DE1576420C3 - Abschirmelement für Gaswechseltellerventil für Kolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Abschirmelement gegen im Gaswechselkanal befindliches heißes Gas für den Ventilschaft und die Ventilführung eines Gaswechseltellerventil, insbesondere eines Auslaßventils, für Kolbenbrennkraftmaschinen, welches im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist, gleichachsig den Ventilschaft und das dem Ventilteller zugewandte Ende der Ventilführung umgibt, mit seinem einen Ende ohne Beruhrung mit der Ventilführung unmittelbar mit dem Zylinderkopf dicht verbunden ist und an seinem anderen Ende einen Bereich geringen Spiels gegenüber dem Ventilschaft aufweist, so daß von Abschirmelement, Ventilschaft, Ventilführung und Zylinderkopf ein Innenraum gebildet ist.

Gaswechseltellerventile für heiße Gase, insbesondere Auslaßventile von Kolbenbrennkraftmaschinen, unterliegen einer hohen thermischen Beanspruchung. Es ist schwierig, eine hohe Lebensdauer der Ventile zu erreichen. Insbesondere ist die Ventilführung durch die Wärmebeanspruchung in Mitleidenschaft gezogen, so daß es hier leicht zum Verkoken und als Folge davon zum Ventilstecken kommen kann. Die Bemühungen richten sich deswegen darauf, die Ventiltemperatur allgemein und insbesondere die Temperatur in dem gefährdeten Querschnitt zu senken. Der gefährdete Querschnitt liegt am Übergang vom Ventilteller zum Ventilschaft. Hier durchfließen große Wärmemengen einen kleinen Querschnitt, und es treten hohe mechanische Beanspruchungen auf.

Es ist bekannt, durch Verlängern oder Verkürzen des in den Abgaskanal hineinragenden Teils der Ventilführung die Ventiltemperatur in gewünschter Weise zu beeinflussen. Eine Verlängerung der Ventilführung hat dabei eine Reduzierung der Ventiltemperatur zur Folge. Der Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß die von den Abgasen abgegebene Wärme nur über die Ventilführung abgeleitet werden kann, wodurch deren Temperatur sehr hoch steigt, so daß sich die unerwünschten Begleiterscheinungen des Verkokens und als Folge davon das Ventilstecken ergeben.

Es ist weiterhin bekannt, den Ventilschaft in der Nähe des gefährdeten Querschnitts durch Aufbringen isolierender Schichten zu schützen. Derartige Schichten haben keramischen Charakter, neigen jedoch erfahrungsgemäß zum Abplatzen, weil ihre Wärmedehnung im Vergleich zu der des zu schützenden Metalls zu gering ist. Auch sind hülsenförmige Abschirmelemente, wie z. B. durch die US-PS 2 797 677 bekanntgeworden, die einen Schutz gegen Strahlung und Leitung von Wärme aus dem Abgas bewirken sollen. Vielfach kann beim Öffnungszustand des Ventils Abgas in diese Abschirmelemente eintreten und später nach Abfließen des Abgases aus dem Hauptabgaskanal wieder austreten. Die Frage der Abgasströmung in diesem Bereich ist jedoch nicht eindeutig geklärt. Es erfolgt eine zunehmende Verkokung und sogar ein Festgehen des Ventils. Auch kann das aus der Ventilführung austretende Öl nicht abgeführt werden; es fördert somit die Verkokung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abschirmelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Temperaturbeanspruchungen im gefährdeten Querschnittsbereich, nämlich am Übergang vom Ventilteller zum Ventilschaft sowie in der Ventilführung möglichst niedrig hält, wobei das den Ventilschaft berührende Abgas keine zusätzlichen Schwierigkeiten bringen darf.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bereich geringen Spiels als Labyrinth ausgebildet ist und das Abschirmelement in seinem dem Zylinderkopf benachbarten Bereich mindestens eine eine Verbindung zwischen Innenraum und Gaswechselkanal bildende Ausgleichsbohrung aufweist. Hierdurch entspannt sich ein Teilstrom der Abgase unter der Wirkung der Druckdifferenz zwischen dem Staudruck des Abgasstromes am Staupunkt und der dynamischen Druckabsenkung an der Ausgleichsbohrung über das Innere des Abschirmelements, welches hierdurch als Drosselelement wirkt. Der freie Ringquerschnitt zwischen dem Ventilschaft und der Öffnung des Drosselelements und die darauf abgestimmte Ausgleichsbohrung müssen demgemäß für die Betriebsbedingungen ausgelegt sein. Auch die Gestaltung der Labyrinth-Querschnitte bestimmt die Menge des durch das Drosselelement strömenden Abgases.

In weiterer Ausbildung ist die Ausgleichsbohrung als Venturi-Rohr gestaltet. Das Abschirmelement ist berührungsfrei gegenüber der Ventilführung im Zylinderkopfgehäuse angeordnet und besteht aus schlecht war-

meleitendem Werkstoff, während die Ventilführung aus gut wärmeleitendem Werkstoff gefertigt sein soll. Gleichermaßen ist es zweckmäßig, das Abschirmelement aus einem hochwarmfesten und korrosionsbeständigen Werkstoff herzustellen. Es kann vorteilhafterweise mit dem Zylinderkopfgehäuse durch Eingießen, Einwalzen oder Einschweißen verbunden sein und wird im Präzisionsguß hergestellt und ist unbearbeitet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Abschirmelement und die Ventilanordnung, während in

F i g. 2 in einem Diagramm die durch die Erfindung erzielten Vorteile dargestellt sind.

Das Ventil verschließt mit seinem Ventilteller 6, der sich auf den Ventilsitzring 5 auflegt, den im Zylinderkopfgehäuse 7 befindlichen Abgaskanal 8. In einer höher gelegenen Partie des Zylinderkopfgehäuses 7 ist der Ventilschaft 1 in der Ventilführung 2 geführt. Etwa an der Stelle, wo beim Übergang vom Ventilteller 6 zum Ventilschaft 1 der für die Ventilführung 2 erforderliche Querschnitt erreicht ist, liegt der sogenannte gefährdete Querschnitt 4. Dieser gefährdete Querschnitt 4 ist von einem Abschirmelement 3 umgeben, das im Zylinderkopfgehäuse 7 befestigt ist. Am Ventilschaft 1 bzw. an dessen gefährdetem Querschnitt 4 ist das Abschirmelement 3 in Form eines Labyrinths 10 ausgebildet. An seiner Wurzel ist es mit einer oder mehreren Ausgleichsbohrungen 9 versehen. Das durch die Öffnung des Ventils austretende Abgas tritt zum Teil durch das Labyrinth 10 in den Innenraum des Abschirmelements und entweicht durch die Ausgleichsbohrungen 9. Hierdurch entsteht ein gleichmäßiges Wärmegefälle vom Abgasraum zum Ventilschaft.

In F i g. 2 ist die Temperatur t des Ventilschaftes über der Motordrehzahl η aufgetragen. Die Kurve a zeigt den Temperaturverlauf an der Ventilführung 2 mit einem Abschirmelement, die Kurve b den Temperaturverlauf an der Ventilführung 2 ohne Abschirmelement, während die Kurven c und d die Temperaturen am Ventilteller darstellen, wobei die niedere Kurve die Ausführung mit einem Abschirmelement zeigt.

Der aus der F i g. 2 deutlich zu erkennende Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung beruht auf der Wirkung, daß gegenüber den bekannten Ausführungsformen nur ein geringer Anteil des Abgasstaues — erzwungen durch die Reduzierung von Geschwindigkeit und Durchsatz im Labyrinth — am gefährdeten Querschnitt des Ventils vorbeiströmen kann. Über den erzielten Nutzen einer geringen Wärmebelastung hinaus bedeutet dies auch eine Verringerung der Korrosion durch das Abgas.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Abschirmelement gegen im Gaswechselkanal befindliches heißes Gas für den Ventilschaft und die Ventilführung eines Gaswechseltellerventils, insbesondere eines Auslaßventils, für Kolbenbrennkraftmaschinen, welches im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist, gleichachsig den Ventilschaft und das dem Ventilteller zugewandte Ende der Ventilführung umgibt, mit seinem einen Ende ohne Berührung mit der Ventilführung unmittelbar mit dem Zylinderkopf dicht verbunden ist und an seinem anderen Ende einen Bereich geringen Spiels gegenüber dem Ventilschaft aufweist, so daß von Abschirmelement. Ventilschaft, Ventilführung und Zylinderkopf ein Innenraum gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich geringen Spiels als Labyrinth (4) ausgebildet ist und das Abschirmelement (3) in seinem dem Zylinderkopf (7) benachbarten Bereich mindestens eine Verbindung zwischen Innenraum und Gaswechselkanal (8) bildende Ausgleichsbohrung (9) aufweist.

2. Abschirmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsbohrung als Venturi-Rohr ausgebildet ist.

3. Abschirmelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen schlecht wärmeleitenden Werkstoff, während die Ventilführung (2) aus einem gut warmeleitenden Werkstoff besteht.

4. Abschirmelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch durch einen hoch warmfesten und korrosionsbeständigen Werkstoff.

5. Abschirmelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verbindung mit dem Zylinderkopf (7) durch Eingießen, Einwalzen oder Einschweißen.

6. Abschirmelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im Präzisionsguß hergestellt und unbearbeitet ist.