Montieren der Ventileinheit 10 beschrieben. Bei dem Verfahren werden das Gaswechselventil 12, der Ventilfederteller 22 und der Sicherungsring 24 derart aneinander montiert, dass der Sicherungsring 24 sowohl in die erste Nut 26 als auch in die zweite Nut 28 eingreift. Hierfür wird beispielsweise, bevor der Sicherungsring 24 in Eingriff mit der zweite Nut 28 gebracht wird, eine vormontierte Einheit gebildet, die das Gaswechselventil 12 und den Sicherungsring 24, insbesondere bezogen auf das Gaswechselventil 12, den Ventilfederteller 22 und den Sicherungsring 24 ausschließlich das Gaswechselventil 12 und den Sicherungsring 24 umfasst. Um die Einheit zu bilden und somit vorzumontieren, wird, bevor der Sicherungsring 24 in Eingriff mit der zweiten Nut 28 gebracht wird, der Sicherungsring 24 in Eingriff mit der ersten Nut 26 gebracht, sodass der Sicherungsring 24, ohne in die zweite Nut 28 einzugreifen, in die erste Nut 26 eingreift und somit an dem Ventilschaft 14 gehalten ist. Insbesondere liegt dabei beispielsweise der Sicherungsring 24 lose in der ersten Nut 26. Nach dem Bilden der vormontierten Einheit wird der Ventilschaft 14 entlang seiner Längserstreckungsrichtung 20 durch die Durchgangsöffnung 36 hindurchgesteckt oder umgekehrt wird der Ventilfederteller 22 entlang der Längserstreckungsrichtung des Ventilschafts 14 auf den Ventilschaft 14 aufgefädelt oder aufgesteckt. Hierdurch wird der Sicherungsring 24, insbesondere auch, in Eingriff mit der zweite Nut 28 gebracht. Bei dem Hindurchstecken des Ventilschafts 14 durch die Durchgangsöffnung 36 beziehungsweise bei dem Aufstecken des Ventilfedertellers 22 auf den Ventilschaft 14 wird der Längenbereich L1 als Einführschräge verwendet, um den Ventilschaft 14 einfach und präzise relativ zu dem Ventilfederteller 22 auszurichten. Außerdem wird bei dem Hindurchstecken des Ventilschafts 14 durch die Durchgangsöffnung 36 beziehungsweise bei dem Aufstecken oder Auffädeln des Ventilfedertellers 22 auf den Ventilschaft 14 der Sicherungsring 24 elastisch verformt und dabei in seinem Außenumfang verkleinert und weiter in die erste Nut 26 hineinbewegt, insbesondere so lange, bis die erste Nut 26 in Überlappung mit der zweiten Nut 28 kommt. Sobald die erste Nut 26 in Überlappung mit der zweiten Nut 28 kommt, kann der Sicherungsring 24 sich zumindest teilweise entspannen und somit zurückfedern und in die zweite Nut 28 hineinfedern, woraufhin der Sicherungsring 24 sowohl in die erste Nut 26 als auch in die zweite Nut 28 eingreift. Mit anderen Worten, die Einheit wird derart vormontiert, dass der Sicherungsring 24 in Eingriff mit der ersten Nut 26 gebracht wird, ohne in die zweite Nut 28 einzugreifen. Daraufhin werden der Ventilschaft 14 und der daran gehaltene beziehungsweise vormontierte Sicherungsring 24 insbesondere in Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 durch die Durchgangsöffnung 36 hindurchgesteckt beziehungsweise der Ventilfederteller 22 wird insbesondere entlang der Längserstreckungsrichtung 20 des Ventilschafts 14 über den Ventilschaft 14 und den daran gehaltenen und somit vormontierten Sicherungsring 24 gezogen. Dabei gleitet der Sicherungsring 24, insbesondere direkt, an dem Längenbereich L1 und somit an der Einführschräge ab, wodurch der Sicherungsring 24 zusammengepresst und weiter in die erste Nut 26 hineinbewegt wird. Sobald die erste Nut 26 in Überlappung mit der zweiten Nut 28 kommt, kann sich der Sicherungsring 24 zumindest teilweise entspannen und somit radial, das heißt in radialer Richtung des Ventilschafts 14 und des Sicherungsrings 24 nach außen aufweiten und sich in der Folge satt in die zweite Nut 28 anlegen. In der Folge ist der Sicherungsring 24 so in den beiden Nuten 26 und 28 positioniert, dass sich der Sicherungsring 24 in der ersten Nut 26 gegenüber dem Ventilschaft 14 und gleichzeitig in der zweiten Nut 28 gegenüber dem Ventilfederteller 22 abstützt. Dadurch ist der Ventilfederteller 22 sowohl in die erste Richtung 30 als auch in die zweite Richtung 32 an oder auf dem Ventilschaft 14 gesichert und dabei insbesondere gegen ein relativ zu dem Ventilschaft 14 erfolgendes Verschieben gesichert, und zwar sowohl in die erste Richtung 30 als auch in die zweite Richtung 32.
-
Das Werkzeug umfasst beispielsweise einzelne Dornen, die durch die Öffnungen 38a, d hindurchgesteckt und dadurch in insbesondere direktes Zusammenwirken mit dem Sicherungsring 24 bewegt werden. Beispielsweise ist die jeweilige Öffnung 38a-d als eine jeweilige Bohrung und somit durch spanendes Bohren ausgebildet.
-
Die erläuterte Sicherung des Ventilfedertellers 22 an dem Ventilschaft 14 mittels des einfach auch als Ring bezeichneten Sicherungsrings 24 führt dazu, dass das Gaswechselventil 12 insbesondere bei jedem Zusammendrücken der Ventilfeder sich relativ zu dem Zylinderkopf insbesondere um die Bewegungsrichtung ein wenig drehen kann. Durch das Zusammendrücken und das darauf erfolgende Entspannen der Ventilfeder erzeugt die Ventilfeder ein Drehmoment, durch welches der Ventilfederteller 22 insbesondere um die Bewegungsrichtung und relativ zu dem Zylinderkopf gedreht wird, wobei ein Teil dieser Drehung des Ventilfedertellers 22 auf den Ventilschaft 14 und somit das Gaswechselventil 12 übertragen wird, wodurch das Gaswechselventil 12 insbesondere um die Bewegungsrichtung und relativ zu dem Zylinderkopf gedreht wird. Bei einer Sicherung des Ventilfedertellers 22 an dem Ventilschaft 14 mittels einer beispielsweise durch Ventilkeile gebildeten Keilverbindung erfolgt dies nicht. Somit können zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - Sehr einfache Montage, da keine Ventilkeile mühsam eingebaut werden müssen, sodass die Ventileinheit 10 zeit- und kostengünstig hergestellt, das heißt montiert werden kann.
- - besonders hohe Sicherheit gegenüber Montagefehlern
- - deutlich weniger Aufwand bei der Qualitätssicherung von Bauteilen, da zum Beispiel Ventilkeile sehr aufwändig zu vermessen sind
- - Das Gaswechselventil 12 kann sich bereits bei geringen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine relativ zu dem Zylinderkopf insbesondere um die Bewegungsrichtung drehen, sodass ein übermäßiger Verschleiß und übermäßige Ablagerungen vermieden werden können.