DE2355292C2 - Gekühltes Tellerventil einer Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gekühltes Tellerventil einer Kolbenbrennkraftmaschine. mit einem inneren Hohlraum, in welchem ein primäres Kühlmittel eingeschloslen ist, das zur Übertragung von Wärme aus dem Ventilteiler in den Ven'ilschaft bestimmt ist, wobei Abgabe 4er Wärme aus dem Ventilschaft an ein sekundäres, die Maschine durchströmendes Kühlmittel vorgesehen ist.

Es sind Tellerventile bekannt, die z. B. im Hohlraum tine 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 hochbela-Itete Auslaßventile gekühlt.

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 Wir.Jungsmittellinie 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.

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.

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 Zuführlei-

tung für das sekundäre Kühlmittel anschließbar sind.

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.

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.

Eine derartige Wärmeabgabe ist aber nicht intensiv

genug.

Normalerweise kann das sekundäre Kühlmittel Schmieröl sein. Es ist jedoch unter Umständen auch die Verwendung von Kühlwasser denkbar.

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 Wärmeübertragungsvorrichtung erhalten, die leicht herstellbar ist.

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.

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.

Den Gegenstand der Erfindung weiterausbildende Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Ventils einer mittelschnellaufenden aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine in eingebautem Zustand in einem Zylinderkopf,

F i g. 2 den Schnitt 11-11 aus der F i g. 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. 4 einen axialen Schnitt einer anderen Ausfüh-

rungsform des Ventils, das an der Stelle des Ventils aus der F i g. 1 verwendet werden kann,
F i g. 5 den Schnitt V-V aus der F i g. 4,
F i g. 6 den Schnitt Vl Vl aus der F i g. 4,

δδ

F i g. 7 den Schnitt VH-VII aus der F i g. 4,

F i g. 8 den axialen Schnitt einer dritten Ausführungsform des Ventils,

F i g. 9 einen axialen Schnitt einer vierten Ausführungsform des Ventils und F i g. 10 den Schnitt X-X aus der h i g. 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 eintn Ventilteller 4 und einen Ventilschaft 5 enthält. Am Ventilschaft 5 ist über konische Verbindungsteile 6 ein Federteller 7 abgestützt, der seinerseits mit Vsntilfedern 8,10 zusammenwirkt.

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 S3 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 irn Zylinderkopf 1 ein Sitzteil 15 vorgesehen, welcher einen Kühlraum 16 aufweist, der mit dem Kühlwasserraum 17 des Zylinderkopfes in Verbindung steht.

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 kondensieri, wodurch sie ebenfalls Wärme vom Teller 4 in den Schaft 5 befördert.

Wie aus den Fig. 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 iK-r 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.

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 dns 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.

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.

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 uurunde Form des Teiles 24 vermieden.

Die F i g. 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 VlI-VIl 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 zapfenförniigen Teil 37 abgeschlossen, der mit dem Schaft 33 z. B. durch Elektronenschweißung verbunden sein kann.

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 Innenräume der beiden Rohre sind in der Wand des inneren Rohres 44 Öffnungen 46 vorgesehen. Der Ringraum /wischen 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.

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 Vcntilschaftes 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 isi 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

r\ n tr63 Oη η ο έ, Ό £> Patentansprüche:

1. Gekühltes Tellerventil einer Kolbenbrennkrafimaschine, 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 an ein sekundäres, die Maschine durchströmendes Kühlmittel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilschaft (5, 33, 41. 62, 65) Kanäle (21, 22, 31, 32, 63, 64) für das sekundäre Kühlmittel ausgebildet sind, welche den Hohlraum (18) im wesentlichen umschließen bzw. durchdringen und an eine Zuführleitung (12) für das sekundäre Künlmittel anschließbar sind

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Kühlmittel Schmieröl ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in der Wand bzw. einer Wand des Ventilschaftes ausgebildete Nuten (21, 22, 63, 64) sind, die in Längsrichtung des Schaftes (5,62,65) verlaufen und nach außen durch einen rohrförmigen Teil (24,65) abgeschlossen sind (F i g. 1.9.10).

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in der Wand des Ventilschaftes (33) ausgebildete Bohrungen (31, 32) sind, die parallel zur Achse (A) des Schaftes (33) verlaufen.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (42) des Ventilschaftes (41) mit dem Ventilschaft koaxiale, die Kanäle bildende Rohre (43,44) angeordnet sind.