DE2448543B2

DE2448543B2 - Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines unabhängig aus unabhängig auswechselbaren Ventilgehäuses im Zylinderkopf

Info

Publication number: DE2448543B2
Application number: DE19742448543
Authority: DE
Inventors: Richard 5216 Niederkassel Bartels; Peter Dipl.-Ing. 5061 Hoffnungsthal Chatelain; Willi 5039 Rondorf Fendel; Jürgen Dipl.-Ing. 5061 Heiligenhaus Uflacker
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1981-06-11
Also published as: DE2448543A1; NL7511869A; GB1519858A; DE2448543C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines unabhängig auswechselbaren

ii Ventilgehäuses im Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit Steuerorganen für die mit dem Ventilgehäuse verbundenen Kühlmittelleitungen und einer Sicherheitsvorrichtung für den Kühlmittelumlauf.

Bei Großmotoren ergeben sich mit zunehmender Leistungssteigerung sehr hohe Auslaßventiltemperaturen, die die Lebensdauer der Ventile trotz Verwendung hitzebeständiger Wärmestoffe herabsetzen. Mit einer besonderen Kühlung des Auslaßventils durch ein flüssigkeitsgekühltes Ventilgehäuse können längere Standzeiten erreicht werden.

Es ist eine Anordnung zur Flüssigkeitskühlung von Auslaßventilen einer Brennkraftmaschine bekann'. geworden (DE-AS 20 44 316), bei der die Kühlflüssigkeit

so dem Ventilgehäuse durch auBenliegende Rohrleitungen zugeführt und von diesem abgeführt wird, die jeweils mittels Absperrorgane absperrbar sind. Nachteilig sind dabei die notwendigen Rohrleitungen, die bis an die Ventilgehäuse herangeführt werden müssen, obwohl gerade hier durch den Ventiltrieb, die Einspritzeinrichtung und sonstige Bauteile nur wenig Platz vorhanden ist. Andererseits lassen sich an Rohrleitungen nicht beliebig kleine Biegeradien herstellen, so daß man bei gedrängten Platzverhältnissen vorgefertigte Formstük ke verwenden muß. Ein weiterer Nachteil der genannten Ausführung besteht darin, daß bei Ausbau des Ventilgehäuses zwar die Verbindung des Ventilgehäuses mit dem Kühlkreislauf durch die Absperrorgane unterbrochen werden kann, aber dennoch nicht vermieden werden kann, daß sich aus den Leitungsabschnitten von den Absperrorganen bis zum Ventilgehäuse beim Ausbau desselben das Kühlmittel in unerwünschter Weise ausfließt und über die Öffnungen

des ausgebauten Ventilgehäuses in den Brennraum gelangen kann. Die Sicherheitseinrichtungen der genannten Anordnung hat den Nachteil, daß sie nur eine überwachende Funktion hat, die die Möglichkeit eines Bedienungstehlers nicht ausschließt. Die mit der ·-> Fehlstellung der Absperrorgane verbundene mangelhafte Kühlung bewirkt eine wiederum fehleranfällige Störanzeige oder eine an sich unerwünschte Betriebsunterbrechung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine m Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Ventilgehäuses so zu gestalten, daß ein Höchstmaß an Betriebssicherheit und ein Ausschluß von Bedienungsfehlern garantiert ist. Hierzu zählt im einzelnen, Fehlstellungen der Absperrorgane zu vermeiden, Eindringen auch is kleinster Wassermengen aus dem Ventilgehäuse in Brennraum oder Ventiltrieb auszuschließen und die Verwendung von schwingungsbruchgefährdeten Rohren und Leitungsanschlüssen zu umgehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß b^i einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Zufluß- und Abflußleitung sowie eine Entwässerungs- und ggfs. eine Belüftungsleitung für die Kühlräume des Ventilgehäuses als Bohrungssystem im Zylinderkopf ausgeführt sind, daß zumindest ein r> Steuerorgan für diese Leitungen in den Zylinderkopf eingesetzt ist, daß die Steuerorgane einen Bedienungshebel aufweisen, der unterhalb der Zylinderkopfhaube angeordnet und mit den Stellgliedern der Steuerorgane mechanisch verbunden ist und daß bei geöffneten jo Zufluß- und Abflußleitungen sowie bei verschlossenen Entwässerungs- und Belüftungsleitungen der Bedienungshebel sich vollständig innerhalb der Kontur der Zylinderkopfhaube befindet, während bei entgegengesetzter Stellung der Steuerorgane ein Teil des r> Bedienungshebels diese Kontur zur Sicherung gegen Betriebsaufnahme durchdringt. Eine solche Ausführung, bei der die Zufluß- und Abflußleitungen als Bohrungssystem innerhalb des Zylinderkopfes ausgeführt und vom Kühlflüssigkeitsstrcm für den Zylinderkopf abgezweigt sind, ermöglicht es, daß der knappe Bauraum in der Nähe des Zylinderkopfes für andere wichtige Funktionsteile genutzt werden kann und daß auf für Beschädigungen empfindliche Rohrleitungen verzichtet werden kann. Der Einbau der Steuerorgane in den 4i Zylinderkopf beschränkt die Zahl möglicher Leckstellen und ergibt sehr kurze Leitungsabschnitte zwischen den Steuerorganen und dem Ventilgehäuse. Damit geht vor der Demontage dfs Ventilgehäuses nur ein kleines Entwässerungsvolumen verloren, das sich jedoch nicht in den Brennraum oder den Ventiltrieb ergießen kann. Das geringe Entwässerungsvolumen bietet besonders bei aufbereiteten oder mit Frostschutzmitteln präparierten Kühlmitteln Kostenvorteile.

Eine besonders günstige Leitungsführung innerhalb des Zyünderkopfes ergibt sich dann, wenn die Zuflußleitung für die Ventilkühlung hinter dem Kühlmitteleintritt in den Zylinderkopf abzweigt und parallel zur Zylinderkopfkühlung geschaltet ist und wenn die Abflußleitung der Ventilkühlung in den Kühlmittelstrom des Zylinderkopfes vor dem Kuhlmittelaustritt einmündet. Hierdurch wird dem Ventilgehäuse Kühlflüssigkeit zugeführt, die nicht vorher in den Kühlräumen des Zylinderkopfes erwärmt worden ist. Um die beiden parallelen Kühlflüssigkeitsströme der Wärmeabgabe der Kühlräume anzupassen, wird vorgeschlagen, daß ein verstellbares Drosselelement in einem der parallel geführten Kühlflüssigkeitsström<; das Mengenverhältnis einstellbar macht.

In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Steuerorgane einen Mehrfachschieber mit mehreren, hintereinanderliegenden Steuerkanten oder einen Hahn mit zwei axial hintereinanderliegenden Durchflußebenen für verschiedene Steueröffnungen bilden. Damit können in vorteilhafter Weise mit nur einer Betätigung der Steuerorgane durch einen Bedienungshebel verschiedene Steuerfunkfionen erfüllt werden. Die für die Steuerung verschiedener Steueröffnungen gestalteten Steuerorgane ermöglichen es, daß mit der Absperrung der Ventilkühlung zugleich die Belüftung und Entwässerung der Kühlräume im Ventilgehäuse erfolgt.

Um zu verhüten, daß beim Ausbau des Ventilgehäuses aus dem Zylinderkopf Kühlflüssigkeit durch die Bohrung, in die das Ventilgehäuse im Zylinderkopf eingesetzt ist, in den Brennraum gelangen kann, wird vorgeschlagen, daß die Steuerorgane mit einer mechanischen Verriegelung verbunden sind, die den Ausbau des Ventilgehäuses nur bei abgesperrter und entlüfteter Zufluß- und Abflußleitung freigibt.

In besonderer Ausführung wird ein verschließbarer Anschluß am Belüftungsventil vorgesehen, um den Entwässerungsvorgang durch Einblasen von Druckluft zu beschleunigen und nötigenfalls den Kühlraum des Ventilgehäuses mit einem Frostschutzmittel zu füllen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schema tisch dargestellt.

Λ b b. 1 zeigt einen wassergekühlten Zylinderkopf mit eingesetztem Ventilgehäuse und einem als Mehrfachschieber ausgeführtem Steuerorgan bei angeschlossener Ventilkühlung im Querschnitt,

A b b. 2 zeigt einen Zylinderkopf mit eingesetztem Ventilgehäuse und Steuerorgan gemäß F i g. 1 bei abgesperrter Ventilkühlung,

A b b. 3 zeigt einen wassergekühlten Zylinderkopf mit eingesetztem Ventilgehäuse und als zweifach-Dreiwegehahn ausgeführtem Steuerorgan bei angeschlossener Ventilkühlung,

A b b. 4· zeigt einen Zylinderkopf mit Ventilgehäuse und Steuerorgan gemäß A b b. 3 bei abgesperrter Ventilkühlung.

In A bb. 1 ist die Flüssigkeitskühlung für ein Ventil 1 mit Ventilgehäuse 2, das in einen Zylinderkopf 3 eingeben: ist, dargestellt. Vom Kühlmitteleintritt 4 in den Zylinderkopf 3 führt eine Einströmleitung 5 zum heißen Zylinderkopfboden 6, wo das Kühlmittel austritt und sich verteilt. Über die Rückströmleitung 7 gelangt das erwärmte Kühlmittel zum Kühlmittelaustritt 8. Abweichend von der dargestellten Ausführung, bei der das Kühlmittel dem Zylinderkopf an der Außenseite zugeführt wird, kann das Kühlmittel auch an der Flanschfliiche des Zylinderkopfes durch Übertrittsöffnungen vom Zylinder aus zuströmen.

Parallel zum beschriebenen Kühlmittelstrom für die Kühlung des Zylinderkopfes 3 verläuft der Kühlmittelstrom zur Kühlung des Ventilgehäuses 2. Die parallele Zuflußleitung 9 zweigt kurz hinter dem Kühlmitteieintritt 4 ab und gelangt über ein Stellglied 10, das als Kolbenschieber mit mehreren Steuerkanten ausgeführt ist, zum Ventilgehäuse 2. Vom Ventilgehäuse 2 fließt das erhitzte Kühlmittel über die Abflußleitung U und das Stellglied 10 und mündet am Kühlmiuelaustritt 8 in die Rücks'rörrileitung 7 ein. Der aus dem Zylinderkopf 3 herausragende Teil des Stellglieds 10 ist mit Bedienungshebeln 12 gelenkig verbunden, die bei geöffneter Zufluß- und Abflußleitung zur Ventilkühlung innerhalb

der Kontur der montierten Zylinderkopfhaube 13 liegen. Damit ist eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Unterbrechen der Ventilkühlung gegeben, dai bei abgebauter Zylinderkopfhaube 13 wegen des aus den Lagern der Ventilantriebsstelle austretenden Spritzöles keinen Betrieb der Maschine möglich ist.

Das Steuerorgan ist in seiner Lage so angeordnet, daß es außerhalb der ölführenden Räume, die von der Zylinderkopfhaube 13 abgedeckt werden, liegt. Damit kann kein aus dem Steuerorgan austretendes Kühlmittel in den ölkreislauf gelangen.

Damit das Ventilgehäuse 2 nicht ausgebaut werden kann, ohne daß vorher der Zustrom von Kühlflüssigkeit zum Ventilgehäuse 2 abgesperrt wird, sind die Bedienungshebel 12 in ihrer Lage so angeordnet, daß sie in den Schwenkbereich des Kipphebels 14 reichen. Der Kipphebel 14 stellt zugleich eine Verriegelung des Ventilgehäuses 2 dar, da er zum Ausbau des Ventilgehäuses 2 ausgeschwenkt werden muß, was wiederum die gleichzeitige Verstellung des Stellgliedes 10 durch den Bedienungshebel 12 notwendig macht. Bei diesem Verstellen werden nicht nur die Zu- und Abflußleitungen 9, 11 gesperrt, sondern auch eine Entwässerungsleitung 15 und ein Belüftungsventil 16 geöffnet, so daß die Kühlflüssigkeit aus dem Ventilgehäuse 2 nach außen abfließen kann. Damit ist eine Sicherung gegen das Eindringen von Kühlflüssigkeit in den Brennraum beim Ausbau des Ventilgehäu;;es 2 gegeben.

Der besondere Vorteil dieser rein mechanischen Sicherung gegenüber elektrischen Kontroll- und Warnsystemen besteht darin, daß eine Zwangsläufigkeit der Betätigung bei Montage und Demontage gegeben ist, die Fehler ausschließt. Elektrische Anzeiger und Warneinrichtungen wären gegenüber der beschriebenen Einrichtung benachteiligt, weil bei Wartungsarbeiten, die eine stillstehende Maschine verlangen, in der Regel auch die Stromversorgung unterbrochen ist. Selbst wenn Strom aus einem unabhängigen Netz zur Verfügung steht, werden häufig bei umfangreichen Wartungsarbeiten Kabel abgeklemmt, damit die Bauteile zugänglich und demontierbar werden, so daß auch die Sicherheitseinrichtungen wirkungslos werden.

In A b b. 2 ist die in A b b. 1 gezeigte Anordnung zur Ventilkühlung in abgesperrtem Zustand dargestellt. Das Stellglied 10 ist nach Entfernen der nicht dargestellten Zylinderkopfhaube 13 durch die Bedienungshebel 12 in die Sperrstellung gerückt. Der Kipphebel 14 ist nach oben in eine senkrechte Lage geschwenkt und gibt damit den notwendigen Ausbauraum für das Ventilgehäuse 2 frei. Die Zu- und Abflußleitungen 9, 11 zum Ventilgehäuse 2 sind unterbrochen. Das Belüftungsventil 16 und die Entwässerungsleitung 15 sind geöffnet. Damit geht bei Wartung des Ventils nur eine ganz geringe Menge Kühlmittel verloren.

Das Belüftungsventil 16 ist an seiner Eintrittsöffnung so gestaltet, daß eine Rohrverschraubung oder Schlauchkupplung angeschlossen werden kann. Hierdurch ist es möglich, zur schnellen Entwässerung die Kühlräume im Ventilgehäuse 2 mit Druckluft auszublasen. Bei anschließendem Verschließen der Entwässerungsleitung 15 kann an der öffnung oberhalb des Belüftungsventils 16 im Bedarfsfall ein Frostschutzmittel eingefüllt werden. Damit ist es möglich, Sacklöcher und schwach durchströmte Stellen im Kühlmittelraum, die nicht ganz entwässert werden, durch ein Einbringen von Frostschutzmittel bei längerem Stillstand der Maschine zu schützen.

In A b b. 3 ist eine ähnliche Anordnung zur Ventilkühlung wie in Abb. 1 und Abb. 2 dargestellt, bei der jedoch das Steuerorgan und die Verriegelung gegen einen Ausbau des Ventilgehäuses ohne vorheriges Absperren und Entwässern anders gestaltet sind. Das Steuerorgan ist ein 2fach-Dreiwegehahn mit dem Stellglied 17, das in der Absperrstellung sowohl die Zu- und Abflußleitungen 9, 11 absperrt als auch die Belüftungsleitung 18 mit dem Belüftungsventil 16 und die Entwässerungsleitung 15 jeweils mit dem Ventilgehäuse 2 verbindet. Der Bedienungshebel 19 für das Stellglied 17 ist in seiner Lage und Größe so angeordnet, daß er in der die Ventilkühlung absperrenden Stellung über die Kontur der Zylinderkopfhaube 13 hinausragt und damit nur bei abgebauter Zylinderkopfhaube zu betätigen ist. Zugleich wird dabei ein als Verriegelung wirkender Zapfen 22, der den Ausbau des Ventilgehäuses verhindert, aus seiner Sperrstellung genommen. Dieses geschieht durch einen Nocken 20. der auf einer Verlängerung 21 des Stellgliedes 17 angeordnet ist. Der Nocken 20 bewirkt, daß in der Schließstellung des Stellgliedes 17 der Zapfen 22 durch die Feder 23 aus dem Einbauraum des Ventilgehäuses 2 herausgeschoben wird.

In A b b. 4 ist die in A b b. 3 gezeigte Anordnung zur Ventilkühlung in entwässertem Zustand dargestellt. Das Stellglied 17 des Steuerorgans ist nach Entfernen der nicht dargestellten Zylinderkopfhaube 13 durch Umschwenken des Bedienungshebeis 19 in die Montagestellung gelangt. Die Zu- und Abflußleitungen 9,11 zum Ventilgehäuse 2 sind unterbrochen. Das Belüftungsventil 16 ist geöffnet und die Entwässerungsleitung 15 ist mit den Kühlräumen im Ventilgehäuse 2 verbunden, so daß die Kühlflüssigkeit nach außen abfließen kann. Das entleerte Ventilgehäuse mit Ventil kann ausgebaut werden, ohne daß Kühlflüssigkeit in den Brennraum gelangt. Falls die nach außen abfließende Kühlflüssigkeit nicht zur Wiederverwendung aufgefangen wird, ist die Verlustmenge im Verhältnis zur Gesamtmenge so gering, daß seihst nach mehreren Demontagen des Ventilgehäuses kein wesentlicher Kühlflüssigkeitsmangel eintreten kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines unabhängig auswechselbaren Ventilgehäuses im Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit Steuerorganen für die mit dem Ventilgehäuse verbundenen Kühlmittelleitungen und einer Sicherheitsvorrichtung für den Kühlmittelumlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufluß- (9) und Abflußleitung (11) sowie eine Entwässerungs- (15) und ggfs. eine Belüftungsleitung (18) für die Kühlräume des Ventilgehäuse* (2) als Bohrungssystem im Zylinderkopf (3) ausgeführt sind, daß zumindest ein Steuerorgan für diese Leitungen in den Zylinderkopf (3) eingesetzt ist, daß die Steuerorgane einen Bedienungshebel (12, 19) aufweisen, der unterhalb der Zylinderkopfhaube (13) angeordnet und mit den Stellgliedern (10, IT) der Steuerorgane mechanisch verbunden ist und daß bei geöffneten Zufluß- (9) und Abflußleitungen (U) sowie bei verschlossenen Entwässerungs- (15) und Belüftungsleitungen (18) der Bedienungshebel sich vollständig innerhalb der Kontur der Zylinderkopfhaube (13) befindet, während bei entgegengesetzter Stellung der Steuerorgane ein Teil des Bedienungshebels (12, 19) diese Kontur zur Sicherung gegen Betriebsaufnahme durchdringt.

2. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Ventilgehäuses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußleitung (9) für die Ventilkühlung hinter dem Kühlmitteleintritt (4) in den Zylinderkopf (3) von der Einströmleitung (5) abzweigt und daß die Ventilkühlung parallel zur Zylinderkopfkühlung geschaltet ist.

3. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Ventilgehäuses nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung (11) der Ventilkühlung vor dem Kühlmittelaustritt (8) aus dem Zylinderkopf (3) in die Rückströmleitung (7) einmündet.

4. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Ventilgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einströmleitung (5) der Zylinderkopfkühlung und/oder in der Zuflußleitung (9) der Ventilkühlung hinter der Verzweigung ein verstellbares Drosselelement zur Regelung der parallel geführten Kühlflüssigkeitsströme vorgesehen ist.

5. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Ventilgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder der Steuerorgane für Zufluß- (9), Abfluß- (11) und Entwässerungsleitung (15) sowie ein Belüftungsventil (16) in einem Kolbenschieber (10) mit mehreren den Steueröffnungen zugeordneten Steuerkanten zusammengefaßt sind, die entweder den Durchgang der Zufluß- (9) und Abflußleitung (U) freigeben und die Entwässerungsleitung (15) bei geschlossener Belüftung von der Ventilkühlung absperren, oder die Verbindungen der Zuflu3- (9) und Abflußleitung (11) mit der Zylinderkühlung absperren und die Verbindungen der Zufluß- (9) und Abflußleitung (U) mit dem Ventilgehäuse bei geöffneter Belüftung zur Entwässerungsleitung (15) freigeben.

6. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Ventilgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder der Steuerorgane für Zufluß- (9), Abfluß- (U), Entwässe-

rungs- (15) und Belüftungsleitung (18) in einem Küken (17) für zwei koaxial hintereinander angeordnete Dreiwegehähne zusammengefaßt sind, von denen einer in der Zufluß- (9) und der andere in der Abflußleitung (U) angeordnet ist, und an die jeweils zusätzlich die Belüftungs- (18) bzw. Entwässerungsleitung (15) angeschlossen ist und die entweder zugleich den Durchgang der Zufluß- (9) und Abflußleitungen (U) freigeben und die Entwässerungs- (15) und Belüftungsleitung (18) von der Ventilkühlung absperren oder die zugleich die Verbindungen der Zufluß- (9) und Abflußleitung (11) mit der Zylinderkühlung absperren und die Verbindungen der Zufluß- (9) und Abflußleitung (U) mit dem Ventilgehäuse (2) jeweils zur Belüftungsleitung (18) bzw. Entwässerungsleitung (15) freigeben.

7. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Ventilgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (10,17) mit einer Verriegelung für das Ventilgehäuse (2) mechanisch verbunden sind, die den Ausbau des Ventilgehäuses (2) nur in belüftetem Zustand und bei abgesperrter Zufluß- (9) und Abflußleitung (U) freigibt.

8. Anordnung zur Flüssigkeitskühlung eines Veniilgehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Belüftungsventil (16) ein verschließbarer Anschluß für eine Druckluftquelle oder ein Nachfüllsystem vorgesehen ist.