DE2147195A1

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Info

Publication number: DE2147195A1
Application number: DE19712147195
Authority: DE
Inventors: K Kuhn
Original assignee: Semt
Priority date: 1970-09-23
Filing date: 1971-09-22
Publication date: 1972-04-13
Also published as: SE374165B; CH538601A; FR2106749A5; NL7113130A; ES395357A1; US3799139A; FI51125C; FI51125B; NL155337B

Description

21. 9. 1971 2 Hamburg 70 · Zicseniijilr. 6 - Tel. 652 96 56

Socsete d'Etudes de Machines Thermiques, 2 Quai de Seine, E-93 Saint-Denis, Frankreich.

Verfahren und Vorrichtung zum Schützen des Ventilschaftes eines Auslaßventils in einer Brennkraftmaschine.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Schützen des Ventilschaftes oder der Ventilspindel eines insbesondere gekühlten Auslaßventils in einer Brennkraftmaschine oder allgemein einer Wärmekraftmaschine gegen die durch Leckfluß von Auslaßgasen verursachte Korrosion, sowie auf eine zur Ausführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung in der Anwendung auf mit dieser Vorrichtung versehene Einrichtungen, Aggregate, Maschinen, Ausrüstungen und Anlagen.

Bekanntlich werden die Auslaßventile in bestimmten Brennkraftmaschinen und insbesondere in großen Dieselmotoren vermittels eines in dem Schaft oder der Spindel des Ventils zwangsumgewälzten Strömungsmittels wie z.B. Wasser gekühlt. Insbesondere bei Dieselmotoren, in denen schwefelhaltiges

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Schweröl verbrannt wird, enthalten die austretenden Verbrennungsgase Schwefelanhydrid oder -trioxid und Wasserdampf. Diese Gase neigen dazu, entlang dem Ventilschaft zwischen diesem und dem Ventilführungskörper aufzusteigen und zu einem Punkt des Ventilschafts zu gelangen, an dem infolge der Zwangskühlung desselben eine in der Nähe des Taupunkts liegende Temperatur herrscht. Dadurch verbindet sich das Schwefelanhydrid mit dem Wasserdampf zu Schwefelsäure, welche den Ventilschaft in dem Bereich, an dem die Taupunktstemperatur herrscht, angreift.

Zur Beseitigung dieser nachteiligen Folgen wurden bereits verschiedene, durch Schwefelsäure nicht angreifbare Schutzüberzüge vorgeschlagen und praktisch erprobt, mit denen der Ventilschaft überzogen ist. Diese Lösung hat sich jedoch vom Standpunkt des praktischen Einsatzes, der Haltbarkeit und aus Gründen der (komplizierten und kostspieligen) Herstellung nicht als ganz zufriedenstellend erwiesen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile und Schwierigkeiten durch Schaffung eines Korrosionsschutzes unter Verwendung einer an -sich bekannten, nahezu vollkommenen Dichtungsvorrichtung mit kontrollierbarem Spiel zu beseitigen, welche um den Ventilschaft herum angeordnet und dazu bestimmt ist, einen Durchsatz von Auslaßgasen entlang dem Ventilschaft zu verhindern oder zumindest zu behindern und beträchtlich abzumindern «

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Das zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilschaft und einer diesen umgebenden feststehenden Wandfläche wenigstens ein den Ventilschaft über wenigstens einen Abschnitt desselben umgebender Ring aus einem zusätzlichen, komprimierten und gasförmigen Strömungsmittel ausgebildet wird, und der das Entweichen der Auslaßgase verursachende Druckunterschied durch aufeinanderfolgende Einschnürungen und Erweiterungen in einem Labyrinth aufgeteilt und eine Kaskade von Drücken mit Turbulenz und damit verbundenen Druckverlusten in einem den Ventilschaft umgebenden abgegrenzten Ringraum ausgebildet wird, der wenigstens teilweise auf der Abstromseite der pneumatischen Dichtung zwischen dem Ventilteller und dem der Korrosion ausgesetzten Abschnitt des Ventilschaftes angeordnet ist.

Auf diese Weise wird das Austreten oder der Durchsatz von Austrittsgasen entlang dem Ventilschaft vermittels der aus einem unter Druck stehenden zusätzlichen Strömungsmittel bestehenden Sperre behindert, wobei die Einlaßgeschwindigkeit bzw. der Einlaßdruck des ,Strömungsmittels wenigstens an einem Punkt der Vorrichtung höher sein muß als die Geschwindigkeit der Gegendiffusion oder der Druck der Auslaßgase. Das Verfahren hat damit den Vorteil der außerordentlichen Einfachheit und damit leichter und preiswerter Anwendbarkeit bei gleichzeitig hoher Wirksamkeit und Zuverlässigkeit oder Betriebssicherheit, da es die gestellte

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Aufgabe in einer nahezu perfekten Weise ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Vorrichtungen oder Arbeitsgänge löst.

Das vorgeschlagene Verfahren hat außerdem den erheblichen Vorteil, daß es einen wesentlich wirksameren Korrosionsschutz bietet oder diese durch Kombination von zwei an sich bekannten Mitteln, nämlich der pneumatischen Dichtung und der Labyrinthdichtung verhindert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf eine Brennkraftmaschine mit Aufladung anwendbar, wobei als zusätzliches gasförmiges Strömungsmittel von der Aufladungsluft der Maschine abgezweigte oder von einer unabhängigen Druckluftquelle gelieferte Druckluft verwendet wird. Diese Lösung, nämlich die zur Aufladung zur Verfügung stehende Luft zu verwenden, hat den beträchtlichen Vorteil, die Konstruktion bis auf einen Maximalwert zu vereinfachen, da die zusätzliche Strömungsmittelquelle bereits am Motor vorhanden ist und sich in der Nähe des Anwendungsortes befindet.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine zur Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens dienende Vorrichtung, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens ein Einspritzkanal für das zusätzliche Strömungsmittel vorgesehen, mit einer Quelle für zusätzliches, komprimiertes Strömungsmittel verbunden, durch den Ventilführungskörper hindurchgeführt ist und in unmittelbarer

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Nähe des Ventilschaftes, insbesondere zwischen dem Ventilteller und dem der Korrosion ausgesetzten Schaftabschnitt, in einen den Schaft umgebenden Ringraum mündet. Diese Anordnung zeichnet sich durch ihre konstruktive Einfachheit aus, welche wiederum eine wirtschaftliche Herstellung und eine sichere und wirksame Betriebsweise zur Folge hat.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Beschreibung der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erklärt.

Fig. 1 zeigt im Teilquerschnitt das im Zylinderkopf angeordnete Auslaßventil eines Dieselmotors, welches mit einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung versehen ist.

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer weiteren, verbesserten Ausführungsform.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um das allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Auslaßventil eines Dieselmotors, das einen pilzförmig ausgebildeten Ventilteller 2 aufweist, der mit einem Ventilsitz 3 in Eingriff bringbar ist, welcher seinerseits in eine entsprechende Bohrung 4· des Zylinderkopfes 5 eingesetzt ist. Der Ventilsitz 3 bildet einen Teil eines Ventilkäfigs 6, in dem sich Durchlaßkanäle für die von dem nicht dargestellten Verbrennungsraum 7 abgegebenen heißen Verbrennungsgase befinden j welch© durch

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den Auslaßkanal 8 abgegeben werden. Der Ventilschaft oder die Ventilspindel 9 ist zunächst durch die mittige Ausnehmung oder Bohrung 10 in der Nabe des Ventilkäfigs 6 und dann durch die mittige Bohrung 12 des Ventxlführungskörpers 11 hindurchgeführt, der durch Wasserzwangsumwälzung in dem (innerhalb des Zylinderkopfes 5 ausgebildeten) Hohlraums 2 8 gekühlt wird. In die mittige Bohrung 12 des Ventxlführungskörpers 11 ist eine Ventilführungsmuffe 13 eingesetzt, die in Gleitberührung mit dem Ventilschaft 9 steht. Das untere Ende 14- des Führungskörpers 11 hat beispielsweise eine im wesentlichen spitz-konvexe Formgebung und ragt in den dazu konjugiert ausgebildeten, hohlen oder konkaven Abschnitt 15 des Ventilkäfigs 6 hinein, wobei vorzugsweise zwischen dem Ventxlführungskörper 11 und dem Ventilkäfig 6 ein Zwischenraum 16 belassen ist.

Am linken Ende der Fig. 1 ist im wesentlichen eine Längshälfte eines Einlaßventils 17 sichtbar, das dem Auslaßventil 1 zugeordnet und in der Einlaßventilführung 18 gleitend geführt ist. Das Einlaßventil 17 dient zum Verschließen und öffnen des Einlaßkanals oder der Einlaßkammer 19, welcher bzw. welche in den Verbrennungsraum 7 mündet.

Das Auslaßventil 1 wird durch Zwangsumwälzung von Wasser gekühlt, das dem hohlen, rohrförmigen Ventilschaft 9 über die Rohrleitung 29 in einer nicht näher dargestellten Weise zugeführt wird.

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Bei diesem Ausführungsbeispxel besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus wenigstens einem Einspritzkanal 20 für zusätzliches, komprimiertes Strömungsmittel, welcher durch den Ventilführungskörper 11 hindurchgeführt ist und in dessen Bohrung 12 in einer Höhe 21 mündet, welche sich vorzugsweise unterhalb des Bereichs des zwischen dem Ventilschaft 9 und der Bohrung 12 ausgebildeten Ringraums 22 befindet, in dem eine dem Taupunkt entsprechende Temperatur herrscht. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispxel handelt es sich um einen Dieselmotor mit Aufladung, wobei die Quelle des zusätzlichen, komprimierten Strömungsmittels aus der Aufladeluft für den Motor besteht. Der Einspritzkanal 20 ist daher beispielsweise mit der Einlaßkammer 19 für Aufladeluft an dem zugeordneten Einlaßventil 17 vermittels eines Kanals 2 3 verbunden, welcher durch den das Ventilgehäuse bildenden Abschnitt 5¹ des Zylinderkopfes hindurchgeführt ist und beispielsweise in eine entsprechende Ausnehmung 24 der Einlaßventilführung 18 mündet, wobei diese Ausnehmung über einen Ringraum 25 mit dem Einlaßkanal oder der Einlaßkammer 19 in Verbindung steht. Dichtungen 30 zwischen dem Ventxlführungskörper 11 und dem Zylinderkopf 5 gewährleisten eine hermetische Abdichtung der Kanäle 23 und 20.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Die verdichtete Aufladeluft, die einen höheren Druck als der mittlere Druck der Auslaßgase aufweist, und die durch den

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Einlaßkanal 19 und den Ringraum 25 in die Ausnehmung 24
eingeführt wird, gelangt über die Kanäle 23 und 20 in den Ringraum 22, welcher den Ventilschaft 9 umgibt, und tritt insbesondere'nach unten in Richtung des Ventiltellers 2 . aus, wobei sie durch den Ringraum 26 zwischen dem Ventilschaft und der Bohrung 10 des Ventilkäfigs 6 hindurch in
den Auslaßkanal 8 strömt und durch diesen abgeführt wird. Auf diese Weise wird eine pneumatische Dichtung gebildet, welche eine Luftsperre um den Ventilschaft 9 darstellt
und bei jedem öffnen des Auslaßventils 1 einem Aufsteigen der Auslaßgase entlang dem Ventilschaft 9 entgegenwirkt
oder- zumindest diese Gase an einem Aufsteigen in die Zone hindert, in welcher eine dem Taupunkt entsprechende Temperatur herrscht.

Dabei ist jedoch zu bemerken, daß zu Beginn jedes Auslaßvorgangs der Auslaßdruck kurzzeitig höher ist als der
Druck der Druckluft, so daß ein Teil der Auslaßgase zu
Beginn jedes Auslaßvorgangs entlang dem Ventilschaft nach oben aufsteigen kann.

Die in Fig. 2 dargestellte verbesserte Ausführungsform
bewirkt eine wirksame Abhilfe dieses geringfügigen Nachteils, indem der Lufteinspritzkanal 20* nicht unmittelbar in die Bohrung des Ventilführungskörpers 11, sondern
zwischen dem Ventilführungskörper und dem diesem benachbarten Ventilkäfig 6 in den den Ventilschaft 9 umgebenden Ringraum 16 zwischen dem Ende 14 des Führungskörpers und

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dem Käfig 6 mündet, wobei die Nabe des Ventilkäfigs, durch den der Ventilschaft hindurchgeführt ist, eine Labyrinthdichtung 27 oder dgl. an der Ventilschaftführungsflache trägt, die beispielsweise aus einer in die Nabe des Ventilkäfigs eingesetzten, labyrinthformig ausgebildeten Muffe besteht. Aufgrund dieser Labyrinthdichtung wird die zu Anfang jedes AuslaßVorgangs auftretende Druckwelle von Auslaßgasen zurückgehalten, so daß der oben genannte Nachteil beseitigt ist.

- Ansprüche : 209816/0887

Claims

Patentanwalt Dip!, ing. riSSCH SCHAFFER

2 Hamburg 70 · lüzäiiutr. 5 ■ hl 6->2 96 56 q Λ ^₁

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Patentansprüche :

1 1.) Verfahren zum Schützen des Ventilschaftes eines insbesondere gekühlten Auslaßventils in einer Brennkraftmaschine gegen die durch Leckfluß von Auslaßgasen verursachte Korrosion, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilschaft (9) und einer diesen umgebenden feststehenden Wandfläche (12) wenigstens ein den Ventilschaft (9) über wenigstens einen Abschnitt desselben umgebender Ring aus einem zusätzlichen komprimierten gasförmigen Strömungsmittel ausgebildet wird, und der das Entweichen der Auslaßgase verursachende Druckunterschied durch aufeinanderfolgende Einschnürungen und Erweiterungen in einem Labyrinth (27) aufgeteilt und eine Kaskade von Drücken mit Turbulenz und damit verbundenen Druckverlusten in einem den Ventilschaft umgebenden abgegrenzten Ringraum (16, 22) ausgebildet wird, der wenigstens teilweise auf der Abstromseite der pneumatischen Dichtung zwischen dem Ventilteller (2) und dem der Korrosion ausgesetzten Abschnitt des Ventilschaftes angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, in Anwendung auf eine Brennkraftmaschine mit Aufladung, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliches gasförmiges Strömungsmittel von der Aufladungsluft der Maschine abgezweigte oder von einer unabhängigen Druckluftquelle gelieferte Druckluft verwendet wird.

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3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Einspritzkanal (20) für das zusätzliche Strömungsmittel vorgesehen, mit einer Quelle für zusätzliches, komprimiertes Strömungsmittel verbunden, durch den Ventilführungskörper (11) hindurchgeführt ist und in unmittelbarer Nähe des Ventilschaftes (9), insbesondere zwischen dem Ventilteller (2) und dem der Korrosion ausgesetzten Schaftabschnitt, in einen den Schaft umgebenden Ringraum (22) mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (20) an der Bohrung (12) der Ventilführung (11), in welcher sich der Ventilschaft (9) befindet, in den Ringraum (22) zwischen der Führung und dem Schaft mündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (20) zwischen der Ventilführung und dem einen Ventilsitz (3) bildenden und in der Nähe der Führung befindlichen Ventilkäfig (6) in den den Ventilschaft umgebenden Ringraum zwischen dem Ende der Führung und dem Ventilkäfig mündet, und die Ventilkäfignabe, durch welche der Ventilschaft hindurchgeführt ist, an der Führungsfläche für die den Ventilschaft eine Labyrinthdichtung (27) aufweist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 5 _s insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Aufladung, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (20) mit der im Zylinderkopf (5) befindlichen Einlaßkammer (19) für die Aufladeluft für das Einlaßventil (17), das dem Auslaßventil (1) zugeordnet ist, verbunden ist.

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