DE19742111A1

DE19742111A1 - Supercharged diesel internal combustion engine

Info

Publication number: DE19742111A1
Application number: DE1997142111
Authority: DE
Inventors: Werner Gerhard Geiss
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-03-25

Abstract

The cylinder is covered by a cylinder head which has at least one inlet and exhaust valve per cylinder, with connecting inlet and exhaust channel and with a valve guide, which together with the valve shaft forms a lubricated gap. To the lubricating gap (13) between an exhaust valve shaft (11) and an exhaust valve guide compressed air containing oil can be fed.- DETAILED DESCRIPTION - The lubricating gap (13) is sealed to the valve control space (15). The compressed air with an oil content has a higher pressure than the exhaust gas counter pressure. The compressed air containing oil is preferably the supercharging air of the internal combustion engine

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbeson dere aufgeladene Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelge häuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen in einem Zylinder bewegbaren Kol ben trägt, wo bei der Zylinder von einem Zylinderkopf abgedeckt ist, der zumindest je Zylinder ein Ein- und Auslaßventil mit anschließen dem Ein- und Auslaßkanal sowie mit je einer Ventilführung aufweist, die zusammen mit dem Ventilschaft einen Schmierspalt bildet.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine, in particular turbocharged diesel engine with a crank housing in which a crankshaft is rotatably mounted on the at least a connecting rod is articulated which has a piston which is movable in a cylinder ben carries where the cylinder is covered by a cylinder head, who connect at least one intake and exhaust valve for each cylinder the inlet and outlet channel and each with a valve guide, which forms a lubrication gap together with the valve stem.

Bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen üblicher Bauart dient zur Schmie rung der Ventilschäfte eine minimale Menge druckloses Schmieröl, das von der Ventilschaftdichtung (z. B. O-Ringdichtung am steuersei tigen Ende der Ventilführung) aufgrund der hohen Schaftgeschwin digkeit durchgelassen wird. Dieses drucklose Schmieröl kann nur schlecht gegen den Abgasgegendruck (ca. 1,5 bis 2,2 bar) abwärts fließen. Zudem hängt die durchgelassene Schmierölmenge vom Ver schleißzustand der O-Ringdichtung ab.In the case of reciprocating piston internal combustion engines of a conventional type, it is used for lubrication a minimal amount of unpressurized lubricating oil, that of the valve stem seal (e.g. O-ring seal on the control unit end of the valve guide) due to the high shaft speed is allowed through. This unpressurized lubricating oil can only bad against the exhaust gas back pressure (approx. 1.5 to 2.2 bar) downwards flow. In addition, the amount of lubricating oil allowed depends on the Ver wear condition of the O-ring seal.

Der Schmierspalt zwischen Ventilführung und Ventilschaft dichtet bei aufgeladenen Motoren nicht gegen den hierbei herrschenden Über druck in den Ventilkanälen ab. Das bedeutet, daß bei Hubkolben- Brennkraftmaschinen, die hochschwefelhaltige Schweröle verbrennen, schweflige Säure in den Schmierspalt gelangt, dort kondensiert und zur Ventilschaftkorrosion führt. Außerdem gelangen feste Abgasbe standteile in den Schmierspalt, die ein Festgehen der Auslaßventile bewirken können.The lubrication gap between the valve guide and valve stem seals charged engines not against the prevailing over pressure in the valve channels. This means that with reciprocating Internal combustion engines that burn heavy sulfur-containing heavy oils, sulfurous acid gets into the lubrication gap, condenses there and leads to valve stem corrosion. In addition, solid exhaust gas arrives constituents in the lubrication gap, causing the exhaust valves to get stuck can effect.

In der DE-PS 11 65 344 ist eine Ventilschaftschmierung für einen auf geladenen Dieselmotor mit zwei Ein- und zwei Auslaßventilen beschrieben. Diese werden über je eine Traverse von je einem Kipp hebel betätigt. Die Traverse und ihre Führungen sind als Kolben ölpumpen ausgebildet, die bei jedem Ventilhub eine dosierte Schmier ölmenge zu den Schmierspalten der von ihnen betätigten Ventile fördern.In DE-PS 11 65 344 is a valve stem lubrication for one charged diesel engine with two inlet and two outlet valves described. These are each made up of a cross beam from a tilt lever operated. The traverse and its guides are like pistons Oil pumps trained that a metered lubrication with each valve stroke amount of oil to the lubrication gaps of the valves they operate promote.

Diese Ventilschaftschmierung ist jedoch an die hier vorliegende spe zielle, konstruktive Ausbildung der Ventilbetätigung gebunden und be dingt außerdem einen erheblichen konstruktiven Aufwand.However, this valve stem lubrication is specific to the present one zielle, constructive training of valve actuation bound and be also entails a considerable design effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine aufgeladene Hub kolben-Brennkraftmaschine eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen durch einfache Mittel und unabhängig von der Art der Ventilbetätigung eine zuverlässige und wirkungsvolle Ventilschaft schmierung und -abdichtung gewährleistet ist.The invention is based, for a charged hub the task piston internal combustion engine a device and a method create with which by simple means and regardless of the type the valve actuation a reliable and effective valve stem lubrication and sealing is guaranteed.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem Schmierspalt zwischen einem Auslaßventilschaft und einer Auslaßventilführung ölhaltige Druckluft zuführbar ist. Die ölhaltige Druckluft strömt durch den Schmierspalt in Richtung Auslaßkanal, schmiert, dichtet und kühlt da bei den Ventilschaft und verhindert ein Eindringen von Abgas in den Schmierspalt. Durch den Schmier-, Kühl- und Sperreffekt der ölhalti gen Druckluft wird der Verschleiß der Auslaßventilschäfte und -füh rungen drastisch gesenkt so daß auf die kostspielige Korrosions schutz-Beschichtungen der Auslaßventilschäfte verzichtet werden kann. The object is achieved in that the lubricating gap between an exhaust valve stem and an exhaust valve guide containing oil Compressed air can be supplied. The oil-containing compressed air flows through the Lubrication gap in the direction of the outlet duct, lubricates, seals and cools there in the valve stem and prevents the ingress of exhaust gas into the Lubrication gap. Due to the lubricating, cooling and blocking effect of the oil-containing The wear of the exhaust valve stems and guide becomes compressed air stanchions drastically reduced so that on the costly corrosion protective coatings on the exhaust valve stems are dispensed with can.

Dadurch, daß die Zuführung der ölhaltigen Druckluft vorzugsweise im zylinderfernen Bereich des Schmierspalts erfolgt, und daß der Schmierspalt zum Ventilsteuerraum hin abgedichtet ist, wird erreicht, daß die Auslaßventilschäfte auf ganzer Länge geschmiert werden und ein teilweises Entweichen der ölhaltigen Druckluft in den Ventilsteuer raum und das Kurbelgehäuse verhindert wird.The fact that the supply of oil-containing compressed air is preferably in area of the lubricating gap remote from the cylinder, and that the Lubrication gap to the valve control chamber is sealed, that the exhaust valve stems are lubricated over their entire length and partial escape of the oil-containing compressed air in the valve control space and the crankcase is prevented.

Vorteilhaft ist, daß der Druck der ölhaltigen Druckluft höher als der Abgasgegendruck, insbesondere höher als der maximale Abgasge gendruck ist. Dadurch ist bei allen Betriebszuständen der Hubkolben- Brennkraftmaschine eine positive Druckdifferenz zum Durchströmen des Schmierspalts mit ölhaltiger Druckluft gewährleistet.It is advantageous that the pressure of the oil-containing compressed air is higher than that Exhaust back pressure, in particular higher than the maximum exhaust gas counter pressure. As a result, the reciprocating piston Internal combustion engine a positive pressure difference to flow through of the lubricating gap with compressed air containing oil.

Eine besonders einfache und kostengünstige Lösung ergibt sich dar aus, daß die ölhaltige Druckluft der Ladeluft der Hubkolben-Brenn kraftmaschine entnommen werden kann. Hierdurch entfällt ein geson derter Kompressor mit Schmierölzugabe, da die Ladeluft durch zuge führtes Öl für die Ventilsitzschmierung von Haus aus ölhaltig ist. Die Ladeluft hat außerdem den Vorteil, daß sie im überwiegenden Teil des Betriebsbereichs sowie der Betriebszeit der Hubkolben-Brenn kraftmaschine ein positives, aber nicht zu großes Druckgefälle gegen über dem Abgasdruck im Abgaskanal aufweist. Dadurch wird der er wünschte Schmier-, Kühl- und Sperreffekt mit geringem Ladeluftauf wand erzielt.A particularly simple and inexpensive solution results that the oil-containing compressed air of the charge air of the reciprocating piston engine can be removed. This eliminates a separate derter compressor with lubricating oil addition, because the charge air through Leaded oil for valve seat lubrication is inherently oily. The Charge air also has the advantage that it is in the majority the operating range and the operating time of the reciprocating piston burner against a positive but not too great pressure drop above the exhaust gas pressure in the exhaust duct. This makes him desired lubrication, cooling and locking effect with low charge air wall achieved.

Ein Vorteil der Lösung, daß zwischen einer Ladeluftleitung und dem Schmierspalt eine äußere Verbindungsleitung angeordnet ist, besteht darin, daß die äußere Verbindungsleitung nachrüstbar ist und daß in der äußeren Verbindungsleitung ein Steuerventil, vorzugsweise ein in Richtung Schmierspalt sich öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, daß bei negativem Druckgefälle zwi schen Ladeluft und Abgas, wie es bei Teillast der Hubkolben-Brenn kraftmaschine auftreten kann, letzteres Kleinstlast oder Schwachlast wieder in den Schmierspalt eindringt und die bekannten Probleme verursacht. Das Steuerventil kann auch zum Regeln von Druckhöhe, Einsatzdauer und Einsatzfrequenz der ölhaltigen Druckluft dienen.An advantage of the solution that between a charge air line and the Lubrication gap an outer connecting line is arranged, there is in that the outer connecting line can be retrofitted and that in the outer connecting line, a control valve, preferably an in Check valve opening towards the lubrication gap is. This prevents between negative pressure drops charge air and exhaust gas, as is the case with partial load of the reciprocating piston combustion Engine can occur, the latter minimum load or low load again enters the lubrication gap and the known problems caused. The control valve can also be used to regulate the Use the duration and frequency of use of the compressed air containing oil.

In Weiterbildung der Erfindung weist die äußere Verbindungsleitung einen Anschluß am Zylinderkopf auf, der zum Schmierspalt führt. Die ser Anschluß kann auch nachgerüstet werden. Er führt insbesondere bei Motoren mit eingesetzten und gekühlten Ventilen auf kurzem Weg zu deren Schmierspalt im oberen Bereich von deren Ventilführung.In a development of the invention, the outer connecting line a connection on the cylinder head that leads to the lubrication gap. The This connection can also be retrofitted. He leads in particular for engines with inserted and cooled valves on a short way to their lubrication gap in the upper area of their valve guide.

Die Ausbildung, bei der der Anschluß mit einer Ringnut am Umfang der Auslaßventilführung und dieser mit mindestens einer Radialboh rung in der Auslaßventilführung in Strömungsverbindung steht, bietet bei Erstausrüstung der Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Ventil schmierung durch ölhaltiges Druckgas den Vorteil einer drehla geunabhängigen Einbaumöglichkeit der Auslaßventilführung.The training in which the connection with an annular groove on the circumference the exhaust valve guide and this with at least one radial bore tion in the outlet valve guide is in flow connection, offers when the reciprocating internal combustion engine is initially equipped with a valve lubrication with oil-containing compressed gas has the advantage of a rotary Independent installation option for the exhaust valve guide.

Größere Hubkolben-Brennkraftmaschinen für Schwerölbetrieb besit zen in der Regel einen Ventileinsatz, der eine intensive Ventilkühlung und einen einfachen Ventilausbau ermöglicht. Bei kleineren Hubkol ben-Brennkraftmaschinen sitzt die Ventilführung unmittelbar im Zylin derkopf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Zylinderkopf eine innere Verbindungsleitung zwischen dem Einlaßkanal und dem Schmierspalt des Auslaßventils aufweist. Hier kann eine interne Bohrung die äuße re Verbindungsleitung ersetzen.Larger reciprocating internal combustion engines for heavy oil operation zen usually a valve insert that intensive valve cooling and enables easy valve removal. With smaller lifting pistons ben internal combustion engines, the valve guide is located directly in the cylinder the head. It is advantageous if the cylinder head has an inner Connection line between the inlet channel and the lubrication gap of the exhaust valve. An internal hole can be used here Replace connecting cable on the right.

Die Verfahrensansprüche beschreiben das erfindungsgemäße Verfah ren zur Beaufschlagung des Schmierspalts mit ölhaltiger Druckluft, insbesondere mit ölhaltiger Ladeluft.The process claims describe the inventive method to apply lubricating air to the lubrication gap, especially with oil-containing charge air.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be schreibung und der einzigen Figur, in der ein Auslaßventileinsatz mit Auslaßventil dargestellt ist, dessen Schmierspalt mit schmierölhaltiger Druckluft geschmiert ist.Further features of the invention result from the following Be writing and the only figure in which an exhaust valve insert with Exhaust valve is shown, the lubricating gap with lubricating oil Compressed air is lubricated.

Die einzige Beispiel-Figur zeigt einen Teil eines Zylinderkopfs 1 einer insbesondere mehrzylindriger Brennkraftmaschine in Reihen- oder V- Bauart im Schnitt mit einem Auslaßkanal 2 und Kühlwasserräumen 3. Die Brennkraftmaschine wild varzugsweise mit Mischkraftstoffen und/oder Rückstandsölen (Schweröl) betrieben.The only example figure shows part of a cylinder head 1 of an in particular multi-cylinder internal combustion engine in series or V design in section with an outlet channel 2 and cooling water spaces 3 . The internal combustion engine wildly operated preferably with mixed fuels and / or residual oils (heavy oil).

In den Zylinderkopf 1 ist ein Auslaßventileinsatz 4 eingesetzt, der mit Zugankern 5 auf einen gegenüber dem Zylinder dichtenden konischen Sitz 6 gespannt ist. Der Auslaßventileinsatz 4 weist ebenfalls Kühl wasserräume 3a auf, die durch zwei Kühlwasserleitungen 7 mit den Kühlwasserräumen 3 des Zylinderkopfs 1 verbunden sind.In the cylinder head 1 , an exhaust valve insert 4 is inserted, which is tensioned with tie rods 5 on a conical seat 6 which seals against the cylinder. The exhaust valve insert 4 also has cooling water spaces 3 a, which are connected by two cooling water lines 7 to the cooling water spaces 3 of the cylinder head 1 .

In den Auslaßventileinsatz 4 ist eine Auslaßventilführung 8 eingesetzt, die sich mit einer Schulter 9 auf einem Stützkragen 10 des Auslaß ventileinsatzes 4 abstützt. In der Auslaßventilführung 8 ist der Ventil schaft 11 eines Auslaßventils 12 mit Spiel geführt. Zwischen Auslaß ventilführung 8 und Ventilschaft 11 befindet sich ein Schmierspalt 13, der durch eine O-Ringdichtung 14 gegenüber dem Steuerraum 15 ab gedichtet ist.In the exhaust valve insert 4 , an exhaust valve guide 8 is used, which is supported with a shoulder 9 on a support collar 10 of the exhaust valve insert 4 . In the exhaust valve guide 8 , the valve shaft 11 of an exhaust valve 12 is guided with play. Between the outlet valve guide 8 and valve stem 11 there is a lubrication gap 13 , which is sealed from the control chamber 15 by an O-ring seal 14 .

Das Auslaßventil 12 wird von einer Ventilfeder 16 über einen Feder teller 17 auf einen Ventilsitz 18 gepreßt. Die Ventilfeder 16 stützt sich ebenfalls auf den Stützkragen 10 ab.The outlet valve 12 is pressed by a valve spring 16 via a spring plate 17 onto a valve seat 18 . The valve spring 16 is also supported on the support collar 10 .

In den Stützkragen 10 mündet radial ein Anschluß 19, der über eine äußere Verbindungsleitung 20 mit einer nicht dargestellten Ladeluft leitung in Strömungsverbindung steht. In der äußeren Verbindungs leitung 20 ist ein zum Anschluß 19 hin sich öffnendes Rückschlagven til 21 angeordnet. Der Anschluß 19 steht mit einer am Umfang der Auslaßventilführung 8 angeordneten Ringnut 22 und diese über eine Radialbohrung 23 mit dem Schmierspalt 13 in Strömungsverbindung.In the support collar 10 opens radially a connection 19 which is in flow connection via an outer connecting line 20 with a charge air line, not shown. In the outer connecting line 20 to the port 19 opening Rückschlagven valve 21 is arranged. The connection 19 is in flow connection with an annular groove 22 arranged on the circumference of the outlet valve guide 8 and this is connected to the lubricating gap 13 via a radial bore 23 .

Die erfindungsgemäße Anordnung funktioniert folgendermaßen:The arrangement according to the invention works as follows:

Die schmierölhaltige Ladeluft strömt bei höheren Motorlasten mit dem damit verbundenen Ladeluftüberdruck von der nicht dargestellten Ladeluftleitung durch die äußere Verbindungsleitung 20 über das Rückschlagventil 21 zum Anschluß 19 und weiter über die Ringnut 22 sowie die Radialbohrung 23 in den Schmierspalt 13. Dort strömt sie entlang dem Ventilschaft 11 schmiert, kühlt und dichtet denselben und tritt am zylinderseitigen Ende der Auslaßventilführung 8 in den Auslaßkanal 2 aus. Bei niedrigen Lasten und dem damit verbundenen Abgasüberdruck versperrt das Rückschlagventil 21 dem Abgas den Weg durch den Schmierspalt 13 und ermöglicht dem vom Steuerraum 15 drucklos über die O-Ringdichtung 14 in den Schmierspalt 13 ein strömenden Schmieröl den Weg entlang dem Ventilschaft 11. Auf diese Weise ist im gesamten Betriebsbereich der Hubkolben-Brenn kraftmaschine eine sichere Schmierung und Dichtung und im oberen Betriebsbereich zusätzlich eine Kühlung des Ventilschafts 11 des Auslaßventils 12 sichergestellt. Der dazu erforderliche Bauaufwand ist gering. Außerdem kann der kostspielige Korrosionsschutz des Ventil schafts 11 des Auslaßventils 12 entfallen.The lubricating oil-containing charge air flows at higher engine loads with the associated charge air overpressure from the charge air line, not shown, through the outer connecting line 20 via the check valve 21 to the connection 19 and further via the annular groove 22 and the radial bore 23 into the lubrication gap 13 . There it flows lubricated, cools and seals the valve stem 11 and exits into the outlet channel 2 at the cylinder-side end of the outlet valve guide 8 . At low loads and the associated exhaust gas overpressure, the check valve 21 blocks the exhaust gas from passing through the lubrication gap 13 and enables the lubricating oil flowing from the control chamber 15 into the lubrication gap 13 without pressure via the O-ring seal 14 to travel along the valve stem 11 . In this way, safe lubrication and sealing is ensured in the entire operating range of the reciprocating internal combustion engine and in the upper operating range, additional cooling of the valve stem 11 of the exhaust valve 12 is ensured. The construction effort required for this is low. In addition, the expensive corrosion protection of the valve stem 11 of the exhaust valve 12 can be omitted.

Claims

1. Reciprocating internal combustion engine, in particular supercharged the sel internal combustion engine, with a crankcase in which a cure is rotatably mounted on the shaft, to which at least one connecting rod is articulated, which carries a piston movable in a cylinder, the cylinder being covered by a cylinder head is, at least for each cylinder, an inlet and outlet valve with subsequent inlet and outlet channel and each with a valve guide, which forms a lubrication gap together with the valve stem, characterized in that the lubrication gap ( 13 ) between an outlet valve stem ( 11 ) and an outlet valve guide ( 8 ) containing oil-containing compressed air.

2. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the supply of the oil-containing compressed air preferably in the cylinder remote area of the lubricating gap ( 13 ) it follows, and that the lubricating gap ( 13 ) to the valve control chamber ( 15 ) is sealed off.

3. reciprocating piston internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the oil-containing compressed air has a higher Has pressure than the exhaust gas back pressure.

4. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the oil-containing compressed air preferably the The charge air of the reciprocating internal combustion engine is.

5. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that an outer connecting line ( 20 ) is arranged between a charge air line and the lubricating gap ( 13 ).

6. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that in the outer connecting line ( 20 ) a control valve, preferably in the direction of the lubricating gap ( 13 ) opening check valve ( 21 ) is arranged.

7. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the outer connecting line ( 20 ) has a connection ( 19 ) on the cylinder head ( 1 ) which leads to the lubricating gap ( 13 ).

8. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the connection ( 19 ) is preferably arranged in the loading area of a support collar ( 10 ) for the exhaust valve guide ( 8 ) and a valve spring ( 16 ).

9. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the connection ( 19 ) with an annular groove ( 22 ) on the circumference of the exhaust valve guide ( 8 ) and this with at least one radial bore ( 23 ) in the exhaust valve guide ( 8 ) in Flow connection is.

10. Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder head ( 1 ) has an inner connec tion line between the inlet channel and the lubricating gap ( 13 ).

11. A method for lubricating a valve stem of a reciprocating internal combustion engine, in particular a supercharged diesel internal combustion engine, with a crankcase in which a crankshaft is rotatably mounted, on which at least one connecting rod is articulated, which carries a piston movable in a cylinder, wherein the cylinder is covered by a cylinder head which, at least for each cylinder, has an inlet and outlet valve with a subsequent inlet and outlet channel as well as with a valve guide, which together with the valve shaft forms a lubrication gap, characterized in that the lubrication gap ( 13 ) between the valve valve stem ( 11 ) and the exhaust valve guide ( 8 ) to contain oil-containing compressed air.

12. The method according to claim 11, characterized in that the lubricating gap ( 13 ) is preferably supplied oil-containing charge air from a charge air line or from an inlet channel.