DE2355292B1 - Cooled poppet valve of a piston internal combustion engine - Google Patents
Cooled poppet valve of a piston internal combustion engineInfo
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Description
3535
Die Erfindung betrifft ein gekühltes Tellerventil einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem inneren Hohlraum, in welchem ein primäres Kühlmittel eingeschlos- sen ist, das zur Übertragung von Wärme aus dem Ventilteller in den Ventilschaft bestimmt ist, wobei Abgabe der Wärme aus dem Ventilschaft an ein sekundäres, die Maschine durchströmendes Kühlmittel vorgesehen ist.The invention relates to a cooled poppet valve of a piston internal combustion engine, with an inner cavity in which a primary coolant is enclosed. sen, which is intended for the transfer of heat from the valve disc into the valve stem, with release the heat from the valve stem is provided to a secondary coolant flowing through the machine.
Es sind Tellerventile bekannt, die z. B. im Hohlraum eine Füllung von Natrium enthalten, das im Betrieb flüssig wird und durch Planschwirkung die Wärme aus dem Teller in den Schaft des Ventiles transportiert. Meistens werden auf diese Weise thermisch hochbelastete Auslaßventile gekühlt.There are poppet valves known which, for. B. contain a filling of sodium in the cavity, which in operation becomes liquid and the splashing effect transports the heat from the plate into the stem of the valve. Most of the time, thermally highly stressed exhaust valves are cooled in this way.
Bei einem, bekannten Ventil (GB-PS 548 101) wird die Wärme aus dem Schaft in eine Ventilführung abgeleitet, die z. B. mit Ölkühlung (sekundäres Kühlmittel) versehen ist. Dabei fließt das sekundäre Kühlmittel durch einen in der Ventilführung angeordneten gewundenen Kanal, dessen Windungsmittellinie gleichachsig mit dem Hohlraum im Ventilschaft verläuft. Der Kanal ist an eine Zuführleitung für das sekundäre Kühlmittel angeschlossen. Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß die Wärme durch den Spalt zwischen dem Ventilschaft und der Führung durchgeleitet werden muß, in welchem sich Schmieröl befindet. Die Schmierschicht des Schmieröles setzt dem Wärmeübergang Grenzen, da die Gefahr einer Verkokung des Öles besteht. Es ist daher nicht möglich, die Ventile derart intensiv zu kühlen, wie es bei verschiedenen hochbelastbaren Motoren, insbesondere aufgeladenen Dieselmotoren, erforderlich wäre.In a known valve (GB-PS 548 101) is the heat dissipated from the shaft in a valve guide, which z. B. with oil cooling (secondary coolant) is provided. The secondary coolant flows through a winding one arranged in the valve guide Channel, the winding center line of which is coaxial with the cavity in the valve stem. The channel is connected to a supply line for the secondary coolant connected. However, there is the disadvantage that the heat must be passed through the gap between the valve stem and the guide in which there is lubricating oil. The lubricating layer of the lubricating oil sets limits to the heat transfer there is a risk of coking of the oil. It is therefore not possible to cool the valves so intensely that as required in various heavy-duty engines, especially supercharged diesel engines were.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Tellerventiles zum Ziel, das die erwähnten Nachteile nicht aufweist und welches eine wesentlich intensivere Kühlung bei gleichzeitiger Schonung der Schmierschicht gestattet.The invention aims to create a poppet valve which does not have the disadvantages mentioned and which allows a much more intensive cooling while at the same time protecting the smear layer.
Das erfindungsgemäße Ventil, durch welches dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilschaft Kanäle für das sekundäre Kühlmittel ausgebildet sind, welche den Hohlraum im wesentlichen umschließen bzw. durchdringen und an eine Zuführleitung für das sekundäre Kühlmittel anschließbar sind.The valve according to the invention, through which this object is achieved, is characterized in that in Valve stem channels are formed for the secondary coolant, which the cavity substantially enclose or penetrate and to a feed line can be connected for the secondary coolant.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Wärme direkt aus dem Ventilschaft nach außen abgeleitet, so daß sie nicht durch den Schmierfilm im Spalt zwischen dem Ventilschaft und der Ventilführung durchgeleitet werden muß.The measure according to the invention dissipates the heat directly from the valve stem to the outside, so that they do not penetrate the lubricating film in the gap between the valve stem and the valve guide must be passed through.
Es ist zwar bereits bekannt, bei gekühlten Tellerventilen von Kolbenbrennkraftmaschinen, mit einem inneren Hohlraum, in welchem ein primäres Kühlmittel eingeschlossen ist, das zur Übertragung von Wärme aus dem Ventilteller in den Ventilschaft bestimmt ist, wobei Abgabe der Wärme aus dem Ventilschaft durch Strahlung und wohl auch durch Konvektion an ein sekundäres Kühlmittel in Form etwa der Umgebungsluft vorgesehen ist, Kühlrippen am Ventilschaft anzuformen, so daß der Wärmeübergang nicht vom. Ventilschaft auf eine etwa gekühlte oder wärmeabstrahlende Ventilführung erfolgen muß.It is already known, in the case of cooled poppet valves of reciprocating internal combustion engines, with an inner Cavity in which a primary coolant is enclosed, which is used to transfer heat from the valve disk is determined in the valve stem, the heat being released from the valve stem by radiation and probably also provided by convection to a secondary coolant in the form of the ambient air, for example is to form cooling fins on the valve stem, so that the heat transfer does not occur from. Valve stem on an approximately cooled or heat radiating valve guide must take place.
Eine derartige Wärmeabgabe ist aber nicht intensiv genug.However, such a heat release is not intense enough.
Normalerweise kann das sekundäre Kühlmittel Schmieröl sein. Es ist jedoch unter Umständen auch die Verwendung von Kühlwasser denkbar.Typically, the secondary coolant can be lubricating oil. However, it may also be the Use of cooling water is conceivable.
Bei einer möglichen Ausführungsform des Ventils sind die Kanäle in der Wand bzw. einer Wand des Ventilschaftes ausgebildete Nuten, die in Längsrichtung des Schaftes verlaufen und nach außen durch einen rohrförmigen Teil abgeschlossen sind. Auf diese Weise wird eine sehr wirksame Ausbildung der Wärmeübertragungsverrichtung erhalten, die leicht herstellbar ist.In a possible embodiment of the valve, the channels in the wall or a wall of the valve stem are formed grooves, which in the longitudinal direction of the Run the shaft and are closed to the outside by a tubular part. That way will a very effective design of the heat transfer device obtained that is easy to manufacture.
Es ist auch möglich, die Kanäle als Bohrungen in der Wand des Ventilschaftes auszubilden, die parallel zur Achse des Schaftes verlaufen. Diese Ausführungsform, die ebenfalls sehr wirksam ist, ist bezüglich der Herstellung besonders wirtschaftlich.It is also possible to design the channels as bores in the wall of the valve stem that are parallel to the Axis of the shaft run. This embodiment, which is also very effective, is manufacturing particularly economical.
Es ist auch möglich, im Hohlraum des Ventilschaftes mit dem Ventilschaft koaxiale, die Kanäle bildende Rohre anzuordnen. Bei dieser Ausführungsform wird eine besonders intensive Kühlung erhalten, da der Ventilschaft einerseits von innen und andererseits in der bisher üblichen Weise auch von außen durch die Ventilführung gekühlt werden kann.It is also possible in the cavity of the valve stem to be coaxial with the valve stem and to form the channels Arrange pipes. In this embodiment, a particularly intensive cooling is obtained because the valve stem on the one hand from the inside and on the other hand in the previously usual manner also from the outside through the valve guide can be cooled.
Den Gegenstand der Erfindung weiterausbildende Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Es zeigtDetails which further develop the subject matter of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments on the basis of the drawing. It shows
F i g. 1 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Ventils einer mittelschnellaufenden aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine in eingebautem Zustand in einem Zylinderkopf,F i g. 1 shows a section through a valve according to the invention of a medium-speed supercharged diesel internal combustion engine when installed in a cylinder head,
F i g. 2 den Schnitt H-II aus der Fig. 1,F i g. 2 the section H-II from FIG. 1,
F i g. 3 die Abwicklung eines Teiles des Umfanges im mittleren Bereich des Ventilschaftes des Ventils aus der Fig. 1,F i g. 3 the development of part of the circumference in the central area of the valve stem of the valve from FIG. 1,
Fig.4 einen axialen Schnitt einer anderen Ausführungsform des Ventils, das an der Stelle des Ventils aus der F ig. 1 verwendet werden kann,4 shows an axial section of another embodiment of the valve, which at the point of the valve from Fig. 1 can be used
F i g. 5 den Schnitt V-V aus der F ig.4,F i g. 5 the section V-V from Fig. 4,
F i g. 6 den Schnitt VI-Vl aus der Fi g. 4,F i g. 6 the section VI-VI from FIG. 4,
F i g. 7 den Schnitt VII-VII aus der F i g. 4,F i g. 7 the section VII-VII from FIG. 4,
F i g. 8 den axialen Schnitt einer dritten Ausführungsform des Ventils, F i g. 8 shows the axial section of a third embodiment of the valve,
F i g. 9 einen axialen Schnitt einer vierten Ausführungsform des Ventils und -F i g. 9 shows an axial section of a fourth embodiment of the valve and -
F i g. 10 den Schnitt X-X aus der F i g. 9.F i g. 10 shows the section X-X from FIG. 9.
Bei der Ausführungsform nach der F i g. 1 ist in einem Zylinderkopf 1, von dem nur ein Ausschnitt dargestellt ist, ein Ventilführungsteil 2 befestigt, in dem ein Ventil 3 geführt ist, das einen Ventilteller 4 und einen Ventilschaft 5 enthält. Am Ventilschaft 5 ist über konische Verbindungsteile 6 ein Federteller 7 abgestützt, der seinerseits mit Ventilfedern 8,10 zusammenwirkt.In the embodiment according to FIG. 1 is in a cylinder head 1, of which only a section is shown is, a valve guide part 2 is attached, in which a valve 3 is guided, a valve disk 4 and a Includes valve stem 5. A spring plate 7 is supported on the valve stem 5 via conical connecting parts 6, which in turn cooperates with valve springs 8,10.
Der Führungsteil 2 ist mit einem flanschförmigen Teil 2' versehen, an welchem eine Rohrleitung 12 für ein sekundäres Kühlmittel, in diesem Fall unter Druck stehendes Schmieröl, angeschlossen ist. Die Rohrleitung 12 steht über einen Kanal 13 mit einer ringförmigen Ausnehmung 14 im Führungsteil 2 in Verbindung. Unterhalb der Ausnehmung 14 befindet sich zwischen Dichtungen 9 ein Kanal 11 für die Ableitung von Lecköl. Zur Zusammenwirkung mit dem Ventil 3 ist im Zylinderkopf 1 ein Sitzteil 15 vorgesehen, welcher einen Kühlraum 16 aufweist, der mit dem Kühlwasserraum 17 des Zylinderkopfes in Verbindung steht.The guide part 2 is provided with a flange-shaped part 2 ', on which a pipe 12 for a secondary coolant, in this case pressurized lubricating oil, is connected. The pipeline 12 is connected via a channel 13 to an annular recess 14 in the guide part 2. Below the recess 14, between seals 9, there is a channel 11 for the discharge of leakage oil. To interact with the valve 3, a seat part 15 is provided in the cylinder head 1, which one Has cooling space 16 which is in communication with the cooling water space 17 of the cylinder head.
Das Ventil 3 enthält einen inneren Hohlraum 18, in welchem eine Füllung eines primären Kühlmittels 20 eingeschlossen ist. Das primäre Kühlmittel kann z. B. Natrium sein, das im Betrieb flüssig wird und durch Planschwirkung Wärme aus dem Ventilteller 4 in den Ventilschaft 5 transportiert. Das primäre Kühlmittel kann jedoch auch eine Flüssigkeit sein, die im Betrieb verdampft und im kühleren Schaft kondensiert, wodurch sie ebenfalls Wärme vom Teller 4 in den Schaft 5 befördert.The valve 3 contains an inner cavity 18 in which a primary coolant 20 is filled is included. The primary coolant can e.g. B. sodium, which becomes liquid in operation and through Splash effect heat is transported from the valve disk 4 into the valve stem 5. The primary coolant however, it can also be a liquid that evaporates during operation and condenses in the cooler shaft, as a result of which it also transports heat from the plate 4 into the shaft 5.
Wie aus den F i g. 1 bis 3 hervorgeht, ist der Ventilschaft mit schraubenlinienförmig ausgebildeten Nuten 21 und 22 versehen, die an ihren unteren Enden miteinander durch eine Ringnut 23 verbunden sind. Die Nuten sind nach außen durch einen rohrförmigen Teil 24 abgeschlossen, der im Bereich der oberen Enden der Nuten 22 Bohrungen 25 aufweist. Die Bohrungen 25 schaffen eine Verbindung der oberen Enden der Nuten 22 mit dem Ringraum 14 und somit mit der Rohrleitung 12. Die Nuten 21 erstrecken sich an ihren oberen Enden über den Rand des rohrförmigen Teiles 24 hinaus, so daß aus ihnen das durch die Leitung 12 zugeführte Öl nach außen ausfließen kann.As shown in FIGS. 1 to 3 is evident, the valve stem with helical grooves 21 and 22 which are connected to one another by an annular groove 23 at their lower ends. The grooves are closed to the outside by a tubular part 24 in the area of the upper ends of the grooves 22 bores 25 has. The bores 25 connect the upper ends of the grooves 22 with the annular space 14 and thus with the pipeline 12. The grooves 21 extend at their upper ends over the edge of the tubular part 24, so that the fed through the line 12 from them Oil can flow out to the outside.
Im Betrieb fördert in der bereits erwähnten Weise das im Hohlraum 18 befindliche primäre Kühlmittel 20 die Wärme aus dem Ventilteller 4 in den Ventilschaft 5. Dort wird die Wärme an das sekundäre Kühlmittel, das Öl, übertragen, welche aus der Rohrleitung 12 durch den Ringraum 14 und die Bohrungen 25 in die Nuten 22 strömt. Durch die Nuten 22 strömt das Öl nach unten, worauf es durch die Ringnut 23 in die Nuten 21 gelangt. Darauf strömt das Öl durch die Nuten 21 nach oben und verläßt in der Richtung des in der F i g. 1 eingezeichneten Pfeiles 26 das Ventil 3.During operation, the primary coolant 20 located in the cavity 18 conveys in the manner already mentioned the heat from the valve head 4 into the valve stem 5. There the heat is transferred to the secondary coolant, the Oil, transferred from the pipeline 12 through the annulus 14 and the bores 25 into the grooves 22 flows. The oil flows down through the grooves 22, whereupon it passes through the annular groove 23 into the grooves 21. The oil then flows up through the grooves 21 and leaves in the direction of the in FIG. 1 drawn Arrow 26 the valve 3.
Bei dieser Ausführungsform wird die Wärme dem Ventilschaft 5 bereits vor dem Schmierspalt zwischen dem Führungsteil 2 und dem Ventilschaft 5 abgenommen, so daß der Wärmefluß nicht durch das im Spalt befindliche Schmieröl geleitet wird. Dadurch wird, wie bereits erwähnt, dessen thermische Belastung mit der Gefahr einer Verkokung vermieden.In this embodiment, the heat is the valve stem 5 before the lubrication gap between the guide part 2 and the valve stem 5 removed so that the heat flow is not through the gap located lubricating oil is passed. As already mentioned, this reduces its thermal load with the Avoided risk of coking.
Wie insbesondere aus der F i g. 3 hervorgeht, sind bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 3 die Nuten 21, 22 schraubenlinienförmig mit großer Steigung ausgebildet. Damit wird ein Eingraben von axialen Nuten in die Führungsfläche des Führungsteiles 2 durch eine unrunde Form des Teiles 24 vermieden.As can be seen in particular from FIG. 3, in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 the grooves 21, 22 formed helically with a large pitch. This prevents axial grooves from being buried avoided in the guide surface of the guide part 2 by a non-circular shape of the part 24.
Die Fig.4 bis 7 zeigen eine andere Ausführungsform des Ventils. Das in diesen Figuren dargestellte Ventil 30 kann an der Stelle des Ventils 3 nach der F i g. 1 verwendet werden. Das in den F i g. 4 bis 7 dargestellte Ventil 30 enthält Bohrungen 31 und 32, die in der Wand des Ventilschaftes 33 ausgebildet sind und parallel zur Achse A des Schaftes 33 verlaufen. Jeweils zwei benachbarte Bohrungen 31 und 32 sind durch im Schnitt VII-VII nach der Fig. 7 dargestellte Verbindungsbohrungen 34 miteinander verbunden. Die Bohrungen 32 enthalten seitliche Bohrungen 35 für die Zufuhr von Öl aus dem Ringraum 14. An den Enden der Bohrungen 31 befinden sich nach außen führende Bohrungen 36, durch welche das Öl austreten kann. Oben sind die Bohrungen 31 und 32 durch einen zapfenförmigen Teil 37 abgeschlossen, der mit dem Schaft 33 z. B. durch Elektronenschweißung verbunden sein kann.FIGS. 4 to 7 show another embodiment of the valve. The valve 30 shown in these figures can take the place of the valve 3 according to FIG. 1 can be used. The in the F i g. The valve 30 shown in FIGS. 4 to 7 contains bores 31 and 32 which are formed in the wall of the valve stem 33 and run parallel to the axis A of the stem 33. In each case two adjacent bores 31 and 32 are connected to one another by connecting bores 34 shown in section VII-VII according to FIG. 7. The bores 32 contain lateral bores 35 for the supply of oil from the annular space 14. At the ends of the bores 31 there are outwardly leading bores 36 through which the oil can escape. At the top, the bores 31 and 32 are closed by a pin-shaped part 37, which is connected to the shaft 33 z. B. can be connected by electron welding.
Das Ventil 40 nach der F i g. 8 enthält einen Schaft 41 mit einem Hohlraum 42, in welchem sich zwei koaxiale Rohre 43 und 44 befinden. An ihren unteren Enden sind die Rohre 43 und 44 durch einen Verbindungsteil 45 verbunden, welcher gleichzeitig die beiden Rohre dichtend abschließt. Zur Verbindung der Jnnenräume der beiden Rohre sind in der Wand des inneren Rohres 44 Öffnungen 46 vorgesehen. Der Ringraum zwischen den Rohren 43 und 44 ist an Bohrungen 47 angeschlossen, die zur Verbindung mit dem Ringraum 14 im Führungsteil 2 nach der F i g. 1 dienen. Der Innenraum des inneren Rohres 44 steht über eine Bohrung 48 in einem zapfenförmigen Teil 50 mit nach außen führenden Bohrungen 51 in Verbindung, welche zur Ableitung des Öles dienen. Die Wirkungsweise des Ventils 40 ist im Betrieb gleich wie die der vorher beschriebenen Ventile. Dabei besteht jedoch der zusätzliche Vorteil, daß das im Hohlraum 42 befindliche primäre Kühlmittel durch die Wärmeübertragungsvorrichtung, welche durch die Rohre 43, 44 gebildet wird, von innen gekühlt wird. Es ist daher gleichzeitig ein Wärmestrom in bekannter Weise durch den Schmierfilm nach außen in den Führungsteil 2 möglich. Dadurch wird die Kühlwirkung zusätzlich unterstützt. Ein Verkoken des Schmieröles im Schmierfilm wird dadurch verhindert, daß die Temperatur des Schaftes bereits ausreichend durch das sekundäre Kühlmittel gesenkt wird, das durch die Rohre 43 und 44 strömt.The valve 40 of FIG. 8 contains a shaft 41 with a cavity 42 in which there are two coaxial Pipes 43 and 44 are located. At their lower ends, the tubes 43 and 44 are connected by a connecting part 45 connected, which at the same time seals the two pipes. To connect the interior of the openings 46 are provided in the wall of the inner tube 44 for both tubes. The annulus between the Pipes 43 and 44 are connected to bores 47 for connection to the annular space 14 in the guide part 2 according to FIG. 1 serve. The interior of the inner tube 44 is in a bore 48 in a peg-shaped part 50 with outwardly leading bores 51 in connection, which for the derivation of the Serve oil. The operation of the valve 40 is the same as that of the valves previously described. However, there is the additional advantage that the primary coolant located in the cavity 42 cooled from the inside by the heat transfer device which is formed by the tubes 43, 44 will. There is therefore at the same time a heat flow in a known manner through the lubricating film to the outside the guide part 2 possible. This also supports the cooling effect. A coking of the lubricating oil in the lubricating film prevents the temperature of the shaft from being sufficiently affected by the secondary coolant flowing through tubes 43 and 44 is decreased.
In der F i g. 9 ist ein Ventil 60 dargestellt, das im wesentlichen der Ausführungsform nach der F i g. 1 entspricht. Dabei sind in einem inneren Teil 61 des Ventilschaftes 62 Nuten 63 und 64 ausgebildet. Der innere Teil 61 ist von einem äußeren, rohrförmigen Teil 65 umgeben, der durch eine Schweißnaht 66 mit dem Ventilschaft 62 verbunden ist und dessen Teil bildet. Die unteren Enden der Nuten 63 und 64 sind durch einen Ringkanal 67 miteinander verbunden. In die Nuten 64 führen Bohrungen 68, die zur Verbindung mit dem Ringraum 14 dienen. Die oberen Enden der Nuten 63 münden in eine Bohrung 70, aus welcher Bohrungen 71 nach außen führen. Bei dieser Ausführungsform strömt das sekundäre Kühlmittel durch die Bohrungen 68 in die Nuten 64 und den Ringraum 66 in die Nuten 63. Aus diesen tritt es nach der Aufnahme von Wärme durch die Bohrungen 71 nach außen.In FIG. 9, a valve 60 is shown, which essentially the embodiment according to FIG. 1 corresponds. Here are in an inner part 61 of the valve stem 62 grooves 63 and 64 are formed. The inner part 61 is of an outer, tubular part 65 surrounded, which is connected by a weld 66 to the valve stem 62 and forms part of it. the The lower ends of the grooves 63 and 64 are connected to one another by an annular channel 67. In the grooves 64 lead bores 68 which are used to connect to the annular space 14. The upper ends of the grooves 63 open into a bore 70, from which bores 71 lead to the outside. In this embodiment there is a flow the secondary coolant through the bores 68 in the grooves 64 and the annulus 66 in the grooves 63. Aus After absorbing heat, it passes through the bores 71 to the outside.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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