DE1932097A1 - Exhaust valve, especially for internal combustion engines - Google Patents
Exhaust valve, especially for internal combustion enginesInfo
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SOCIETE D1ETUDES DE MACHINES THERMIQUES, 2, Quai de Seine, 2, SAIMM)ENIS (Seine), Frankreich.SOCIETE D 1 ETUDES DE MACHINES THERMIQUES, 2, Quai de Seine, 2, SAIMM) ENIS (Seine), France.
Auslaßventil, insbesondere für Brennkraftmaschinen.Exhaust valve, in particular for internal combustion engines.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Auslaßventil für einen Auslaßkanal, durch den ein heißes Strömungsmittel geleitet wird, insbesondere auf ein Auslaßventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, die mit dickflüssigen Brennstoffen betrieben werden.The invention relates to an outlet valve for an outlet channel through which a hot fluid is passed is, in particular on an exhaust valve for internal combustion engines, especially diesel engines, with viscous Fuels are operated.
Es ist bekannt, daß bei Ventilen dieser Art, welche in der Regel einen pilzförmigen Ventilteller mit einer ringförmigen Sitzfläche aufweisen, die durch die in den Auspuffgasen enthaltenen Vanadiumsalze der dickflüssigen Treibstoffe der Gefahr einer insbesondere chemischen Korrosion ausgesetzt ist, wenn die Temperatur der Auspuffgase etwa 500 0 bis 600°C überschreitet. Um diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß die Sitzfläche auf eine Temperatur innerhalb des vorgenannten gefährlichen Temperaturbereiches kommt, ist es bekannt, im Inneren des Ventiltellers eine wärmedämmende Schicht zwischen der äußersten Stirnseite des Ventiltellers, die unmittelbar der Wärme der Auspuffgase ausgesetzt ist, und dem gegenüberliegenden Teil des Ventiltellers, d.h. dem Teil, welcher die Sitzfläche trägt, vorzusehen, so daß diese 009833/1287It is known that in valves of this type, which usually have a mushroom-shaped valve disk with an annular Have seat, which by the vanadium salts contained in the exhaust gases of the viscous fuels of the There is a risk of chemical corrosion in particular when the temperature of the exhaust gases is around 500 0 to Exceeds 600 ° C. In order to avoid these disadvantages by the fact that the seat surface to a temperature within the The aforementioned dangerous temperature range comes, it is known to have a heat-insulating inside the valve disk Layer between the outermost end face of the valve disk, which is directly exposed to the heat of the exhaust gases, and to provide the opposite part of the valve disc, i.e. the part which supports the seat surface, so that it 009833/1287
Schicht einen Wärmeschutz bildet, der dazu dient, die Wärmeabgabe durch Wärmeleitung an die Sitzfläche weitestgehend zu verringern. Bei einigen bekannten Ventilausführungen wird diese wärmedämmende Schicht durch einen dünnen, ringförmigen Streifen stehender Luft gebildet, welcher den mittleren Teil des Ventiltellers umgibt und im wesentlichen bis in die Nähe des Ventiltellerumfanges geführt ist, wodurch sich der Nachteil einer nicht ausreichend wirksamen Wärmeisolation ergibt und die auf diese Weise im Kern des Ventilkörpers ausgebildete Ausnehmung infolge der sich daraus ergebenden strukturellen"Schwächung das Entstehen mechanischer Spannungen aufgrund der auf das Ventil ausgeübten äußeren Beanspruchungen begünstigt. Entsprechend einer weiteren bekannten Lösung hat die ringförmige, wärmedämmende Schicht eine verhältnismäßig geringe Größe in RadMrichtung und ist nur am Umfang des Ventiltellers angeordnet, so daß der auf diese Weise gebildete Wärmeschirm nur eine örtlich stark begrenzte und nicht ausreichende Wirkung hat. Diese wärmedämmende Schicht besteht entweder aus einer metallplastischen Dichtung, welche eine Ausnehmung in der Form einer offenen Umfangsnut oder -hohlkehle ausfüllt, oder aus einem metallischen Überzug, der wahlweise mit einer Schicht stehender Luft kombiniert" sein kann, wobei in diesem Falle die Sitzfläche durch einen Ring mit einem Innengewinde getragen wird, der in einer ' solchen Weise auf einen Gewindeabschnitt des Ventiltellers aufgeschraubt werden kann, daß er die Ausnehmung, welche die wärmed&ämmende Schicht enthält, begrenzet. Die beschriebenen Anordnungen werden dazu verwendet, um in erster Linie den feststehenden Ventilsitz gegen eine übermäßige Erwärmung zu schützen und liefern in bezug auf die Warmerisolation der Sitzfläche des Ventiles keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Layer forms a thermal protection that serves to protect the To reduce the heat dissipation through conduction to the seat as much as possible. In some known valve designs this heat-insulating layer is formed by a thin, ring-shaped strip of stagnant air, which surrounds the middle part of the valve disk and essentially up to the vicinity of the valve disk circumference Is performed, which results in the disadvantage of insufficiently effective thermal insulation and on this Way in the core of the valve body formed recess due to the resulting structural "weakening favors the development of mechanical stresses due to the external stresses exerted on the valve. Corresponding In another known solution, the annular, heat-insulating layer has a relatively small one Size in the direction of the wheel and is only on the circumference of the valve disc arranged so that the heat shield formed in this way only a locally very limited and not has sufficient effect. This heat-insulating layer consists either of a metal-plastic seal, which a recess in the form of an open circumferential groove or fillet fills, or a metallic coating, which can optionally be combined with a layer of standing air ", in which case the seat surface by a Ring is carried with an internal thread, which is in a ' can be screwed onto a threaded portion of the valve disk in such a way that it forms the recess which the insulating layer contains, limited. The described Arrangements are used to primarily the fixed valve seat against an excessive Protect heating and provide in terms of heat insulation the seat of the valve does not give satisfactory results.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und die vorstehend erwähnten,The object of the invention is to eliminate the aforementioned disadvantages and the aforementioned,
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bekannten Anordnungen zu verbessern. Das Ventil der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die wärmedämmende Schicht aus einem festen, zusammenhängenden und wärmeisolierenden Stoff hoher mechanischer Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit besteht, der im wesentlichen alle Betriebsbeanspruchungen auf den Ventilkörper übertragen kann.to improve known arrangements. The valve of the invention is characterized in that the heat insulating Layer made of a solid, coherent and heat-insulating material of high mechanical strength, in particular There is compressive strength, which essentially transfer all operational stresses to the valve body can.
Nach einem anderen Merkmal der Erfiänung besteht der wärmedämmende Stoff aus einem mineralischen Material, vorzugsweise aus Glimmer in der Form entweder einer Vielzahl dünner, zu einem Paket übereinander gelagerter Blättchen oder eines Blockes oder dicht gepackter Blättchen, die durch ein gegebenenfalls durch Schmelzen verglasbares mineralisches Bindemittel miteinander verbunden sind.Another feature of the invention is that of thermal insulation Fabric made of a mineral material, preferably made of mica in the form of either a multitude of thin, into a package of stacked leaves or a block or tightly packed leaves that pass through a mineral binder, which can optionally be vitrified by melting, are connected to one another.
Diese Anordnung hat die Vorteile der Einfachheit, Wirtschaftlichkeit und einer ausreichenden Wirksamkeit, um die Ventilsitzfläche gegen Wärmeeinwirkung zu schützen.This arrangement has the advantages of simplicity, economy and sufficient effectiveness to protect the valve seat surface from the effects of heat.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die vorgenannte, ringförmige Sitzfläche fest mit einem an sich bekannten, koaxial zu dem Ventil angeordneten und auswechselbaren Ringelement verbunden sein, das auf dem Ventilschaft befestigt werden kann und unter Ausübung eines Einspanndruckes auf die wärmedämmende Schicht zur Begrenzung des Ringraumes dient, in welchem sich die wärmedämmende Schicht befindet. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß der Austausch des auswechselbaren Ringelementes leicht vorgenommen werden kann, wenn die ringförmige Ventilsitzfläche abgenutzt ist. Es braucht daher nicht das ganze Ventil ausgewechselt zu werden, da der aus einem Stück gefertigte Ventilkörper, welcher aus dem Hauptteil des Ventils in der Form des Ventiltellers und aus dem Ventilschaft besteht, beibehalten werden kann.According to a further feature of the invention, the aforementioned, annular seat can be fixed with a known per se, be connected coaxially to the valve and interchangeable ring element on the valve stem can be attached and exerting a clamping pressure on the insulating layer to limit the Annular space is used in which the heat insulating layer is located. Such an arrangement has the advantage that the replacement of the replaceable ring element can easily be made when the annular valve seat surface is worn out. It is therefore not necessary to replace the entire valve, since it is made from one piece Valve body, which consists of the main part of the valve in the form of the valve disc and the valve stem, can be maintained.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, the subject matter of the invention is shown schematically and by way of example. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Hälfte eines Ventiltellers, 1 shows a section through one half of a valve disk,
Fig. 2. einen Schnitt wie in Fig. 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung.FIG. 2. a section as in FIG. 1, but with one another embodiment of the invention.
■ Das Ventil gemäß Fig. 1, besteht aus zwei Teilen. Der eine Teil wird durch einen aus einem Spezialstahl gefertigten Ventilkörper 1 gebildet, der sich aus dem Haupt- | teil in der Form eines pilzförmigen Ventiltellers 2 und aus dem Ventilschaft 3 zusammensetzt, während der andere, den Ventilteller vervollständigende Teil 4 ein auswechselbares Ringelement bildet, welches am Umfang die ringförrmLge Sitzfläche 5 trägt und eine Gewindebohrung 6 aufweist, so daß er in .der Nähe des Ventiltellers auf ein Gewindeteil 7 des Schaftes aufgeschraubt werden kann, der einen größeren Durchmesser als der übrige Ventilschaft 3 aufweist. Die ringförmige Sitzfläche 5 besteht vorzugsweise aus einer Auflage aus einer harten Metallegierung, beispielsweise aus Stellit, und bildet eine aufgesetzte Panzerung. ■ The valve according to FIG. 1 consists of two parts. Of the one part is made by one made of a special steel Valve body 1 formed, which consists of the main | part in the form of a mushroom-shaped valve disk 2 and composed of the valve stem 3, while the other, the valve disk completing part 4 is a replaceable Ring element forms which on the circumference the ringförrmLge Seat 5 carries and has a threaded hole 6, so that in the vicinity of the valve head it is on a threaded part 7 of the stem, which has a larger diameter than the rest of the valve stem 3, can be screwed on. The annular seat 5 preferably consists of a support made of a hard metal alloy, for example made of stellite, and forms an applied armor.
) Die sich gegenüberliegenden Wandflächen 8 und 9 des Ringelementes 4 und des Hauptteils des Ventiltellers 2 begrenzen einen im wesentlichen koaxial zu dem Ventilteller liegenden Ringraum 10, der mit einem nicht zusammendrückbaren Stoff 11 gefüllt ist, welcher vorteilhafterweise aus dünnen Glimmerblättchen beispielsweise in der Form von Scheiben besteht, die in der Form eines Paketes aufeinandergelegt sind und zwischen dem Ringelement 4 und dem Ventilteller 2 eingeklemmt werden. Der von dem wärmeisolierenden Stoff 11 eingenommene Ringraum 10 kann entsprechend der Zeichnung die Form eines konisches Ringes oder gegebenenfalls auch eines zylindrischen oder anders ausgebildeten ) The opposing wall surfaces 8 and 9 of the ring element 4 and the main part of the valve disk 2 delimit an annular space 10 which is essentially coaxial to the valve disk and which is filled with a non-compressible material 11, which advantageously consists of thin mica flakes, for example in the form of disks consists, which are placed one on top of the other in the form of a package and are clamped between the ring element 4 and the valve disk 2. The annular space 10 occupied by the heat-insulating material 11 can, according to the drawing, have the shape of a conical ring or, if necessary, a cylindrical or otherwise configured ring
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Ringes aufweisen und steht vorteilhaterweise ständig in Radialrichtung vermittels eines durchgehenden, kreisförmigen Umfangschlitzes 12 mit der Außenseite in Verbindung. Der Umfangsschlitz 12 bildet einen Zwischenraum zwischen dem Ringelement 4 und dem Ventilteller 2, durch welchen jede unmittelbare Wärmeleitung von dem Ventilteller 2, welcher den sehr heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist, auf die Panzerung oder die Ventilsitzfläche 5 verhindert wird. Die Umfangsflache 13 des abnehmbaren Ringelementes 4 verläuft angenähert parallel zur Drehachse des Ventils und hat vorzugsweise parallel zu dieser Achse nur eine äußerst geringe Höhe, um die Möglichkeit einer Berührung mit den heißen Gasen so weit wie möglich zu verringern.Have ring and is advantageously constantly in the radial direction by means of a continuous, circular Circumferential slot 12 with the outside in connection. The circumferential slot 12 forms a space between the Ring element 4 and the valve head 2, through which any direct heat conduction from the valve head 2, which is exposed to the very hot combustion gases, on the armor or the valve seat surface 5 is prevented. the Circumferential surface 13 of the removable ring element 4 runs approximately parallel to the axis of rotation of the valve and preferably has only an extremely small one parallel to this axis Altitude to reduce as much as possible the possibility of contact with the hot gases.
Der die wärmedämmende Schicht 11 enthaltende Ringraum 10 wird radial nach innen und außen vorzugsweise durch zwei Wandflächen 14, 15 begrenzt, die beispielsweise im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und in einem gegenseitigen Abstand koaxial zueinander verlaufen. Die Wandflächen 14- bzw. 15 gehen jeweils von einer der Wandflächerj. 9, 8 des Ringraumes aus und sind unter Belassung eines Abstandes bis in die Nähe der gegenüberliegenden Wandfläche geführt. Auf diese Weise wird ein Zwischenraum zwischen den beispielsweise im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Wandflächen gebildet. Die äußere Wandfläche 14 wird durch eine am Umfang des Ventiltellers 2 herumgeführte , nach dem Ringelement 4 hin vorspringende Randleiste gebildet, die teilweise unter Belassung eines Spiels in eine abgesetzte Fuge 16 des Ringelementes 4 eingreift, wodurch das Austreten des wärmedämmenden Stoffes 11 verhindert und der Umfangsschlitz 12 ausgebildet wird. Die Wandfläche 15 wird durch eine ringförmige Leiste gebildet, die sich nahe dem Innenrand des Ringelementes 4 befindet und zwischen deren nach dem Ventilteller zu gerichteten Begrenzungsfläche und der Wandfläche 9 des Ventiltellers ein ringförmiger Durchlaßschlitz 1? verbleibt, durch denThe annular space 10 containing the heat insulating layer 11 is radially inwardly and outwardly preferably by two Wall surfaces 14, 15 limited, for example, essentially are cylindrical and run coaxially to one another at a mutual distance. The wall surfaces 14 and 15 each go from one of the wall surfaces. 9, 8 of the annular space and are leaving a distance up to the vicinity of the opposite wall surface guided. In this way, a space between them becomes, for example, essentially parallel to one another extending wall surfaces formed. The outer wall surface 14 is guided around the circumference of the valve disk 2 by a wall , formed after the ring element 4 projecting edge strip, which is partially leaving a game engages in a stepped joint 16 of the ring element 4, which prevents the heat-insulating material 11 from escaping and the circumferential slit 12 is formed. The wall surface 15 is formed by an annular strip, which is located near the inner edge of the ring element 4 and between them to be directed towards the valve disk Boundary surface and the wall surface 9 of the valve disk an annular passage slot 1? remains through the
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die Ausbildung einer Wärmebrücke an dieser Stelle verhindert wird und der Ringraum 10 in Verbindung mit einer Ringausnehmung 18 steht, die ihrerseits durch einen Wandabschnitt des Ringelementes 4 und an den Gewindeteil 7 des Schaftes anschließende Umfangsflache begrenzt ist. Die Ringausnehmung 18 ist mit stehender Luft gefüllt und trägt zusammen mit der Gewindeverbindung 6, 7 zur Wärmeisolation der Panzerung oder der Ventilsitzfläche 5 bei, so daß der größte Teil der von dem Ventilteller 2 aufgenommenen Wärme mittels Wärmeleitung durch den Hauptteil des Ventiltellers und durch den Ventilschaft abgeleitet werden kann und die Ventilsitzfläche 5 auf einer unter 500° C bis 600° C liegenden !Temperatur verbleibt..the formation of a thermal bridge is prevented at this point and the annular space 10 in conjunction with a Annular recess 18 is in turn through a wall section of the ring element 4 and on the threaded part 7 of the shaft adjoining peripheral surface is limited. The annular recess 18 is filled with standing air and, together with the threaded connection 6, 7, contributes to thermal insulation the armor or the valve seat surface 5 at, so that most of the absorbed by the valve disk 2 Heat is dissipated by conduction through the main part of the valve disc and through the valve stem and the valve seat surface 5 remains at a temperature below 500 ° C to 600 ° C!
Das Ringelement 4 ist in der Höhe der Gewindebohrung 6 mit Angriffsflächen für ein Werkzeug versehen. Beispielsweise können auch zwei in Radialrichtung verlaufende und sich diametral gegenüberliegende Bohrungen 19 vorgesehen sein, die das Einführen eines Werkzeuges wie beispielsweise eines Dorns oder eines Schlüssels gestatten, um das Ring-.element in Drehung zu versetzen. Das auf den Ventilschaft aufgeschraubte Ringelement 4 ist vorzugsweise durch ein nicht dargestelltes Mittel gesichert oder blockiert (beispielsweise durch Verstemmen, einen Schweißpunkt, eine Klemmschraube oder dergleichen). Die Schraubverbindung kann auch durch Aufziehen des Ringelementes oder durch eine Verlötung oder Verschweissung ersetzt werden. Die Radi alabmessungen und die Lage des Ringraumes 10 sollen so gewählt sein, daß sich die wärmedäminende Schicht 11 von einer Stelle in der Nähe des Randes des Ventiltellers 2, die praktisch an der Stelle der Ventilsitzfläche 5 liegt, bis nahe der Mitte des Ventiltellers erstreckt.The ring element 4 is at the level of the threaded hole 6 provided with attack surfaces for a tool. For example, two extending in the radial direction and be provided diametrically opposite bores 19, the insertion of a tool such as a mandrel or a key to allow the ring .element to put in rotation. That on the valve stem screwed-on ring element 4 is preferably through a Means not shown secured or blocked (for example by caulking, a spot weld, a Clamping screw or the like). The screw connection can also be replaced by pulling on the ring element or by soldering or welding. The radial dimensions and the location of the annular space 10 should be chosen so that the heat insulating layer 11 of a Place near the edge of the valve head 2, the is practically at the point of the valve seat surface 5 until it extends close to the center of the valve disk.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besteht das abnehmbare Ringelement 4a aus zwei Teilen, nämlichIn the embodiment shown in FIG. 2 there is the detachable ring element 4a consists of two parts, namely
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dem Teil 20, welches die Sitzfläche 5 trägt lind eine Spannplatte für die wärmeisolierende Dichtung 11 bildet, und aus dem Teil 21, welches eine Spannmutter für die Spannplatte 20 darstellt und auf den Gewindeteil 7 des VentilSchaftes aufgeschraubt werden kann. Diese Lösung hat den Vorteil, daß nach Verschleiß der Ventilsitzfläche 5 nur die Spannplatte 20 ausgetauscht werden muß, welche einfach und wirtschaftlich herzustellen ist. Die Spannmutter 21 kann dagegen wiederverwendet werden.the part 20, which carries the seat 5 and a Forming clamping plate for the heat insulating seal 11, and from the part 21, which is a clamping nut for the Represents clamping plate 20 and can be screwed onto the threaded part 7 of the valve shaft. This solution has the advantage that after the valve seat surface 5 is worn, only the clamping plate 20 has to be replaced, which is easy and economical to manufacture. The clamping nut 21, however, can be reused.
Die Spannplatte 20 ist vorteilhafterweise außerhalb der Ringausnehmung 18 durch einen Zentriersitz 23 des Ventiltellers zentriert. Die Spannmutter 21 weist vorzugsweise an ihrer Berührungsfläche mit der Spannplatte 20 einen Bundring 24 auf. Um eine Drehung der Spannplatte 20 zu verhindern, kann beispielsweise am einen Teil ein Zapfen 2$ oder dergleichen vorgesehen sein, der in eine entsprechende Ausnehmung des anderen Teiles 20 bzw. 2 eingreifen kann. Andererseits kann eine Drehung der Spannplatte 20 auch dadurch verhindert werden, daß die zur Anlage aneinander kommenden Flächen der Bohrung 22 und des Zentriersitzes 23 je eine Abflachung aufweisen.The clamping plate 20 is advantageously outside the Ring recess 18 centered by a centering seat 23 of the valve disk. The clamping nut 21 preferably has a collar 24 on its contact surface with the clamping plate 20. To one rotation of the clamping plate To prevent 20, for example, a pin 2 $ or the like can be provided on one part, which is in a corresponding recess of the other part 20 or 2 can engage. On the other hand, a rotation of the Clamping plate 20 can also be prevented by the fact that the surfaces of the bore 22 that come to rest against one another and the centering seat 23 each have a flat.
Der Ringraum 10 zur Aufnahme des wärmeisolierenden Stoffes ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 vollständig in den Ventilteller eingelassen. Die diesen Ringraum nach der Mitte zu begrenzende Wandfläche 15* setzt sich nach der Mitte des Ventiltellers zu in einen Wandteil fort, der bei festgespannter Spannplatte 20 von dieser einen Abstand einhält, der wiederum den ringförmigen Durchlaßschlitz 17 bildet.The annular space 10 for receiving the heat insulating material is completely embedded in the valve disk in the embodiment according to FIG. Following this annulus the wall area 15 * to be delimited in the middle follows the center of the valve disk to in a wall part, which with clamped clamping plate 20 of this one Maintains a distance, which in turn forms the annular passage slot 17.
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