-
Die
Erfindung betrifft gemäß einem
ersten Erfindungsgedanken ein Verfahren zur Kühlung eines zumindest eine
axiale Hubbewegung ausführenden
Ventils, insbesondere eines Auslassventils eines Zweitakt-Großdieselmotors,
durch welches eine Kühlflüssigkeit
durchgeleitet wird.
-
Ein
weiterer Erfindungsgedanke betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines
zumindest eine axiale Hubbewegung ausführenden Ventils, insbesondere eines
Auslassventils eines Zweitakt-Großdieselmotors, das mit seinem
Schaft in einem zugeordneten Ventilgehäuse geführt ist und eine einen Vorlaufast und
einen Rücklaufast
umfassende, mit einer Kühlflüssigkeit
beaufschlagbare, axiale Kühlleitung
enthält,
wobei der Vorlaufast über
einen radialen Einlass mit einer den Ventilschaft umgebenden Versorgungskammer
und der Rücklaufast über einen
radialen Auslass mit einer den Ventilschaft umgebenden Rückführkammer
verbindbar sind.
-
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art sind aus der
DE 195 27 285 A1 bekannt.
Die hieraus entnehmbare Lehre zielt jedoch auf eine kontinuierliche
Kühlung
des Ventils während des
gesamten Ventilbetriebs ab. Dementsprechend wird das Ventil ununterbrochen
mit Kühlmittel
versorgt. Hierzu entsprechen die axiale Länge der Versorgungskammer und
die axiale Länge
der Rückführkammer
der Länge
des Hubs des Ventils zuzüglich des
Durchmessers des Einlasses bzw. Auslasses, so dass während des
gesamten Hubs eine Kühlmittelströmung bewerkstelligt
wird. Die große
Länge der Versorgungskammer
und der Rückführkammer
führt zu
einer vergleichsweise großen
Bauhöhe,
was bei Schiffsmotoren zu einer Einbuße an Laderaum führen kann
und daher unerwünscht
ist. Eine Reduzierung der Bauhöhe
würde hier
zwangsläufig
eine Reduzierung der Führungslänge ergeben,
was die Zuverlässigkeit
be einträchtigen
könnte.
Ein weiterer, ganz besonderer Nachteil ist darin zu sehen, dass
es in Folge der permanenten Beaufschlagung des Ventils mit Kühlmittel
vorkommen kann, dass das Ventil so stark abgekühlt wird, dass an seiner Oberfläche der
Taupunkt unterschritten wird, was zur Entstehung von Säuren führen kann,
die eine Korrosion verursachen können.
-
Die
DE 670 900 A zeigt
ein gekühltes
Ventil für
schnelllaufende Motoren. Als Kühlmittel
findet hier Pressluft Verwendung, die gleichzeitig dazu dient, das
Ventil zu schließen.
Um sicherzustellen, dass zum Schließen des Ventils der gesamte
Pressluftdruck zur Verfügung
steht, wird hier die Pressluftzufuhr zum Kühlkanal des Ventils kurzzeitig
unterbrochen, wenn das Ventil seine Offenstellung erreicht. Hierbei
soll ein Luft- und Druckverlust durch das Ventil hindurch vermieden
werden. Eine Reduzierung der Kühlwirkung
ist in diesem Zusammenhang nicht angesprochen und auch nicht erwünscht. Vielmehr
sollen die Ventile hier um so stärker
gekühlt
werden, je schneller der Motor läuft.
-
Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren eingangs erwähnter
Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln
so zu verbessern, dass eine übermäßige Kühlung des
Ventils vermieden wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine Vorrichtung oben genannter Art zu schaffen, die nicht
nur zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist, sondern auch eine kompakte Bauweise und gleichzeitig
eine hohe Zuverlässigkeit
gewährleistet.
-
Die
auf das Verfahren sich beziehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Durchleitung der Kühlflüssigkeit
durch das Ventil bei jeder Hubbewegung des Ventils zur Begrenzung
der Kühlwirkung
auf einem Teil des axialen Hubs des Ventils mit Hilfe der Hubbewegung
des Ventils unterbrochen wird.
-
Die
auf die Vorrichtung sich beziehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Verbindung des Einlasses mit der Versorgungskammer und/oder
die Verbindung des Auslasses mit der Rückführkammer zur Begrenzung der
Kühlwirkung auf
einem Teil des axialen Hubs des Ventils mit Hilfe der Hubbewegung
des Ventils unterbrochen ist, wobei der axiale Abstand zwischen
der Versorgungskammer und der Rückführkammer
kleiner als der axiale Hub des Ventils ist.
-
Mit
diesen Maßnahmen
werden die eingangs geschilderten Nachteile des Standes der Technik
auf einfache und kostengünstige
Weise vollständig
vermieden.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten
Maßnahmen sind
in den Unteransprüchen
angegeben. So kann die axiale Erstreckung der Versorgungskammer und/oder
der Rückführkammer
an den Durchmesser des jeweils zugeordneten Einlasses bzw. Auslasses zumindest
angenähert
sein. Die genannten Maßnahmen
ergeben eine Bauweise nach Art eines Schieberventils. Der Ventilschaft
fungiert hier als axial verschiebbarer Steuerschieber, durch den
der Einlass bzw. Auslass auf – und
abgesteuert werden können. Die
Verwendung des Ventilschafts als Steuerschieber führt in vorteilhafter
Weise zu einer einfachen und kostengünstigen Selbststeuerung. Der
axiale Abstand zwischen Einlass und Auslass und dementsprechend
auch zwischen Versorgungskammer und Rückführkammer kann hier in vorteilhafter
Weise wesentlich kleiner als der Ventilhub sein. Es können daher
eine vergleichsweise große
Führungslänge vorgesehen
und dennoch eine vergleichsweise geringe Bauhöhe erreicht werden.
-
Eine
weitere vorteilhafte Maßnahme
kann darin bestehen, dass der axiale Abstand zwischen Versorgungskammer
und Rückführkammer
kleiner als der Durchmesser des Einlasses ist. Diese Maßnahme führt in vorteilhafter
Weise zu einem kurzzeitigen Kurzschluss zwischen Versorgungskammer und
Abführkammer
am Ende der Absteuerung und zu Beginn der Aufsteuerung des Einlasses.
Hierdurch werden daher eine schlagartige Beendigung der Strömung bzw.
ein schlagartiger Beginn der Beaufschlagung der Kühlleitung
mit Kühlmittel
vermieden.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen
sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der
nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung entnehmbar.
-
In
der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
-
1 einen
Schnitt durch den oberen Bereich eines Zylinders eines Zweitakt-Großdieselmotors
mit zugeordnetem Auslassventil,
-
2 einen
den oberen Bereich des Ventilgehäuses
enthaltenden Ausschnitt aus 1 in gegenüber dieser
vergrößerter Darstellung,
-
3 einen
Schnitt durch den unteren Ventilbereich und
-
4 ein
Ausführungsbeispiel
mit eine Kurzschlussströmung
ermöglichendem
Einlass in 2 entsprechender Darstellung.
-
Hauptanwendungsgebiet
der Erfindung sind Auslassventile von Zweitakt-Großdieselmotoren,
wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden. Der
Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt
und bedürfen
daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.
-
Der
der 1 zugrundeliegende Zylinder enthält einen
Brennraum 1, dessen obere Begrenzung durch einen auf einer
Zylinderbüchse 2 aufgenommenen
Zylinderdeckel 3 gebildet wird. Dieser enthält einen
zentralen Abgasauslass 4, dem ein mit einem Ventilsitz 5 zusammenwirkendes
Auslassventil 6 zugeordnet ist, das zum Auf- und Absteuern
des Abgasauslasses 4 in axialer Richtung heb- und senkbar
ist. In 1 ist das Auslassventil 6 in
seiner Schließposition
gezeichnet, in welcher sein Ventilteller 7 mit einer Dichtfläche an einer
zugeordneten Dichtfläche
des Ventilsitzes 5 anliegt.
-
Das
Auslassventil 6 besitzt einen vom Ventilteller 7 koaxial
nach oben abstehenden Schaft 8, der ein auf den Zylinderdeckel 3 aufgesetztes
Ventilgehäuse 9 durchgreift.
Das Ventilgehäuse 9 enthält einen
an den Abgasauslass 4 anschließenden, vom Ventilschaft 8 durchsetzten Auslasskanal 10.
Oberhalb des Auslasskanals 10 ist der Ventilschaft 8 in axialer
Richtung bewegbar im Ventilgehäuse 9 geführt. Dieses
ist hierzu im Bereich oberhalb des Auslasskanals 10 mit
einer Führungsbüchsenanordnung 11 versehen,
die vom Ventilschaft 8 durchgriffen wird, dessen oberes,
aus dem Ventilgehäuse 9 herausragendes
Ende mit einer auf das Ventilgehäuse 9 aufgesetzten
Betätigungseinrichtung 12 zur
Bewerkstelligung der axialen Hubbewegung des Ventils 6 zusammenwirkt.
-
Zur
Bewerkstelligung einer Rotationsbewegung des Ventils 6 ist
diesem eine Rotiereinrichtung zugeordnet. Im dargestellten Beispiel
ist hierzu der den Auslasskanal 10 durchsetzende Abschnitt
des Ventilschafts 8 mit radial abstehenden Propellerflügeln 13 versehen,
die unter Wirkung des vorbeiströmenden
Abgases eine Drehbewegung erzeugen.
-
Das
Ventil 6 wird mittels eines Kühlmittels, vorzugsweise in
Form von Kühlwasser,
gekühlt,
das durch das Ventil 6 durchleitbar ist. Hierzu ist der Schaft 8,
wie am besten aus 2 erkennbar ist, mit einer axialen
Kühlbohrung
versehen, die durch eine rohrförmige
Zwischenwand 14 in einen zentralen, zylinderförmigen Bereich
und einen diesen umgebenden, ringkanalförmigen Bereich unterteilt wird.
Im Ventilteller 7 ist eine Strömungsverbindung zwischen dem
unteren Ende des zentralen Bereichs und dem unteren Ende des diesen
umgebenden Bereichs vorgesehen.
-
Das
untere Ende des die Zwischenwand 14 bildenden Rohrs ragt,
wie 3 zeigt, in eine durch einen Ring von der Kühlbohrung
getrennte, im Bereich des Ventiltellers 7 vorgesehene Kammer 30 hinein.
Der Ventilteller 7 ist mit einem im Bereich seines Außenumfangs,
also sitznah umlaufenden Kühlkanal 31 versehen,
der einerseits über
eine radiale Stichleitung mit der Kammer 30, die mit dem
Innenraum des die Zwischenwand 14 bildenden Rohrs kommuniziert,
und andererseits über
eine weitere Stichleitung mit dem außerhalb des die Zwischenwand 14 bildenden
Rohrs sich befindenden, ringkanalförmigen Bereich verbunden ist.
Das die Zwischenwand 14 bildende Rohr kann mit Abstand
vom Boden der Kammer 30 enden. Im dargestellten Beispiel
sitzt es auf dem Boden der Kammer 30 auf und ist mit einem
radialen Ausgang 32 versehen.
-
Der
zentrale Bereich innerhalb der Zwischenwand 14 fungiert
dabei als von oben nach unten durchströmbarer Vorlaufast 15,
der ringförmige, äußere Bereich
als von unten nach oben durchströmbarer
Rücklaufast 16.
Der Vorlaufast 15 ist im Bereich seines oberen Endes über eine
den Schaft 8 durchgreifende, radiale Einlassbohrung 17 von
der Peripherie des Schafts 8 her zugänglich. Vom Rücklaufast 16 geht
eine den Schaft 8 durchgreifende, radiale Auslassbohrung 18 ab.
-
Im
dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Mittel
zur Zu- und Ableitung des Kühlmittels
zum bzw. vom Ventil 6 in das Ventilgehäuse 9 bzw. dessen
Führungsbüchsenanordnung 11 integriert,
was eine besonders kompakte Bauweise ergibt. Die Führungsbüchsenanordnung 11 ist
hier mit einer den Ventilschaft 8 ringförmig umfassenden Vorlaufkammer 19 versehen,
die über eine
das Ventilgehäuse 9 durchgreifende
Stichleitung 20 an eine Kühlmittelversorgungseinrichtung
anschließbar
ist und die so positioniert ist, dass sie in der der Schließstellung
des Ventils 6 zugeordneten Position der Einlassbohrung 17 mit
dieser kommuniziert. Die Auslassbohrung 18 mündet in
eine in der Führungsbüchsenanordnung 11 vorgesehene,
den Ventilschaft 8 ringförmig umfassende Rückführkammer 21,
die über
eine Verbindungsleitung 22 mit einer im Ventilgehäuse 9 vorgesehenen,
den Auslasskanal 10 umgebenden Kühlkammer 23 verbunden
ist, von der eine Entlastungsleitung 24 abgeht. Die Vorlaufkammer 19 und
die Rückführkammer 21 sind
als nach radial innen offene Nuten der Führungsbüchsenanordnung 11 ausgebildet.
-
Über die
Stichleitung 20 wird das Kühlmittel, wie durch einen Eingangspfeil
angedeutet ist, zugeführt. Über die
Entlastungsleitung 24 wird das Kühlmittel, wie durch einen Ausgangspfeil
angedeutet ist, abgeführt. Über die
Stichleitung 20 und die Entlastungsleitung 24 ist
die dem Ventil 6 und Ventilgehäuse 9 zugeordnete
Kühleinrichtung
an eine Kühlmittel-Zirkulationseinrichtung
angeschlossen.
-
In
der den 1 und 2 zugrundeliegenden
Position des Ventils 6 gelangt das Kühlmittel von der Versorgungskammer 19 über die
Einlassbohrung 17 zum Vorlaufast 15. Vom unteren
Ende des Vorlaufasts 15 gelangt das Kühlmittel über das im Ventilteller 7 vorgesehene
Kanalsystem in den Rücklaufast 16,
von dem es über
die Auslassbohrung 18 in die Rückführkammer 21 und von
dieser über
die Verbindungsleitung 22 in die Kühlkammer 23 gelangt,
aus der es über
die Entlastungsleitung 24 abgeführt wird. Die vorstehend umrissene
Kühlmittelzirkulation durch
das Ventil 6 und das Ventilgehäuse 9 ist in 2 durch
Strömungspfeile
verdeutlicht.
-
Die
axiale Erstreckung der den Ventilschaft 8 ringförmig umfassenden
Versorgungskammer 19 ist gegenüber den bekannten Anordnungen
stark reduziert und hier an den Durchmesser der Einlassbohrung 17 angenähert. Bei
der den 1 und 2 zugrundeliegenden
Ausführung
entspricht die axiale Erstreckung der Versorgungskammer 19 dem
Durchmesser der Einlassbohrung 17. Hierdurch wird erreicht,
dass die oben erwähnte
Durchströmung
des Ventils 6 mit Kühlmittel
nur solange aufrechterhalten wird, solange die Einlassbohrung 17 ganz
oder teilweise in Deckung mit der zugeordneten Versorgungskammer 19 ist.
Diese ist hier, wie oben schon erwähnt wurde, so positioniert,
dass sie in der den 1 und 2 zugrundeliegenden
Schließstellung des
Ventils 6 mit der Einlassbohrung 17 kommuniziert.
Sobald sich das Ventil 6 um den Durchmesser der Einlassbohrung 17 nach
unten bewegt hat, ist die Versorgungskammer 19 von der
Einlassbohrung 17 getrennt, wodurch die Kühlmittel-Zirkulation
durch das Ventil 6 unterbrochen ist.
-
Die
axiale Erstreckung der Rückführkammer 21 entspricht
im dargestellten Beispiel dem Hub des Ventils 6 zuzüglich des
Durchmessers der Auslassbohrung 18, so dass diese während des
gesamten Hubs des Ventils mit der zugeordneten Rückführkammer 21 kommuniziert.
Dennoch findet aber infolge der Unterbrechung der Verbindung zwischen
Versorgungskammer 19 und Einlassbohrung 17 keine Kühlmittel-Zirkulation durch
das Ventil 6 statt.
-
Es
wäre auch
denkbar, zur Unterbrechung der genannten Kühlmittel-Zirkulation die Rückführkammer 21 so anzuordnen
und auszubilden, dass sie nur in einem ausgewählten Bereich der axialen Hubbewegung
des Ventils 6 mit der Auslassbohrung 18 kommuniziert.
Denkbar wäre
es auch, beide Kammern, das heißt
die Versorgungskammer 17 und die Rückführkammer 18, so anzuordnen
und auszubilden, dass sie gleichzeitig nur in einem ausgewählten Bereich
der axialen Hubbewegung des Ventils 6 mit der zugeordneten
Einlassbohrung 17 bzw. Auslassbohrung 18 kommunizieren
und ansonsten geschlossen sind.
-
Um
die Bauhöhe
des Ventilgehäuses 9 möglichst
knapp zu halten, sind die Versorgungskammer 19 und die
Rückführkammer 21 soweit
zusammengerückt,
dass ihr axialer Abstand a kleiner als der Hub des Ventils 6 ist.
Bei dem den 1 und 2 zugrundeliegenden
Beispiel entspricht dieser Abstand a dem Durchmesser der Eingangsbohrung 17, zuzüglich einer
kleinen Dichtbreite. Aufgrund des geringen Abstands zwischen Versorgungskammer 19 und
Rückführkammer 21 sowie
aufgrund der geringen axialen Erstreckung der Versorgungskammer 19 und/oder
der Rückführkammer 21 kann
trotz vergleichsweise geringer Bauhöhe des Ventilgehäuses 9 ein
vergleichsweise langer Führungsbereich 25 der Führungsbüchsenanordnung 11 vorgesehen
sein, wie 2 anschaulich zeigt. Der Führungsbereich 25 erstreckt
sich hier praktisch nahezu über
die halbe Länge
der Führungsbüchsenanordnung 11,
die oberhalb des Führungsbereichs 25 die
Rückfuhrkammer 21 und darüber die
Versorgungskammer 19 samt der diesen Kammern zugeordneten
Abdichteinrichtungen enthält.
-
Die
Versorgungskammer 19 und die Rückführkammer 21 sind durch
am Ventilschaft 8 streifende Dichtringe 26 flankiert,
die eine zuverlässige
Abdichtung der Kammern gegeneinander sowie der Versorgungskammer 19 nach
oben und der Rückführkammer 21 nach
unten gewährleisten.
Aufgrund des geringen axialen Abstands der beiden Kammern genügt im Bereich
zwischen den beiden Kammern ein Dichtring 26, der beiden
Kammern zugeordnet ist. Der untere Dichtring 26 ist, wie 2 weiter
zeigt, infolge der großen
Länge des
Führungsbereichs 25 vergleichsweise
weit vom Auslasskanal 10 entfernt, so dass die Temperaturbeanspruchung
dieses Dichtrings gering ist. Die Verbindungsleitung 22 ist
durch an der äußeren Peripherie
der Führungsbüchsenanordnung 11 umlaufende
Dichtringe 27 nach oben bzw. unten abgedichtet.
-
Um
ein Eindringen von Verunreinigungen in das durch die Dichtringe 26 gebildete
Abdichtpaket zu verhindern kann der Spalt zwischen Ventilschaft 8 und
Führungsbereich 25 mit Öl beaufschlagt
werden. Auch dieses unterliegt dabei einer geringeren Temperaturbelastung.
Eine derartige Ölbeaufschlagung des
den Ventilschaft 8 umgebenden Spalts kann auch im Bereich
des oberen Endes des Abdichtpakets vorgesehen sein, wie in 2 durch
eine nicht bezeichnete Versorgungsleitung angedeutet ist.
-
Die
Anordnung gemäß 4 entspricht
hinsichtlich ihres grundsätzlichen
Aufbaus der den 1 und 2 zugrundeliegenden
Anordnung. Für gleiche
Teile finden daher gleiche Bezugszeichen Verwendung.
-
Im
Unterschied zur Anordnung gemäß 1 und 2 ist
bei dem der 4 zugrundeliegenden Beispiel
der axiale Abstand a' zwischen
der Versorgungskammer 19 und der Rückführkammer 21 kleiner
als der Durchmesser der Einlassbohrung 17. Hierdurch ergibt
sich, wie in 4 angedeutet ist, zu Beginn
der Abwärtsbewegung
und am Ende der Aufwärtsbewegung
des Ventils 6 eine Situation, in der die Einlassbohrung 17 sowohl
mit der Versorgungskammer 19 als auch mit der Rückführkammer 21 kommuniziert.
Auf diese Weise werden eine schlagartige Auf- bzw. Absteuerung der
Kühlmittel-Zirkulation
durch das Ventil 6 verhindert.
-
Bei
beiden Ausführungen
sind die Versorgungskammer 19 und die Rückführkammer 21 ringförmig ausgebildet,
so dass die Einlassbohrung 17 bzw. Auslassbohrung 18 unabhängig von
der Drehstellung des Ventils hiermit kommunizieren können. Die
durch eine geeignete Rotiereinrichtung bewerkstelligte Drehbewegung
des Ventils 6 beeinflusst daher die Kühlmittelzirkulation durch das
Ventil 6 nicht.
-
Bei
den dargestellten Beispielen sind die Versorgungskammer 19 und
die Rückführkammer 21 in
die im Ventilgehäuse 9 aufgenommene
Führungsbuchsenanordnung 11 integriert.
Es wäre
aber auch denkbar, die Versorgungskammer 19 und Rückführkammer 21 oberhalb
des Ventilgehäuses 9 anzuordnen.
Hierzu könnte
etwa ein zwischen dem Ventilgehäuse 9 und
der Ventilbetätigungseinrichtung 12 angeordneter,
die beiden Kammern enthaltender Gehäuseblock vorgesehen sein. Die
axiale Erstreckung der Versorgungskammer und der Rückführkammer könnte dabei
der Erstreckung in den oben beschriebenen Beispielen entsprechen.
Selbstverständlich müssten in
einem derartigen Fall auch der ventilseitige Einlass und Auslass
entsprechend höher
angeordnet sein.
-
Die
Erfindung ist ersichtlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt.