EP0526736B1 - Ventilschaftführung von Verbrennungsmotoren - Google Patents

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EP0526736B1
EP0526736B1 EP92111111A EP92111111A EP0526736B1 EP 0526736 B1 EP0526736 B1 EP 0526736B1 EP 92111111 A EP92111111 A EP 92111111A EP 92111111 A EP92111111 A EP 92111111A EP 0526736 B1 EP0526736 B1 EP 0526736B1
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guide
valve
valve stem
groove
relief groove
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EP92111111A
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Jürgen Dr. Dipl.-Phys. Engelhard
Johann Dipl.-Ing. Müller
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Rolls Royce Solutions Augsburg GmbH
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MAN Technologie AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/08—Valves guides; Sealing of valve stem, e.g. sealing by lubricant

Definitions

  • the invention relates to a valve stem guide of internal combustion engines, the valve stem guide having a relief groove which is connected to the surroundings and divides the valve guide into two areas, the one area on the valve side of the valve guide being designed as a seal and the second area on the rocker arm side being designed as a valve guide is and wherein a longitudinal groove is provided on the valve guide, which connects the relief groove to the crank chamber of the internal combustion engine, the region designed as a valve guide having a lubrication groove which is connected to a pressure oil forced lubrication.
  • valve stem guide In the case of the intake and exhaust valves in the cylinder head of an internal combustion engine, the primary purpose of the valve stem guide is to guide the valve so that when it closes, it sits on the valve seat without radial movement.
  • the valve stem guide means that lateral forces have to be absorbed by the rocker arm movement and the exhaust gas flow.
  • valve stem guide some of the heat that is transferred to the valve by the hot exhaust gases during combustion is dissipated to the engine cooling water via the valve stem guide.
  • the high temperatures that occur make it difficult to lubricate the valve stem guide.
  • this takes place from the rocker arm side by means of spray oil which is transported into the guide by the stroke movement of the valve. Since excess lubricating oil gets into the intake or exhaust duct on the underside of the guide, the lubricating oil supply must be dosed as precisely as possible with regard to oil consumption and emissions. This dosage is done empirically through the detailed design of the gap between the valve stem and the guide.
  • valve stem guides can be found, in which this problem is solved by introducing a relief groove.
  • the valve stem guide is divided into two areas by the relief groove connected to the crankcase.
  • the area on the valve side below the relief groove primarily serves to seal the valve stem guide against the high exhaust gas pressure.
  • the low exhaust gas flow which reaches the relief groove through the narrow annular gap between the valve stem and guide, is diverted into the crankcase via this.
  • the area of the guide located above the relief groove takes on the actual function of the valve stem guide, i.e. the absorption of the lateral forces.
  • a large lubricating oil pressure cannot be built up here, since the relief groove is connected to the crankcase and the oil pressure is therefore reduced almost to ambient pressure.
  • An increase in the lubricating oil pressure due to throttling in the connection between the relief groove and the crankcase would lead to more oil getting into the exhaust gas duct, which must be avoided with regard to oil consumption and emissions.
  • the object of the invention is to further improve the lubrication of a valve stem guide of the type mentioned at the outset with justifiable expenditure and without negative effects on oil consumption and emissions.
  • this object is achieved in a generic valve stem guide in that the lubrication groove and the relief groove are connected to one another only via the gap between the valve guide and the valve stem, so that excess lubricating oil to the crankcase is via the relief groove and the longitudinal groove is returned. Because the lubrication groove is only connected directly to the crank chamber and on the other hand to the relief groove via the narrow gap between the valve stem guide and valve guide, a stable lubricating film can build up in the gap between the valve stem and valve guide, the lubrication of the valve stem being effected by the oil pressure and the lower relief groove not only serves as a pressure relief, but also as a return for the excess oil.
  • the high oil pressure and the flow of the lubricating oil prevent exhaust gas from penetrating into the positively lubricated area of the guide and impairing the lubricating film.
  • the exhaust gas flow in the valve-side area of the guide prevents lubricating oil from getting into the exhaust gas duct and the emission values of the engine being thereby deteriorated.
  • the measures according to the invention are suitable for use in exhaust valves of internal combustion engines of all types, in particular for use in exhaust valves of supercharged gas engines.
  • the invention is equally suitable for use with intake valves if there is excess pressure in the intake duct.
  • the drawing shows a cross section through a cylinder head in the area of an exhaust valve 2, which is guided in a valve stem guide 1 and, in cooperation with a valve seat 3, seals the exhaust duct 4.
  • Cooling water channels 6 serve to dissipate the heat of combustion.
  • a first groove designed as a relief groove 11 is provided in the valve stem guide 1, which divides the valve guide 1 into a lower, valve-side area 1a and an upper, rocker arm-side area 1b.
  • the lower region 1a of the valve stem guide 1 serves to seal the oil-lubricated upper region 1b against the ingress of exhaust gas from the exhaust gas duct 4. Any exhaust gas which penetrates through a very small gap between the valve stem guide 1 and the valve stem then reaches the relief groove 11, which has a Longitudinal groove 13 communicates with the crank chamber 5, so that the penetrating exhaust gas can reach the crank chamber 5.
  • the upper region 1b of the valve stem guide 1 thus remains Exhaust gas and its pressure unaffected. This allows a safe introduction of lubricating oil into the guide area between the valve stem and valve stem guide 1.
  • a second annular groove designed as a lubrication groove 14 is provided in this region and is supplied with lubricating oil under pressure via oil bores 15.
  • the lubricating oil drawn up and down by the movement of the valve 2 is discharged directly into the crank chamber 5 at the upper end and at the lower end of the upper region 1b via the relief groove 11 and the longitudinal channel 13. This not only ensures good lubrication, but also prevents lubricating oil from entering the exhaust duct 4 or, in the case of an inlet valve, the inlet duct.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilschaftführung von Verbrennungsmotoren, wobei die Ventilschaftführung eine mit der Umgebung verbundene Entlastungsnut aufweist, die die Ventilführung in zwei Bereiche aufteilt, wobei der eine, ventilseitige Bereich der Ventilführung als Abdichtung ausgebildet ist und der zweite, kipphebelseitige Bereich als Ventilführung ausgebildet ist und wobei an der Ventilführung eine Längsnut vorgesehen ist, die die Entlastungsnut mit dem Kurbelraum des Verbrennungsmotors verbindet, wobei der als Ventilführung ausgebildete Bereich eine Schmiernut aufweist, die mit einer Druckölzwangsschmierung verbunden ist.
  • Bei den Ein- und Auslaßventilen im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors hat die Ventilschaftführung in erster Linie die Aufgabe, das Ventil so zu führen, daß es beim Schließen ohne radiale Bewegung auf dem Ventilsitz aufsitzt. Durch die Ventilschaftführung müssen dabei Querkräfte von der Kipphebelbewegung und von der Abgasströmung abgefangen werden.
  • Weiter wird über die Ventilschaftführung ein Teil der Wärme, die bei der Verbrennung durch die heißen Abgase auf das Ventil übertragen wird, an das Motorkühlwasser abgeführt. Die dabei auftretenden hohen Temperaturen erschweren die Schmierung der Ventilschaftführung. Diese erfolgt bekannterweise von der Kipphebelseite mittels Spritzöl, das durch die Hubbewegung des Ventils in die Führung transportiert wird. Da überschüssiges Schmieröl an der Unterseite der Führung in den Ansaug- bzw. Abgaskanal gelangt, muß die Schmierölzuführung mit Rücksicht auf Ölverbrauch und Emission möglichst exakt dosiert werden. Diese Dosierung erfolgt empirisch durch die detaillierte Gestaltung des Spaltes zwischen Ventilschaft und Führung.
  • Speziell bei aufgeladenen Gasmotoren ergeben sich insbesondere an den Auslaßventilen mit der erwähnten einfachen Ventilschaftführung Probleme. Denn durch den Abgasturbolader wird ein hoher Abgasdruck erzeugt, das Abgas strömt durch den Spalt zwischen Ventilschaft und Führung zum Kurbelraum und drückt dabei das Schmieröl aus der Führung.
  • Um die Schmierung der Ventilschaftführung zu verbessern, muß zum einen der störende Einfluß des Abgasdruckes eliminiert und zum anderen ein stabiler Schmierfilm aufgebaut werden, ohne daß dadurch zu viel Schmieröl in den Abgaskanal gelangt. Aus der FR-A-2 179 311 und der FR-A-2 278 921 sind Ventilschaftführungen entnehmbar, bei denen diese Problematik durch Einführung einer Entlastungsnut gelöst wird. Dabei wird durch die mit dem Kurbelraum verbundene Entlastungsnut die Ventilschaftführung in zwei Bereiche unterteilt. Der ventilseitige Bereich unterhalb der Entlastungsnut dient in erster Linie zur Abdichtung der Ventilschaftführung gegen den hohen Abgasdruck. Der geringe Abgasstrom, der durch den engen Ringspalt zwischen Ventilschaft und Führung bis zur Entlastungsnut gelangt, wird über diese in den Kurbelraum abgeleitet. Der oberhalb der Entlastungsnut gelegene Bereich der Führung übernimmt die eigentliche Aufgabe der Ventilschaftführung, d.h. die Aufnahme der Querkräfte. Zur Verbesserung der Schmierung dieses Bereiches wird in diesen Druckschriften vorgeschlagen, Schmieröl in der Entlastungsnut zuzuführen. Dabei kann jedoch kein großer Schmieröldruck aufgebaut werden, da die Entlastungsnut mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung steht und der Öldruck deshalb nahezu auf Umgebungsdruck abgebaut wird. Eine Erhöhung des Schmieröldruckes durch Drosselung in der Verbindung zwischen Entlastungsnut und Kurbelraum würde dazu führen, daß mehr Öl in den Abgaskanal gelangt, was jedoch mit Rücksicht auf Ölverbrauch und Emission vermieden werden muß.
  • Aus der FR-A-2 302 461 ist es ferner bekannt, das Schmieröl an zwei Stellen zuzuführen und über eine zwischen den Schmierstellen gelegene Ringkammer zurückzuleiten. Aber auch dabei kann kein großer Schmieröldruck aufgebaut werden, da dann das unterhalb der Entlastungsnut zugeführte Schmieröl in den Abgaskanal gelangen würde.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Ventilschaftführung der eingangs genannten Art deren Schmierung mit vertretbarem Aufwand und ohne negative Auswirkung auf Ölverbrauch und Emission noch weiter zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Ventilschaftführung dadurch gelöst, daß die Schmiernut und die Entlastungsnut nur über den Spalt zwischen der Ventilführung und dem Ventilschaft miteinander verbunden sind, so daß über die Entlastungsnut und die Längsnut überschüssiges Schmieröl zum Kurbelraum zurückgeleitet wird. Dadurch, daß die Schmiernut nur über den engen Spalt zwischen Ventilschaftführung und Ventilführung einerseits direkt mit dem Kurbelraum und andererseits mit der Entlastungsnut verbunden ist, kann sich im Spalt zwischen Ventilschaft und Ventilführung ein stabiler Schmierfilm aufbauen, wobei die Schmierung des Ventilschafts durch den Öldruck erfolgt und die untere Entlastungsnut nicht nur als Druckentlastung, sondern auch als Rückführung für das überschüssige Öl dient. Dabei wird durch den hohen Öldruck und die Strömung des Schmieröls verhindert, daß Abgas in den zwangsgeschmierten Bereich der Führung eindringen und den Schmierfilm beeinträchtigen könnte. Andererseits wird durch die Abgasströmung im ventilseitigen Bereich der Führung verhindert, daß Schmieröl in den Abgaskanal gelangt und dadurch die Emissionswerte des Motors verschlechtert werden.
  • Die erfindungsgemäßen Maßnahmen eignen sich zur Anwendung bei Auslaßventilen von Verbrennungsmaschinen aller Arten, insbesondere für die Anwendung bei Auslaßventilen von aufgeladenen Gasmotoren. Die Erfindung eignet sich jedoch gleichermaßen auch zur Anwendung bei Einlaßventilen, wenn im Ansaugkanal Überdruck besteht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
  • Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf im Bereich eines Auslaßventils 2, das in einer Ventinschaftführung 1 geführt wird und in Zusammenwirken mit einem Ventilsitz 3 den Abgaskanal 4 abdichtet. Kühlwasserkanäle 6 dienen zur Abführung der Verbrennungswärme.
  • Für einen sicheren und dauerhaften Betrieb des Auslaßventils 2 ist in der Ventilschaftführung 1 eine als Entlastungsnut 11 ausgebildete erste Nut vorgesehen, welche die Ventilführung 1 in einen unteren, ventilseitigen Bereich 1a und einen oberen, kipphebelseitigen Bereich 1b unterteilt. Der untere Bereich 1a der Ventilschaftführung 1 dient zur Abdichtung des ölgeschmierten oberen Bereiches 1b gegen ein Eindringen von Abgas aus dem Abgaskanal 4. Etwaiges durch einen sehr geringen Spalt zwischen der Ventilschaftführung 1 und dem Ventilschaft eindringendes Abgas gelangt dann in die Entlastungsnut 11, die über eine Längsnut 13 mit dem Kurbelraum 5 in Verbindung steht, so daß das eindringende Abgas in den Kurbelraum 5 gelangen kann. Damit bleibt der obere Bereich 1b der Ventilschaftführung 1 vom Abgas und dessen Druck unbeeinflußt. Dies erlaubt eine sichere Einführung von Schmieröl in den Führungsbereich zwischen Ventilschaft und Ventilschaftführung 1.
  • Zur Schmierung des oberen Bereiches 1b ist in diesem Bereich eine als Schmiernut 14 ausgebildete zweite Ringnut vorgesehen, die über Ölbohrungen 15 mit Schmieröl unter Druck versorgt wird. Das durch die Bewegung des Ventils 2 auf- und abgezogene Schmieröl wird am oberen Ende direkt und am unteren Ende des oberen Bereiches 1b über die Entlastungsnut 11 und den Längskanal 13 in den Kurbelraum 5 abgeleitet. Es wird auf diese Weise nicht nur eine gute Schmierung gewährleistet, sondern auch verhindert, daß Schmieröl in den Abgaskanal 4 oder im Falle eines Einlaßventiles in den Einlaßkanal gelangt.

Claims (1)

  1. Ventilschaftführung Von Verbrennungsmotoren, wobei die Ventilschaftführung (1) eine mit der Umgebung verbundene Entlastungsnut (11) aufweist, welche die Ventilführung in zwei Bereiche aufteilt, wobei der eine, ventilseitige Bereich (1a) der Ventilführung (1) als Abdichtung ausgebildet ist und der zweite, kipphebelseitige Bereich (1b) als Ventilführung ausgebildet ist und wobei an der Ventilführung (1) eine Längsnut (13) vorgesehen ist, welche die Entlastungsnut (11) mit dem Kurbelraum (5) des Verbrennungsmotors verbindet, wobei der als Ventilführung ausgebildete Bereich (1b) eine Schmiernut (14) aufweist, die mit einer Druckölzwangsschmierung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiernut (14) und die Entlastungsnut (11) nur über den Spalt zwischen der Ventilführung (1) und dem Ventilschaft miteinander verbunden sind, so daß über die Entlastungsnut (11) und die Längsnut (13) überschüssiges Schmieröl zum Kurbelraum (5) zurückgeleitet wird.
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