DE4334370C1 - Exhaust valve of an internal combustion engine - Google Patents

Exhaust valve of an internal combustion engine

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DE4334370C1
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Joachim Dipl Ing Welling
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Abstract

The invention relates to an exhaust valve arranged in an exhaust port of an internal combustion engine, comprising a valve stem, a valve housing with a valve guide for guiding the valve stem, a valve disc arranged on the valve stem, which disc interacts with a valve seat incorporated in the exhaust port, at least one return spring, which keeps the exhaust valve in a closed position and a valve actuating device acting on the valve stem. In order to design an exhaust valve of the generic type with essentially smaller actuating forces than in the known prior art, it is proposed according to the invention that a metal bellows surrounding the valve stem, which seals off the valve guide from the exhaust port, be arranged in the exhaust port between the valve disc and the valve housing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasventil einer Brennkraft­ maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an exhaust valve of an internal combustion engine machine according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 42 28 850 A1 ist bereits ein in einem Abgaskanal angeordnetes Abgasventil der gattungsgemäßen Art bekannt. Das Abgasventil umfaßt einen Ventilschaft und einen an diesem befestigten Ventilteller, der mit einem im Abgaskanal integrierten Ventilsitz zusammenwirkt. Das Abgasventil besitzt als Betätigungseinrichtung eine Membrandose nebst einem mit dem Ventilschaft verbundenen Membranteller, der zwei Kammern in der Membrandose trennt, wobei eine Kammer mit Atmosphärendruck und die andere Kammer mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist. Eine Rückstellfeder hält das Abgasventil in einer geschlossenen Stellung gegen den Druck des Abgases im Abgaskanal.From DE 42 28 850 A1 is already in an exhaust duct arranged exhaust valve of the generic type Kind known. The exhaust valve includes a valve stem and one on this attached valve plate, the one with in the exhaust duct integrated valve seat interacts. The exhaust valve has as an actuator a membrane box with one with the Valve stem connected diaphragm plate, the two chambers in the Membrane can separates, being a chamber with atmospheric pressure and a vacuum can be applied to the other chamber. A return spring keeps the exhaust valve in a closed position Position against the pressure of the exhaust gas in the exhaust duct.

Zum allgemeinen Hintergrund wird u. a. noch auf die DE 40 24 087 C1 verwiesen.For the general background u. a. still on the DE 40 24 087 C1 referenced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasventil möglichst kompakt auszubilden, und daß kein Abgas durch die Ventilführung ins Freie strömen kann.The invention is based on the object Exhaust valve design as compact as possible, and that no exhaust gas through the valve guide can flow outdoors.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is performed in a generic device by the in the characteristics of Features specified claim 1 solved.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung des Abgasventils liegt darin, daß durch den im Abgaskanal zwischen dem Ventiltel­ ler und dem Ventilgehäuse angeordneten Metallbalg die Ventilfüh­ rung gegen den Abgaskanal abgedichtet ist und somit ein Ausströmen des Abgases über die Ventilführung verhindert wird. Durch diese Ab­ dichtung der Ventilführung ist es möglich, auf eine bei bekannten Abgasventilen übliche Vordrosselstrecke zu verzichten, die das Abströmen von Abgas durch die Ventilführung und eine Ablagerung von Abgaspar­ tikeln in dieser vermeiden soll. Durch den Wegfall der Vordros­ selstrecke ergibt sich eine Verringerung der Baugröße des Abgas­ ventiles.An advantage of the arrangement of the exhaust valve according to the invention is that in the exhaust duct between the valve ler and the valve housing arranged metal bellows the valve guide tion is sealed against the exhaust duct and thus an outflow of the exhaust gas  is prevented via the valve guide. Through this Ab Seal the valve guide, it is possible to a known exhaust valves to dispense with the usual pre-throttle section that allows the outflow of Exhaust gas through the valve guide and a deposit of exhaust gas par avoid particles in this. By the loss of the Vordros sel distance results in a reduction in the size of the exhaust gas valves.

Ein weiterer Vorteil, der sich durch die geringe Baugröße des Abgasventils ergibt, ist dessen Gewichtsreduzierung.Another advantage, which is the small size of the Exhaust valve results in its weight reduction.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist darin zu sehen, daß beispielsweise bei Abgasrückführventi­ len, die Anschlüsse für Abgasleitung und Saugleitung nun so an­ geordnet werden können, daß das Abgas bei geschlossenem Abgas­ ventil an der schaftseitigen Stirnseite des Ventiltellers an­ liegt und so die Schließkraft des Abgasventiles unterstützt. Durch die geringere benötigte Schließkraft des Abgasventiles ge­ genüber dem bekannten Stand der Technik kann die Betätigungsein­ richtung nebst Rückstellfeder entsprechend kleiner dimensioniert werden.An advantage of the embodiment according to claim 2 can be seen in the fact that, for example, with exhaust gas recirculation valves len, the connections for the exhaust pipe and suction pipe now can be arranged that the exhaust gas with the exhaust gas closed valve on the stem side of the valve plate lies and thus supports the closing force of the exhaust valve. Due to the lower required closing force of the exhaust valve ge compared to the known prior art, the actuation direction and return spring are correspondingly smaller become.

Eine weitere Reduzierung der Baugröße ergibt sich dadurch, daß wegen der Unterstützung der Schließkraft des Abgasventiles durch das Abgas bei der Dimensionierung der Abgasventile auch keine dynamischen Druckspitzen des Abgases mehr berücksichtigt werden müssen.A further reduction in size results from the fact that because of the support of the closing force of the exhaust valve the exhaust gas when dimensioning the exhaust valves also none dynamic pressure peaks of the exhaust gas are taken into account more have to.

Aufgrund der geringen benötigten Schließkraft des Abgasventiles kann anstelle der verhältnismäßig großvolumigen Membrandosen auch eine ausreichend kleine elektrische Ansteuerung, beispiels­ weise ein Schrittmotor oder ein Magnet, verwendet werden.Due to the low closing force of the exhaust valve can instead of the relatively large-volume membrane boxes also a sufficiently small electrical control, for example a stepper motor or a magnet can be used.

Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 er­ möglicht eine bauliche Vereinfachung und eine Verringerung der Herstellungskosten des Abgasventiles, da nun der Metallbalg gleichzeitig die Funktion der Rückstellfeder übernimmt, die so­ mit als separates Bauteil entfällt.The advantageous embodiment of the invention according to claim 3 he possible a structural simplification and a reduction in Manufacturing costs of the exhaust valve, since now the metal bellows  at the same time takes over the function of the return spring, so with as a separate component.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.Further configurations and advantages of the invention go out the other subclaims and the description.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert.In the drawing, the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail.

Sie zeigt in einem Vollschnitt ein Abgasventil 1 in einem Abgas­ kanal 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Der Abgas­ kanal 2 umfaßt zwei Abgaskanalteile 2a, 2b einer Abgasrückfüh­ rung.It shows a full section of an exhaust valve 1 in an exhaust duct 2 of an internal combustion engine, not shown. The exhaust duct 2 comprises two exhaust duct sections 2 a, 2 b a Abgasrückfüh tion.

Das Abgasventil 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 3, in dem ein Ventil­ schaft 4 in einer Ventilführung 11 geführt ist, sowie einen Ven­ tilteller 5, der mittels einer Niet 6 am Ventilschaft 4 befe­ stigt ist. Der Ventilteller 5 wirkt mit einem Ventilsitz 7 zu­ sammen, der in dem Abgaskanal 2 integriert ist.The exhaust valve 1 comprises a valve housing 3 in which a valve stem is guided in a valve guide 11 4, and a tilteller Ven 5, the BEFE by means of a rivet 6 on the valve shaft 4 is Stigt. The valve plate 5 interacts with a valve seat 7 , which is integrated in the exhaust duct 2 .

Zwischen der schaftseitigen Stirnseite 8 des Ventiltellers 5 und einer Federauflage 13 des Ventilgehäuses 7 ist eine Rückstellfe­ der 9 eingesetzt, die den Ventilteller 5 gegen den Ventilsitz 7 drückt und somit das Abgasventil 1 in einer geschlossenen Stel­ lung hält.Between the shaft-side end face 8 of the valve plate 5 and a spring support 13 of the valve housing 7 , a Rückstellfe 9 is used, which presses the valve plate 5 against the valve seat 7 and thus keeps the exhaust valve 1 in a closed position.

Die Steuerung des Abgasventils 1 erfolgt über eine prinzipiell bekannte, nicht dargestellte Ventilbetätigungseinrichtung wie beispielsweise einer Membrandose mit einem auf den Ventilschaft 4 wirkenden Membranteller, der zwei Kammern in der Membrandose trennt, wobei die eine Kammer mit Unterdruck und die andere Kam­ mer mit Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.The control of the exhaust valve 1 takes place via a basically known, not shown valve actuation device, such as a diaphragm can with a diaphragm plate acting on the valve stem 4 , which separates two chambers in the diaphragm can, one chamber being pressurized with negative pressure and the other chamber with atmospheric pressure .

Durch die geringen Stellkräfte des erfindungsgemäßen Abgasventi­ les ist als Ventilbetätigungseinrichtung auch ein kleiner Elek­ tromotor (z. B. Schrittmotor) oder ein Elektromagnet verwendbar. Due to the low actuating forces of the exhaust valve according to the invention As a valve actuation device, les is also a small elec tromotor (e.g. stepper motor) or an electromagnet can be used.  

In dem Abgaskanal 2 ist zwischen dem Ventilteller 5 und einer Metallbalgauflage 14 des Ventilgehäuses 3 ein den Ventilschaft 4 umgebender Metallbalg 10 angeordnet, der die Ventilführung 11 gegen den Abgaskanal 2 abdichtet. Der Metallbalg 10 ist an der schaftseitigen Stirnseite 8 des Ventiltellers 5 sowie an der Me­ tallbalgauflage 14 des Gehäuses 3 befestigt.A metal bellows 10 which surrounds the valve stem 4 and which seals the valve guide 11 against the exhaust gas duct 2 is arranged in the exhaust gas duct 2 between the valve plate 5 and a metal bellows support 14 of the valve housing 3 . The metal bellows 10 is attached to the shaft-side end face 8 of the valve plate 5 and to the metal bellows support 14 of the housing 3 .

Bei geöffnetem Abgasventil 1 strömt das Abgas vom Abgaskanalteil 2a über die Öffnung zwischen Ventilteller 5 und Ventilsitz 7 in den Abgaskanalteil 2b.When the exhaust valve 1 is open, the exhaust gas flows from the exhaust duct part 2 a through the opening between the valve plate 5 and the valve seat 7 into the exhaust duct part 2 b.

In der gezeigten Darstellung ist der Durchmesser des Metallbal­ ges 10 kleiner als der Durchmesser des Ventiltellers 5, weshalb bei geschlossenem Abgasventil 1 eine Unterstützung der Schließ­ kraft der Rückstellfeder 9 durch das auf eine Ringfläche 12 der schaftseitigen Stirnseite 8 des Ventiltellers 5 drückende Abgas erfolgt. Die Ringfläche 12 auf der schaftseitigen Stirnseite 8 des Ventiltellers 5 befindet sich zwischen der Umlaufkante der schaftseitigen Stirnseite 8 und dem Außendurchmesser des Metall­ balges 10.In the illustration shown, the diameter of the metal bellows 10 is smaller than the diameter of the valve plate 5 , which is why when the exhaust valve 1 is closed, the closing force of the return spring 9 is supported by the exhaust gas pressing on an annular surface 12 of the shaft-side end face 8 of the valve plate 5 . The annular surface 12 on the shaft-side end face 8 of the valve plate 5 is located between the peripheral edge of the shaft-side end face 8 and the outer diameter of the metal bellows 10 .

Die Größe der die Schließkraft der Rückstellfeder 9 unterstüt­ zenden Kraft, die durch den Abgasdruck auf die Ringfläche 12 entsteht, ist durch eine entsprechende Veränderung des Metall­ balgaußendurchmessers und des Ventiltellerdurchmessers einstell­ bar.The size of the closing force of the return spring 9 supporting force resulting from the exhaust gas pressure on the annular surface 12 is adjustable by a corresponding change in the metal bellows outer diameter and the valve plate diameter.

Eine bauliche Vereinfachung des Abgasventiles 1 ergibt sich, wenn der Metallbalg 10 neben seiner abdichtenden Funktion gleichzeitig die Funktion der Rückstellfeder 9 übernimmt. Da­ durch entfällt die Rückstellfeder 9 als separates Bauteil.A structural simplification of the exhaust valve 1 is obtained when the metal bellows 10, in addition to its sealing function, also takes over the function of the return spring 9 . Since the return spring 9 is omitted as a separate component.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann der Metallbalg 10 anstatt mit der schaftseitigen Stirnseite 8 des Ventiltellers 5 auch direkt mit dem Ventilschaft 4 verbunden sein, etwa durch einen konusförmigen Metallbalg. In a further embodiment of the invention, the metal bellows 10 can also be connected directly to the valve stem 4 , for example by a conical metal bellows, instead of the shaft-side end face 8 of the valve plate 5 .

Des weiteren kann bei Abgasventilen mit baulich getrennter Rück­ stellfeder und Metallbalg bei einer Anordnung der Rückstellfeder in dem Abgaskanal diese auch außerhalb des Metallbalges angeord­ net sein. Ferner kann die Rückstellfeder auch aus dem Abgaskanal verlegt werden und beispielsweise direkt mit der Ventilbetäti­ gungseinrichtung verbunden werden.Furthermore, exhaust valves with structurally separate rear can adjusting spring and metal bellows with an arrangement of the return spring in the exhaust duct, these are also arranged outside the metal bellows be nice. Furthermore, the return spring can also come from the exhaust duct be installed and, for example, directly with the valve actuator be connected.

Claims (7)

1. In einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnetes Ab­ gasventil, bestehend aus
  • - einem Ventilschaft,
  • - einem Ventilgehäuse mit einer Ventilführung zur Führung des Ventilschaftes,
  • - einem am Ventilschaft angeordneten Ventilteller, der mit einem im Abgaskanal integrierten Ventilsitz zusammenwirkt,
  • - mindestens einer Rückstellfeder, die das Abgasventil in einer geschlossenen Stellung hält und
  • - einer auf den Ventilschaft wirkenden Ventilbetätigungseinrich­ tung,
1. In an exhaust duct of an internal combustion engine arranged from gas valve, consisting of
  • - a valve stem,
  • a valve housing with a valve guide for guiding the valve stem,
  • a valve plate arranged on the valve stem, which cooperates with a valve seat integrated in the exhaust duct,
  • - At least one return spring that holds the exhaust valve in a closed position and
  • - A valve actuating device acting on the valve stem,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgaskanal (2) zwischen dem Ventilteller (5) und dem Ventilgehäuse (3) ein den Ventilschaft (4) umgebender Metallbalg (10) angeordnet ist, der die Ventilführung (11) gegen den Abgas­ kanal (2) abdichtet. characterized in that a valve stem (4) surrounding the metal bellows (10) is arranged in the exhaust passage (2) between the valve plate (5) and the valve housing (3) which seals the valve guide (11) against the exhaust gas channel (2) . 2. Abgasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasventil (1) so in den Abgaskanal (2) geschaltet ist, daß bei geschlossenem Abgasventil (1) der Abgasdruck auf eine Stirnseite (8) des Ventiltellers (5) die Schließkraft der Rück­ stellfeder (9) unterstützt.2. Exhaust valve according to claim 1, characterized in that the exhaust valve ( 1 ) is connected to the exhaust duct ( 2 ) in such a way that when the exhaust valve ( 1 ) is closed, the exhaust pressure on one end face ( 8 ) of the valve plate ( 5 ) has the closing force of the rear adjusting spring ( 9 ) supported. 3. Abgasventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (9) durch den Metallbalg (10) gebildet ist. 3. Exhaust valve according to one of claims 1 or 2, characterized in that the return spring ( 9 ) is formed by the metal bellows ( 10 ). 4. Abgasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbalg (10) mit seinem einen Ende an der schaftsei­ tigen Stirnseite (8) des Ventiltellers (5) und mit seinem ande­ ren Ende an dem Ventilgehäuse (3) befestigt ist.4. Exhaust valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal bellows ( 10 ) with its one end on the shaftsei term end ( 8 ) of the valve plate ( 5 ) and with its other end attached to the valve housing ( 3 ) is. 5. Abgasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbalg (10) mit seinem einen Ende am Ventilschaft (4) und mit seinem anderen Ende am Ventilgehäuse (3) befestigt ist.5. Exhaust valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal bellows ( 10 ) is attached at one end to the valve stem ( 4 ) and with its other end to the valve housing ( 3 ). 6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigungseinrichtung ein Elektromotor ist.6. Valve according to one of claims 1 to 5, characterized, that the valve actuator is an electric motor.
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