DE3833117A1 - Ventildichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventildichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine einstückige aus Kunststoff geformte Ventilschaftdichtung. In konventionellen obengesteuerten Brennkraftmaschinen ist ein Paar von Ventilen eingebaut, die zeitlich gesteuert öffnen und schließen, um intermittierend eine Verbindung zwischen Einlaß und Auslaß einerseits und einer Verbrennungskammer andererseits zu schaffen.

Die Schmierung der oberen Teile der Ventile erfolgt, indem Öl auf diese Teile gesprüht wird oder durch einen Ölfluß von dem zugehörigen Schwenk­ hebel aus. Das Öl fließt dann abwärts längs dem oberen freien Ende des Ventilschaftes zum Ventilkopf. Da die Temperaturen in der Verbrennungs­ kammer 1000°C erreichen oder überschreiten können, verdampft oder ver­ brennt Schmieröl, das diesen Temperaturen ausgesetzt ist, wobei Ab­ lagerungen zurückbleiben, welche die Abdichtung der Ventile beein­ trächtigen und eine schnelle Zerstörung der Ventile herbeiführen können.

Es ist daher erwünscht, Dichtungen allgemein zwischen dem oberen Bereich der Ventilschäfte innerhalb des Ventildeckels und der Ventilführung vorzu­ sehen, die sich zu den Verteilern und zu der Verbrennungskammer hin er­ streckt. Solche Ventilschaftdichtungen haben die Form eines Zylinders, der an einem Ende teilweise geschlossen ist. Der zylindrische Bereich erstreckt sich um die Ventilführung, um die Ventildichtung stationär zu halten und der Bereich mit reduziertem Durchmesser dichtet gleitend gegen den Ventilschaft ab.

Eine Anzahl von Patenten sind hierauf gerichtet, beispielsweise die US-Patente 28 59 993, 29 06 255, 33 26 562 und 41 24 220. Sie alle beschreiben Ventilschaftdichtungen mit allgemein zylindrischen Körpern aus synthetischem Gummi, z.B. Buna N, sowie eine ringförmige Dichtung, die gleitend den Ventilschaft umfaßt. Die ringförmige Dichtung kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wie z.B. Gußeisen, Kunstharz, oder aus einem selbstschmierenden Harz, wie z.B. Tetrafluor­ äthylen-Polymer, das unter dem Handelsnamen Teflon käuflich ist.

Das US-Patent 28 73 132 beschreibt eine Dichtung mit einem X-Querschnitt aus natürlichem oder aus synthetischem Gummi. Das US-Patent 33 72 941 beschreibt eine Ventildichtung mit einem Nylonkörper mit einem den Ventilschaft umfassenden Ring aus Silicon-Gummi, der in dem Dichtungs­ körper durch einen T-förmigen Flansch und eine Nut gehalten ist. Das US-Patent 36 01 420 beschreibt ringförmige Rippen oder Nuten an der Innenseite des Dichtungskörpers, welche die Abdichtung gegen die Ventilführung und die Aufrechterhaltung der Dichtwirkung verbessern sollen.

Aus dem vorhergehenden ergibt sich, daß diese Ventildichtungen individuelle Dichtungskomponenten haben, die zu einer Ventildichtung zusammengebaut werden müssen. Solche Elemente und der zugehörige Zusammenbau erhöhen die Kosten der Ventileinheiten, die in großen Anzahlen von den Her­ stellern von Brennkraftmaschinen benötigt werden. Verbesserungen dieser Ventilschaftdichtungen sind daher erwünscht.

Die Erfindung betrifft somit eine einteilige, d.h. aus einem Stück bestehende Ventildichtung mit einem Kunststoffkörper und einer elasto­ meren Dichtung, die integral an dem Kunststoffkörper angeformt ist. Der Ventilkörper ist vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt, der eine gute Festigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen hat, beispielsweise aus einem Polyester-Elastomer oder ähnlichen Kunst­ stoffen. Der Ventilkörper enthält eine Mehrzahl von Rippen oder Nuten an seiner inneren Oberfläche, welche gegen die Ventilführung abdichten und die Dichtungsanordnung stationär relativ zur Ventilführung halten. Die integral angeformte elastomere Dichtung wird vorzugsweise aus Viton-Gummi hergestellt und sie hat einen im Querschnitt gekrümmten X-förmigen Abschnitt. Das heißt, die elastomere Dichtung umfaßt vier konvex gekrümmte Bögen, welche die Ecken der Dichtung bilden und vier konkav gekrümmte Bereiche, welche die konvexen Ecken verbinden. Die Radien der konvex gekrümmten Ecken betragen vorzugsweise die Hälfte des Radius von drei der konkav gekrümmten Zwischenabschnitte, während der vierte konkav gekrümmte Bereich einen Radius hat, der vorzugs­ weise gleich dem konvexen Radius ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine einteilige d.h. einstückige geformte Ventildichtung zu schaffen mit einem Kunststoffkörper und einer elastomeren Dichtung. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine einteilige Ventildichtungsanordnung mit einem geformten Kunststoff­ körper und einer elastomeren Gummidichtung, die integral mit dem Kunststoffkörper geformt ist. Der Kunststoffkörper hat vorzugs­ weise eine integral angeformte elastomere Dichtung, die einen ge­ krümmten X-Querschnitt hat.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 im Schnitt einen Teil eines Ventilschaftes, einer Ventilführung und einer einteilig geformten Ventilsitzanordnung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt die vollständige Ventildichtung nach der Er­ findung.

Fig. 3 zeigt im Schnitt die elastomere Dichtung der einteiligen Ventil­ dichtungseinheit nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt vergrößert im Teilschnitt die innere Rippenstruktur der erfindungsgemäßen Ventildichtungsanordnung.

Fig. 1 zeigt eine einteilige, d.h. aus einem Stück geformte Ventildichtungs­ anordnung 10. Die Ventildichtungsanordnung 10 ist auf einer Ventilführung einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) montiert und in ihrer Position gehalten. Wie bekannt, bildet die Ventilführung 12 einen konzentrischen Durchgangskanal 14, der gleitend einen Schaft 16 eines Einlaß- oder Auslaßventiles 18 aufnimmt. Entsprechend üblicher Praxis sind die Ventil­ führung 12, der Ventilschaft 16 und die Ventildichtungsanordnung im radialen Querschnitt sämtlich kreisförmig.

Fig. 2 zeigt die Ventildichtungsanordnung 10 mit einem geformten Kunststoff-Ventildichtungskörper 20 und einer an Ort und Stelle, d.h. integral angeformten elastomeren Ventilschaftdichtung 22. Der Ventil­ dichtungskörper 20 hat allgemein eine hutförmige Gestalt und er umfaßt einen zylindrischen Körper 24, der einen inneren zylindrischen Durchgang 26 umgrenzt, einen angrenzenden Endbereich 28 mit reduziertem Durchmesser und einen dünnen radial verlaufenden angrenzenden Endflansch 30. Eine nicht-gezeigte Ventilfeder sitzt auf und gegen die obere Fläche des Flansches 30 und hält die Ventildichtungsanordnung 10 in ihrer Position auf dem Motorkopf. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des Ventil­ körpers 24 etwa die Hälfte des Durchmessers des Flansches 30. Der Ventildichtungskörper 20 kann zweckmäßigerweise aus einem hochtemperatur­ festen Polyester-Elastomer hergestellt werden, der Block-Copolymere hat aus kurzkettigem Diolterephthalat und langkettigen Copolymeren, wie z.B. Hytral, das ein Erzeugnis und ein Warenzeichen der Firma DuPont de Nemours ist. Ähnliche Polyester-Elastomer-Materialien mit guter Dimensions­ stabilität und guter Betriebsdauer bei relativ hohen Temperaturen, wie sie bei Brennkraftmaschinen auftreten, können ebenfalls verwendet werden.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist der Bereich 28 mit reduziertem Durch­ messer integral um die elastomere Ventilschaftdichtung 22 geformt und nimmt diese auf. Die Ventilschaft-Dichtung 22 ist vorzugsweise aus Viton hergestellt oder einem ähnlichen synthetischen Gummi oder Fluorelastomer, das geeignete Betriebscharakteristiken, wie z.B. Dauerhaftigkeit bei hohen Temperaturen hat. Viton ist ein Warenzeichen der Firma DuPont de Nemours. Die Ventilschaftdichtung 22 ist ringförmig mit einem nicht gleichförmigen, jedoch allgemein gekrümmten X-Querschnitt, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Oberfläche der Ventilschaftdichtung 22 bildet eine Mehrzahl von abwechselnden konvexen und konkaven Flächen 34 und 36. Die konvexen Oberflächen 34 bilden die Ecken der Ventilschaftdichtung 22 und sie haben vorzugsweise alle denselben Radius. Drei der abwechseln­ den konkaven Oberflächen 36 haben vorzugsweise den gleichen Radius, der etwa zweimal so groß ist wie der der konvexen Ecken 34. Eine vierte konkave Fläche 36 A, welche die äußere konkave Oberfläche bildet, hat vorzugsweise einen Radius gleich den Radien der konvexen Flächen 34. Radien im Bereich von 0,25-0,375 mm für die konvexen Flächen 34 und für die eine konkave Oberfläche 36 A haben sich als geeignet gezeigt, während ein größerer Radius von etwa 0,5-0,75 mm sich als geeignet für die konkave Fläche 36 gezeigt hat.

Das Übermaß zwischen dem Ventilschaft 16 und dem Innendurchmesser der Ventilschaftdichtung 22 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,25-0,46 mm und insbesondere etwa 0,35 mm bei einer Ventilanordnung typischer Größe.

Wie die Fig. 2 und 4 zeigen, ist die Innenfläche 26 des Ventildichtungs­ körpers 20 mit einer Mehrzahl von radial einwärts verlaufenden Rippen 40 versehen. Die Rippen 40 haben zwei Funktionen. Zunächst verbessern und gewährleisten sie die Halterung der Ventildichtungsanordnung 10 an der Ventilführung 12. Ferner bilden sie eine im wesentlichen flüssig­ keitsundurchlässige Dichtung zwischen der Dichtungsanordnung 10 und der Ventilführung 12, wodurch der Fluß des Schmieröles in den ring­ förmigen Kanal zwischen der Ventilführung 12 und dem Ventilschaft 16 praktisch gesperrt wird. Vorzugsweise sind wenigstens drei solche Rippen 40 vorgesehen, obwohl auch mehr oder weniger Rippen 40 verwendet werden können, wenn dies gewünscht ist. Die Rippen 40 sind relativ flach und haben vorzugsweise ein Verhältnis von Breite zu Höhe von etwa fünf oder sechs zu eins. Die Höhe der Rippen 40 beträgt vorzugs­ weise etwa 0,125 mm bis 0,25 mm und ihre Breite (Steigung) beträgt vorzugsweise etwa 0,625 mm bis etwa 1,5 mm. Die Rippen 40 bilden eine alternierende Gruppe von einwärts gerichteten Kämmen oder Kuppen 42 und Kanäle 44 mit einem Durchmesser, der vorzugsweise gleich dem Durchmesser des zylindrischen Durchgangs 26 ist.

Die Ventilschaftdichtungsanordnung nach der Erfindung stellt somit eine Komponente einer Brennkraftmaschine dar, die den Anforderungen der Ventildichtungen entspricht, wobei der Ventildichtungskörper 20 an Ort und Stelle um die elastomere Ventilschaftdichtung 22 geformt oder integral angeformt werden kann in einer einzigen Spritzform­ operation. Diese einstufige Formung beseitigt einen nachfolgenden Zusammenbau, wie dies bei den bisherigen Ventilanordnungen erforderlich ist. Die Halterung der Ventilschaftdichtung 22 in dem Ventildichtungs­ körper 20 ist sehr gut. Der gekrümmte X-Querschnitt der Dichtung 22 ermöglicht eine ausgezeichnete Abdichtung und hohe Betriebsdauer, und der ringförmige Flansch 30, gegen den die Ventilfeder aufsitzt, erlaubt einen ruhigeren Betrieb des Motors im Vergleich zu Konstruktionen, in denen die Ventilfeder direkt auf dem Kopf der Brennkraftmaschine aufsitzt.

Modifikationen und Variationen der vorbeschriebenen Ausführungsform sind möglich.

Claims (10)

1. Dichtungsanordnung zum Abdichten eines Ventilschaftes in einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Körper mit einem Durchgangskanal, welcher Körper aus einem Kunststoffmaterial geformt ist, eine ringförmige elastomere Dichtung, die in dem Ventilkörper aufgenommen und gehalten ist, daß ferner die Dichtung einen allgemein X-förmiqen Querschnitt hat mit konvexen und konkaven Flächen, sowie wenigstens einer Umfangsrippe an der Oberfläche des Durchgangskanales.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung vier konvexe Oberflächen hat, die mit vier konkaven Oberflächen abwechseln.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einem Fluor-Elastomer gebildet ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus Viton-Fluor-Elastomer besteht.

5. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die konvexen Oberflächen einen Radius von etwa 0,25 mm bis etwa 0,35 mm haben.

6. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die konkaven Oberflächen einen Radius von etwa 0,5 mm bis 0,75 mm haben.

7. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umfangsrippen eine Höhe von etwa 0,175 mm und eine Breite von etwa 1,0 mm haben.

8. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper aus einem hochtemperaturfesten Polyester-Elastomer besteht.

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zylindrische Körper aus Hytral-Polyester- Elastomer hergestellt ist.

10. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper an einem Ende einen radial verlaufenden Flansch aufweist.