DE2704439B1

DE2704439B1 - Kolbenbrennkraftmaschine mit im Sitzbereich gekuehltem Ventilkorb fuer das Auslassventil

Info

Publication number: DE2704439B1
Application number: DE2704439A
Authority: DE
Inventors: Ernst Berchtold
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1978-08-10
Also published as: GB1545749A; NO147315C; FI60059B; SU759057A3; NL171482C; FI60059C; NO780306L; NO147315B; DK145648B; DK145648C; FI773494A; JPS5395444A; FR2378945B1; IT1090380B; NL7800786A; DK26678A; FR2378945A1; JPS5755887B2; CH614014A5; NL171482B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine mit im Sitzbereich gekühltem Ventilkorb für das Auslaßventil, mit je mindestens einem im Bereich der Schaftführungspartie für den Ventilkörper angeordneten, an einen Zuführ- bzw. Abführkanal für das Kühlmittel angeschlossenen Kühlmittel-Sammelraum sowie mit einer Mehrzahl von über den Umfang des Ventilkorbs verteilten Kühlmittelkanälen, welche sich von den Sammelräumen in einen zur Sitzkühlung dienenden Kühlmittelraum erstrecken.

Bei hochbelasteten Brennkraftmaschinen, insbesondere bei solchen mit Schwerölbetrieb, ist es vorteilhaft, die Ventilsitzteile zu kühlen. Man erreicht auf diese Weise eine bessere Kühlung des Ventilkörpers, der damit in vermindertem Maße der Gefahr von Hochtemperatur-Korrosion ausgesetzt ist. So ist z. B. ein auswechselbarer Ventilsitzteil bekanntgeworden, der in eine Bohrung des Zylinderkopfs eingesetzt ist und mit diesem einen Ringraum einschließt, der sich im Strömungsweg eines Kühlmittels befindet Die Kühlmittelzufuhr und -abfuhr erfolgt bei über im wesentlichen einander diametral gegenüberliegende Bohrungen, die mit Kühlräumen des Zylinderkopfes kommunizieren.

Eine Kühlung der Sitzpartie erzeugt jedoch vielfach neue Probleme, die meist mit einer durch die Kühlung bewirkten ungleichmäßigen Temperaturverteilung in Umfangsrichtung der Ventilpartie zusammenhangen. Eine ungleiche Temperaturverteilung kann insbesondere die Rundheit des Ventilsitzes beeinträchtigen. Dies verschlechtert den Wärmeübergang vom Ventilkörper in die Sitzpartie und auch die Abdichtung des Brennraumes. Durchtretende Leckgase können lokale

ίο Überhitzungen erzeugen oder Verunreinigungen in die Sitzpartie transportieren, was die genannten nachteiligen Erscheinungen noch verstärkt

Diese nachteiligen Erscheinungen lassen sich auch bei einer anderen bekannten Anordnung feststellen, die

is eine Vielzahl von über den Umfang des Ventilkorbs verteilten Kühlmittelbohrungen aufweist, welche mit einem im Sitzbereich befindlichen ringartigen Kühlraum kommunizieren. Die auf einer Umfangshälfte befindlichen Kühlmittelkanäle stehen hierbei mit einem an die Kühlmittelzufuhr angeschlossenen halbringförmigen Sammelraum in Verbindung, während die Kanäle im anderen Umfangsteil mit einem entsprechenden Sammelraum kommunizieren, der an den Abführkanal für das Kühlmittel angeschlossen ist Ferner ist ein Ventilkorb mit einem zur Kühlung der Sitzpartie dienenden ringartigen Kühlraum vorgeschlagen, aus welchem über den Umfang verteilte Kühlmittelkanäle sich in jeden dem Kanal zugeordneten Kondensationsraum erstrecken. Die so gebildeten geschlossenen

JO Kühlmittelsysteme sind mit einem verdampfbaren Kühlmittel gefüllt, wobei die Wärmeabfuhr durch Kondensation im Kondensationsraum erfolgt, der von außen durch ein zweites Kühlmittel angeströmt ist Diese Anordnung beruht auf einer grundsatzlich

-*"> anderen Kühlwirkung; so ist kein Zwanglauf vorhanden und die verbesserte Temperaturverteilung kann nur erkauft werden durch schwerwiegende Nachteile. So ist der Kuhlmittelinhalt eines dieser geschlossenen Systeme nicht kontrollierbar, was Havarien bei Undichtheit nicht rechtzeitig erkennen läßt. Ferner treten hohe Drücke auf, welche entsprechende Wandstärken bedingen und die Sicherheit der Schweißverbindungen erheblich herabsetzen. Zudem bewirkt die unsymmetrische Führung des äußeren Kühlmittels in einem Bereich, d_er verhältnismäßig nahe bei der Sitzpartie liegt, eine ungleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Körpers.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, durch neuartige Anordnung der Strömungswege für die Zufuhr und Abfuhr von Kühlmittel in bzw. aus dem Kühlmittelbereich im Bereich der Sitzpartie eine möglichst ausgeglichene Temperaturverteilung innerhalb der Ventilbaugruppe zu erreichen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung aufeinander folgende Kühlmittelkanäle abwechselnd mit einem an den Zuführkanal für das Kühlmittel angeschlossenen Sammelraum bzw. mit einem an den Abführkanal angeschlossenen Sammelraum in Verbindung stehen.

Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, eine zur Achse der Auslaßventil-Baugruppe praktisch symmetrische Anordnung von Strömungswegen für das Kühlmittel zu erreichen: Dabei lassen die über den Umfang verteilten, alternierend zur Zu- bzw. Abfuhr von Kühlmittel bestimmten Kanälen einerseits im Kühlmittelraum hinter der Sitzpartie eine homogene Temperaturverteilung erreichen und andererseits ergeben sich im Ventilkorb zwischen den Sammelräumen und der

Sitzpartie keine ungünstigen Temperaturverhältnisse, welche unerwünschte Spannungen und Deformationen hervorrufen können. Gleichzeitig ermöglicht die geschilderte Anordnung der Strömungswege für das Kühlmittel eine Korbausbildung, die sich durch Abwesenheit großer Werkstoffanhäufungen auszeichnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform können zwei in axialer Richtung des Ventilkorbes aufeinander folgend angeordnete, voneinander getrennte Kühlmittel-Sammelräume vorgesehen sein, welche jeder für sich ringartig die Schaftführungspartie umschließen. Eine solche Ausführungsform ermöglicht einen besonders einfachen, direkten Anschluß der Kühlmittelkanäle an die Sammelräume. Es empfiehlt sich hierbei, die den näher beim Ventilsitz befindlichen Sammelraum umschließende Wand mit in den Sammelraum vorspringenden Partien zu versehen, welche zur Unterbringung der zum anderen Sammelraum führenden Kühlmittelkanäle dienen.

Es ist aber auch möglich, zwei in gleichem Abstand zur Sitzpartie angeordnete, sich je über einen Teil des Umfangs des Ventilkorbs erstreckende Sammelräume sowie Überströmkanäle vorzusehen, welche einen Sammelraum mit einem oder mehreren, im anderen Umfangsteil befindlichen Kühlmittelkanälen verbinden. Diese Anordnung ermöglicht bei Wahrung der geschilderten Vorteile eine gedrängte Bauweise der Ventilbaugruppe in axialer Richtung.

Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale und Vorteile sind nachstehend anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch die Auslaßventil-Baugruppe einer Kolbenbrennkraftmaschine mit zwei in axialer Richtung des Ventilkorbs aufeinander folgend angeordneten Kühlmittel-Sammelräumen,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1 und F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in F i g. 1, F i g. 4 und 5 je einen F i g. 1 entsprechenden Teilschnitt einer Ausführungsform mit zwei in etwa gleichem Abstand zur Sitzpartie angeordneten Kühlmittel-Sammelräumen,

F i g. 6 einen Schnitt nach der 6-6 in F i g. 4 und F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 in F i g. 4. In den Zylinderkopf 11 ist der Ventilkorb 12 eingesetzt. Der Korb weist einen Sitz 13 auf, der durch Hartmetallauftragsschweißung gebildet ist. Der Ventilkorb wird mit Hilfe der Tellerfedern 14 gegen die Schulter 15 gepreßt, und zwar mit Hilfe des nur teilweise gezeichneten Kipphebelgehäuses 16, das seinerseits mit Hilfe von nicht gezeichneten Schraubenbolzen am Zylinderkopf 11 befestigt ist. Zur Führung des den Ventilkörper 17 tragenden Ventilschaftes 18 ist in den Ventilkorb die Führungshülse 19 eingesetzt. Diese stützt sich auf die Schulter 20, die durch den Zwischenboden des Ventilkorbs gebildet ist. Der Oberteil der Führungshülse 19 ist in die Bohrung 22 des Ventilkorbs eingesetzt. Im Bereich des Zwischenbodens 21 und der Bohrung 22 befinden sich Dichtungsringe 23 bzw. 24. Ein weiterer Zwischenboden 25 umschließt mit Schiebesitz ι die Führungshülse 19. Der Ventilkörper 17 dient zur Steuerung des Austritts der Gase aus dem Brennraum 26, der vom Zylinder 27 zusammen mit dem Ventilkopf begrenzt ist.

Mit Hilfe der geschilderten Anordnung werden im ι Oberteil des Ventilkorbs zwei Kühlmittelsammelräume und 29 erhalten, die durch den Zwischenboden 25 voneinander getrennt sind. Jeder dieser Sammelräume ist durch drei Kühlmittelkanäle mit dem Kühlmittelraum 30 in der Sitzpartie des Ventilkorbs verbunden; es könnten aber auch mehr als drei Kanäle vorgesehen sein. Diese Kühlmittelkanäle 31a, 316,31c bzw. 32a, 326, 32c sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, und zwar so, daß in Umfangsrichtung aufeinander folgend abwechselnd ein Kühlmittelkanal 31 vom Sammelraum

28 und ein Kühlmittelkanal aus dem Sammelraum 29 sich in den Kühlmittelraum 30 erstreckt. Der Sammelraum 28 ist über den Anschlußnippel 33 mit einer nicht gezeichneten Kühlmittelquelle — z. B. Kühlwasser — verbunden. Zur Abfuhr von Kühlmittel aus dem Sammelraum 29 ist dieser über die Bohrung 34 mit dem Anschlußnippel 35 verbunden, der über eine nicht

π gezeichnete Leitung mit einer Abfuhrstelle für das Kühlmittel verbunden ist. Im Bereich des Strömungskanals 36 für die bei geöffnetem Ventil aus dem Brennraum abströmenden Gase sind die Kühlmittelkanäle als Bohrungen in Stelzen 37 ausgebildet. Gegenüber dem Austrittskanal 38 im Zylinderkopf befindet sich ein Schutzschild 39, der den Zylinderkopf gegen Hitzeeinwirkung schützt. Im Bereich des Sammelraums

29 sind die Kühlmittelkanäle 31 in Partien 40 angeordnet, welche durch vorspringende Bereiche der

2"> den Sammelraum 29 abschließenden Korbwand 41 gebildet sind. Anstelle von Stelzen könnte natürlich auch eine durchgehende, die Kanäle aufnehmende Wand vorhanden sein, welche eine öffnung im Bereich 37 für den Gasdurchtritt aufweist.

Jd Im Betrieb wird über den Anschlußnippel 33 dem Sammelraum 28 Kühlmittel zugeführt, das über die Kühlmittelkanäle 31a, 316,31 c in den Kühlmittelraum 30 gelangt. In Umfangsrichtung gesehen befindet sich zwischen je zwei Kühlmittelkanälen 31 ein Kühlmittel-

5"> kanal 32, durch welchen das dem Raum 30 zugeführte Kühlwasser in den Sammelraum 29 geführt wird, aus welchem es über die Bohrung 34 und den Anschlußnippel 35 wieder abströmen kann.
Durch die alternierende Anordnung der Kühlmittel-

Hi kanäle 31 und 32 ergeben sich sowohl in der Sitzpartie 13 als auch im Bereich der Kanäle 31 und 32 weitgehend ausgeglichene Temperaturverhältnisse. Das Gleiche gilt für den Bereich der Sammelräume 28 bzw. 29.

Zu der Ausführungsform nach den F i g. 4 bis 7 sind

n zwei in etwa gleichem Abstand zur nicht gezeichneten Sitzpartie angeordnete und sich über je einen Teil des Umfanges des Ventilkorbs 51 erstreckende Kühlmittel-Sammelräume 52 bzw. 53 vorhanden. Der Sammelraum 52 ist über den Anschlußnippel 54 mit einer nicht

")() gezeichneten Kühlmittelquelle verbunden. Zum Abführen von Kühlmittel aus dem Sammelraum 53 ist dieser über den Kanal 55 und den Anschlußnippel 56 mit einer nicht gezeichneten Abführstelle für das Kühlmittel verbunden.

>) Der Sammelraum 52 ist über die Kühlmittelkanäle 57a, 576 und 57c mit dem aus F i g. 1 ersichtlichen, zur Sitzkühlung dienenden Kühlmittelraum 30 verbunden. Die Kanäle 57a und 576 erstrecken sich geradlinig vom Sammelraum 52 in den genannten Kühlmittelraum und

o sind als Bohrungen im Ventilkorb 51 ausgebildet. Der Kanal 57c ist über die im Steg 65 befindliche Radialbohrung 60 mit einem Spaltraum 61 verbunden, der durch die Außenwand 62 der Führungshülse 63 für den nicht gezeichneten Schaft des Ventilkörpers und

"> eine in Umfangsrichtung sich über etwa 150° erstrekkende Nut 64 begrenzt ist. Dieser Spaltraum ist über die Bohrung 66 mit dem Sammelraum 52 verbunden. Der Sammelraum 53 ist auf entsprechende Weise

einerseits direkt über die Kanäle 67a und 67b mit dem Kühlmittelraum 30 des Ventilkorbs verbunden. Weiter steht der Sammelraum 53 über die Radialbohrung 68, den Spaltraum 69 und die Bohrung 70 im Steg 71 mit dem Kühlmittelkanal 67c in Verbindung, der sich in dem dem Sammelraum 53 gegenüberliegenden Umfangsteil befindet. Der Sammelraum 53 ist über einen dem Kanal 55 entsprechenden Kanal 72 mit dem Anschlußnippel 54 verbunden.

Die aus gießtechnischen Gründen und zum Erzeugen der verschiedenen Radialbohrungen notwendigen Bohrungen in den Wandungen des Ventilkorbs 51 sind durch Gewindezapfen 73,74 und 75 verschlossen.

Im Betrieb wird über den Anschlußnippel 54 dem Sammelraum 52 Kühlmittel zugeführt, das über die Kühlmittelkanäle 57a, 57b, 57c in den in Fig. 1 gezeichneten Kühlmittelraum 30 gelangt In Umfangsrichtung gesehen befinden sich zwischen je zwei

Kühlmittelkanälen 57 einer der Kühlmittelkanäle 67a, 67b bzw. 67c durch welche das in den Raum 30 zugeführte Kühlmittel in den Sammelraum 53 hochgeführt wird, aus welchem es über den Kanal 55 und den Anschlußnippel 56 abströmen kann.

ίο Die alternierende Anordnung der Kühlmittelkanäle 57 und 67 gewährleistet auch bei der Ausführungsform nach den Fig.4 bis 7 im Bereich der Kühlmittelkanäle, in der Sitzpartie und im Bereich der Sammelräume weitgehend ausgeglichene Temperaturverhältnisse.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit im Sitzbereich gekühltem Ventilkorb für das Auslaßventil, mit je mindestens einem im Bereich der Schaftführungspartie für den Ventilkörper angeordneten, an einen Zuführ- bzw. Abführkanal für das Kühlmittel angeschlossenen Kühlmittel-Sammelraum sowie mit einer Mehrzahl von über den Umfang des Ventilkorbs verteilten Kühlmittelkanälen, welche sich von den Sammelräumen in einen zur Sitzkühlung dienenden Kühlmittelraum erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung aufeinander folgende Kühlmittelkanäle abwechselnd mit einem an den Zuführkanal für das Kühlmittel angeschlossenen Sammelraum bzw. mit einem an den Abführkanal angeschlossenen Sammelraum in Verbindung stehen.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei in axialer Richtung des Ventilkorbs aufeinander folgend angeordnete, voneinander getrennte Kühlmittel-Sammelräume, welche jeder für sich ringartig die Schaftführungspartie umschließen.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei in etwa gleichem Abstand zur Sitzpartie angeordnete, sich je über einen Teil des Umfangs des Ventilkorbs erstreckende Sammelräume, sowie durch Überströmkanäle, welche einen Sammelraum mit einem oder mehreren im anderen Umfangsteil befindlichen Kühlmittelkanälen verbinden.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den näher beim Ventilsitz befindlichen Sammelraum umschließende Wand in den Sammelraum vorspringende Partien aufweist, welche zur Unterbringung der zum anderen Sammelraum führenden Kühlmittelkanäle dient.