DE10231381A1 - Kühlvorrichtung für Einlassventile und/oder Auslassventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Einlassventile und/oder Auslassventile einer Brennkraftmaschine mit einem mindestens einen die Ventilbetätigungseinrichtung aufweisenden Ölraum und mindestens einen Kühlwasserraum umfassenden Zylinderkopf, in den Ventilführungen eingebracht sind, welche die Ventilschäfte der Ventile aufnehmen und auf welche Ventilschaftabdichtungen aufgebracht sind, die die Ventilschäfte mit einer Dichtlippe umschließen. DOLLAR A Um eine Kühlvorrichtung für Einlassventile und/oder Auslassventile einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einfach aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar ist und bei der sich im Betrieb der Brennkraftmaschine nur unkritische Temperaturen in der Gleitfläche zwischen Ventilschaft und Ventilführung einstellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass im Ölraum des Zylinderkopfes mindestens ein Wehr angeordnet ist, das ein Ölreservoir bildet, welches die Ventilschaftabdichtung eines Ventils mindestens teilweise umgibt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Einlassventile und/oder Auslassventile einer Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Aus Hack/Indra:"Mehrventil Motoren", Motorbuch Verlag, 1. Auflage 1991, S. 81, linkes Bild ist eine gattungsgemässe Kühlvorrichtung für in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnete Einlass- und Auslassventile bekannt. Bei Brennkraftmaschinen für z.B. Kraftfahrzeuge ist es üblich, besondere Ventilführungen in den Zylinderkopf einzupressen, in denen die Ventilschäfte der Einlass- und Auslassventile laufen. Da bei solchen Motoren insbesondere die Auslassventile einer hohen Temperaturbelastung unterworfen sind, ist es ebenfalls üblich natriumgekühlte Ventile vorzusehen, bei denen die Wärmeabfuhr in die Ventilführung sowie in die Ventilschaftabdichtung und von dort in den mittels Kühlwasserräumen gekühlten Zylinderkopf erfolgt.
• Bei modernen, hochbelasteten Motoren sind hohe Abgastemperaturen erforderlich um durch Abgasnachbehandlung die verschärften Abgasnormen zu erfüllen und um gegebenenfalls einen Abgasturbolader anzutreiben. Das kann dadurch erreicht werden, dass der Zylinderkopf weniger gekühlt wird, sich dadurch aber die Temperaturbelastung insbesondere des Auslassventiles wieder erhöht, insbesondere in der Gleitfläche zwischen Ventilschaft und Ventilführung. Wird der Ventilschaft und die Ventilschaftabdichtung nun nicht ausreichend gekühlt, entstehen unter Umständen Ölablagerungen (Ölverkokungen) in der Gleitfläche zwischen Ventilschaft und Ventilführung, die zu erhöhtem Ölverbrauch, Ventilklemmen oder im schlimmsten Fall zu Motorschaden führen können.
• Aus der DE 29 32 905 A1 ist eine Kühlvorrichtung für ein Auslassventil bekannt, bei der ein Strömungsmittelkanal im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, der sich auf den Ventilschaft hin in der Nähe des Ventiltellers öffnet. Das andere Ende des Kanals steht mit einer Druckluftquelle oder einem anderen kühlenden Strömungsmittel in Verbindung. Die Druckluft bzw. das kühlende Strömungsmittel strömt über den unteren Teil des Ventilschafts und die Oberseite des Ventiltellers und kühlt so beide Teile. Diese Kühlvorrichtung erfordert einen grossen Bauraumbedarf und ist aufwändig in Herstellung und Betrieb und somit für einen Grossserieneinsatz wenig geeignet.
• Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 40 31 083 C1 , die DE 42 42 398 A1 , die DE 24 10 348 A und die DE 24 41 689 A verwiesen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für Einlassventile und/oder Auslassventile einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die einfach aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar ist und bei der sich im Betrieb der Brennkraftmaschine nur unkritische Temperaturen in der Gleitfläche zwischen Ventilschaft und Ventilführung einstellen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.
• Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Kühlvorrichtung besteht darin, dass es sich um ein einfaches, bauraumoptimiertes und kostengünstiges Kühlsystem handelt, welches auch bei beengten Bauraumverhältnissen im Zylinderkopf ein setzbar ist, da nur ein zusätzliches Bauteil, nämlich ein Wehr, im Zylinderkopf vorgesehen ist, das auch innerhalb einer Ventilfeder angeordnet sein kann und somit in einem ohnehin für die Ventilfeder benötigten Bauraum.
• Vorteilhafterweise wird als Kühlmittel in der Kühlvorrichtung das ohnehin in einer Brennkraftmaschine vorhandene Spritzöl oder Schmieröl verwendet, so das keine zusätzlichen Mittel benötigt werden. Es ist kein zusätzlicher Ölverbraucher, wie z.B. eine gezielte Ölspritze notwendig, der einen Einfluss auf das Öldruckverhalten des Motors hätte. Nur das im Kühlreservoir „gespeicherte" Ölvolumen muss berücksichtigt werden.
• Vorteilhafterweise ermöglicht die Kühlvorrichtung insbesondere die Kühlung der Ventilschaftabdichtung, da insbesondere bei natriumgekühlten Ventilen die Wärmeabführung aus dem Ventil von der Ventilführung auch in die Ventilschaftabdichtung erfolgt.
• Die Kühlvorrichtung verhindert vorteilhafterweise eine thermische Überbelastung des Dichtungswerkstoffes der Ventilschaftabdichtung und damit den Ausfall derselben und verhindert somit eine Ölleckage, d.h. es wird verhindert, dass Öl in den Spalt zwischen Ventilführung und Ventilschaft gelangt, was zu einem erhöhten Ölverbrauch führen würde. Das Öl würde bei diesen hohen Temperaturen unvollständig unter Erzeugung von Blaurauch verbrennen, was wiederum unerwünschte, da schlechte Abgaswerte und eine überhöhte Umweltbelastung nach sich zöge, oder es entstünden gar Ablagerungen (Verkokungen) zwischen Ventilführung und Ventilschaft, d.h. das Spiel zwischen Ventilschaft und Ventilführung würde reduziert, was zu Ventilklemmen und anschliessendem Motorschaden führen könne.
• Der kontinuierliche Ölnachschub in das Kühlreservoir durch Spritzöl oder Schmieröl aus der Ventilbetätigungseinrichtung, vermeidet eine unzulässige Aufheizung des Kühlreservoirs. Durch diese Kühlung entspricht die Temperatur der Ventil schaftabdichtung im wesentlichen der Temperatur des übrigen Schmiermittels in der Brennkraftmaschine. Die kontinuierliche Ölabfuhr erfolgt über bereits in der Brennkraftmaschine vorhandene Ölrückläufe.
• Vorteilhafterweise liegt der Ölspiegel des Ölreservoirs unabhängig von der Einbaulage des Motors immer unterhalb der Dichtlippe der Ventilschaftabdichtung, so dass eine Ölleckage über die Ventilschaftabdichtung in die Gleitfläche zwischen Ventilführung und Ventilschaft verhindert wird, wobei kurzzeitige Ölbenetzungen der Dichtlippe durch fahrdynamische Einflüsse hier nicht schädlich sind.
• Das Wehr der Kühlvorrichtung kann in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert werden, so dass nur eine geänderte Bearbeitung bzw. Herstellung des Zylinderkopfes notwendig ist.
• In der einzigen Figur sind im folgenden zwei Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
• Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Einlassventiles 2 und eines Auslassventiles 3, wobei das Einlassventil 2 mit einer Kühlvorrichtung gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel und das Auslassventil 3 mit einer Kühlvorrichtung gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel gekühlt wird und wobei beide Ventile 2, 3 in Offenstellung dargestellt sind.
• Der Zylinderkopf 1 besteht aus einem einteiligen Gussstück mit einem Zylinderkopfboden 4 und den von diesem nach oben bis zu einer hier nicht dargestellten Deckeltrennebene (zur Auflage einer Zylinderkopfhaube) führenden Aussenwänden 5. Zusammen mit dem Zylinderkopfboden 4 umschliessen die Aussenwände 5 einen Raum 6, der durch eine mit Abstand vom Zylinderkopfboden 4 angeordnete Zylinderkopf decke 7 in einen Kühlwasserraum 8 und einen darüberliegenden Ölraum 9 unterteilt ist, wobei im Ölraum 9 die hier nicht sichtbare Ventilbetätigungseinrichtung untergebracht ist.
• Das hier dargestellte Einlassventil 2 steuert einen Einlasskanal 10 und das hier dargestellte Auslassventil 3 steuert einen Auslasskanal 11 der Brennkraftmaschine. Beide Ventile 2, 3 weisen jeweils einen Ventilschaft 12, 13 und einen sich verbreiternden Ventilteller 14, 15 auf. In Bohrungen des Zylinderkopfes 1 sind hülsenförmige Ventilführungen 16, 17 eingesetzt, welche die Ventilschäfte 12, 13 der Ventile 2, 3 aufnehmen. Auf die Ventilführungen 16, 17 sind Ventilschaftabdichtungen l8, 19 aufgebracht, die die Ventilschäfte 12, 13 mit einer Dichtlippe 20, 21 umschliessen und somit verhindert, dass Öl in die Gleitflächen 22, 23 zwischen Ventilführungen 16, 17 und Ventilschäfte 12, 13 gelangt. Die Ventilteller 14, 15 arbeiten mit im Zylinderkopf 1 an den Gaswechselkanälen 10, 11 vorgesehenen, ringförmigen Ventilsitzen 24, 25 zusammen. Die axiale Verschiebung der Ventilschäfte 12, 13 führt zur Öffnung und Schliessung der Ventile 2, 3 bzw. zur Öffnung und Schliessung der Gaswechselkanäle 10, 11. Zwischen auf dem Zylinderkopf 1 aufsitzenden Federtellern 26, 27 und am Ende der Ventilschäfte 12, 13 angebrachten Federtellern 28, 29 eingespannte Ventilfedern 30, 31 sind bestrebt, das zugehörige Ventil 2, 3 in Schliessstellung zu halten, wobei der Einsatz der erfindungsgemässen Kühlvorrichtung auch bei Ventilbetätigungseinrichtungen ohne Ventilfedern erfolgen kann.
• Um eine optimale Kühlung der Gaswechselventile 2, 3 der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass im Ölraum 9 des Zylinderkopfes 1 mindestens ein Wehr 32, 33 angeordnet ist, das ein Ölreservoir 34, 35 bildet, welches die Ventilschaftabdichtung 18, 19 eines Ventiles 2, 3 mindestens teilweise umgibt, wobei die Anzahl der Wehre 32, 33 und die Art sowie die Anzahl der zu kühlenden Ventile 2, 3 variieren kann. Das Wehr 32, 33 kann das zu kühlende Ventil 2, 3 auch vollständig umgeben.
• Das durch das Wehr 32, 33 gebildete Ölreservoir 34, 35 wird durch Spritzöl oder Schmieröl aus der Ventilbetätigungseinrichtung stetig neu gefüllt. Es erfolgt ein ebenfalls kontinuierlicher Ölablauf über die Kante des Ölreservoirs 34, 35 in bereits in der Brennkraftmaschine vorhandene, hier nicht dargestellte Ölrückläufe, wobei die Höhe des Wehres 32, 33 eine definierte Ablaufkante für das Öl bildet. Die Höhe und die Ausgestaltung des Wehres 32, 33 ist derart ausgelegt, dass die Dichtlippe 20, 21 der Ventilschaftabdichtung 18, 19 oberhalb des im Ölreservoir 34, 35 befindlichen Ölspiegels 36, 37 liegt, wobei kurzzeitige Ölbenetzungen der Dichtlippe 20, 21 aufgrund fahrdynamischer Einflüsse unschädlich sind.
• Das Wehr 32, 33 kann einteilig mit dem Zylinderkopf 1 ausgebildet sein, d.h. das Wehr 32, 33 kann bereits beim Giessen des Zylinderkopfes 1 mitberücksichtigt werden. Das Wehr 32, 33 kann aber auch als separates Bauteil im Zylinderkopf 1 befestigt sein, beispielsweise als angeschraubtes Blech. Ferner kann das Wehr 32, 33 in einen der Federteller 26 bis 29 des Ventiles 2 oder 3, insbesondere in den unteren Federteller 26, 27 integriert sein, wie beim Federteller 27 des Auslassventiles 3 gezeigt. Vorstellbar wäre auch ein einstöckig ausgebildetes oder miteinander verbundenes Kombinationsteil aus Federteller 26 bis 29, Ventilschaftabdichtung 18, 19 und Wehr 32, 33.
• Die Kühlvorrichtung für das Einlassventil 2 zeigt die Anordnung des Wehres 32 ausserhalb der im Ölraum 9 angeordneten Ventilfeder 30 und die Kühlvorrichtung für das Auslassventil 3 zeigt die Anordnung des Wehres 33 innerhalb der im Ölraum 9 angeordneten Ventilfeder 31.

Claims (10)

1. Kühlvorrichtung für Einlassventile (2) und/oder Auslassventile (3) einer Brennkraftmaschine mit einem mindestens einen die Ventilbetätigungseinrichtung aufweisenden Ölraum (9) und mindestens einen Kühlwasserraum (8) umfassenden Zylinderkopf (1), in den Ventilführungen (16, 17) eingebracht sind, welche die Ventilschäfte (12, 13) der Ventile (2, 3) aufnehmen und auf welche Ventilschaftabdichtungen (18, 19) aufgebracht sind, die die Ventilschäfte (12, 13) mit einer Dichtlippe (20, 21) umschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass im Ölraum (9) des Zylinderkopfes (1) mindestens ein Wehr (32, 33) angeordnet ist, das ein Ölreservoir (34, 35) bildet, welches die Ventilschaftabdichtung (18, 19) eines Ventiles (2, 3) mindestens teilweise umgibt.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das Wehr (32, 33) gebildete Ölreservoir (34, 35) durch Spritzöl oder Schmieröl aus der Ventilbetätigungseinrichtung stetig neu gefüllt wird.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Wehres (32, 33) derart ausgelegt ist, dass die Dichtlippe (20, 21) der Ventilschaftabdichtung (18, 19) oberhalb des Ölspiegels (36, 37) im Ölreservoir (34, 35) liegt.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr (32, 33) einteilig mit dem Zylinderkopf (1) ausgebildet ist.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr (32, 33) als separates Bauteil im Zylinderkopf (1) befestigt ist.
6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr (32, 33) bei Ventilbetätigungseinrichtungen mit Ventilfedern (30, 31) und zugehörigen Federtellern (26 bis 29) in einen Federteller (26 bis 29) des Ventiles (2, 3) integriert ist.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ventilbetätigungseinrichtungen mit Ventilfedern (30, 31) und zugehörigen Federtellern (26 bis 29) das Wehr (32, 33), der Federteller (26 bis 29) und die Ventilschaftabdichtung (18, 19) einstückig ausgebildet sind.
8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ventilbetätigungseinrichtungen mit Ventilfedern (26 bis 29) das Wehr (32, 33) innerhalb der Ventilfeder (30, 31) angeordnet ist.
9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ventilbetätigungseinrichtungen mit Ventilfedern (30, 31) das Wehr (32, 33) ausserhalb der Ventilfeder (30, 31) angeordnet ist.
10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ventil um ein Auslassventil (3) der Brennkraftmaschine handelt.