DE3625590A1

DE3625590A1 - Ventile fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3625590A1
Application number: DE19863625590
Authority: DE
Inventors: Odilo Schwaiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-29
Filing date: 1986-07-29
Publication date: 1988-02-04

Description

Die Erfindung betrifft die konstruktive Gestaltung von Ventilen, die befä higt sind unter erhöhten thermischen Bedingungen zu arbeiten, zur Darstel lung einer Motorengestaltung von besonders hoher Effektivität und Wirtschaft lichkeit, deren Verbrennungsräume hoch-wärmeisoliert sind, und das Tempe raturniveau des ganzen Prozesses, gegenüber bei (wasser-)gekühlten Brenn räumen, entsprechend höher ist.

Für die Weiterentwicklung der Brennkraftmaschinen, insbesondere für Fahr zeuge des individuellen Massenverkehrs, mit dem Ziel, die Effektivität und Wirtschaftlichkeit weiter zu verbessern, bieten sich derartige Ver brennungsverfahren an, deren Optimierung auf der Wärme-Isolierung der Brennräume beruht, indem bei vergleichsweiser Leistung, im Brennraum, eine geringere Kraftstoffmenge in Wärme umgesetzt wird, weil der (sonst) im Kühlmittel aufgenommene und abgeführte Wärme-Anteil nicht mehr am Prozeß teilnimmt, trotzdem ist das Temperaturniveau, infolge der Isolationen, nicht unerheblich höher, und die Ventile müssen diesen exponierten Ver hältnissen angepaßt sein.

Herkömmlich erfolgt die Begrenzung der Betriebstemperaturen von (Auslaß-) Ventilen vorwiegend durch die Wärme-Ableitung aus dem Ventilteller über die Ventilsitz-Ringfläche, bei geschlossenem (aufsitzendem) Ventil, indem bei der Konstruktion des Zylinderkopfes der Kühlraum, bzw. das Kühlmittel, möglichst nahe und rundum (-strömend), an den Ventilsitz herangeführt wird. Bei wärme-isolierten Verbrennungsräumen ist die Kühlung bzw. Wärmeabfüh rung über den Ventilsitz hinfällig, und die Ventile müssen entweder aus ei nem Werkstoff bestehen, welcher bei hohen Temperaturen ihre Funktions tüchtigkeit garantieren, was durch die Entwicklung von Ventilen auf der Basis neuerer Keramik-Techniken versucht wird, oder auf der Stahl-Basis, wobei die Ventil-Konstruktion darauf gerichtet ist, die unvermeidlich in das Ventilteller eindringende Wärme(-Kapazität), durch Dünnwandigkeiten ihrer Oberflächen drastisch zu begrenzen, und sowohl ihre Akkumulierung, als auch die Ausbreitung zum Ventil-Sitz, -Schaft, Ventilführung zu hin dern, um zu erreichen, die eindringende Hochtemperatur in den dünnen Wän den nur kurz zu binden, und während der Ansaug- und Verdichtungs-Takte, dem beträchtlichen Temperaturgefälle unterliegend, durch Konvektion und Strahlung an die relativ kühle Frischluft überzugehen, im Wechsel um eine akzeptable Mitteltemperatur. Eine konsequente Ergänzung der thermischen Entlastung des Ventiltellers ist durch die Vakuuierung der entstehenden Hohlräume zu erreichen, um jegliche Wärmekapazität und konvektive Wärme übertragung einer eingeschlossenen Luft zu vermeiden.

Die verschiedenen Lösungsmöglichkeiten dieser Aufgabenstellung sind in den Patentansprüchen 1 bis 5 kennzeichnend beschrieben.

Die Erstellung der erfindungsgemäßen Ventile ist ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung einer Motorengattung, bei welcher durch den Wegfall der aufwendigen und unrentablen Einrichtungen zur Flüssigkeitskühlung der Moto ren, samt den Rückkühl-Einrichtungen der Kühlflüssigkeit, entsprechend ca. 25% des Brutto-Wärmeumsatzes, hiervon mindestens 15% in effektive Lei stung umgesetzt und nutzbar gemacht werden, was zusammen mit anderen Maß nahmen zur Minderung der Kraftstoff-Verbräuche dieser Motoren für den individuellen Massenverkehr, eine geradezu wirtschaftspolitische Bedeu tung hat.

Die erfindungsgemäßen Ventile sind in mehreren Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis 7 zeichnerisch dargestellt. In allen Beispielen sind die dem Verbrennungsraum zugewandten Flächen der Ventilteller als dünnwandige, uhrenglasartige, hochwarmfeste Scheiben ausgeführt, welche zufolge ihrer kugel-konvexen Krümmung enorm formstabil sind, und zusätzlich abgestützt sein können. Die Fig. 1, 2, 3, 6 u. 7 zeigen, daß Ventilteller und Schaft auch geteilt, und mittels geeigneter Verschraubung verbunden sein können:

Die Übergänge vom Ventilschaft zum Tellerrand (Ventilsitz) können sowohl, wie Fig. 4 u. 5 zeigen, unmittelbar kegelig aus dem Schaft herausgeprägt sein, als auch bei geteilten Ventil-Ausführungen wie in den Fig. 1 u. 3, kegelig, oder wie in den Fig. 2 u. 6, scheibenartig, wobei in den Fig. 1, 2 u. 6 dünnwandige Blechverkleidungen auch die Rückseite der Ventilteller vor pri märem Wärmekontakt schützen. Begünstigte Wärmeableitungen vom Ventilsitz zur Ventilführung des Schaftes, teils mittels hoch-wärmeleitender Metall- Einlagen siehe Fig. 4, oder, auf bekannte Weise, mittels Natrium-Füllung siehe Fig. 5. Die Fig. 7, Ausführung des ganzen Ventiltellers in Blech.

Claims

1. Ventile für Brennkraftmaschinen, die befähigt sind unter erhöhten thermi schen Bedingungen zu arbeiten, als Beitrag zur Darstellung einer Motoren gattung von besonders hoher Effektivität und Wirtschaftlichkeit, deren Verbrennungsräume hoch - wärmeisoliert sind, und das Temperaturniveau des ganzen Prozesses, gegenüber bei (wasser-) gekühlten Brennräumen, entspre chend höher ist, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die dem Verbrennungs raum zugewandten Flächen der Ventilteller jeweils uhrenglasartig als dünn wandige kugelkonvex gewölbte, am Tellerrand gefaßte Scheiben ausgeführt sind, wobei die Verbindung vom Schaft zum Tellerrand (Ventilsitz) verschie denartig sein kann: unmittelbar kegelig aus dem Ventilschaft ausgeprägt (Fig. 3, 4, 5), ohne, oder mit distanzierter thermischer Abschirmung mittels dünnwandiger Blechverkleidung des Tellerrückens (Fig. 1), oder scheibenartig ausgeprägt, mit entsprechend kegeliger Blechverkleidung des Tellerrückens (Fig. 2 u. 6), oder der Ventilteller ist ganz aus hinreichend dimensionierten hochwarmfesten Blechen geformt (Fig. 7).

2. Ventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine protegierte Wärmeableitung vom Ventilsitz zum Ventilschaft bis zur Ventilführung durch hoch-wärmeleitende Metall-Einlagen (Fig. 4), oder, auf bekannte Weise, indem der hohle Ventilkörper natriumgefüllt ist, zustandekommt.

3. Ventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese zweiteilig aus geführt sind, indem der Ventilteller mittels einer geeigneten Schraubver bindung mit Ventilschaft verbunden ist (Fig. 1, 2, 3, 6 u. 7).

4. Ventile nach beliebigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete Abstützungen die Dünnwandigkeit der uhrenglasartig gewölbten Ventilteller Abdeckungen begünstigen.

5. Ventile nach beliebigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Dichtschweißungen entstandenen Hohlräume der Ventilteller hoch-vakuuiert sind.