DE2632411A1

DE2632411A1 - Kuehlanordnung fuer ein auslassventil einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2632411A1
Application number: DE19762632411
Authority: DE
Inventors: Sven Olof Gerhard Samuel
Original assignee: Rederi Nordstjernan AB
Current assignee: Rederi Nordstjernan AB
Priority date: 1975-07-23
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1977-02-10
Also published as: JPS5215938A; FR2319011A1; CH599459A5; SE400810B; FR2319011B3; SE7508416L; DK331476A; NL7608086A

Description

DIPL.-llMG. KLAUS BEHN >J C *} O / A <%

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER A. V \3 £. H I I

PATENTANWÄLTE

WIDENMAYERSTRASSE 6 D-8000 MÖNCHEN 22 TEL. (089) 22 25 30 - 29 51 92

19. Juli 1976 A 183/184 76 B/ib

Firma REDERIAKTIEBOLAGET NORDSTJERNAN, 3, Stureplan, Stockholm, Schweden

Kühlanordnung für ein Auslaßventil einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für ein Auslaßventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer überladenen Dieselmaschine, wobei das Auslaßventil eine Ventilspindel mit einem Ventilteller und einem Ventilsitz aufweist, der mit dem Ventilteller über eine zwischen ihnen angeordnete Dichtfläche zusammenwirkt, wobei ein Kühlluftstrom einem Zuführkanal zugeführt wird, der sich wenigstens teilweise durch die Ventilspindel erstreckt und mit einem Hohlraum im Ventiltellerkörper verbunden ist, wobei den Ventiltellerkörper durchsetzende Auslässe im Bereich zwischen dem Ventilsitz und der Ventilspindel vorgesehen sind, durch die die Kühlluft aus dem Hohlraum in den Abgaskanal des Ventils ausströmt.

In modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere überladenen Dieselmaschinen, sind die Auslaßventile einer so hohen thermischen Belastung unterworfen, daß Probleme bestehen, mit üblichen Kühlanordnungen die erforderliche Lebensdauer und Arbeitssicherheit aufrechtzuerhalten.

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Bankhaus Merck. Flnck & Co.. München. Nr. 25464 I Bankhaus H.Aufhliu.er, München. Nr.26130O Posischeck: München 20904-800

Telegrammadresse: Patentsenior

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Bei Versuchen, diese Probleme zu lösen, ist ein Auslaßventil mit einem Ventilteller verwendet worden, dem mit der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventils mit Hilfe einer an der Ventilspindel angeordneten Drehvorrichtung eine Drehbewegung um seine Mittelachse erteilt worden ist, wobei der Ventilteller mit einem mehr oder weniger wassergekühlten Ventilsitz versehen ist. Aber auch bei Anwendung solcher Auslaßventile hat es sich oft gezeigt, daß die Lebensdauer und die Arbeitssicherheit unzufriedenste!- lend sind, und zwar insbesondere bei schwereren Arbeitsbedingungen, beispielsweise bei Verwendung von Schweröl mit mehr als 100 bis 150 ppm Vanadium als Arbeitsflüssigkeit, durch deren Einwirkung Hochtemperaturkorrision bewirkt wird. Es ist versucht worden, die in dieser Hinsicht bestehenden Probleme zu lösen, und zwar entweder durch Vergrößerung der Überlappung zwischen dem Auslaßventil und dem Einlaßventil, um die Kühlung des Auslaßventiles durch Luftspülung zu vergrößern, oder durch Verwendung von Auslaßventilen mit Wasserkühlung durch Kanäle, die durch die Ventilspindel zum Ventilteller führen. Das Verfahren zur Kühlung von Auslaßventilen mit Spülluft ist unwirtschaftlich. Das Verfahren zur Kühlung von Auslaßventilen mit Wasser führt zu verschiedenen Nachteilen und Problemen wegen der komplizierten Konstruktion, des Austrittes von Wasser, der Korrosion mit der sich daraus ergebenden ungenügenden Lebensdauer und Arbeitssicherheit. Ein Nachteil und Problem bei der Verwendung eines wassergekühlten Auslaßventiles steht in Verbindung mit der erforderlichen besonderen Anordnung des Einlasses und des Auslasses von Kühlwasser, verursacht durch die Ventilspindel, die mit Hilfe der Drehvorrichtung drehbar angeordnet ist,wodurch die Ko-

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sten der Ventilkonstruktion erhöht und sich Schwierigkeiten bezüglich des Austrittes von Wasser ergeben. Ein weiteres Problem bezieht sich auf den Kühlkanal in der Ventilspindel, der sieh, wie es sich gezeigt hat, von dem Ventilteller lösen kann, was zu einem Verbrennen des Ventiltellers aufgrund der unterbrochenen Kühlung führt. Außerdem tritt bei der Kühlung eines Auslaßventiles mit Wasser eine Niedrigtemperaturkorrosion an der Spindeloberfläche auf, die für die Lebensdauer nachteilig ist. Ein weiteres Problem und eine Komplikation bei der Verwendung von wassergekühlten Auslaßventilen besteht in der Schwierigkeit, eine symmetrische Kühlung des Ventiltellers und des Ventilsitzes zu erreichen, um hierdurch in diesen Elementen thermische Spannungen zu vermeiden, die zu Verformungen führen und eine Gefahr für das Ausbrennen des Ventiles bilden.

Ziel der Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile weitestgehend auszuschalten und die obengenannten Probleme zu lösen. Die Erfindung garantiert in strukturell einfacher, zuverlässiger und mit wenigen Kosten verbundener Weise eine wesentliche Abnahme der Temperatur am Ventilteller und am Ventilsitz und ermöglicht somit für diese Elemente eine symmetrische Kühlung, die in geeigneter Weise ausgerichtet ist, was zu einer zuverlässigen Arbeitssicherheit und einer langen Lebensdauer ohne Gefahr eines Verbrennens des Ventils führt, wobei die obengenannten Probleme bezüglich des Leckens und der Korrosion vermieden sind.

Weitere Ziele und Vorteile, die sich aus der Lehre und den Prinzipien der Erfindung in Zusammenhang mit der Offenbarung des be-

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vorzugten Ausführungsbeispiels ergeben, sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung enthalten, woraus sich für
den Fachmann ergibt, daß verschiedene Abwandlungen innerhalb
des Erfindungsgedankens vorgenommen werden können.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Auslaßventiles mit einer Kühlanordnung gemäß der Erfindung .

Das Auslaßventil ist in einem Zylinderkopf 1 angeordnet. Das Auslaßventil besitzt eine Ventilspindel 2, die zentrisch im Ventil angeordnet ist. Die Ventilspindel 2 ist in ihrer Längsrichtung
bewegbar und um ihre Längsachse drehbar, wobei sie in einem Gehäuse 3 geführt ist, das mit Lagerbuchsen 4 versehen ist. Die
Ventilspindel ist mit einem Ventilteller 5 versehen, der symmetrisch zur Spindelachse und seine eigene Mittelachse angeordnet ist. Der Ventilteller besitzt eine Dichtfläche 6, vorzugsweise
aus Stellit, die in der Schließlage des Ventiles die Öffnung
des Ventils durch Anlage an einer Dichtfläche 7 schließt, die
ebenfalls vorzugsweise aus Stellit besteht und auf einem Ventilsitz 8 angeordnet ist, und zwar um die Innenseite der Ventilöffnung herum. Die Längsbewegung der Ventilspindel für das Öffnen und Schließen des Ventiles wird in an sich bekannter Weise
ausgeführt durch einen Ventilkipphebel 10. Die Drehbewegung der Ventilspindel 2 und damit des Ventiltellers 5 wird erhalten bei der Längsbewegung mit Hilfe einer Drehvorrichtung, die in an sich bekannter Weise ein eingebautes Klinkenrad aufweist. Die Öffnungsbewegung erfolgt gegen die Wirkung einer Ventilfeder 9. Die Abga-

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se, die bei der öffnung des Ventiles zwischen die Dichtflächen 6 und 7 eintreten, werden zwischen den Tragschienen 12 zu einem Abgassammelsystern ausgelassen.

Die für die vorliegende Erfindung insbesondere kennzeichnende Kühlung soll im folgenden in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Auslaßventil erläutert werden.

Druckluft von einer geeigneten Drückluftquelle, z.B. von einer Kühlluftvorrichtung einer Maschine, wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Auslaßventiles dem Gehäuse 3 zugeführt, wie es mit dem Pfeil A angedeutet ist. Die Kühlluft wird durch den Kanal. 13 in dem Gehäuse 3, durch den zentrischen Kanal 14 in der Ventilspindel 2 und den zentrischen Kanal 15 im Ventilteller 5 in den Hohlraum 16 eingeführt, der in dem Ventilteller vorgesehen ist. Dieser Hohlraum erstreckt sich quer in Bezug auf die Mittelachse des Ventiltellers nach auswärts in Richtung auf die Dichtfläche 6 des Ventiltellers, und er ist vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf die Mittelachse ausgebildet. Die zu dem Hohlraum 16 gelieferte Kühlluft strömt in den Hohlraum ein, wie es durch den Pfeil B gezeigt ist, und sie tritt aus dem Hohlraum durch kleine Löcher 17 aus, welche den Körper des Ventiltellers zwischen der Dichtfläche 6 und der Ventilspindel 2 durchsetzen, und es ist die Kühlluft in Richtung auf den Ventilsitz 8 gerichtet. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, wird vorzugsweise auch der Ventilsitz 8 durch Druckluft gekühlt. Diese Druckluft wird, wie durch den Pfeil C dargestellt, zugeführt und wird durch einen Kanal 18 im Zylinderkopf 1 und einen Kanal 19 im Ventil-

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sitz 8 in einen Hohlraum 20 eingeführt, der innen in dem Ventilsitz gebildet ist. Wie durch den Pfeil D gezeigt, strömt die Kühlluft aus dem Hohlraum 20 durch Löcher 21 des Körpers des Ventilsitzes in den Raum 22 oberhalb der Dichtflächen 6, 7 zwischen Ventilsitz und Ventilteller.

Die durch die Löcher 17 und 21 in den Raum 22 strömende Kühlluft wird in strukturell einfacher Weise ohne besondere Anordnungen zusammen mit den Abgasen in ein Abgassammeisystem ausgelassen.

Durch eine Luftkühlung, wie sie oben beschrieben ist und in der Zeichnung dargestellt ist, erhält der Ventilteller eine gleichmäßig verteilte und wirksame Kühlung, wodurch unter anderem der Vorteil erreicht wird, daß thermische Spannungen vermieden werden, so daß die Dichtfläche ein ebenes Profil beibehält. Die Zahl der Löcher 17 und die Anordnung und Verteilung der Löcher und auch der Luftstrom können in geeigneter Weise verändert werden, um eine gewünschte Kühlung zu erreichen. Anstelle von mit Abstand voneinander angeordneten Löchern, die vorzugsweise gleichförmig um den Ventilteller herum angeordnet sind, können ein oder mehrere schmale Schlitze vorgesehen sein. Dies gilt auch für den Ventilsitz. Die Anordnung solcher Löcher oder Schlitze in einem Kühlsystem gemäß der Erfindung macht es möglich, eine Kühlung zu erreichen, die anpaßbar auf die heißen Flächen des Ventiltellers und des Ventilsitzes gerichtet ist. Außerdem kann das Kühlsystem in einfacher Weise ohne besondere Anordnungen mit der Drehvorrichtung für die Ventilspindel und den Ventilsitz kombiniert werden,

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Wie in der Zeichnung dargestellt, ist für den Teil der Ventilspindel, der in dem Gehäuse 3 untergebracht ist, das in einem Abstand oberhalb des Ventiltellers 5 angeordnet ist, eine Wasserkühlung vorgesehen. Das Kühlwasser wird, wie durch den Pfeil E gezeigt, einem Raum 23 zugeführt, welcher die Spindel umgibt. Diese Wasserkühlung bewirkt keine störende Niedrigtemperaturkorrosion, die sonst leicht an der Spindeloberfläche bei wasergekühl· ten Auslaßventilen auftritt.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß eine Luftkühlung gemäß der Erfindung verschiedene wesentliche Vorteile bewirkt, die nicht erreicht werden können, wenn bisher bekannte Kühlanordnungen für Auslaßventile verwendet werden, und daß aus-* serdem viele Probleme vermieden werden, insbesondere Probleme bezüglich der Abdichtung und der Korrosion. Es wird aber darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf das oben beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Verschiedene Abwandlungen und Anordnungen können innerhalb des Erfindungsgedankens vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Kühlluft zum Ventilteller durch einen Kanal zugeführt werden, der die ganze Ventilspindel durchsetzt und sich nach aufwärts durch den Ventilschwinghebel erstreckt. Bei einem anderen wahlweisen Ausführungsbeispiel kann die Kühlluft für den Ventilteller und auch den Ventilsitz durch einen gemeinsamen Kanal im Gehäuse 3 zugeführt werden, beispielsweise durch den dargestellten Kanal 13, und es kann die Kühlluft zum Ventilsitz aus einem gemeinsamen Kanal durch den Kanal im Gehäuse 3 und darauf durch ' einen Kanal zum Ventilsitz zugeführt werden. Außerdem können die Löcher 17 und 21 mit Düsen oder anderen Drosselstellen versehen

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sein oder als solche Düsen ausgebildet sein, wodurch ein zusätzlicher Kühleffekt durch isotropische Änderung des Zustandes erreicht wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ί1 .J Kühlanordnung für ein Auslaßventil einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer überladenen Dieselmaschine, wobei das Auslaßventil eine Ventilspindel mit einem Ventilteller und einem Ventilsitz aufweist, der mit dem Ventilteller über eine zwischen diesen angeordnete Dichtfläche zusammenwirkt, wobei ein Kühlluftstrom einem Zuführungskanal zugeführt wird, der sich wenigstens teilweise durch die Ventilspindel erstreckt und mit einem Hohlraum im Ventiltellerkörper verbunden ist, wobei den Ventiltellerkörper durchsetzende Auslässe im Bereich zwischen dem Ventilsitz und der Ventilspindel vorgesehen sind, durch die die Kühlluft aus dem Hohlraum in den Abgaskanal des Ventils ausströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (14) in der Ventilspindel (2) mit einer kontinuierlich arbeitenden Druckluftquelle verbunden ist, daß die Verbindung zwischen dem Zuführkanal (14) und dem Hohlraum (16) ungedrosselt ist, daß der Hohlraum (16) quer zur Einströmrichtung der Druckluft in den Hohlraum aus einem ununterbrochenen Raum besteht, der nach auswärts in Richtung auf die Dichtfläche (6,7) zwischen dem Ventilteller (5) nand dem Ventilsitz (8) eine abnehmende Querschnittsfläche aufweist, und daß die Auslässe (T7) für die Druckluft in Bezug auf die Ventilspindelachse nach auswärts zum Ventilsitz (8) hin geneigt sind.
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe aus einer vorbestimmten Anzahl Löchern (17) bestehen,

die um den Ventilteller (5) herum verteilt angeordnet sind.
3. Kühlanordnung nach Anspruch 2_r dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher C17| mit Düsen versehen sind oder als Düsen ausgebildet sind,
4. Kühlanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet _r daß der Ventilsitz (S) mit einem Hohlraum C204^; versehen ist,- der mit der Druckluftquelle für die Zufuhr von Kühlluft zum Hohlraum verbunden ist, und daß den Körper des dem Ventilteller (5) zugekehrten Ventilsitzes (8) durchsetzende Auslässe (21) vorgesehen sind, die eine varbestimmte Ausströmung der Kühlluft aus dem Hohlraum (20) bewirken.
5. Kühlanordnumg nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet _r daß die den Körper des Ventilsitzes (8) durchsetzenden Auslässe aus einer vorbestimmten Zahl Löchern (21) bestehen, die um den Ventilsitz herum verteilt angeordnet sind,
6. Kühlanardniüng nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (21} mit Düsen versehen sind oder als Düsen ausgebildet sind.
7. Kühlanordiniing nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 r dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (11)· zum Verdrehen dies' Ventil tellers (5) und damit der Auslässe Cl"?) im Ventilteller bei der Öffnungs— und Schließbewegung des Ventils vorgesehen ist.

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8. Kühlanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7/ dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (17 oder 21) im Ventilteller (5) bzw. im Ventilsitz (8) sich in den gleichen Raum (22) öffnen, durch den die Abgase bei der öffnung des Ventils ausströmen.

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