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Ventil für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein
Ventil, insbesondere ein Auspuffventil, für Brennkraftmaschinen mit Druckölschrni.erung
des Ventilschaftes, bei welchem einem Raum zwischen Schaft und Führung Sperrluft
unter Druck zugeführt wird.
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Bei Ventilen von Brennkraftmaschinen sind mehrere Forderungen zu berücksichtigen.
So spielt für die Lebensdauer und gute Funktion derselben die Schmierung des Schaftes
eine wichtige Rolle. Hierfür ist bereits die Anwendung der Druckölschmierung bekannt.
Diese hatte jedoch bisher den Nachteil, daß die geschmierten Ventile, insbesondere
Auspuffventile, innerhalb kurzer Zeit nicht mehr sauber arbeiten, weil Ölteilchen
auf den heißen Ventilteller und -sitz geraten und dort verkoken. Diese Schwierigkeit
wurde in den meisten Fällen dadurch umgangen, daß man auf die Schmierung verzichtete
und lieber die Gefahr des Anfressens des Schaftes in seiner Führung in Kauf nahm.
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Umgekehrt muß bei Ventilen und insbesondere bei ölgeschmierten Ventilen
unbedingt darauf geachtet werden, daß keine Verbrennungsgase am Schaft entlang durchtreten
und mit dem Öl in Berührung kommen, weil sich in den Abgasen Stoffe befinden, die
das Öl verunreinigen und einer Zerstörung des Ventilwerkstoffes Vorschub leisten.
Beispielsweise enthalten die Abgase Schwefelverbindungen, die zusammen mit immer
vorhandener Feuchtigkeit Schwefelsäure bilden und die Ventilfedern angreifen. Man
bat daher schon versucht, Sperrluft in einen um den Schaft angeordneten Ringraum
einzuführen und sie dann in Ridhtung auf den Ventilsitz austreten zu lassen. Auf
diese Weise konnte aber lediglich das Eindringen der Abgase verhindert werden; umgekehrt
wurden dagegen in verstärktem Maße Ölteilchen auf den Ventilteller mitgerissen.
Auch hier war man deshalb genötigt, auf eine spezielle Schmierung ganz zu verzichten.
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Die Erfindung beseitigt die geschilderten Nachteile. Sie ist gekennzeichnet
durch eine an sich bekannte, am Schaft entlang führende und an dem dem Ventilteller
zugewandten Ende der Ventilführung an einem den Schaft umschließenden Ringkanal
beginnende und vom Ventilteller wegführende Bahn für die Luft, welche an ihrem Ende
zu einer Drosselstelle führt und sowohl gegenüber dem Einlaß- bzw. Auspuftkana,l
als auch gegenüber dem auf der vom Ventilteller abgewandten Seite der Bahn angeordneten
Druckölzulauf zum Schaft durch je einen mit normalem Spiel versehenen Führungsteil
des Schaftes getrennt ist.
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Mit der Erfindung wird, also ein doppelter Effekt erzielt, nämlich
einerseits eine Abschirmung des Ventilraums gegen das 01 und andererseits
eine Abschirmung der gefährdeten Teile des Ventils sowie des Ölfilms gegen den schädlichen
Einfluß der Abgase. Zu diesen Vorteilen kann man die Kühlwirkung noch als bekannte
Nebenerscheinung hinzuzählen. Dadurch, daß der Ventilschaft sowohl an der Stelle
zwischen der Luftbahn und dem Verbrennungsraum als auch zwischen der Luftbahn und.
dem Druckölzulauf normal, d. h. mit minimalem Spiel geführt ist, während die den
Schaft entlang führende Bahn der Luft kaum Widerstand bietet, sowie durch Anordnung
der einen bestimmten Druck der Luft gewährleisteten Drosselstelle wird die eindeutige
Sperrwirkung der Luft einerseits gegenüber dem Öl als auch andererseits gegenüber
dem Verbrennungsgas erzielt.
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Die Drosselstelle kann ohne Schwierigkeiten derart beimessen werden,
daß unabhängig von der Temperatur und der entsprechenden Wärmedehnung des Ventilschaftes
eine ausreichende Luftmenge den Schaft entlang strömt. Als Bahn für die Luft wird
demnach jeder Weg längs des Schaftes bezeichnet, dessen Strömungswiderstand klein
gegenüber dem Strömungswiderstand zwischen Ringraum und Ventilteller ist. Mit Vorteil
kann eine längs eines Teils des Schaftes schraubenförmig verlaufende Nut oder eine
längs der Innenseite eines Teiles der Führung für den Schaft schraubenförmig verlaufende
Nut verwendet werden. Auch auf einem kurzen Abschnitt des Schaftes kann
auf
diese Weise eine gute und verhältnismäßig lange andauernde Berührung zwischen dem
Schaft und der Sperr- und Kühlluft erzielt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel, bei welchem das Ventil ohne Korb in
den Zylinder eingesetzt sein kann, ist es vorteilhaft, sowohl die Luftzuleitung
zu dem Ringraum als auch einen Verbindungskanal zwischen der Bahn für die Luft und
der Drosselstelle scbraubenförmig außen um die Führungsbuchse verlaufen zu lassen.
Dadurch wird die Führung zusätzlich gekühlt. Die einfachste Form ist hier ein Doppelgewinde,
auf dessen einer Schraubenbahn die Luft zugeführt und auf dessen anderer Schraubenbahn
die Luft an die Drosselstelle abgeführt wird.
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Wenn die Maschine mit Aufladung arbeitet, ist es zweckmäßig, die Sperr-
und Kühlluft direkt dem Aufladeluftkreislauf zu entnehmen. Hier und auch in anderen
Fällen ist zu berücksichtigen, daß bei zu geringem Luftdruck - wie er beispielsweise
bei Leerlauf oder Teillastbetrieb auftreten kann - Schmieröl entgegen der Luftströmung
bis in die Nähe des Ventilsitzes fließen kann. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig,
eine Sperrvorrichtung in der Schmiermittelzuleitung anzuordnen, welche die Schmiermittelzufuhr
erst freigibt, wenn ein Mindestwert des Luftdruckes überschritten ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Erläuterung der Zeichnung, auf der zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt sind. Hierin zeigt Fig.1 ein Ventil gemäß der Erfindung, welches direkt
in den Zvlinder eingesetzt ist, im Schnitt, Fig. 2 die Ansicht der Führung für den
Ventilschaft, Fig. 3 ein Ventil, welches mit Ventilkorb in den Zylinder eingesetzt
ist, im Schnitt, und Fig. 4 ebenfalls im Schnitt eine Sperrvorrichtung, die in die
Zuleitung für die Schmiermittelzufuhr geschaltet werden kann.
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Gemäß Fig. 1 trägt der Ventilschaft 1 einen Ventilteller 2, welcher
mit dem Ventilsitz 3 des Zylindergehäuses 4 zusammenarbeitet. Der Schaft 1 gleitet
in der Führung 5 und wird durch die Feder 6, die sich auf dem Ventilteller 7 abstützt,
in seiner oberen Lage genalten, wenn er nicht durch einen auf den Ansatz 8 wirkenden
Nocken der Ventilsteuerung heruntergedrückt wird. In einem gemeinsamen Montageteil
9 ist der Eintritt 10 für die Sperr- und Kühlluft, der Eintritt 11 für das
Schmiermittel und ein auswechselbarer Teil 12 mit der kalibrierten Drosselstelle
13 angeordnet. Der Teil 12 kann auch einstellbar sein, so daß man einen bestimmten
Drosselwiderstand fest einstellen kann. Die unter einem Druck von etwa 0,3 bis 0,4
atü stehende Luft gelangt von dem Eintritt 10 in die Schraubennut 14 (Fig. 2) an
der Außenseite der Führung 5 und wird in ihr bis in die Eindrehung 15 geleitet,
welche über Bohrungen 16 mit dem Ringkanal 17 um den Ventilschaft in Verbindung
steht. Die Luft strömt dann durch die schraubenförmigen Nuten 18 längs des Ventilschaftes
und tritt durch eine Bohrung 19 in die zweite Schraubennut 20 an der Außenseite
der Führung 5 über. Von dort wird sie schließlich durch eine Nut 21 im Montageteil
9 der Drosselstelle 13 zugeführt. Das Öl, das über die Schmiermittelzuführung 11
und die Bohrung 22 dem Schaft zugeführt worden und gegebenenfalls bis zu der Schraubenbahn
18 herabgelaufen ist, wird von der Luft durch die Drosselstelle 13 in den Raum oberhalb
des Ventils mitgerissen, von wo es in einen Ölsammelbehälter ablaufen kann. Das
Ventil in Fig. 3 arbeitet in ähnlicher Weise. Es ist allerdings in einem Korb 23
angeordnet, der in das Zylindergehäuse 24 eingesetzt ist. Der Schaft 25 trägt den
Ventilteller 26, der mit dem Ventilsitz 27 an dem Korb 23 zusammenarbeitet. Er gleitet
in einer Führung 28 und besitzt in gleicher Weise wie in Fig. 1 einen Federteller
29, an dem sieh die Feder 30 abstützt, und einen Ansatz 31, auf den ein Nocken der
Ventilsteuerung wirken kann. Die Luft wird über den Einlaß 32 und die Bohrung 33
dem Ringkanal 34 um den Schaft 25 zugeführt und kann dann auf der Schraubenbahn
35 nach oben strömen. Diese Bahn führt über eine Bohrung 36 zu der kalibrierten
Drosselstelle 37, die sich in einem Einsatz 38 in der Führung 28 befindet. Das Öl
wird über den Einlaß 39 und die Bohrungen 40 und 41 dem Ventilschaft zugeführt.
Wiederum wird Öl, welches. den Schaft herabgelaufen ist und von der Luft mitgerissen
wurde, durch die Drosselstelle in den Raum oberhalb des Ventils geleitet, von wo
es in einem Sammelbehälter ablaufen kann. Da der Korb hier bereits einen Ringraum
42 besitzt, in den gegebenenfalls ein Kühlmittel geleitet werden kann, ist eine
weitere Kühlung der Schaftführung 28 nicht mehr erforderlich.
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In Fi.g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Sperrvorrichtung für die
Schmiermittelzuleitung gezeigt. In einem Gehäuse 43, welches durch die Deckel 44
und 45 abgeschlossen ist, wird ein Kolben 46 einerseits durch die Feder 47 und andererseits
durch den in dem Raum 48 wirkenden Sperrluftdruck beeinflußt. Nur wenn der Luftdruck
genügend groß ist, kann das Öl aus der Zuleitung 49 in die Leitung
50 zu den Ventilen fließen.