DE1700149B

DE1700149B - Gas exchange valve for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1700149B
Authority: DE
Inventors: Jacques Pans Delesalle
Original assignee: Societe dEtudes de Machines Ther miques, St Denis (Frankreich)

Description

Die Erfindung betrifft ein Gaswechselventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere Auslaßventil, dessen tragende Schaft- und Vev iütellerteile — gegebenenfalls mit Ausnahme des Sitzflächenbereichs — aus einem Stück ausgebildet sind, wobei der Ventilteller wenigstens eine ringförmige thermisch isolierende Zwischenschicht von fester Konsistenz besitzt, die koaxial zur Ventilachse zwischen der Sitzfläche und der Stirnfläche des Ventils angeordnet ist und nahe an die Sitzfläche heranreicht.The invention relates to a gas exchange valve for internal combustion engines, in particular an exhaust valve, its supporting shaft and valve plate parts - if necessary with the exception of the seat area - are made in one piece, with the valve disc has at least one annular, thermally insulating intermediate layer of solid consistency, which is arranged coaxially to the valve axis between the seat surface and the end surface of the valve and close to the seat.

Bei den bekannten Ventilen dieser Art wird durch die ringförmige thermisch isolierende Zwischenschicht erreicht, daß die Wärmeableitung von der den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzten Stirnfläche des Vcntil'ellers zur Sitzfläche hin. die in der Öffnungsstellung des Ventils durch die vorbeiströmenden heißen Auspuffgase stark erhitzt wird, weitgehend unterbrochen wird. Jedoch erstrecken sich bei den bekannten Konstruktionen Hohlräume oder Schlitze vom Rand des Ventiltellers bis nahe an dessen Mitte. Dadurch ist die Wärmeableitung vom Ventilteller in den Ventilschaft, der mit dem Ventilteller aus einem Stück besteht, weitgehend verringert, so daß die Gefahr der Überhitzung der Stirnfläche des Ventiltellers besteht.In the known valves of this type is through the annular thermally insulating intermediate layer achieves that the heat dissipation from the end face of the valve plate exposed to the hot combustion gases towards the seat. which are called in the open position of the valve by the flowing past Exhaust gas is strongly heated, is largely interrupted. However, in the case of the known Constructions Cavities or slots from the edge of the valve disk to near its center. Through this is the heat dissipation from the valve disc into the valve stem, which consists of one piece with the valve plate, largely reduced, so that the risk of The face of the valve disk is overheating.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ventil so auszubilden, daß bei guter Abschirmung der Sitzfläche des Ventilteller gegen von der Stirnfläche des Ventiltellcrs abgeleitete Wärme die Wärmeableitung zum Ventilschaft möglichst groß ist.The invention has for its object to design the valve so that with good shielding of the Seat of the valve head against the face the heat dissipated by the valve disk, the heat dissipation to the valve stem is as large as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht in ihrer radialen Abmessung auf den Bereich der Sitzfläche begrenzt ist.According to the invention, this object is achieved in that the radial dimension of the intermediate layer is limited to the area of the seat.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die von den heißen Gasen auf die Stirnfläche des Ventiltellcrs übertragene Wärme über einen großen Oller-The advantage of the invention is that the from the hot gases onto the face of the valve disk transferred heat over a large

schnitt des Ventiltellers zum Ventilschaft abgeleitet werden kann und nur ein verhältnismäßig schmaler äußerer Ringteil des Querschnittes, in dessen Bereich die Zwischenschicht angeordnet ist. für die Ableitung tier Wärme ausfällt. Daher bleibt der Ventilteller kühler als bei den bekannten Konstruktionen. Da der Ventilteller nur in seinem Randlureich durch die Zwischenschicht geschwächt ist. so ist die mechanische Festigkeit des Ventils wenig beeinträchtigt.section of the valve disk can be derived from the valve stem and only a relatively narrow one outer ring part of the cross-section, in the area of which the intermediate layer is arranged. for the derivation animal heat fails. Therefore, the valve disc remains cooler than in the known designs. Since the The valve plate is only weakened in its peripheral area by the intermediate layer. so is the mechanical one Strength of the valve little affected.

Den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildende Merkmale und Vorteile der Erfindune sind aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele ersichtlich. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeietFeatures and advantages of the invention which further develop the subject matter of the invention can be found in FIG Description of some exemplary embodiments can be seen. In the drawing the invention is for example and shown schematically. It is time

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Ventils, teilweise geschnitten mit einer sich im wesentlichen parallel zur Ventilachse erstreckenden Ringnut,F i g. 1 is a side view of a valve, partially cut with an annular groove extending essentially parallel to the valve axis,

F i g. 2 eine Seitenansicht wie in F i g. 1, jedoch mit einer sich im wesentlichen senkrecht zur Ventilachse erstreckenden Ringnut,F i g. 2 shows a side view as in FIG. 1, but with an essentially perpendicular to the valve axis extending ring groove,

F i g. 3 eine Seitenansicht wie in F i g. 1, jedoch mit einem die Sitzfläche des Ventils tragenden Schraubring, F i g. 3 shows a side view as in FIG. 1, but with a screw ring that supports the seat of the valve,

F i g. 4 eine Seitenansicht wie in Fig. 3, jedoch ohne Luftspalt zwischen Schraubring und Ventilteller.F i g. 4 shows a side view as in FIG. 3, however without air gap between screw ring and valve disc.

Das Auslaßventil gemäß Fig. 1 besteht aus einem Ventilschaft 1 und einem Ventilteller 2. Die Stirnfläche 3 des Ventiltellers 2 ist durch vorbeiströmende heiße Gase besonders starker Erwärmung ausgesetzt. Mit der Sitzfläche 4 liegt der Ventilteller 2 bei geschlossenem Ventil am Ventilsitz des Zylinderkopfes an. Die Abgabe der an der Stirnfläche 3 des Ventiltellers aufgenommenen Wärme an den Ventilsitz wird durch eine Ringzone mit geringer Wärmeleitfähigkeit verhindert, welche in unmittelbarer Nähe der Sitzfläche 4 des Ventils in dem Ventilteller 2 angeordnet ist. In Gern hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Ringzonc aus einer Ringnut 5. die mit einer im wesentlichen parallel zur Achse X-X' des Ventils verlaufenden Achse in dem Ventilteller 2 angeordnet und mit einem wärmeisolierenden Werkstoff 6 angefüllt ist. Für diesen Werkstoff können ein oder mehrere Metallpulver verwendet werden, die vermittels eines Metallisierungsverfahrens oder eines Mctallbeschichtungsverfahrens in die Nut eingesprüht werden. Auch wenn das eingesprühte Metall, beispielsweise Aluminium, selbst ein ausgezeichneter Wärmeleiter ist, erhr.lt es durch dieses Verfahren eine Porosität, die zur Bildung einer hochisolierenden Ringzone führt. Die Masse des in der Nähe der Sitz 5^ fläche des Ventils 4 befindlichen und erwärmten Metalls, von welcher der an die Sitzfläche des Ventils 4 abgegebene Wärmefluß abhängt, ist somit stark vermindert. Es ist daher möglich, für die Sitzfläche des Ventils 4 einen üblichen Werkstoff zu verwenden. der weniger kostspielig und insbesondere Stoßbeanspruchungen und der Korrosion gegenüber weniger empfindlich ist als die bei bekannten Ventilen für hohe Temperaturen verwendeten Werkstoffe.The outlet valve according to FIG. 1 consists of a valve stem 1 and a valve disk 2. The end face 3 of the valve disk 2 is exposed to particularly strong heating by hot gases flowing past. When the valve is closed, the valve disk 2 rests with the seat surface 4 on the valve seat of the cylinder head. The transfer of the heat absorbed at the end face 3 of the valve disk to the valve seat is prevented by an annular zone with low thermal conductivity, which is arranged in the valve disk 2 in the immediate vicinity of the seat surface 4 of the valve. In the exemplary embodiment shown here, this ring zone consists of an annular groove 5, which is arranged in the valve disk 2 with an axis running essentially parallel to the axis XX 'of the valve and is filled with a heat-insulating material 6. For this material, one or more metal powders can be used, which are sprayed into the groove by means of a metallization process or a metal coating process. Even if the sprayed-in metal, for example aluminum, is itself an excellent conductor of heat, this process gives it a porosity that leads to the formation of a highly insulating ring zone. The mass of the heated metal located in the vicinity of the seat surface of the valve 4, on which the heat flow emitted to the seat surface of the valve 4 depends, is thus greatly reduced. It is therefore possible to use a conventional material for the seat surface of the valve 4. which is less expensive and, in particular, less sensitive to shock loads and corrosion than the materials used in known high temperature valves.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist der Ventilteller 2 mit einer im wesentlichen flachen Ringnut ausgestattet, die sich in einer zur Vcntilachse im wesentlichen scnxrcchtcn Ebene erstreckt. Diese Ringnut bildet einen Wärmeschild oder einen Wärmeschirm für die Sitzfläche 4 des Ventils gegenüber der Stirnfläche 3 des Ventils, von welcher der stärkste Wärmefluß ausgeht. In dem hier dargestellten Beispiel befindet sich in dieser Ringnut eine elastisch verformbare Metalldichtung 6 /I, welche eine Wärmeisolation darstellt. Vermittels dieses waagerecht angeordneten Wärmeschildes wird eine spürbare Senkung der Temperatur der Sitzfläche 4 des Ventils erreicht, so daß nur ein geringer Teil der im Ventilteller gespeicherten Wärme zu der Sitzfläche 4 gelangt.In the embodiment according to FIG. 2 is the valve disk 2 with an essentially flat annular groove equipped, which extends in a to the Vcntilachse substantially scnxrcchtcn plane. This Annular groove forms a heat shield or a heat shield for the seat 4 of the valve opposite the Face 3 of the valve from which the strongest heat flow originates. In the example shown here there is an elastically deformable metal seal 6 / I in this annular groove, which provides thermal insulation represents. By means of this horizontally arranged heat shield, there is a noticeable reduction in temperature the seat 4 of the valve is reached, so that only a small part of the stored in the valve disk Heat reaches the seat 4.

Die Ausführungen gemäß den F i g. 3 und 4 zeigen ein abnehmbares Teil, das für die Sitzfläche des Ven-The statements according to FIGS. 3 and 4 show a detachable part, which is used for the seat of the ven-

tils praktisch einen vollständigen Wärmeschild bildet. Bei der Ausführung gemäß F i g. 3 ist der Ventilteller 2 an seinem Rand mit einer Ausnehmung versehen, deren Querschnitt im wesentlichen durch drei Seiten 7. 8. 9 eines Sechseckes begrenzt ist. Die senkrechte Seite 7 ist zur Aufnahme eines Gewinderinges 10 mit einem Gewinde versehen. Der Gewindering 10 kann aus dem gleichen Stahl bestehen wie der Ventilteller 2 und trägt gleichzeitig die Sitzfläche 4 und liegt auf der waagerechten Seite 9 der Ausnehmung an, welche mit einer TsoliersciKcht 11 beschichtet ist. Diese Isolierschicht 11 besteht üeispielsweise, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, aus einem metallischen Pulver, das durch ein MUallisierungsvprfahren aufgesprüht worden ist. Außerdem besitzt der Gewindering 10 einen solchen Querschnitt, daß zwischen dem Ring und der Seite 8 der Ausnehmung ein Hohlraum entsteht, der gleichfalls einen Wärmeschirm darstellt. Auch der Spalt zwischen den aneinanderliegenden Gevvindeflanken am Gewinde 7 stellt einen wirksamen Wärmeschild dar. Auf diese Weise erhält man vermittels dieses abnehmbaren Ringes, der eine Ausnehmung 12 zum Einsetzen eines Befestigungswerkzeuges aufweist und gleichzeitig die Ventilsitzfläche 4 bildet, eine praktisch vollständige Wärmeisolierung der VentÜF.itzfläche 4 gegenüber der im Ventilteller 2 aufgespeicherten Wärme, welche infolgedessen praktisch vollständig übe.· den Ventilschaft 1 abgeleitet wird.tils practically forms a complete heat shield. In the execution according to FIG. 3 is the valve disc 2 provided at its edge with a recess, the cross section of which is essentially three Pages 7. 8. 9 of a hexagon is limited. The vertical side 7 is for receiving a threaded ring 10 provided with a thread. The threaded ring 10 can consist of the same steel as the valve disk 2 and at the same time carries the seat 4 and rests on the horizontal side 9 of the recess, which is coated with a TsoliersciKcht 11. This insulating layer 11 consists, for example, as in FIG the embodiment according to FIG. 1, from a metallic powder, which by a MUallisierungsvprfahren has been sprayed on. In addition, the threaded ring 10 has such a cross section that A cavity is created between the ring and the side 8 of the recess, which also acts as a heat shield represents. The gap between the adjacent thread flanks on the thread 7 also represents an effective heat shield. In this way, by means of this removable ring, the has a recess 12 for inserting a fastening tool and at the same time the valve seat surface 4 forms a practically complete thermal insulation of the VentÜF.itzfläche 4 compared to the im Valve plate 2 accumulated heat, which consequently practically completely over the valve stem 1 is derived.

Die durch das Gewinde ausgeübte Wirkung eines Wärmeschildes ermöglicht auch, wie in F i g. 4 dargestellt ist, den Hohlraum zwischen dem Gewindering 13 und dcrn Körper des Ventils wegzulassen. Der in Fig. 4 dargestellte Ring 12 ist im wesentlichen kegelstumpfförmig und mit einem flachen Querschnitt ausgebildet und vermittels eines Gewindes 14 auf den Ventilteller 2 aufgeschraubt. Er liegt auf der Seitenfläche IS der Ausnehmung des Ventilteller 2 auf. auf welcher sich eine Isolierschicht 16 befindet, die beispielsweise wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen durch ein Metallisieriingsverfanren hergestellt worden ist. Die kegelige Ausbildung und die koaxiale Anordnung des Ringes 13 in bezug auf die Achse X-X' des Ventils sowie eier Isolierschicht gestattet eine besonders wirksame Wärmeableitung der in der Zone 17 des Ventils gespeicherten Wärme in Richtung des Ventilschaftcs 1. Diese Anordnung ergibt somit ein Ventil, das eine große Wärmefestigkeit besitzt.The effect of a heat shield exerted by the thread also enables, as in FIG. 4 it is shown to omit the cavity between the threaded ring 13 and the body of the valve. The ring 12 shown in FIG. 4 is essentially frustoconical and has a flat cross section and is screwed onto the valve disk 2 by means of a thread 14. It rests on the side surface IS of the recess in the valve disk 2. on which there is an insulating layer 16 which, for example, has been produced by a metallization process as in the previous exemplary embodiments. The conical design and the coaxial arrangement of the ring 13 with respect to the axis XX 'of the valve as well as an insulating layer allows a particularly effective heat dissipation of the heat stored in the zone 17 of the valve in the direction of the valve stem 1. This arrangement thus results in a valve that has great heat resistance.

Die für einen Wärmeschild in einem Ventil nach der Erfindung beschriebenen Formen könnten in zahlreiche andere Formen abgeändert werden. Gleicherweise laßt sich die Zusammensetzung des für die Isolierung verwendeten Werkstoffes und das Verfahren für dessen Aufbringung in vielfältiger Weise abwandeln. Beispielsweise können an Stelle eines Metallpulvers auch feuerfeste Körper, die z. B. aus Zirkon oder aus Aluminium bestehen, verwendet werden, die zwar etwas zerbrechlicher sind, jedoch im Hinblick auf die Isolierung noch bessere Ergebnisse liefern.The forms described for a heat shield in a valve according to the invention could take numerous forms other forms can be modified. Likewise, the composition of the for the Modify insulation material used and the process for its application in many ways. For example, instead of a metal powder, refractory bodies that, for. B. made of zircon or made of aluminum, which are somewhat more fragile but with a view to being used on isolation give even better results.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. gas exchange valve for internal combustion engines, in particular the exhaust valve, its supporting stem and valve plate parts - if necessary with Except for the seat area - are made in one piece, with the valve disc has at least one annular, thermally insulating intermediate layer of solid consistency, which is arranged coaxially to the valve axis between the seat surface and the end surface of the valve and close to the seat, thereby characterized in that the intermediate layer is limited in its radial dimension to the area of the seat.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the intermediate layer (6) is annular Groove (5) fills the surface of the valve disk opposite the end face (3) (2) and is located immediately next to the seat surface (4) of the valve, radially inwards adjoins the seat surface and has a larger axial dimension than one bearing the seat surface (4) Has sealing ring (Fig. 1).

3. Valve according to claim 1 with a flat. annular intermediate layer in a slot-shaped cylindrical groove. the opposite side walls of which are flat and perpendicular to the valve axis, characterized in that the intermediate layer (6 A) is homogeneous, with ^: its outer surface in the radial direction terminates with the circumferential surface of the valve disk (2), between its end surface ( 3) and seat (4) and is separated by a sealing rinu carrying the seat (FIG. 2).

4. Valve according to claim 1, characterized in that the intermediate layer (11: 16) at least part (9; 15) of the surface (7.

8. 9: 14. 15) rests on an annular shoulder. the coaxial at the outer edge of the face of the Valve plate (2) is provided. which is opposite the face (3 ^, and that a ring (10: 13). the the seat (4) carries, provided with an internal thread and on a threaded one cylindrical wall part (7: 14) of the shoulder is screwed (Fig. 3 and 4).

5. Valve according to claim 4 with an annular closed cavity in which Air is located, characterized in that the cavity between the ring (10) and the Bottom (7, 8, 9) of the paragraph through the intermediate layer (11) and the threaded cylindrical Wall part (7) is limited (F i g. 3).

(S. valve according to claim 5, characterized in that that the paragraph (7. 8. 9) provided by an inner, cylindrical and threaded Wall (7). an adjoining, conical towards the end face (3) of the valve disk (2) diverging wall (8) and an adjoining wall (8) which in turn extends in the radial direction Wall (9) is limited. on which the intermediate layer (11) rests, and that the threaded one Ring (10) lies with one surface against the intermediate layer (11) and has another surface. which lies at a certain distance from the conical surface (8) of the valve disk and with this encloses the cavity (Fig. 3).

7. Valve according to claim 4, characterized in that the threaded Ring (13) is designed as a conical disc. never placed in the paragraph that is threaded by a provided, cylindrical wall part (15) and a conical coaxial, adjoining this, diverging towards the end face (3) of the valve disk (2) Wall part (15) is formed. wherein between the ring (13) and the cylindrical ·; Wall part (15), the intermediate layer (16) is arranged and wherein the Riiil carrying the seat surface (4). the ring (13) provided with the thread and the intermediate layer (16) see in the axial direction lie on top of each other (Fig. 4).

8. Valve according to one of the preceding claims, characterized in that the thermally insulating intermediate layer (6, 6 A, 11, 16) consists of a heat-resistant material such as zirconium or aluminum.

9. Valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thermally insulating intermediate layer (6, 6 A, 11, 16) consists of a porous metallic layer which is made from metal powder with a metallization process.

10. Valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thermally insulating Intermediate layer (6) made of a metal-asbestos seal or a similar material consists.