DE3615018C1

DE3615018C1 - Valve stem guide for an exhaust valve

Info

Publication number: DE3615018C1
Application number: DE19863615018
Authority: DE
Inventors: Karl Just
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1987-05-21

Abstract

The invention relates to an exhaust valve for an internal combustion engine. The valve stem is generally fixed in the cylinder head by the valve stem guide in an area in which the exhaust port for the hot combustion gases and passages with cooling water run, different temperatures prevailing on the sliding surface between valve stem guide and valve stem on different sides of the circumference. In the cooled circumferential area, however, temperatures can occur on the sliding surface at which corrosive condensates, which destroy the sliding surface, are formed from the exhaust gas, which rises in the gap formed by the clearance between valve stem and valve stem guide. In order to prevent excessive heat extraction in this circumferential area, therefore, thermal insulation is provided there, for example as an air-gap forming recess on the outside of the valve stem guide. With thermal insulation limited to part of the circumference, sufficient heat can pass from the hot circumferential area lying opposite the hot exhaust port for the combustion gases by way of valve stem and valve stem guide to the cool side, whilst the transfer of excess heat to the cooling water by way of the cylinder head walls and the valve stem and valve stem guide is scarcely impeded, so that the temperatures in the hot circumferential area barely rise due to the thermal insulation on the cold side. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilführung für ein Auslaßventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 23 17 127 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a valve guide for an exhaust valve according to the preamble of claim 1, for example from DE-OS 23 17 127 emerges as known.

Bei leistungsstarken Motoren, also beispielsweise bei schnellaufenden aufgeladenen Dieselmotoren, ist es üblich, in den Zylinderkopf besondere Ventilführungen einzupressen, in denen die Ventilschäfte von Ein- und Auslaßventilen laufen. Eine entsprechende Anordnung ist beispielsweise in der DE-OS 23 17 127 dargestellt. Dieser Schrift kann auch entnommen werden, daß Auslaßventile gekühlt werden, und dafür in Kühlkanälen des Zylinderkopfes in der Nähe der Ventilführungen Kühlwasser vorbeigeleitet wird. Wegen des eingeschränkten Bauraumes, und weil der Kanal zur Abführung der heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer insbesondere bei aufgeladenen Motoren strömungsgünstig ausgebildet sein soll, ist der Auslaßkanal nach oben ansteigend ausgeführt. Da der Auslaßkanal somit in der Nähe der Auslaßventilführung vorbeiführt, werden die Ventilführungen auf der entsprechenden Seite aufgeheizt, während sie auf der anderen Seite gekühlt sind. Damit stellen sich in der Gleitfläche zwischen Ventilschaft und Ventilführung aber auch entsprechend unterschiedliche Temperaturen über dem Umfang ein. Nun ist es aber bekannt, daß zu hohe Temperaturen zur Verkokung des Schmieröles in der Gleitfläche führen und somit Ablagerungen entstehen, die die Ventilbewegung behindern. Andererseits ist es aber auch bekannt, daß in den durch Spiel bedingten Spalt zwischen Ventilführung und Ventilschaft Abgase aufsteigen und bei zu niedrigen Temperaturen sich aus den Abgasen Kondensate bilden, die in der Gleitfläche korro siv wirken. Beim aufgezeigten Ventil können so sich auf den Ventillauf ungünstig auswirkende Ablagerungen in der Gleitflä che entstehen.With powerful engines, for example with high-speed supercharged diesel engines, it is common in press special valve guides into the cylinder head, in which the valve stems of intake and exhaust valves run. A corresponding arrangement is for example in DE-OS 23 17 127. This document can also be found be that exhaust valves are cooled, and therefore in Cooling channels of the cylinder head near the Valve guides cooling water is bypassed. Because of the limited space, and because of the duct for drainage the hot combustion gases from the combustion chamber in particular be aerodynamically designed for supercharged engines the outlet duct is designed to rise upwards. There the exhaust duct is thus close to the exhaust valve guide passes, the valve guides on the corresponding side heated up while on the other Side are cooled. This will result in the sliding surface between valve stem and valve guide as well correspondingly different temperatures over the circumference a. Now it is known that too high temperatures for Coking of the lubricating oil in the sliding surface and thus Deposits are created that hinder valve movement. On the other hand, it is also known that in the game conditioned gap between valve guide and valve stem Exhaust gases rise and out at low temperatures the exhaust gases form condensates, which are corro-glued in the sliding surface act sively. The valve shown can refer to the Deposits in the sliding surface that have an unfavorable effect che arise.

In der DE-OS 24 41 689 ist ein Auslaßventil dargestellt, bei dem vermieden werden soll, daß sich zwischen Ventilführung und Ventilschaft Kondensate bilden können, die zur Korrosion der Gleitfläche führen. Hierfür wird über eine verdampfende Flüs sigkeit vom Ventilteller zum kälteren Ventilschaft Wärme abge führt. Um eine Überhitzung zu vermeiden, liegt um die Ventil führung ein Ringraum, der mit Kühlflüssigkeit durchspült wird. Die bei diesem Ventil durchaus erreichbare günstige Temperatur verteilung in der Gleitfläche wird durch ein aufwendiges und kompliziertes Kühlsystem erreicht, das aber nur deshalb in der aufgezeigten Weise durchgeführt werden kann, weil zur Aufnahme des Ventiles ein separater Ventilkorb vorgesehen ist, der in den Zylinderkopf eingesetzt wird. Ein Ventilkorb ist jedoch ein Bauteil, das den Ausbau der Ventile ohne Abbau des Zylin derkopfes ermöglichen soll und einen großen Bauraumbedarf hat, weshalb diese Bauweise bestenfalls bei langsamlaufenden großen Motoren anwendbar ist, in keinem Fall aber bei schnellaufenden aufgeladenen Dieselmotoren. Es ist nicht vorstellbar, wie die ses Kühlsystem bei entsprechenden Motoren im Zylinderkopf in tegriert sein könnte.In DE-OS 24 41 689 an exhaust valve is shown at which should be avoided that between valve guide and Valve stem can form condensates that lead to corrosion of the Guide the sliding surface. This is done via an evaporating river heat from the valve plate to the colder valve stem leads. To avoid overheating, the valve is around an annular space that is flushed with coolant. The favorable temperature that can be achieved with this valve distribution in the sliding surface is through an elaborate and complicated cooling system achieved, but only because of that shown way can be carried out because of the inclusion of the valve, a separate valve cage is provided, which in the cylinder head is used. However, a valve cage is a component that allows the removal of the valves without dismantling the Zylin which should enable head and has a large space requirement, which is why this design is best for slow-running large ones Motors is applicable, but in no case with high-speed ones supercharged diesel engines. It's unimaginable like that s cooling system with corresponding engines in the cylinder head in could be tegrated.

Mit der DE-OS 25 24 183 wird ein Auslaßventil aufgezeigt, bei dem Wärme vom Ventilteller über einen Kühlkreislauf durch den Ventilschaft abgeführt wird. Bei dieser Kühlart stellen sich in der Gleitfläche Temperaturen ein, die ungefähr der der rückströmenden Kühlflüssigkeit entsprechen, denn es ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, auf der Außenseite der Ventil führung rundum eine Aussparung vorgenommen, die Wärmezu- und Wärmeabfuhr in das umgebende Zylinderkopfmaterial stark ein schränken dürfte. Bei dieser Kühlungsart kann zwar auf in der Nähe der Ventilführung vorbeiführende Kühlkanäle im Zylinder kopf verzichtet werden. Dieses ebenfalls sehr komplizierte Kühlsystem wird jedoch nur dann Anwendung finden müssen, wenn die Temperaturen am Ventilteller dies erfordern.With DE-OS 25 24 183 an outlet valve is shown at the heat from the valve plate via a cooling circuit through the Valve stem is discharged. With this type of cooling, temperatures in the sliding surface which approximate that of the backflow coolant match because it's like apparent from the drawing, on the outside of the valve made a recess all around, the heat supply and Heat dissipation in the surrounding cylinder head material strongly should restrict. With this type of cooling, you can Cooling ducts in the cylinder near the valve guide head are waived. This is also very complicated However, the cooling system will only have to be used if the temperatures on the valve plate require this.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Ventil führung unter den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Einbaubedingungen mit einfachen Mitteln zu erreichen, daß sich Temperaturen in der Gleitfläche einstellen, die weder zur Verkokung des Schmieröles noch zur Bildung korrosiv wir kender Kondensate führen.The invention has for its object in a valve leadership among those specified in the preamble of claim 1 To achieve installation conditions with simple means that temperatures occur in the sliding surface that neither for coking the lubricating oil we still form corrosive condensate.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Ventilführung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Durch das Einbringen einer Wärmeisolierung im Wandbereich zwischen der Ventilführung und den Kühlwasserkanälen im Zy linderkopf wird erreicht, daß keine zu starke Abkühlung im entsprechenden Umfangsbereich der Gleitfläche erfolgt, so daß sich keine korrosiv wirkenden Kondensate bilden können. Den noch wird die Wärmeabfuhr von der heißen Seite der Ventilfüh rung, die dem Auslaßkanal gegenüberliegt, kaum behindert, da die Wärmeabfuhr nach wie vor über die Zylinderkopfwandungen erfolgen kann. Lediglich der Wärmedurchtritt durch Ventilfüh rung und Ventilschaft ist geringfügig eingeschränkt. Wegen der nach wie vor intakten Wärmeabfuhrmöglichkeit tritt in der Gleitfläche im Bereich der heißen Seite auch nur eine un wesentliche Temperaturerhöhung auf, die nicht zur Verkokung des Schmieröles führen kann, wenn die Temperaturen nicht ge rade schon im Grenzbereich lagen.This task is performed with a generic valve guide solved by the characterizing features of claim 1. By installing thermal insulation in the wall area between the valve guide and the cooling water channels in the Zy Linderkopf is achieved that no excessive cooling in the corresponding circumferential area of the sliding surface, so that no corrosive condensates can form. Den nor is the heat dissipation from the hot side of the valve guide tion, which is opposite the outlet duct, hardly hindered because the heat dissipation continues via the cylinder head walls can be done. Only the passage of heat through the valve guide tion and valve stem is slightly restricted. Because of the still intact heat dissipation option occurs in the Sliding surface in the area of the hot side also only one substantial temperature increase that does not lead to coking of the lubricating oil if the temperatures are not low were already in the border area.

Vorteilhaft ist ferner, daß eine gleichmäßigere Temperaturver teilung über dem Querschnitt des Ventilschaftes erreicht wird. Es ist einfach einsehbar, daß dies zu geringeren Wärmeverzügen des Ventilschaftes führt, und somit die Gefahr des Klemmens des Ventilschaftes verringert wird. Eventuell ist es sogar möglich, das Spiel zu vermindern, wodurch der Spalt verringert wird, in den Abgase aufsteigen können, wodurch wiederum die Gefahr der Ablagerung von Rußpartikeln in der Gleitfläche verringert wird.It is also advantageous that a more uniform Temperaturver division over the cross section of the valve stem is achieved. It is easy to see that this leads to less heat distortion of the valve stem, and thus the risk of jamming of the valve stem is reduced. It may even be possible to decrease the game, which reduces the gap will be able to rise in the exhaust gases, which in turn increases the Risk of deposits of soot particles in the sliding surface is reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is in the drawings shown and is described in more detail below. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsge mäßes Auslaßventil; Fig. 1 shows a longitudinal section through a erfindungsge mäßes outlet valve;

Fig. 2 eine fragmentarische Ansicht des Zylinderkopfes im Bereich des Auslaßventils entlang der Schnittlinie II-II der Fig. 1. FIG. 2 is a fragmentary view of the cylinder head in the area of the exhaust valve along the section line II-II of FIG. 1.

Im Längsschnitt nach Fig. 1 ist der Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Auslaßventiles 2 darge stellt. In eine Bohrung des Zylinderkopfes 1 ist die hülsen förmige Ventilführung 3 eingesetzt, die den Ventilschaft 4 aufnimmt. Die Ventilführung 3 besitzt auf einem Teilumfang eine Wärmeisolierung 8, in Form einer luftspaltbildenden Aus sparung zwischen Zylinderkopfwandung und Ventilführung 3. Die Wärmeisolierung 8 befindet sich auf dem Umfang der Ventilfüh rung 3 in einem Bereich, der einem im Zylinderkopf 1 einge formten Kühlwasserkanal 5 gegenüberliegt. Der Kühlwasserkanal 5 dient zur Vorbeiführung von Kühlwasser in der Nähe der Ven tilführung 3. Als weiterer Hohlraum im Zylinderkopf 1 ist der Auslaßkanal 7 eingeformt, der für die Abführung der aus einer nicht dargestellten Brennkammer der Brennkraftmaschine ab strömenden heißen Brenngase ausgebildet ist. Dieser ist strö mungsgünstig nach oben wegführend ausgebildet, so daß das Ab lösen der Strömung vermieden wird, und zugleich auch seit licher Bauraum gespart wird. Die heißen Wandungen des Auslaß kanales 7 sind selbstverständlich gekühlt, wofür entsprechende Kühlwasserkanäle um den Auslaßkanal herum liegen. Zur Verdeut lichung der Form von Auslaßkanal und Kühlwasserkanälen ist auch Fig. 2 zu betrachten, die eine Ansicht des Zylinderkopfes 1 und seiner Hohlräume im Bereich der aus Fig. 1 ersichtlichen Schnittlinie II-II darstellt. In the longitudinal section of FIG. 1, the cylinder head 1 of an internal combustion engine in the region of an exhaust valve 2 is Darge. In a bore of the cylinder head 1 , the sleeve-shaped valve guide 3 is inserted, which receives the valve stem 4 . The valve guide 3 has thermal insulation 8 on a partial circumference, in the form of an air gap-forming cutout between the cylinder head wall and the valve guide 3 . The thermal insulation 8 is located on the circumference of the valve guide 3 in an area opposite to a cooling water channel 5 formed in the cylinder head 1 . The cooling water channel 5 is used to bypass cooling water in the vicinity of the Ven tilführung 3rd As a further cavity in the cylinder head 1 , the exhaust port 7 is formed, which is designed for the removal of the hot fuel gases flowing from a combustion chamber, not shown, of the internal combustion engine. This is stream-shaped upwards leading away, so that from loosening the flow is avoided, and at the same time since Licher space is saved. The hot walls of the outlet channel 7 are of course cooled, for which purpose corresponding cooling water channels are located around the outlet channel. To illustrate the shape of the outlet duct and cooling water ducts, FIG. 2 should also be considered, which represents a view of the cylinder head 1 and its cavities in the region of the section line II-II shown in FIG. 1.

Aus den beiden Figuren wird deutlich, daß es nicht möglich ist, die Kühlwasserkanäle 5 symmetrisch um die Ventilführung 3 anzu legen, um eine günstige gleichmäßige Temperaturverteilung über dem Umfang des Ventilschaftes 4 zu erreichen. Infolgedessen wird die Gleitfläche zwischen Ventilführung und Ventilschaft auf einer Seite aufgeheizt und auf der anderen Seite gekühlt. Die vorgesehene Wärmeisolierung 8, die als luftspaltbildende Aussparung an der Außenseite der Ventilführung 3 vorgesehen ist, und sich über einen Bereich von ca. 120° erstreckt, ver hindert eine zu starke Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Gleit fläche zwischen Ventilführung 3 und Ventilschaft 4 in dem zum Kühlwasserkanal 5 hin gelegenen Bereich. Es wird somit vermie den, daß in dem durch Spiel bedingten Spalt aus zwischen Ven tilschaft 4 und Ventilführung 3 aufsteigenden Abgasen bei zu niederen Temperaturen korrosiv wirkende Kondensate gebildet werden. Je nach den Gegebenheiten bei einer Brennkraftmaschine kann die Isolierung auf einen mehr oder minder breiten Umfangs bereich beschränkt sein. Mit einer Wärmeisolierung 8 in einem Teilberich über dem Umfang nach der Erfindung stellt sich auch eine etwas höhere Temperatur im heißen Umfangsbereich der Ven tilführung ein, der zum Auslaßkanal 7 für die heißen Brenngase liegt. Untersuchungen haben jedoch erwiesen, daß die Tempera turerhöhung relativ klein ist und kaum zur Verkokung des Schmieröles führen kann, wenn die Temperaturen nicht schon bisher im Grenzbereich lagen. Die Temperaturerhöhung ist des halb relativ klein, weil durch die Isolierung in einem begrenz ten Umfangsbereich der Wärmedurchgang durch Teile der Ventil führung 3 und des Ventilschaftes 4 sowie durch die Zylinder kopfwandung hindurch wie erwünscht kaum behindert ist, und dennoch der kühle Gleitflächenbereich aufgeheizt wird. It is clear from the two figures that it is not possible to place the cooling water channels 5 symmetrically around the valve guide 3 in order to achieve a favorable, uniform temperature distribution over the circumference of the valve stem 4 . As a result, the sliding surface between the valve guide and valve stem is heated on one side and cooled on the other side. The provided heat insulation 8 , which is provided as an air gap-forming recess on the outside of the valve guide 3 , and extends over a range of approximately 120 °, prevents excessive heat dissipation from the area of the sliding surface between the valve guide 3 and valve stem 4 in the to the cooling water channel 5 area. It is thus avoided that in the gap caused by play from Ven valve stem 4 and valve guide 3 rising gases are formed at low temperatures corrosive condensates. Depending on the conditions in an internal combustion engine, the insulation can be limited to a more or less wide range. With thermal insulation 8 in a partial area over the circumference according to the invention, a somewhat higher temperature in the hot circumferential region of the valve guide is also established, which lies to the outlet channel 7 for the hot fuel gases. However, studies have shown that the temperature increase is relatively small and can hardly lead to coking of the lubricating oil if the temperatures have not previously been in the limit range. The temperature increase is relatively small, because the insulation in a limited th circumferential area of heat transfer through parts of the valve guide 3 and the valve stem 4 and through the cylinder head wall is hardly obstructed as desired, and yet the cool sliding surface area is heated.

In Einzelfällen kann bei günstigen Temperaturverhältnissen im Zylinderkopf auch mit einer ringsum ausgebildeten Isolierung erreicht werden, daß Kondensatbildung verhindert wird. Aller dings läßt sich generell auf der kühlen Umfangsseite keine so starke Temperaturerhöhung erzielen, wie dies bei der üblichen Kühlkanalführung normalerweise erforderlich ist, weil bei einer Isolierung auch auf der heißen Seite der Wärmefluß zum kühlen Bereich eingeschränkt ist. Nachteilig beeinflußt ist wegen der größeren Ausdehnung der Isolierung auch die Wärmeabfuhr aus den heißen Zylinderkopfwandungsbereichen.In individual cases with favorable temperature conditions in the Cylinder head also with all-round insulation can be achieved that condensation is prevented. Everything However, there is generally no such way on the cool circumferential side achieve a sharp increase in temperature, as is the case with the usual Cooling channel routing is normally required because at a Insulation also on the hot side of the heat flow for cooling Area is restricted. Is adversely affected because of larger expansion of the insulation also the heat dissipation the hot cylinder head wall areas.

Nach der Erfindung ist somit besonders vorteilhaft, daß der Mo torbauer die Möglichkeit hat, auch nachträglich an fertigen Mo torkonstruktionen ohne Änderung der Lage von Kühl- oder Brenn gaskanälen, ungünstige Temperaturverhältnisse in den Gleitflä chen von Ventilführungen zu verändern.According to the invention it is particularly advantageous that the Mo door builder has the option of also retrofitting finished Mo door constructions without changing the position of cooling or burning gas channels, unfavorable temperature conditions in the sliding surface to change valve guides.

Vorteilhaft ist insbesondere auch, daß der Wärmeverzug des Ven tilschaftes bei gleichmäßigeren Temperaturen über dem Quer schnitt verringert ist. Dadurch wird die Sicherheit gegen Ven tilklemmen größer. Ferner kann eventuell das Spiel verringert werden, wodurch eine kleinere Menge Abgase in den Spalt zwi schen Ventilschaft und Ventilführung aufsteigen kann.It is particularly advantageous that the heat distortion of the Ven tilschaftes at more uniform temperatures across the cross cut is reduced. This will increase security against Ven tilklemmen larger. The game may also be reduced be, whereby a smaller amount of exhaust gases in the gap between valve stem and valve guide can rise.

Claims

1.Valve guide for the shaft of the exhaust valve of an internal combustion engine, which is sleeve-shaped and is fixed in the cylinder head, an outlet channel for the combustion gases and, on the other hand, a cooling water channel being arranged in the cylinder head in the vicinity of the valve guide, characterized in that in a limited wall area, a heat insulation ( 8 ) is arranged between the valve guide ( 3 ) and the cooling water duct ( 5 ) passing nearby.

2. Valve guide according to claim 1, characterized in that the thermal insulation ( 8 ) is formed by an air gap-forming recess made in the corresponding peripheral region of the valve guide ( 3 ).