DE2303699A1

DE2303699A1 - Fluessigkeitsgekuehltes auslassventil fuer eine brennkraftmaschine und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2303699A1
Application number: DE19732303699
Authority: DE
Inventors: Karl Walter Kuehn
Original assignee: D'etudes De Machines Thermiques Semt St Denis (frankreich) Ste
Current assignee: D'etudes De Machines Thermiques Semt St Denis (frankreich) Ste
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1973-01-26
Publication date: 1973-08-23
Also published as: IT970441B; ES408703A1; SU583775A3; BR7208633D0; NO139324C; JPS5223028B2; CH562395A5; DK135002C; DE2303699C3; JPS4888334A; FR2171656A5; FI57469B; DK135002B; FI57469C; SE395933B; BE799268A; GB1405606A; NO139324B; NL7301831A; SU559660A3

Description

24. 1. 1973

Sch/Kr.

1037

Societe d'Etudes de Machines Thermiques 3.Ε.Γ1.Ί. 2, quai de Seine

93 - St. Denis (Frankreich)

Flüssxgkeitsgekühltes Auslaßventil für eine Brennkraftmaschine und Herstellungsverfahren.

Die Erfindung betrifft ein durch Flüssigkeitsumwälzung gekühltes Auslaßventil für eine Brennkraftmaschine, das aus einem Ventilkopf und einem in diesen eingeschraubten Ventilschaft bestehts sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Auslaßventils.

Bekannte flüssigkeitsgekühlte Auslaßventile haben im allgemeinen folgenden Aufbau: Der Ventilschaft weist einen Zuleitungs- und einen in Längsrichtung koaxial und konzentrisch zu diesem angeordneten Rückleitungskanal für Kühlflüssigkeit auf. Der innere Kanal besteht dabei im allgemeinen aus einem Rohr, das in das Innere des äußeren Kanals eingesetzt ist. Der Ventilschaft ist in den Ventilkopf eingeschraubt und mit einer Blindbohrung versehen, in welcher das den Innenkanal bildende Rohr befestigt ist, welches an dem auf der Seite des Ventilkopfs befindlichen Ende beispielsweise durch Schweißung entweder an einer Ringmutter mit Außengewinde befestigt ist, die ihrerseits auf der dem Ventilkopf zugewandten Seite in den Ventilschaft eingeschraubt ist, oder an einem glatten, zylindrischen Stopfen befestigt, welcher auf der

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Seite des Ventilkopfs durch Paßsitz in den Ventilschaft eingepaßt ist. Außerdem kann das den Innenkanal bildende Rohr über seine Länge mit mehreren Auflagerstellen versehen sein, durch welche es in der Blindbohrung zentriert ist.

Diese Anordnung eines bekannten Auslaßventils ist mit mehreren Nachteilen behaftet, welche darauf zurückzuführen sind, daß die Halterung und Befestigung des den inneren Kanal bildenden (und notwendigerweise aus einem korrosionsfesten SpezialStahl bestehenden) Rohrs sehr kompliziert sind. Insbesondere die Schweißverbindungen des Innenrohrs müssen sehr sorgfältig ausgeführt werden und stellen daher einen kostspieligen und zur Erzielung einer ausreichend langen Standzeit und einer im normalen Betrieb des Motors ausreichenden Zuverlässigkeit unbedingt erforderlichen Arbeitsgang dar.

Durch die Erfindung sollen daher ein durch Kühlflüssigkeitsumwälzung kühlbares Auslaßventil für eine Brennkraftmaschine, das nicht mit den vorstehend beschriebenen Nachteilen bekannter Ventile behaftet ist, und vereinfachte und preiswerte Herstellungsverfahren für ein derartiges Ventil geschaffen , werden.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene flüssigkeitsgekühlte Auslaßventil für eine Brennkraftmaschine weist einen mit einer Kammer versehenen Ventilkopf und einen in diesen eingeschraubten Ventilschaft mit im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden und in die im Ventilkopf befindliche Kammer mündenden Zu- und Ruckleitungskanalen für die Kühlflüssigkeit auf und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,, daß wenigstens zwei außenseitig voneinander getrennte und insbesondere in bezug auf die Längsachse des Ventilschafts im wesentlichen symmetrisch angeordnete rohrförmige Kanäle vorgesehen sind.

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Wenn die Zu- und Rückleitungskanäle geradlinig und parallel zur Längsachse des Ventilschafts verlaufen, können diese entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung einander benachbart und in Querrichtung in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sein.

Entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung können die in Längsrichtung des Ventilschafts verlaufenden Kanäle mit der Außenseite des Ventilschafts durch im wesentlichen radial verlaufende, im Ventilschaft ausgebohrte Querkanäle in Verbindung stehen.

Ein zur Herstellung des vorstehend beschriebenen flüssigkeitsgekühlten Auslaßventils für eine Brennkraftmaschine, das aus einem Ventilkopf und einem in diesen eingeschraubten Ventilschaft besteht, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in einer zur Ausbildung des Ventilschafts bestimmten Rundstange wenigstens zwei, zumindest zunächst im wesentlichen parallel zur Stangenlängsachse verlaufende, je- ■ weils als Zu- und Rückleitung für die Kühlflüssigkeit dienende Kanäle ausgebohrt werden.

Das Herstellungsverfahren kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch darin bestehen, daß die zur Ausbildung des Ventilschafts bestimmte Rundstange zusammen mit den Zu- und Rückleitungskanälen in einem Arbeitsgang unmittelbar durch Strangpressen hergestellt wird.

Die Herstellung des erfindungsgemääen, durch Flüssigkeitsumwälzung gekühlten Auslaßventils ist somit wesentlich vereinfacht, da in einer zur Ausbildung des Ventilschafts bestimmten Rundstange lediglich ii: Längsrichtung zueinander parallele Kanäle ausgebohrt zu werden brauchen, wobei die Rundstange aus einem gezogenen oder gewalzten Rundprofil hergestellt sein kann, Es ist gleichfalls möglich, den Ventilschaft zusammen

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mit den Kanälen in einem Arbeitsgang durch Strangpressen herzustellen, wobei das Ausbohren der Kanäle in Fortfall kommt.

Die schwerwiegendsten Nachteile bei der Herstellung bekannter Auslaßventile, nämlich schwierige Schweißarbeiten, hohe Gestehungskosten und die Gefahr von Verarbeitungsfehlern sind daher bei dem erfindungsgemäßen Auslaßventil beseitigt, und dieses ist außerdem von wesentlich einfacherer Ausbildung und leicht in mehreren unterschiedlichen Ausführungsformen herstellbar.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele in Einzelheiten und in bezug auf die dadurch erzielbaren Vorteile näher erläutert. In den Figuren ist

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Auslaßventils, das einen mit Kanälen stranggepreßten Ventilschaft aufweist,

Fig. 2 ein Querschnitt entsprechend der Linie II-II der Fig. I₉

Fig. 3 ein teilweiser Längsschnitt durch eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform,

Fig. 3a ein Fig. 3 entsprechender Längsschnitt des

freien Ventilschaftendes einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4 ein teilweiser Längsschnitt mit teilweiser Wegbrechung einer weiteren Ausführungsform, in welcher die Kanäle im Ventilschaft ausgebohrt sind,

Fig. 5 ein Querschnitt entsprechend der Linie V-V der Fig. U,

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Fig. 6 ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform entsprechend Fig. 5,

Fig. 7 eine schaubildliche Teilansicht einer weiteren Ausführungsform, in welcher die im Ventilschaft befindlichen Kanäle um die Schaftlängsachse schraubenförmig gewendelt sind.

Bei sämtlichen Ausführungsformen des in den verschiedenen Zeichnungsfiguren dargestellten erfindungsgemäßen Auslaßventils handelt es sich um ein flussigkeitsgekühltes Ventil» bei dem der Ventilschaft in den Ventilkopf eingeschraubt und durch Hartlötung mit diesem verbunden ist.

Das in Fig. I dargestellte Auslaßventil weist einer·, allgemein mit dem Besugszeichen 1 bezeichneten Ventilschaft auf, der an einem Ende eil? Außengewinde 2 trägt» welches in ein entsprechendes Innengewinde 3 des Ventilkopfes 4 eingeschraubt ist. Außerdem ist der Ventilschaft 1 vermittels einer Hartlöt-Dichtungsbefsstigung 5 mit dem Ventilkopf H verbunden.

Im Ventilkopf k befindet sich ein mittiger₅ kammerförmiger Hohlraum 6, in dan das mit dem Außengewinde 2 versehene Ende des Ventilschafts i eingeführt ist. Der Hohlraum 6 im Ventilkopf 4 steht über Querkanäle S und 10 in Verbindung mit iiii Ventilschaft ausgebildeten Längskanälen 7 und 8.

Der Ventilschaft 1 wird erfindungsgemäß mit den Längskanälen 7 und 8 durch Strangpressen in der Weise hergestellt» daß die Längskanäle im wesentlichen parallel zueinander und beispielsweise symmetrisch zur Längsachse des Ventilschafts 1 verlaufen, wie in Fig., i dargestellt ist. Beim Strangpressen des Ventilschafts 1 wird vorzugsweise zunächst eine Rundstange großer Länge erzeugt und dann diese in kürzere Längen unterteilt, welche anschließend bearbeitet und angenähert in die

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in den Zeichnungen dargestellte Formgebung gebracht werden.

Der Ventilschaft 1 kann auch aus einem massiven Rundprofil hergestellt werden, in dem wenigstens zwei in Längsrichtung parallel zueinander verlaufende Kanäle ausgebohrt werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslaßventils sind die Längskanäle 7 und 8 über die ganze Länge des Ventilschafts 1 durch Strangpressen hergestellt und sind daher an beiden Enden 11 und 12 des Ventilschafts 1 offen. Die Längskanäle 7 und 8 sind am Ende des Ventilschafts 1 aufgrund der Anlage dieses Endes 12 gegen den Boden des im Ventilkopf h befindlichen Hohlraums 6 geschlossen, während sie an dem Ende 11 des Ventilschafts 1 durch ein im wesentlichen zylindrisches, aufgesetztes Endstück 13 verschlossen sind, das durch einen Kipphebel beaufschlagt wird. Bei der hier betrachteten Ausführungsform weist das aufgesetzte Endstück 13 einen kreisförmigen mittigen Vorsprung IH auf, welcher in einen entsprechenden Randflansch 15 an dem Ende 11 des Ventilschafts 1 eingreift.

Entsprechend der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist das aufgesetzte Endstück 13'. an dem dem Ende 11' des Ventilschafts zugewandten Ende IM·¹ im wesentlichen eben ausgebildet und verschließt die Längskanäle 7^f und 8^! des Ventilschafts in Form eines Deckels. Beide Endstücke 13 oder 13' sind mit dem Ventilschaft 1 beispielsweise vermittels einer Schweißverbindung verbunden.

Bei der in Fig. 3a dargestellten Ausführungsform sind die beiden Längskanäle 7" und 8" im Ventilschaft 1" am oberen Ende dess-eIben jeweils durch einen (nicht dargestellten) Dichtungsstopfen verschlossen, der beispielsweise in entsprechende Endbohrungen dieser Kanäle eingeschraubt ist. In diesem Falle beaufschlagt der dem Ventil zugeordnete (und

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hier nicht dargestellte) Kipphebel vorzugsweise unmittelbar die Endflächen 15" des Ventilschafts.

Die Längskanäle 7 und 8 (bzw. 7' und 8^f) des Ventilschafts 1 stehen mit dem Hohlraum 6 des Ventilkopfs M- durch Querkanäle 9 und 10 und außerdem mit der Ventilaußenseite durch weitere Querkanäle 16 und 17 in Verbindung, welche in Radialrichtung durch die Wand des Ventilschafts 1 durchgebohrt sind.

Die Kühlung des beschriebenen Auslaßventils erfolgt in folgender Weise: Die Kühlflüssigkeit tritt beispielsweise durch den Querkanal 16 in den Längskanal 7 ein und gelangt durch den Querkanal 9 in den Hohlraum 6. Die im Hohlraum 6 befindliche Kühlflüssigkeit verläßt diesen durch den Querkanal 10, den Längskanal 8 und den als Austrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit dienenden Querkanal 17.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind in dem Ventilschaft 101 wenigsten? zwei geradlinige und zueinander parallel in Längsrichtung des Ventilschafts verlaufende Längskanäle 107 und 108 ausgebohrt, welche am Ende 112 des Ventilschafts 101 in den Hohlraum 106 im Ventilkopf 10¹I münden. Die beiden Längskanäle 107 und 108 bestehen hier aus Blindbohrungen und sind nicht bis zum Ende 111 des Ventilschafts 101 durchgeführt. Die Längskanäle sind wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit der Außenseite des Ventilschafts 1 durch Querkanäle 116 und 117, und mit der Innenseite des Hohlraums 106 durch Querkanäle 109 bzw. 110 verbunden. Das auf das freie Ende des Ventilschafts 101 aufgesetzte Endstück 113 ist in gleicher Weise wie bei einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.

Die Querkanäle 109 und 110, welche die Längskanäle 107 und 108 mit dem Hohlraum 106 im Ventilkopf 10t verbinden, können in unterschiedlicher Weise wie beispielsweise entsprechend

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—· ft —

der Darstellung in Fig. 5 ausgebildet sein, in welcher jeder der beiden Längskanäle 107 und 108 mit dem Hohlraum 106 im Ventilkopf 104 jeweils durch zwei Querkanäle 109 und 110 verbunden ist, welche sich in zueinander versetzten Ebenen ohne sich zu schneiden überlagern.

Entsprechend der in Fig. 6 dargestellten Ausfuhrungsform weist der Ventilschaft 201 vier geradlinige, parallel zueinander verlaufende Längskanäle 202 in gleichmäßig verteilter Anordnung innerhalb des Ventilschafts 201 auf, welche mit dem (hier nicht dargestellten) mittigen Hohlraum im Ventilkopf durch entsprechende Querkanäle 203 in Verbindung stehen. In diesem Falle können zwei sich diametral gegenüberliegende Längskanäle 202 als Zuleitungskanäle, und die beiden anderen Längskanäle als Rückleitungskanäle für die Kühlflüssigkeit verwendet werden.

Wenn mehr als zwei und beispielsweise vier symmetrisch um die Längsachse des Ventilschafts herum angeordnete Längskanäle ·vorgesehen sind, lassen sich die (aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen zugeführter und abgeführter,Kühlflüssigkeit bedingten) Wärmebeanspruchungen des Ventilschafts gleichmäßiger verteilen, so daß ein besseres Gleichgewicht erhalten und jede temperaturbedingte Verformung und insbesondere jede Verbiegung in Querrichtung vermieden wird.

In Fig. 7 ist ein Ventilschaftabschnitt einer weiteren Ausführungsform dargestellt, in dem zunächst zwei geradlinige, zueinander parallele Längskanäle 307 und 308 durch Ausbohren eines massiven Ventilschaftprofils oder unmittelbar beim Strangpreßvorgang ausgebildet worden sind, wonach der Ventilschaft mit den in diesem befindlichen Kanälen in der Weise verdreht oder verdrillt worden ist, daß die in diesem befindlichen Längskanäle eine schraubenförmig um die Längsachse der den Ventilschaft bildenden Stange gewendelte Formgebung

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annehmen. In diesem Falle sind die an dem Ventilschaft angreifenden Wärmebeanspruchungen im wesentlichen gleichförmig über die ganze Länge der Ventilschaftlängsachse verteilt.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Auslaßventils lassen sich vielseitig abwandeln oder weiter ausgestalten, indem beispielsweise die Anordnung und Verteilung der Längs- oder Querkanäle verändert oder das Ventil aus einem Schaft aus einem korrosionsfesten Metall und einem Ventilkopf aus einem anderen Metall hergestellt wird.

Der Ventilschaft 1 drückt vorzugsweise mit einem vorbestimmten Anlagedruck gegen die Innenseite des Ventilkopftellers im Ventilkopf *f, um diesen Teil des Ventilkopfs bei den im Betrieb auftretenden Warmebeanspruchungen und Drücken zu stützen. Der Ventilkopfteller kann eine gleichförmige Wandstärke und damit sich parallel gegenüberliegende, ebene Oberflächen aufweisen. Um jedoch die Gefahr einer Rißbildung durch unzulässig hohe Konzentrationen von Spannungen, die durch den Auflagedruck des Ventilschafts 1 hervorgerufen werden können, herabzusetzen.oder ganz auszuschalten, weist die Wand des VentilkopfteHers am Ventilkopf t vorzugsweise einen verstärkten mittigen Abschnitt 18 (Fig. 1) oder 118 (Fig. ij-) auf, der den Auflagedruck des Ventilschafts aufnimmt.

- Patentansprüche:ß 309834/0802

Claims

Patentansprüche :

ίί.) Flüssigkextsgekühltes Auslaßventil für eine Brennkraft- ^-^^ maschine, das einen mit einer Kammer versehenen Ventilkopf und einen in diesen eingeschraubten Ventilschaft mit im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden und in die im Ventilkopf befindliche Kammer mündenden Zu- und Ruckleitungskanalen für die Kühlflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei außenseitig voneinander getrennte und insbesondere in bezug auf die Längsachse des Ventilschafts (1, 101, 201) im wesentlichen symmetrisch angeordnete, rohrförmige Kanäle (7, 8, 107, 108, 202) vorgesehen sind.
2. Ventil nach Anspruch 1, mit zur Längsachse des Ventilschafts parallelen, geradlinigen Kanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7, 8, 107, 108, 202) einander benachbart und in Querrichtung in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (307, 308) schraubenförmig gewendelt um die Längsachse des Ventilschafts angeordnet sind.
H. Ventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle allgemein in Längsrichtung von Ende bis Ende (11, 12, Hl₉ 112) durch den Ventilschaft (I₉ 101, 201) durchgeführt und an dem dem Ventilkopf (4, 104) abgewandten Ende vermittels eines das beispielsweise durch einen Kipphebel beaufschlagte freie Ventilschaftende bildenden, aufgesetzten Endstücks (13, 113) geschlossen sind.
5. Ventil nach Anspruch H₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (13, 113) an einer ebenen Endfläche fest

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mit einer am freien Ende des Ventilschafts ausgebildeten ebenen endseitigen Stirnfläche insbesondere durch eine Schweißverbindung verbunden ist.
6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (13) insbesondere durch Schweißung fest mit dem freien Ende des Ventilschafts (1) verbunden ist und einen eine Schulter bildenden mittigen Vorsprung (14) aufweist, der in eine entsprechende Ausnehmung des Ventilschafts eingesetzt ist, in welche die Kanäle münden.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7, 8) allgemein in Längsrichtung von Ende bis Ende (11, 12, 111, 112) durch den Ventilschaft durchgeführt und jeweils vermittels eines dicht schließenden und beispielsweise in das Kanalende eingeschraubten Stopfens geschlossen sind.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (107, 108) aus innerhalb des Ventilschafts (101) ausgebohrten Blindbohrungen bestehen.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (107, 108) mit der Außenseite des Ventilschafts durch im wesentlichen radial verlaufende Querkanäle (9, 10, 109, 110) 203) in Verbindung stehen.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei und insbesondere eine gerade Anzahl von Zu- und Rückleitungskanälen für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist und diese beispielsweise aus zwei in bezug auf die Längsachse des Ventilschafts symmetrisch angeordneten Zuleitungs- und zwei Rückleitungskanälen bestehen.

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11. Ventil nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkopfteller innenseitig und mittig verstärkt ausgebildet ist und in diesem Bereich gegen das innere Ende des Ventilschafts angedrückt ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Auslaßventils nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zur Ausbildung des Ventilschafts (1, 101, 201) bestimmten Rundstange wenigstens zwei, zumindest zunächst im wesentlichen parallel zur Stangenlängsachse verlaufende, jeweils als Zu- und Rückleitung für die Kühlflüssigkeit dienende Kanäle (7, 8, 107, 108) ausgebohrt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundstange nach Ausbildung der Bohrungen um ihre Längsachse derart verdrillt wird, daß die Kanäle (307, 30 8) schraubenförmig um die Längsachse gewendelt sind.
14. Verfahren zur Herstellung eines Auslaßventils nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ausbildung des Ventilschafts bestimmte Rundstange zusammen mit den Zu- und Rückleitungskanälen in einem Arbeitsgang unmittelbar durch Strangpressen hergestellt wird.

15ο Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kanäle aufweisende, stranggepreßte Rundstange derart verdrillt wird, daß die Längskanäle (307, 308) ■ eine schraubenförmig um die Stangenlängsachse gewendelte Lage einnehmen.

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