DE2727006A1 - IC piston engine exhaust valve - has interconnected cooling chambers in welded shaft, and disc with radial bores to periphery - Google Patents
IC piston engine exhaust valve - has interconnected cooling chambers in welded shaft, and disc with radial bores to peripheryInfo
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Abstract
Description
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5000 Köln 80, den 13. Juni 1977 Unser Zeichen: D 77/37 AG-XP N/Lo5000 Cologne 80, June 13th 1977 Our reference: D 77/37 AG-XP N / Lo
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Tellerventil mit Innenkühlung, insbesondere Auslaßventil für HubkolbenbrennkraftmaschinenDisk valve with internal cooling, in particular outlet valve for reciprocating internal combustion engines
Die Erfindung bezieht sich auf ein Tellerventil, insbesondere Auslaßventil für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit einem zentralen Kühlraum im Bereich Ventiltellers und einem an diesen anschließenden zylindrischen Kühlraum im Ventilschaft, die zumindest teilweise mit einem Kühlmittel gefüllt sind, wobei der Ventilkörper aus zumindest zwei zusammengeschweißten Teilen besteht.The invention relates to a poppet valve, in particular an outlet valve for reciprocating internal combustion engines, with a central one Cooling space in the area of the valve plate and a cylindrical cooling space adjoining this in the valve stem, which at least are partially filled with a coolant, wherein the valve body consists of at least two parts welded together consists.
Die Hubraumausnutzung moderner Brennkraftmaschinen ist in den letzten Jahren soweit gesteigert wurde, daß die dabei entstehenden thermischen Belastungen der den Arbeitsraum bildenden Bauteile außerordentlich hohe Werte erreicht haben. Von den betroffenen Bauteilen ist das Auslaßventil eines der gefährdetsten. Durch die Entwicklung hochwarmfester Werkstoffe wurden große Fortschritte hinsichtlich der Haltbarkeit erzielt, die jedoch mit dem Nachteil verbunden sind, daß diese Legierungen schlechte Wärmeleitfähigkeit haben. Dadurch wird die Wärmeabfuhr über den Sitz und über den Ventilschaft erheblich verschlechtert.The capacity utilization of modern internal combustion engines is in the In recent years it has increased to such an extent that the resulting thermal stresses on the working area Components have achieved extraordinarily high values. Of the affected components, the exhaust valve is one of the most vulnerable. Through the development of highly heat-resistant materials, Great advances made in terms of durability, but with the disadvantage that these alloys have poor thermal conductivity. This increases the heat dissipation via the seat and the valve stem worsened.
Es ist allgemein bekannt, Auslaßventile mit einer Innenkühlung zu versehen, bei der entweder mittels Durchfluß von Kühlmittel oder durch eine Natrium-Salzfüllung die Temperatur gesenkt v/ird, Die Temperaturabsenkung tritt jedoch wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit nur im engen Boreich der inneren Kühlfläche, also im wesentlichen in der Ventilmitte ein.It is generally known to provide outlet valves with internal cooling, either by means of a flow of coolant or the temperature is lowered by a sodium salt filling. However, the temperature decrease occurs because of the poor thermal conductivity only in the narrow area of the inner cooling surface, i.e. essentially in the center of the valve.
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Kiöckner+iumboldt-OoirtzAG ΔλW1NaLH*^Κ5 ~ 4 - 13. Juni 1977Kiöckner + iumboldt-OoirtzAG ΔλW 1 NaLH * ^ Κ5 ~ 4 - June 13, 1977
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben und Maßnahmen vorzusehen, durch die die Kühlung insbesondere der Sitzpartie wesentlich verbessert wird, ohne daß die Festigkeit des Ventils in diesem Bereich dadurch nennenswert herabgesetzt wird. Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung dadurch, daß innerhalb des Ventiltellers vom zentralen Kühlraum ausgehend, im wesentlichen radiale, gleichmäßig auf den Umfang verteilte Bohrungen vorgesehen sind, die bis unmittelbar in den Bereich des Ventilsitzes reichen. Dabei sind die Bohrungen vorzugsweise kegelförmig angeordnet, wobei die Kegelspitze in Richtung auf den Ventilschaft zeigt. Die Teilungsebene des Ventilkörpers kann entweder durch den zentralen Kühlraum auf der dem Ventilschaft zugewandten Seite der Bohrungen verlaufen oder auch im Ventilteller, in der Ebene der Bohrungen angeordnet sein, wobei die Ebene auf der dem Ventilschaft abgewandten Seite des Ventilsitzes mündet. Verläuft die Teilungsebene durch den Ventilteller, so können die Bohrungen auf dem einen Teil des Ventilkörpers angeordnet und als Nuten ausgebildet sein, wobei es dadurch möglich wird, daß an den Bohrungsspitzen ein die Bohrungen verbindender Ringkanal vorgesehen ist. Sind die Bohrungen als Nuten ausgebildet, so können die Rippen zwischen den Nuten mit dem benachbarten Teil des Ventilkörpers beispielsweise durch Reibschweißen verbunden sein. Durch diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bohrungen wird insgesamt eine erhebliche Verbesserung der Kühlung des Ventiltellers insbesondere auch des Ventilsitzes, der je nach verwendetem Kraftstoff durch Heißkorrosion gefährdet ist, erreicht. Durch die zusätzlichen Wärmeaustauschflächen wird der in der Außenrand— zone des Ventiltellers eintretende Wärmefluß wirksam daran gehindert, über den Ventilsitz direkt abzufließen, sondern gezwungen, bevorzugt über die Wärmeaustauschflächen in das Kühlmittel einzutreten und mit diesem über den Ventilschaft zu gelangen. Je nach dem, wie hoch die Kühlflüssigkeit dabei aufge-The object of the present invention is to eliminate these disadvantages and to provide measures through which the cooling in particular the seat area is significantly improved without the strength of the valve in this area being significant is reduced. The object of the invention is achieved in that the central cooling chamber is inside the valve disk starting, essentially radial bores evenly distributed over the circumference are provided, which up to immediately in reach the area of the valve seat. The bores are preferably arranged in a cone shape, with the cone tip in Pointing towards the valve stem. The parting plane of the valve body can either be through the central cooling space on the the side of the bores facing the valve stem or arranged in the valve plate in the plane of the bores be, the plane opens on the side of the valve seat facing away from the valve stem. Runs through the dividing plane the valve disk, the bores can be arranged on one part of the valve body and designed as grooves, whereby it becomes possible that an annular channel connecting the bores is provided at the bore tips. Are the Bores formed as grooves, so the ribs between the grooves with the adjacent part of the valve body, for example be connected by friction welding. This configuration of the holes according to the invention is a total of one considerable improvement in the cooling of the valve plate, in particular of the valve seat, depending on the fuel used is endangered by hot corrosion. Due to the additional heat exchange surfaces, the heat flow entering zone of the valve disk is effectively prevented from flowing directly through the valve seat, but forced preferably via the heat exchange surfaces into the coolant to enter and to get there with it via the valve stem. Depending on how high the coolant is
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heizt wird, wird ein Teil dieser Wärme auch über den Ventilsitz abströmen. Die durch die Unterhöhlung des Sitzes eintretende Schwächung bei Gasdruckbelastung bleibt dadurch begrenzt, daß die Schwächung nur örtlich erfolgt und die in Umfangrichtung verbleibenden Stege zwischen den Bohrungen unverändert mit dem vollen Widerstandsmoment tragen.is heated, part of this heat will also flow off via the valve seat. The one entering through the undercut of the seat The weakening when exposed to gas pressure remains limited by the fact that the weakening occurs only locally and that in the circumferential direction Carry the remaining webs between the holes unchanged with the full section modulus.
Um eine wirksame Temperatursenkung am Ventilsitz zu erreichen, ist es notwendig, zu verhindern, daß die im Bereich des Sitzes in den Ventilboden und den Tellerrand einfallende Wärme bevorzugt über den Sitz zum Kühlmittel abfließt. Die gewünschte Abschirmung des Ventilsitzes gegen diesen Wärmefluß und die Führung des Wärmeflusses vom Ventil zum Ventilschaft kann nur dann optimal erreicht werden, wenn die Wärmeaustauschflächen nahegenug an die abzuschirmende Ventilsitzfläche herangeführt werden. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, daß der Durchmesser der Bohrungen bzw. Nuten etwa der Breite des Ventilsitzes entspricht und daß die Innenkontur der Bohrungen bzw. Nuten im Bereich der Spitzen so gestaltet ist, daß örtlich eine Restwandstärke zum Ventilsitz· und zum Außenrand des Ventils entsteht, die etwa der halben Breite des Ventilsitzes entspricht.In order to achieve an effective temperature reduction at the valve seat, it is necessary to prevent that in the area of the seat Heat falling into the valve base and the plate rim preferably flows through the seat to the coolant. The shielding you want of the valve seat against this heat flow and the guidance of the heat flow from the valve to the valve stem can only then can be optimally achieved when the heat exchange surfaces are close enough be brought up to the valve seat surface to be shielded. To this end, it is proposed that the diameter of the Bores or grooves corresponds approximately to the width of the valve seat and that the inner contour of the bores or grooves in the area of the Tips is designed so that locally a residual wall thickness to the valve seat · and to the outer edge of the valve arises, which is about the half the width of the valve seat.
Eine weitere Verbesserung des Wärmeflusses vom zentralen Kühlraum in den Ventilschaft kann dadurch erzielt werden, daß innerhalb des zylindrischen Kühlraumes im Ventilschaft ein bis zum Grund des zentralen Kühlraumes im Ventilteller reichendes Wärmerohr eingesetzt ist. Das an sich bekannte Wärmerohr weist in seinem Innern einen Hohlraum auf, der teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die an der heißen Stelle verdampft, innerhalb des Wärmerohres zur kühlen Stelle steigt und dort wieder kondensiert. Dies kann mit und ohne Unterstützung durch eine Kapillarstruktur erfolgen. Das Wärmerohr als solches weist dadurch eine auch gegenüber Kupfer wesentlich gesteigerte War-A further improvement in the flow of heat from the central cooling space into the valve stem can be achieved within of the cylindrical cooling space in the valve stem extending to the bottom of the central cooling space in the valve disk Heat pipe is inserted. The known per se heat pipe has a cavity in its interior, which is partially with a Liquid is filled, which evaporates at the hot spot, rises inside the heat pipe to the cool spot and there condensed again. This can be done with or without the support of a capillary structure. The heat pipe as such has as a result, a significantly higher war-
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Klöckner-Humboldt-OeutzAG /Aw^L^Jue* _ 5 _ 13 Juni 1977Klöckner-Humboldt-OeutzAG / Aw ^ L ^ Jue * _ 5 _ 13 June 1977
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meleitfähigkeit auf. Zur Befestigung des Wärmerohres im Ventilschaft wird vorgeschlagen, daß das Wärmerohr an seinem innerhalb des Ventilschaftes gelagerten Ende durch ein Federelement, z.B. Tellerfeder, gegen Axialverschieben gesichert ist.conductivity on. For fastening the heat pipe in the valve stem it is proposed that the end of the heat pipe mounted inside the valve stem is supported by a spring element, e.g. disc spring is secured against axial displacement.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der drei Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:For further explanation, reference is made to the drawing, in which three exemplary embodiments of the invention are simplified are shown. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tellerventil mit über den Umfang verteilten Bohrungen,1 shows a longitudinal section through a poppet valve according to the invention with holes distributed over the circumference,
Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß Figur 1 in vergrößertem Maßstab, FIG. 2 shows a partial section according to FIG. 1 on an enlarged scale,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Ventilteller gemäß der Linie III in Figur 2,3 shows a partial section through the valve disk according to line III in FIG. 2,
Fig. 4 einen Teilschnitt gemäß Figur 2 durch einen Ventilteller, wobei die Teilungsebene durch den Ventilteller verläuft,4 shows a partial section according to FIG. 2 through a valve disk, the dividing plane through the valve disk runs,
Fig. 5 einen Teilschnitt entsprechend Figur 4 in modifizierter Form undFIG. 5 shows a partial section corresponding to FIG. 4 in a modified form and FIG
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Tellerventil gemäß der Erfindung, bei dem ein Wärmerohr eingebaut ist und die Wände eines Gaswechselkanals sichtbar sind.6 shows a longitudinal section through a poppet valve according to the invention, in which a heat pipe is installed and the walls of a gas exchange duct are visible.
In den Fig. 1 bis 6 ist, soweit im einzelnen dargestellt, mit 1 ein Ventilkörper bezeichnet, der aus zwei Teilen, nämlich einem Ventilschaft 2 und einem Ventilteller 3 besteht, wobeiIn Figs. 1 to 6, as far as shown in detail, 1 denotes a valve body, which consists of two parts, namely a valve stem 2 and a valve disk 3, wherein
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entsprechend der Lage der Teilungsebene der Ventilschaft 2 und der Ventilteller 3 in den einzelnen Figuren unterschiedliche Formen und Größen haben. Der Ventilschaft 2 weist einen zylindrischen Kühlraum 4 auf, an den sich ein zentraler Kühlraum 5 anschließt, der im Ventilteller 3 und/oder im Ventilschaft 2 angeordnet ist.different according to the position of the dividing plane of the valve stem 2 and the valve disk 3 in the individual figures Have shapes and sizes. The valve stem 2 has a cylindrical cooling space 4 to which a central cooling space is attached 5, which is arranged in the valve disk 3 and / or in the valve stem 2.
In den Fig. 1 bis 3 sind weiterhin mit 6 Bohrungen bezeichnet, die gleichmäßig auf den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Bohrungen 6 sind kegelig angeordnet, wobei die Kegelspitze in Richtung auf den Ventilschaft 2 zeigt. Der Durchmesser der Bohrungen und die Ausbildung der Bohrungsspitzen ist so ausgeführt, daß eine optimale Kühlung des Ventilsitzes und eine optimale Restwandstärke erreicht wird. Eine besondere Bedeutung hat die kegelförmige Anordnung der Bohrungen insbesondere deshalb, weil durch diese Anordnung und die oszillierende Bewegung des Ventils eine Zwangsbewegung des Kühlmittels entlang der Bohrungen erfolgt, die eine bessere Wärmeübertragung gewährleistet. Die Teilungsebene liegt auf der dem Ventilschaft 2 zugewandten Seite der Bohrungen 6 und zwar so, daß die Bohrungen durch mechanische Bearbeitung hergestellt werden können. Erst dadurch ist es möglich, die genaue Anordnung in Verbindung mit der gewünschten Wandstärke zu erreichen.In FIGS. 1 to 3, 6 bores are furthermore denoted, which are arranged evenly distributed over the circumference. the Bores 6 are conically arranged, the cone tip pointing in the direction of the valve stem 2. The diameter of the holes and the formation of the bore tips is designed in such a way that that an optimal cooling of the valve seat and an optimal residual wall thickness is achieved. The has a special meaning conical arrangement of the bores in particular because of this arrangement and the oscillating movement of the valve there is a forced movement of the coolant along the bores, which ensures better heat transfer. the The plane of division lies on the side of the bores 6 facing the valve stem 2 in such a way that the bores are mechanically Machining can be made. Only then is it possible to find the exact arrangement in conjunction with the desired To achieve wall thickness.
In den Fig. 4 und 5 ist die Teilungsebene in den Bereich des Ventiltellers gelegt, so daß die Bohrungen in einem oder beiden Bauteilen als offene Nuten mit Rippen hergestellt werden können. Die mit 7 bezeichneten Rippen sind gemäß den Fig. 4 und 5 einstückig mit dem Ventilschaft 2 hergestellt und je nach der gewünschten Größe des zentralen Kühlraumes 5 an einer mehr oder weniger großen Fläche mit dem Rest des Ventile tellers verschweißt. Dadurch ist es möglich, zwischen der ge-4 and 5, the dividing plane is placed in the area of the valve disk, so that the bores in one or both Components are produced as open grooves with ribs can. The ribs denoted by 7 are made in one piece with the valve stem 2 according to FIGS. 4 and 5 and each according to the desired size of the central cooling space 5 on a more or less large area with the rest of the valve welded plate. This makes it possible to choose
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wünschten Kühlung und der geforderten Festigkeit des Ventils zu variieren, in dem die Rippen dem dünnen Rest des Ventiltellers angepaßt werden keinen. Durch die Lage der Teilungsebene im Ventilteller 3 ist es weiterhin möglich, im Bereich der Bohrungsspitzen bzw. der Nutspitzen ein mit 8 bezeichneter Ringkanal vorzusehen, der je nach Länge der Rippen 7 größer oder kleiner im Querschnitt ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist wesentlich, daß die Nuten bzw. Rippen 7 und der Ringkanal 8 mechanisch und daher genau hergestellt werden können.desired cooling and the required strength of the valve to vary, in which the ribs the thin remainder of the valve disk are not adapted. Due to the position of the parting plane in the valve disk 3, it is still possible in the area of the bore tips or the groove tips to provide an annular channel designated by 8, which is larger or larger depending on the length of the ribs 7 is smaller in cross-section. Also in this embodiment It is essential that the grooves or ribs 7 and the annular channel 8 can be produced mechanically and therefore precisely.
In den Ventilkörper 1 gemäß Fig. 6 ist in den zylindrischen 4 und zentralen Kühlraum 5 ein mit 9 bezeichnetes Wärmerohr eingesetzt, das in einer Einsenkung des Ventiltellers gehalten ist und am gegenüberliegenden Ende durch eine Tellerfeder 10 in Axialrichtung gesichert ist. Der Ventilteller 3 hat in diesem Ausführungsbeispiel keine radialen Bohrungen eingezeichnet. Die zentrale Ausnehmung ist teilweise mit Natrium-Salz gefüllt. Durch die sehr gute Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohres 9 kann die Wärmeabführung über den Ventilschaft 2 verbessert werden.In the valve body 1 according to FIG. 6, a heat pipe labeled 9 is inserted into the cylindrical 4 and central cooling space 5, which is held in a recess in the valve disk and at the opposite end by a disk spring 10 is secured in the axial direction. In this exemplary embodiment, the valve disk 3 has no radial bores drawn. The central recess is partially filled with sodium salt. Due to the very good thermal conductivity of the heat pipe 9 can the heat dissipation via the valve stem 2 can be improved.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |