DE2932905A1

DE2932905A1 - Zylinderkopf fuer gekuehltes ventil

Info

Publication number: DE2932905A1
Application number: DE19792932905
Authority: DE
Inventors: Bernard J. Mobile Ala. Rezy
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1979-08-14
Filing date: 1979-08-14
Publication date: 1981-04-09

Description

BLUMBACH · VVESEFt · BERGEN · KRAMER ZWIRNER-BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult RadeckestraCe 43 8000 München 60 Telelon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patenlconsult Palentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telelon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Teledyne Industries, Inc.
Avenue of the Stars
Los Angeles, California, USA

Zylinderkopf für gekühltes Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für ein gekühltes Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die im Einlaß- oder Auslaßkanal vorgesehenen Ventile einer Verbrennungskraftmaschine weisen typischerweise einen länglichen Schaft und einen sich verbreiternden Ventilteller auf. Der Schaft ist im Zylinderkopf mittels eines Ventillagers geführt und der Ventilteller arbeitet mit einem im Zylinderkopf vorgesehenen Ventilsitz zusammen. Der Ventilsitz ist ringförmig und führt in der einen Richtung in den Zylinder der Maschine und in der anderen Richtung in den Einlaß- oder Auslaßkanal. Durch axiale Verschiebung des Ventilschaftes wird der Ventilteller vom Ventilsitz abgehoben bzw. auf diesen aufgesetzt, so daß eine Verbindung

München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumboch Dipl.-Ing. ■ P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing

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in den Zylinder eröffnet bzw. gesperrt wird.

Bekanntlich wird der Ventilteller und der untere Teil des Ventilschaftes, der sich in dem Kanal befindet,von den heißen Abgasen erhitzt und dies trifft insbesondere auf das Auslaßventil zu. Wegen dieser hohen Temperaturen müssen die Ventile aus teuerem, hochqualitativem Stahl hergestellt sein, damit sich das Ventil nicht in Folge der Hitze verzieht. Trotzdem kommt solches Verziehen und sogar der Bruch im Betrieb vor, insbesondere wenn speziell heisse Temperaturen erreicht werden.

Bei einem bekannten Zylinderkopf (US-PS 1 731 222) wird das Ventil über einen Kranz von Druckluftöffnungen gekühlt, die im Ventilsitz vorgesehen sind. Dadurch wird dieser Ventilsitz jedoch groß und ausladend und macht eine teure Zylinderkopf-Konstruktion nötig. Außerdem tritt der Kühleffekt nur dann auf, wenn das Ventil geöffnet ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß eine effektive Kühlung des Ventils mit einfachen und wirtschaftlichen Mitteln erzielt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem Hauptanspruch. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung

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sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das Ventil bei dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf weist einen konventionellen, länglichen Schaft und einen sich verbreiternden Ventilteller auf. In üblicher Weise arbeitet der Ventilteller mit dem ringförmigen Ventilsitz am Zylinderkopf zusammen, d.h., die axiale Verschiebung des VentilSchaftes führt zur öffnung und Schließung des Ventils. Ein Strömungsmittelkanal ist im Zylinderkopf vorgesehen, der sich auf den Ventilschaft hin in der Nähe des Ventiltellers öffnet. Das andere Ende des Kanals steht mit einer Druckluftquelle oder einem anderen kühlenden Strömungsmittel in Verbindung. Demnach strömt die Druckluft beziehungsweise das kühlende Strömungsmittel über den unteren Teil des Ventilschafts und über die Oberseite des Ventiltellers und kühlt so beide Teile.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf im Bereich eines Ventils,

Fig. 2 eine Einzelheit hieraus gemäß Schnitt 2^2 in Fig. 1, etwas vergrößert, und .

Fig. 3 einen Schnitt durch einen zweiten Zylinderkopf im ^!' Bereich eines Ventils.

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Es wird auf die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 Bezug genommen.

Ein Auslaßventil 10 einer Verbrennungskraftmaschine weist einen länglichen Schaft 12 und einen Ventilteller 14 am unteren Ende auf. Wie gewöhnlich sind Schaft 12 und Teller 14 aus einem Stück. Der Ventilteller 14 arbeitet mit einem ringförmigen Ventilsitz 16 am Zylinderkopf 18 zusammen (Als Zylinderkopf wird jedes Gehäuse für das gekühlte Ventil betrachtet). Das axial obere Ende des Ventilsitz/es 16 liegt in einem Auslaßkanal 20,während das untere Ende an einem Zylinder 22 angrenzt. Der Ventilschaft 12 des Ventils 10 ist in Achsrichtung im Zylinderkopf 18 geführt, so daß bei abgehobenem Ventilteller 14 eine Verbindung vom Zylinder 22 in den Auslaßkanal 20 existiert, während beim Anliegen des Ventiltellers 14 am Ventilsitz 16 diese Verbindung geschlossen wird.

Der Zylinderkopf 18 weist eine Stufenbohrung 24 koaxial zum Ventilsitz 16 auf, welche den Auslaßkanal 20 mit der Oberseite des Zylinderkopfes 18 verbindet. Ein zweistückiges Ventillager 26 ist durch Preßsitz oder in anderer Weise in der Bohrung 24 gehalten und führt den Ventilschaft 12. Das zweistückige Lager 26 weist eine äußere Hülse 28, die sich vom Auslaßkanal 20 bis zu einem erweiterten Teil 30 der Bohrung 24 erstreckt, und ein inneres Rohr 32 auf. Die Hülse 28 besitzt einen radialen Flansch 29,

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der auf einer Schulter 31 der eich erweiternden Bohrung aufruht. Das rohrförmige Teil 32 erstreckt sich mit seinem unteren Ende ins Innere der Hülse 28 und besitzt eine axiale Bohrung 38, durch welche der Schaft 12 hindurchreicht. In der Nähe des oberen Endes des rohrförmigen Teils 32 ist ferner ein radial sich erstreckenden Flansch 33 vorgesehen, der auf einer weiteren Schulter 35 der Stufenbohrung 24 aufruht. Durch den genau eingehaltenen Abstand der Schultern 31 und 35 voneinander nehmen die Teile 28 und 32 eine genau erwünschte axiale Lage zueinander und zu dem Zylinderkopf ein. Das rohrförmige Teil 32 weist einen im wesentlichen kreuzförmigen Umriß auf, d.h., dessen radial äußerste Bereiche 36 im Inneren der Hülse 28 anliegen, so daß vier sich längserstreckende Kanäle 38 gebildet sind. Das innere rohrförmige Teil 32 endigt kurz vor Erreichen des Auslaßkanals 20, während sich die Hülse 28 in der Nähe dieses Auslaßkanals radial nach innen verbreitert. Auf diese Weise werden die Kanäle 38 radial nach innen und entlang des Ventilschaftes 12 geführt und münden in einen Ringraum 40, der sich um den Ventilschaft herum erstreckt.

Ein weiterer Druckmittelkanal 42 im Zylinderkopf 18 steht an einem Ende mit einer Druckluftquelle 44, beispielsweise einer Luftpumpe, und am anderen Ende mit den Kanälen 38 in Verbindung, die mit einem Ringraum unterhalb des Flansches

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verbunden sind. Der Kanal 42 mündet also in die Stufenbohrung 24 im Bereich des Bohrungsteils 30 zwischen den Flanschen 29 und 33.

Im Betrieb wird Druckluft der Druckluftquelle 44 über die Kanäle 42 und 38 dem Ringraum 40 zugeführt, der diese düsenartig über die Oberfläche des unteren Teils des Ventilschaftes 12 innerhalb des Auslaßkanals 20 und über das obere, sich verbreiternde Ende 46 des Ventiltellers 14 strömen läßt. Die strömende Luft kühlt sowohl den Ventilschaft 12 als auch den Ventilteller 14 und zusätzlich noch den Ventilsitz 16, auf den die Luft schließlich auftrifft. Natürlich wird auch das Lager 26 gekühlt. Die Kühlluft strömt mit dem Abgas durch den Auslaßkanal 20 in den Auspuff des Motors.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Ventils 10 bzw. des Ventilkopfes 18. Gegenüber der ersten Ausführungsform sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen worden. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist ein Ventillager 100 ohne Preßluftkanäle vorgesehen. Das Ventillager 100 sitzt im Preßsitz in einer Bohrung 102 des Ventilkopfes 18. Eine Auskleidung 104 ist mit gewissem Abstand zur Wandung des Ablaßkanals 20 vorgesehen und am äußeren Ende 106 mit dem Zylinderkopf 18 verbunden. Das vordere Ende 108 der Aus-

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kleidung 104 ist bis zu dem Ventilsitz 16 geführt. Der Ventilschaft 12 erstreckt sich durch eine kreisförmige Öffnung 110 in der Auskleidung 104. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung 110 ist gröfier als der des Ventilschaftes 12, so daß um diesen herum ein Ringraum gebildet ist.

Die Druckluftquelle 44 ist über einen Strömungsmittelkanal 112 mit dem Raum 114 zwischen der Auskleidung 104 und der Zylinderkopfwandung 18 verbunden. Die Druckluft fließt demnach durch den Kanal 112 in den Raum 114 und gelangt durch den Ringraum 110 auf den unteren Teil des Ventilschaftes 12 und das sich erweiternde Ende 46 des Ventiltellers 14. Es wird somit der selbe Kühleffekt erzielt wie in der ersten Ausführungsiorm, lediglich die angewendeten Mittel sind etwas unterschiedlich.

Es ist somit ersichtlich, daß die Erfindung durch besondere Gestaltung des Zylinderkopfes für Druckluftkühlung des Auslaßventils 10 sorgt, wobei die Ausbildung einfach, billig und doch genügend effektiv ist. Dies beruht vor allem auch darauf, daß die Kühlung kontinuierlich erfolgt. Verziehen des Ventils oder sogar Bruch wird auf diese Weise vermieden.

/auch

Außer Abgas-Auslaßventile können andere Ventile gekühlt werden.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

BLUMBACH · 'jVESL^ . ΒΕΓ;β;-Ν · KRAMER ZWIRNER · BREHiVi PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND VViESBADtN Patentconsult Rädedces!raöe4S 8000 München 60 Telefon (089) 883603/SS3604 Telex 05-212 J15 Telegramme Pa!er;!ccnsu!t Pateniconsult Sormenberger Stra3e 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-180 237 Telegrärr.-ne Pätentconsull Teledyne Industries, Inc. Avenue of the Stars Los Angeles, California, USA Patentansprüche

1. Zylinderkopf für gekühltes Ventil mit folgenden Merkmalen:

Das Ventil v/eist einen länglichen Schaft und einen sich verbreiternden Ventilteller an einem Ende des Schaftes auf;
in dem Zylinderkopf ist ein Lager zur Gleitführung des Schaftes vorgesehen;

eine Druckluftquelle ist über einen im Zylinderkopf vorgesehenen Kanal mit dem Ventil verbunden; gekennzeichnet durch, der Kanal (42, 112) mündet in einen Ringraum (40,110) um den Ventilschaft (12) in der Nähe des Ventiltellers (14) und ist so ausgebildet, daß die Druckluft vom Ringraum (40,110) aus entlang dem Ventilschaft (12) über das

* oder eine andere Strömungsmittelquelle ** oder das Strömungsmittel

München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W-Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · H.P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dip!.-!ng. Dr. jur. · G. Zwirner DipL-lng. Dipl.-W.-!ng

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sich verbreiternde Ende (46 ) des Ventiltellers (14) strömt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Teilkanal (38) von dem Ventilschaftlager (26) gebildet wird.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschaftlager (26) eine äußere Hülse (28), die in einer Zylinderkopfbohrung sitzt, und ein inneres rohrförmiges Teil (32) aufweist, welches im Inneren der äußeren Hülse (28) sitzt und zur Gleitführung des Ventilschaftes (12) ausgebildet ist, und daß mindestens ein Teil des äußeren Umfangs des rohrförmigen Teils (32) vom inneren Umfang der Hülse (28) entfernt angeordnet ist und den Teilkanal (38) bestimmt, der sich an einem Ende in den Ringraum (40) öffnet.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumriß des rohrförmigen Teils (32) kreuzförmig ist.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Teil (32) kurz vor dem Ringraum (40)

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endigt und der Teilkanal (33) radial einwärts auf den Ventilschaft hin abbiegt.

6. Zylinderkopf mit Zufuhrkanälen für Luft oder Mischung und Abfuhrkanäle für die Abgase, durch welche Kanäle sich ein Teil des oder der Ventile erstrecken, nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhr- bzw. Abfuhrkanal (20) eine Auskleidung (104) aufweist, die einen gewissen Abstand von der Kanalwandung einhält und so einen Teilkanal (114) bestimmt, und daß der ringförmige Raum (110) durch eine Öffnung in der Auskleidung (104) gebildet wird.

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) ein Auslaßventil ist.

8. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelquelle eine Druckluftquelle (44) ist.

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