DE1218212B - Device for sealing the outlet valve shaft of internal combustion engines against gas leakage - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Abdichtung des Auslaßventilschaftes von Brennkraftmaschinen gegen Gasaustritt Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung des Auslaßventilschaftes von Brennkraftmaschinen gegen Gasaustritt mit einem im Abstand vom gasseitigen Ende der Ventilführung in dieser angeordneten Ringraum, der mit dem Auslaßkanal derart verbunden ist, daß die an der Mündung dieser Verbindung vorbeiströmenden Gase in dem Ringraum eine Druckabsenkung gegenüber dem auf das gasseitige Ende der Ventilführung wirkenden Gesamtdruck bewirken.Device for sealing the exhaust valve stem of internal combustion engines against gas leakage The invention relates to a device for sealing the outlet valve stem of internal combustion engines against gas leakage with a distance from the gas-side end the valve guide in this arranged annular space, which with the outlet channel in such a way is connected that the gases flowing past the mouth of this connection in the annular space a pressure drop compared to that on the gas-side end of the valve guide cause effective total pressure.

In Brennkraftmaschinen mit im Zylinderkopf angeordneten Auslaßventilen kann es schwierig sein, eine gute Dichtung zwischen dem Ventilschaft und seiner Führung zu gewährleisten. Bekanntlich hat das Gas einen überdruck gegenüber der Atmosphäre, und diese Tatsache verhindert in Verbindung mit der Bewegung des Ventilschaftes eine gute Abdichtung mechanischer Art.In internal combustion engines with exhaust valves arranged in the cylinder head it can be difficult to get a good seal between the valve stem and its Ensure leadership. It is well known that the gas has an overpressure compared to the Atmosphere, and this fact in conjunction with the movement of the valve stem prevents a good mechanical seal.

Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen in der Führung des Auslaßventilschaftes ein Ringraum vorgesehen ist, der durch einen Kanal mit dem Einlaßkanal in Verbindung steht. Der dadurch in dem Ringraum herrschende Ansaugunterdruck bewirkt, daß einerseits Schmieröl am unteren Ende des Führungsspaltes des Auslaßventils angesaugt wird und in dem Spalt nach oben in den Ringraum strömt, und daß andererseits Verbrennungsrückstände, die vom gasseitigen Ende des Ventilführungsspaltes in den Führungsspalt gelangen, in den Ringraum gesaugt werden, bevor sie sich festsetzen können. Aus dem Ringraum werden diese Rückstände mit dem Schmieröl in den Einlaßkanal abgesaugt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß der Unterdruck im Ringraum hauptsächlich dann erzeugt wird, wenn das Auslaßventil geschlossen ist und ein Absaugen des Schmieröls vom Abgasdruck nicht unterstüzt wird.There are already arrangements known in which in the leadership of the Exhaust valve stem an annular space is provided through a channel with the Intake channel is in communication. The suction negative pressure thus prevailing in the annulus causes on the one hand lubricating oil at the lower end of the guide gap of the outlet valve is sucked and flows in the gap up into the annulus, and that on the other hand Combustion residues from the gas-side end of the valve guide gap into the Reach guide gap, are sucked into the annulus before they get stuck can. These residues are transported from the annulus with the lubricating oil into the inlet channel sucked off. The disadvantage of this arrangement is that the negative pressure in the annular space is mainly is generated when the exhaust valve is closed and a suction of the lubricating oil is not supported by the exhaust pressure.

Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der der Ringraum auf einer Seite mit der Außenluft und auf der anderen Seite mit dem Auslaßkanal in Verbindung steht. Der Verbindungskanal mündet in den Auslaßkanal in Strömungsrichtung ein, so daß der Kühlluftstrom durch den Ringraum mittels Ejektorwirkung unterstützt wird. Die Hauptkühlluft, die durch den Ringraum hindurchgeht, wird durch Fahrtwind erzeugt. Bei stationären Motoren muß daher die Kühlluft durch besondere Mittel erzeugt werden, was einen erhöhten Aufwand bedeutet.There is also an arrangement known in which the annular space on a Side with the outside air and on the other side with the outlet channel in connection stands. The connecting channel opens into the outlet channel in the direction of flow, so that the cooling air flow through the annulus is supported by means of an ejector effect. The main cooling air that passes through the annulus is generated by the airflow. In the case of stationary engines, the cooling air must therefore be generated by special means, which means an increased effort.

Schließlich ist es noch bekannt, den Ventilschaft mit einer schraubenförmig verlaufenden Rille zu versehen. Am Ende des Ventilschaftes befindet sich am übergang zum Ventilkopf eine Glocke, die das Ende der Ventilführung mit Spiel übergreift, so daß die an der Glocke vorbeiströmenden Abgase eine Ejektorwirkung ausüben und durch die schraubenförmig gewundene Rille ein Kühlluftstrom durchgesaugt wird. Diese Kühlung ist sehr unvollkommen. Beim öffnen des Ventils entsteht im Glockenhohlraum ein Unterdruck, so daß zunächst Abgase eingesaugt werden, bevor die vorbeiströmenden Abgase eine Ejektorwirkung ausüben; durch die die Abgase aus dem Glockenhohlraum wieder abgesaugt werden und auch der Kühlluftstrom durch die schraubenförmige Rille des Ventilschaftes einsetzt.Finally, it is also known to have the valve stem with a helical shape to provide running groove. At the end of the valve stem there is a transition to the valve head a bell that overlaps the end of the valve guide with play, so that the exhaust gases flowing past the bell exert an ejector effect and a flow of cooling air is sucked through the helically wound groove. These Cooling is very imperfect. When the valve is opened, it arises in the bell cavity a negative pressure, so that exhaust gases are first sucked in before the gases flowing past Exhaust gases exert an ejector effect; through which the exhaust gases from the bell cavity be sucked off again and also the flow of cooling air through the helical groove of the valve stem.

Da diese Vorgänge während der kurzen öffnungszeit des Ventils stattfinden, kann eine wirksame Kühlung nicht erreicht werden.Since these processes take place during the short opening time of the valve, effective cooling cannot be achieved.

Diese bekannte Anordnung ist im übrigen überhaupt nur bei stehenden Ventilen anwendbar. Bei hängenden Ventilen würde sich im Glockenhohlraum Öl ansammeln können, das an der Ventilführung herunterläuft. Bei den Schließbewegungen des Ventils würde dieses durch die Abgase verunreinigte Öl zwischen Ventilschaft und Führung hineingepumpt werden.Incidentally, this known arrangement only applies to standing Valves applicable. With overhead valves, oil would collect in the bell cavity that runs down the valve guide. During the closing movements of the valve this oil contaminated by the exhaust gases would get between the valve stem and the guide be pumped in.

Es ist auch bekannt, am Ventilschaft eine Ablenkvorrichtung anzuordnen, die die Auspuffgase vom Ventilführungsspalt ablenkt, wodurch hinter der Ab-Ienkvorrichtung am Spaltende ein Unterdruck entsteht, der den Ventilführungsspalt gegen Gasaustritt abdichtet und Schmieröl durch den Ventilführungsspalt hochsaugt. Nachteilig ist jedoch, daß sich die Ablenkvorrichtung mit dem sich öffnenden Ventil vom Führungsspaltende fortbewegt und dieses somit dem Gaszutritt mehr und mehr offensteht. Je größer aber der Abstand ist, desto unwahrscheinlicher ist es, daß am Spaltende überhaupt ein Unterdruck wirkt, der den Gasaustritt entlang dem Führungsspalt verhindern könnte.It is also known to place a deflector on the valve stem, which deflects the exhaust gases from the valve guide gap, creating behind the deflecting device At the end of the gap, a negative pressure arises, which prevents the valve guide gap from escaping seals and sucks lubricating oil up through the valve guide gap. Is disadvantageous however, that the deflector with the opening valve is from the end of the guide gap moved and this is therefore more and more open to gas access. The bigger though the distance is, the less likely it is that at the end of the column a negative pressure acts at all, preventing the gas from escaping along the guide gap could.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Abdichtung des Auslaßventilschaftes gegen Gasaustritt zu schaffen, die ganz ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Aggregaten arbeitet und auf dem Bernoullischen Gesetz basiert ist, wonach P=p+K. w2 ist, wobei mit P der Gesamtdruck, mit p der statische Druck des strömenden Gases, mit K eine Konstante und mit w die Gasgeschwindigkeit bezeichnet ist. P hat einen bestimmten Wert für die ganze Auslaßleitung; dementsprechend ist P in einem bestimmten Abschnitt von der Gasgeschwindigkeit in diesem Abschnitt abhängig. Wenn die Gase während der Auslaßperiode den unteren Teil der Ventilführung erreichen, werden sie verzögert, so daß sich die Geschwindigkeit praktisch dem Wert Null nähert. Der Druck p1 wird also hoch sein, wodurch das Lecken vergrößert wird. Wenn die Ventilführung nach unten in die Auslaßleitung hineinragt, wird die Gasgeschwindigkeit andererseits in der Verengung um die Führung herum verhältnismäßig hoch, und daher ist der Druck p2 hier niedrig.The object of the invention is to provide a seal for the outlet valve stem to create against gas leakage, completely without the aid of additional units works and is based on Bernoulli's law, according to which P = p + K. w2, where with P the total pressure, with p the static pressure of the flowing gas, with K one Constant and with w the gas velocity is designated. P has a definite Value for the entire outlet line; accordingly, P is in a certain section depends on the gas velocity in this section. If the gases during the Exhaust period reach the lower part of the valve guide, they are delayed, so that the speed practically approaches zero. The pressure p1 becomes so be high, which increases the leakage. If the valve guide after protrudes down into the outlet pipe, on the other hand, the gas velocity becomes in the constriction around the guide is relatively high and therefore the pressure is p2 low here.

Gemäß der Erfindung bilden die Außenoberfläche der Ventilführung und die Innenoberfläche des Auslaßkanals einen ringförmigen Kanal, der sich in Strömungsrichtung allmählich bis zu einer in demjenigen Bereich liegenden Stelle verengt, in welchem im Innern der Ventilführung der Ringraum liegt und anschließend allmählich erweitert, und ferner liegt die. Mündung der Verbindung zum Ringraum, welcher ausschließlich mit dem Auslaßkanal in Verbindung steht, wenigstens annähernd an dieser Engstelle.According to the invention, the outer surface of the valve guide and the inner surface of the outlet channel forms an annular channel that extends in the direction of flow gradually narrowed to a point in the area in which the annulus lies inside the valve guide and then gradually expands, and further lies the. Mouth of the connection to the annulus, which exclusively is in communication with the outlet channel, at least approximately at this constriction.

Durch diese venturidüsenartige Ausgestaltung des sich verengenden und wieder erweiternden Auslaßkanals und die Anordnung der Mündungen der Verbindungskanäle etwa an der Engstelle wird eine Druckabsenkung vor dem eigentlichen Ventilführungsspalt oberhalb des Ringraumes bewirkt, der ein Eindringen der Abgase wirksam verhindert und somit die Ventilschaftlagerung vor schädlichen Einflüssen sowie das Schmieröl vor vorzeitiger Verschutzung bewahrt.This venturi-like configuration of the narrowing and again widening outlet channel and the arrangement of the mouths of the connecting channels at the bottleneck, for example, there is a pressure drop in front of the actual valve guide gap causes above the annular space, which effectively prevents the penetration of the exhaust gases and thus the valve stem bearing against harmful influences as well as the lubricating oil protected from premature pollution.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in senkrechtem Schnitt.The drawing illustrates an embodiment of the invention in vertical section.

Der Zylinderkopf 1 einer großen Brennkraftmaschine ist strichpunktiert angedeutet. In diesen Zylinderkopf 1 ist ein besonderes Ventilgehäuse 2 eingesetzt, das eine Ventilführung 3 aufweist. Diese Führung ragt etwa ein Stück nach unten in den Auslaßkanal 4 hinein, der sich in Strömungsrichtung allmählich erweitert. Auf diese Weise bildet die Führung 3 mit dem Auslaßkanal 4 einen sich allmählich verengenden und wieder erweiternden Kanal.The cylinder head 1 of a large internal combustion engine is indicated by dash-dotted lines. A special valve housing 2 , which has a valve guide 3, is inserted into this cylinder head 1. This guide protrudes approximately a little down into the outlet channel 4 , which gradually widens in the direction of flow. In this way, the guide 3 forms with the outlet channel 4 a gradually narrowing and again widening channel.

Wenn die Verbrennungsgase den unteren Teil der Führung 3 erreichen, vermindert sich ihre Geschwindigkeit. Unter dem steigenden Druck werden sie in den Spalt 7 zwischen Schaft und unterem Führungsteil gedrückt. In einem gewissen Abstand vom unteren Ende 6 der Führung, etwa an der engsten Stelle des Auslaßkanals, befindet sich ein Ringraum 8, in dem sich die eintretenden Gase entspannen. Der Ringraum 8 ist durch einen oder mehrere Kanäle 9 mit dem Auslaßkanal 4 verbunden, die an der Engstelle des Auslaßkanals münden. Diese Kanäle 9 liegen schräg in Richtung des Gasstroms, wodurch die Ejektorwirkung noch begünstigt wird. In den Spielraum 7 eingedrungene feste Teilchen werden daher durch die Kanäle 8 abgesaugt. Der Gesamtquerschnitt der Kanäle ist größer als der Querschnitt des Spaltes zwischen Ventilschaft und unterem Führungsteil. Vor dem eigentlichen Ventilführungsspalt oberhalb des Ringraumes 8 herrscht ein geringerer Druck, als wenn der Gesamtdruck der strömenden Gase wirksam wäre. Es besteht daher nur eine geringe Neigung zum Gasaustritt längs des Ventilschaftes. Die Zahl der Kanäle 9 und ihre Lage zum Gasstrom kann nach den Verhältnissen des Gasstroms und der Gestalt der Auslaßleitung bestimmt werden.When the combustion gases reach the lower part of the guide 3, their speed decreases. Under increasing pressure, they are in the Gap 7 pressed between the shaft and the lower guide part. At a certain distance from the lower end 6 of the guide, approximately at the narrowest point of the outlet channel an annular space 8, in which the incoming gases relax. The annulus 8 is connected by one or more channels 9 to the outlet channel 4, which at open into the narrow point of the outlet channel. These channels 9 are inclined in the direction of the gas flow, which further enhances the ejector effect. In the game room 7 solid particles which have penetrated are therefore sucked off through the channels 8. The total cross-section the channel is larger than the cross section of the gap between the valve stem and lower guide part. Before the actual valve guide gap above the annular space 8 there is a lower pressure than when the total pressure of the flowing gases is effective were. There is therefore only a slight tendency for gas to escape along the valve stem. The number of channels 9 and their position to the gas flow can be according to the conditions of the Gas flow and the shape of the outlet line can be determined.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Abdichtung des Auslaßventilschaftes von Bremskraftmaschinen gegen Gasaustritt mit einem im Abstand vom gasseitigen Ende der Ventilführung in dieser arge= ordneten Ringraum, der mit dem Auslaßkanal derart verbunden ist, daß die an der Mündung dieser Verbindung vorbeiströmenden Gase in dem Rringraum eine Druckabsenkung gegenüber dem auf das gasseitige Ende der Ventilführung wirkenden Gesamtdruck bewirken, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Außenoberfläche der Ventilführung (3) und die Innenoberfläche des Auslaßkanals (4) einen ringförmigen Kanal bilden, der sich in Strömungsrichtung allmählich bis zu einer in demjenigen Bereich liegenden Stelle verengt, in welchem im Inneren der Ventilführung der Ringraum (8) liegt und anschließend allmählich erweitert und daß die Mündung der Verbindung (9) zum Ringraum (8), welcher ausschließlich mit dem Auslaßkanal in Verbindung steht, wenigstens annähernd an dieser Engstelle liegt. Claims: 1. Device for sealing the outlet valve stem of brake engines against gas leakage with a spaced from the gas-side end of the valve guide in this arge = arranged annulus, which is connected to the outlet channel in such a way that the gases flowing past the mouth of this connection in the annulus Cause pressure reduction compared to the total pressure acting on the gas-side end of the valve guide, characterized in that the outer surface of the valve guide (3) and the inner surface of the outlet channel (4) form an annular channel which gradually narrows in the direction of flow to a point located in that area , in which the annular space (8) lies inside the valve guide and then gradually expands and that the opening of the connection (9) to the annular space (8), which is exclusively in connection with the outlet channel, is at least approximately at this constriction. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung ein oder mehrere Kanäle (9) dienen, die in an sich bekannter Weise in Richtung des Gasstromes schräg geneigt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 205 849, 575152; USA.-Patentschriften Nr. 1552 547, 1712 539, 2 057123, 2 967 518.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that as a connection one or more channels (9) are used, which in a known manner in the direction of the Gas stream are inclined at an angle. Publications Considered: British Patents No. 205 849, 575152; U.S. Patent Nos. 1,552,547, 1,712,539, 2,057,123, 2,967 518.