DE814682C

DE814682C - Der Einwirkung hoher Temperaturen unterliegendes Ventil, insbesondere von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE814682C
Application number: DEP55264A
Authority: DE
Inventors: Eugen Wilhelm Dr-Ing Huber; Otto Dr-Ing Steigenberger
Original assignee: ENTWICKLUNGSINSTITUT fur MOTO
Current assignee: ENTWICKLUNGSINSTITUT fur MOTO
Priority date: 1949-09-18
Filing date: 1949-09-18
Publication date: 1951-09-24

Description

Der Einwirkung hoher Temperaturen unterliegendes Ventil, insbesondere von Verbrennungskraftmaschinen Die den Gaswechsel auf der Auslaßseite steuernden Auslaßventile von Verbrennungskraftmaschinen gehören zu den thermisch und mechanisch höchstbeanspruchten Bauteilen derselben. Es werden daher außerordentliche Anforderungen in bezug auf Warmfestigkeit, Formbeständigkeit und Unempfindlichkeit hohen Temperaturen gegenüber gestellt. Insbesondere macht die Ableitung der einfallenden Wärmt zur Ventilführung erhebliche Schwierigkeiten, da Wärmeleitzahl und Warmfestigkeit der in Betracht kommenden Ventilwerkstoffe sich entgegengesetzt verhalten. Man ging daher dazu über, den Wärmetransport vom Ventilteller zu den gekühlten Stellen des Ventilschaftes auf mechanischem Wege durch Pendelkühlung mittels flüssiger, im hohlen Ventilschaft hin und her geschleuderter Stoffe besorgen zu lassen. Diese Art von Kühlung wurde am Flugmotor zu hoher Reife ausgebildet. Wenn sie auch gelegentlich am Kraftfahrzeugmotor zur Anwendung kommt, so stehen einer allgemeinen Verwendung doch die hohen Herstellungskosten entgegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die thermischen Verhältnisse an Auslaßventilen durch verhältnismäßig einfache Mittel grundlegend zu verbessern..
Es wurde festgestellt, daß die Temperaturen auf der gesamten Vorder- und Rückseite des Ventilkegels und des Ventilschaftes bis in unmittelbare Nähe der Ventilführung innerhalb weniger Grade praktisch gleich sind. hur am Ventilsitz macht sich die Wärmeableitung durch eine Temperatursenkung von i 5 1»s 20° C bemerkbar, während andererseits sich in der Ventilkehle ein Wärmestau durch eine Temperaturerhöhung um etwa io° C über das Mittel abzeichnet. Diese Stelle entspricht auch der von abgerissenen Ventilen her bekannten Bruchstelle.
Bedeutungsvoll sind ferner die Beobachtungen, daß eine starke Erhöhung der Wärmeleitzahl um z. B. 625% durch Verwendung eines entsprechenden Werkstoffes nur eine Senkung der Ventilschafttemperatur um 8,5% mit sich brachte, und daß andererseits eine Verringerung des Ventilschaftquerschnittes um 33% nur eine Temperaturerhöhung um 2% zur Folge hatte. Aus diesen Feststellungen darf geschlossen werden, daß es nicht so sehr der Wärmeeinfall auf der dem Brennraum zugekehrten Seite des Ventiltellers ist, der diese eigenartigen Erscheinungen verursacht, sondern zum großen Teil der Wärmeeinfall aus den während der Öffnungszeit mit großer Geschwindigkeit und dementsprechend hoher Wärmeübergangszahl an der Rückseite des Ventiltellers vorbeistreichenden heißen Verbrennungsgasen. Gelingt es daher diesen Wärmeeinfall zu drosseln, dann kann dadurch die Temperatur im Kern des Ventils gesenkt, das Temperaturgefälle vom Ventilteller her vergrößert, mehr Wärme aus dem Ventilteller abgeleitet und dieser damit kühler gehalten werden. Das bedeutet nicht nur eine thermische Verbesserung des Ventils, sondern auch eine Verbilligung, da mit einfacheren Werkstoffen geringerer Warmfestigkeit ausgekommen werden kann.
Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß die der Richtung der strömenden Gase abgekehrte Ventilseite die eine Begrenzungswandung eines Hohlraumes darstellt.
Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung, und zwar Fig. i ein Ventil im Längsschnitt, Fig. 2 im Schnitt nach Linie A-B der Fig. i. Der Ventilkörper i trägt, vom Ventilsitz ausgehend, eine Abdrehung, die sich über den ganzen innerhalb des Auslaßkanales liegenden Schaftteil ausdehnt. Die Abdrehung ist unter Belassung eines Zwischenraumes 5 durch einen Mantel 2 abgedeckt. Der Mantel 2 schließt sich an der Tellerseite an den durch die Abdrehung gebildeten Ansatz 3 an und ist mit diesemAnsatz zweckmäßig verschweißt. Er bildet mit dem zwischen ihm und dem Ventil liegenden Zwischenraum 5 die Abschirmung gegen den Wärmeeinfall in den Ventilkörper i. Er ist an seinem dem Ventilkegel abgekehrten Ende 4 mit dem Schaft gut wärmeleitend verbunden, zweckmäßig am ganzen Umfang verschweißt. Nächst dem Ende 4 trägt der Mantel 2 Durchbrechungen 6, welche einen Druckausgleich zwischen dem Zwischen- oder Luftraum 5 und der Umgebung des Ventils gestatten.
Der Mantel 2 ist mechanisch kaum beansprucht; auch werden an seine Formfestigkeit nur geringe Ansprüche gestellt; er kann deshalb aus einem billigen Werkstoff ausgeführt sein. Die von ihm aufgenommene Wärme wird über die Schweißstellen 3 und 4, insbesondere die letzteren, abgeführt. Die Länge des Mantels kann so groß sein, daß er sich beim geschlossenen Ventil in die Führung erstreckt; zweckmäßig ist es jedoch, wenn der Mantel 2 eine Länge aufweist, die einen Eintritt des Mantels in die Ventilführung ausschließt.
Der Mantel 2, insbesondere der Zwischenraum 5 verhindert den sehr starken Wärmeeinfall auf der Ventilrückseite; die vom Mantel aufgenommene Wärme wird im wesentlichen an den Verbindungsstellen 4 an den Schaft des Ventils abgegeben, der sie wiederum an die Führung weitergibt. Der Einfall der Wärme in den Mantel kann überdies noch durch eine geglättete Oberfläche desselben vermindert werden. Es ist aber auch möglich, als Werkstoff für .den Mantel einen solchen zu verwenden, der schlechtere wärmeleitende Eigenschaften besitzt, als der Ventilkörper selbst.
Man kann auch den Mantel mit einem Überzug aus Wärme schlecht leitendem Material, wie z. B. Emaille oder ähnlichem versehen. In letzteren Fällen soll natürlich wegen der höheren Temperaturen, die der Mantel annimmt, eine wärmeleitende Verbindung mit dem Ventilkern auf ein Mindestmaß beschränkt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Der Einwirkung hoher Temperaturen unterliegendes Ventil, insbesondereAuslaßventil von Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Rückseite die eine Begrenzungswandung eines Hohlraumes darstellt.
2. Ventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Ventilrückseite mit Zwischenraum abdeckende Abschirmung sich mindestens über eine Teillänge des Ventilschaftes erstreckt.
3. Ventil nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung an dem der abgedeckten Ventilseite abgekehrten Ende mit dem Ventilschaft verbunden ist.
4. Ventil nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mindestens an dem dem Ventilteller abgekehrten Ende mit der Umgebung des Ventils in Verbindung steht.
5. Ventil nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung an der Außenseite eine geglättete Oberfläche besitzt.
6. Ventil nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung aus Material niedrigerer Wärmeleitfähigkeit besteht als die des Ventils.
7. Ventil nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung einen Belag aus Material niedriger Wärmeleitfähigkeit besitzt. B. Ventil nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel eine Abdrehung des Ventilkernes mit Zwischenraum abdeckt.