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Hohles Ventil mit hitzebeständigem Überzug, insbesondere für Dieselmotoren
Die Erfindung bezieht sich auf ein hohles Ventil mit hitzebeständigem Überzug, insbesondere
für Dieselmotoren. Gemäß der Erfindung besitzt das hohlzylindrische Ventil einen
schalenförmigen, wassergekühlten Boden, der an der Außenseite mit einem Wärmeschutzüberzug
versehen ist und den Ventilsitz bildet. Dabei weist das hohlzylindrische Ventil
eine Schulter auf, welche bei Schließstellung des Ventils mit dem oberen Rande der
Ventilführung in Eingriff kommt. Durch diese Ausbildung wird das Ventil vor Aufprall
auf seinen Sitz bewahrt, wobei gleichzeitig das Abspringen oder Abplatzen des Wärmeschutzmittels
von dem, aus Metall bestehenden Ventilteil vermieden ist, da die Kühlung des besonders
hitzebeanspruchten Ventilbodens eine Differenz zwischen der Ausdehnung des metallischen
Teiles und des Wärmeschutzmittels verhindert.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Mittelschnitt
dargestellt, welches den oberen Teil des Zylinders eines nach der Erfindung ausgestalteten
Dieselmotors zeigt.
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Der gemäß der Erfindung ausgebildete Motor umfaßt einen Zylinder io,
in welchem ein Kolben gleitet, dessen nach oben ausgebauchter Kopf mit 12 bezeichnet
ist. Zwischen dem Zylinder io und dem Kolbenkopf 12 ist eine Verbrennungskammer
14 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführung wird Druckluft von einer außerhalb
des Zylinders io befindlichen Ouelle in die Kammer 14 eingebracht. Diese Druckluft
kann vorteilhaft durch eine Ventilkammer 16 in die Kammer 14 geleitet werden. Die
Kammer 16 steht durch die Einlaßöffnung 2o mit der Kammer 14 in Verbindung. In der
Kammer 14 werden Luft und Brennstoff, wie üblich, verbrannt. Der Brennstoff kann.
beliebiger Art sein, jedoch wird flüssiger Brennstoff vorgezogen, der in die Kammer
14 eingespritzt wird. Eine übliche Anordnung für diesen Zweck besteht aus einer
Brennstoffdüse 22, die durch die Brennstofföffnung 24 mit der Kammer 14 verbunden
ist. Das Ventil am Auslaß der Kammer 14 kann sowohl ein Auspuff- als auch ein Übergangsventil
sein, jedoch ist es in jedem Fall sehr hohen Temperaturen während des Durchganges
der Gase ausgesetzt. Ebenfalls muß das Auslaßventil während der Verbrennung des
Brennstoffes in der Kammer 14 sowohl hohen Drücken als auch hohen Temperaturen widerstehen.
Dies ist die Ursache von Verätzungen und anderen Beschädigungen, welchen die gewöhnlichen
Metallventile ausgesetzt sind.
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Diese Schwierigkeiten werden dadurch beseitigt, daß alle zu irgendwelcher
Zeit mit den hocherhitzten Gasen in Berührung kommenden Flächen des Ventils mit
hitzebeständigem Material bedeckt werden. Bei der dargestellten Ausführung gehen
die Gase aus der Kammer 14 durch die Auspufföffnung 26, die normal durch ein Ventil28
geschlossen ist. Wenn das Ventil geöffnet ist, können die Gase durch die Öffnung
26 in eine Ventil-
kammer 3o treten, von welcher sie durch das Auslaßrohr 32 ins Freie
gelangen. Das Ventil 28 berührt sich mit seinem Sitz entlang der Linie 34 zwischen
der Kammer 14 und der Ventilkammer 30.
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Das Ventil 28 besitzt einen hohlen Mantel 38, welcher .gegenüber dem
Sitz 34 offen ist und mit hitzebeständigem Material 36 rund um sein geschlossenes
Ende bedeckt ist. Oberhalb der hitzebeständigen Decke 36 ist der Metallmantel 38
in einer Metallbuchse 40 geführt, als welche der obere Teil des Zylinders io oberhalb
der Ventilkammer 30 ausgebildet ist. Die Gleitfläche 42 zwischen der Buchse
4o und dem Mantel 38 ist auf beliebige Weise geschmiert. Um ein Verbrennen des Schmiermittels
durch .die in der Kammer 3o befindlichen heißen Gase zu verhindern, ist die Buchse
40 vorteilhaft bei 44 wassergekühlt.
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Das Ventil 28 wird durch eine Feder 46 gegen die Sitzfläche 34 gepreßt.
Das obere Ende der Feder 46 stützt sich gegen die mit der Buchse 4o verbundene Kappe
48 ab. Die Kappe 48 ist vorteilhaft luftdicht mit der Buchse 4o verbunden. Der Austritt
von Verbrennungsprodukten entlang der Fläche 42 ist dadurch verhindert. Im Falle
die Kammer 5o nicht völlig luftdicht ist, verhindern weiter noch im Metallteil
38 vorgesehene Kolbenringe 39 das Entweichen der Gase entlang der Fläche
42. Wenn gewünscht, kann die Feder 46 wegbleiben öder nur schwach ausgebildet sein,
dann wird das Ventil normal auf seinem Sitz durch Gasdruck in der Kammer 5o gehalten,
oder es kann ein Druckausgleich zwischen den Kammern 26 und 5o durch entsprechende
Leitungen 5, unterhalten werden. Bei der dargestellten Anordnung sind Mittel
zur Öffnung des Ventils 28 vorgesehen, die aus einer durch die Kappe 48 ragenden
Stange 52 bestehen.
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Während der Überzug 36 gegen Zerstörung durch die Gase widerstandsfähig
ist, ist es wünschenswert, ihn gegen heftige mechanische Stöße zu sichern. Zu diesem
Zweck ist das obere Ende des Ventilmetallbodens 28 mit einer Schulter 54 versehen,
die, wenn das Ventil geschlossen ist, mit dem oberen Ende der Buchse 4o in Berührung
tritt. Die Länge des Ventils 28 und die Höhe der Buchse 4o sind derart bemessen,
daß die Decke 36 nicht aufstößt, wenn das Ventil schließt, sondern in diesem Falle
einen Verschluß bildet, der ausreicht, um entlang der Sitzfläche 34 das Entweichen
wesentlicher Gasmengen im Zeitpunkte höchster Kompression in der Kammer 14 zu verhindern.
Vorteilhaft besteht bei geschlossenem Ventil 28 eine Toleranz von etwa 'fiooo "
zwischen dem Ventil und dem Sitz entlang der Linie 34. Wie vorstehend ausgeführt,
hat das Ventil 28 einen hitzebeständigen Überzug über jenen Teilen seiner Oberfläche,
die mit heißen Gasen in Berührung kommen. Vorteilhaft sind also der Zylinder io,
.die Kammer 30 und die Auslaßöffnung 32 so an allen mit den heißen Gasen
in Berührung kommenden Flächen mit einer hitzebeständigen Schicht oder Decke 56
überzogen. Eine Schwierigkeit begegnet der Benutzung von hitzebeständigen Decken
oder Schichten bei Dieselmotoren u. dgl. Es ist dies die Neigung des hitzebeständigen.Materials,
leicht zu splittern. Es ist nun gefunden worden, daß Splitter des hitzebeständigen
Materials höhere Temperaturen annehmen als die glatten oder runden Flächen. Um Schäden
durch heiße Splitter zu verhindern, sind der Zylinder io und das Ventil 28 so geformt,
daß die hitzebeständigen Überzüge 36 und 56 keine vorspringenden, hitzeaufnehmenden
Kanten haben und daß alle in verschiedene Richtungen gehenden Flächen an ihren Verbindungsstellen
abgerundet sind.
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Es ist ferner gefunden worden, daß hitzebeständige Überzüge in Verbrennungskammern
o. dgl. oftmals durch Ausdehnung des Metalls beschädigt werden. Um solche Beschädigungen
zu vermeiden, ist der Metallboden des Ventils 28 an seinem geschlossenen Ende mit
einem Wasserkanal 58 versehen, der unmittelbar hinter dem Teil des hitzebeständigen
Überzuges 36 liegt, der den Sitz entlang der Linie 34 berührt. Ebenso ist das Metall
des Zylinders io mit einem Wasserkanal 6o unmittelbar hinter dem Überzugteil 56
entlang der Linie des Sitzes 34 versehen.
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Die Decken 36 und 56 bestehen aus genügend nicht leitendem hitzebeständigem
Material, so daß keine wesentliche Wärmemenge an das Kühlwasser in den Kanälen 58
und 6o abgegeben wird.
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Die einander deckenden Flächen der Überzüge 36 und 56 entlang der
Linie des Sitzes 34 sind konkav und wulstartig geformt. Auch können die einander
berührenden Flächen konisch ausgebildet sein.
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Die Erfindung ist natürlich nicht beschränkt auf ein bestimmtes hitzebeständiges
Material für die Herstellung .der Überzüge 36 und 56. Jedoch kann ein den gewünschten
Härtegrad, Dichtigkeit und Nichtleitfähigkeit für Hitze besitzendes hitzebeständiges
Material, welches auch die nötige für Dieselmotorenventile erforderliche Bearbeitungsgenauigkeit
gestattet, zweckmäßig aus einer Mischung von Zirkon, dessen Einzelkörner gasundurchlässig
sind, mit phosphorsaurem Aluminiumhydroxyd bestehen.
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Vorteilhaft ist der Kolbenkopf i2 mit einer hitzebeständigen Decke
62 ausgestattet, -die
dieselben Eigenschaften hat wie die
Decken 36 und 56.
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Das hitzebeständige Ventil nach der Erfindung ist vorstehend beschrieben
worden zur Kontrolle des Auslasses eines Motorenzylinders, es kann jedoch in gleicher
Weise bei den Einlaßventilen einer Brennkraftmaschine verwendet werden, was dann
besonders wünschenswert ist, wenn die in den Verbrennungsraum einzuführende Luft
oder Gase in einem Vorwärmer o. dgl. hoch vorerhitzt ist.