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Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, insbesondere Einspritzbrennkraftmaschinen, mit ventilgesteuerten Ein- und Auslasskanälen, durch dessen
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des Zylinderkopfes übertritt, und der im Bereich des Ventilsteges eine vom gesamten Kühlmittelstrom durchflossene düsenartige Durchtrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit aufweist, die den Kühlflüssigkeitsraum in zwei Kammern unterteilt, von denen sich die in bezug auf den Kühlwasserstrom eintrittseitige Kammer über den Umfang des Zylinderkopfbodens bzw. Verbrennungsraumes erstreckt, und die austrittseitige Kammer einen in die Seitenwand des Zylinderkopfes ausmündenden Abströmkanal aufweist.
Es ist bekannt, dass derartige Zylinderköpfe, insbesondere bei Dieselmotoren, wegen ihrer grossen thermischen Beanspruchung zur Rissbildung neigen, wobei der Ventilsteg besonders gefährdet ist.
Bei einer bekannten Ausführung dieser Art ist der brennraumseitige Boden des Zylinderkopfes im Bereich des zwischen Ein- und Auslassöffnungen gebildeten Ventilsteges höckerartig verstärkt und eine Leitfläche über dem Steg angeordnet, um die durch die düsenartige Durchtrittsöffnung hindurchströmende Kühlflüssigkeit zum verstärkten Steg hin zu lenken. Dadurch soll die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit an der kritischen Stelle in solcher Weise erhöht werden, dass der infolge der Verstärkung an dieser Stelle sonst verminderte Wärmeübergang durch eine Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit ausgeglichen wird. Die durchdiese Massnahme erzielte Wirkung hat jedoch nicht voll befriedigt, da hiebei nur ein Teil der Kühlflüssigkeit über die düsenartige Durchtrittsöffnung bzw. den Ventilsteg geleitet wird.
Es ist auch schon ein Zylinderkopf bekannt, bei dem der Kühlflüssigkeitsraum des Zylinderkopfes durch eine vertikale Trennwand in zwei Teile unterteilt ist, die durch eine düsenartige Durchtrittsöffnung im Bereich des Ventilsteges miteinander in Verbindung stehen. Die Kühlflüssigkeit tritt dabei durch eine einzige Bohrung aus dem Kühlmantel der Zylinderbüchse in den ersten Teil des Kühlflüssigkeitsraumes des Zylinderkopfesein und strömt zur Gänze durch die düsenartige Durchtrittsöffnung in den zweiten Teil des Kühlflüssigkeitsraumes. und von hier zur Austrittsöffnung.
Infolge der seitlichen Versetzung der einzigen Eintrittsbohrung ergeben sich stark unterschiedliche Strömungs- und Kühlverhältnisse sowohl im Kühlmantel des Zylinders als auch in den Kühlflüssigkeitsräumen des Zylinderkopfes selbst. Die verbesserte Kühlung des Ventilsteges wird somit nur auf Kosten der übrigen Kühlung erreicht. Die ungleichmässigen Kühlverhältnisse verursachen überdies stark unterschiedliche Wärmedehnungen im Bereich des Zylinderkopfes und des Zylinders mit allen ihren schädlichen Auswirkungen.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Zylinderkopfes, der die genannten Nachteile bekannter Ausführungen vermeidet. Er soll eine gleichmässige, den thermischen Belastungen der Teile entsprechende Kühlung des Zylinderkopfes und Zylinderbüchse ermöglichen, so dass nachteilige Verformungen oder Beschädigungen des Zylinderkopfes, insbesondere die Bildung von Rissen im Bereich des Ventilsteges, vermieden werden.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass sich zwischen der eintrittseitigen Kammer und der austrittseitigen Kammer eine Trennwand befindet, die die düsenartige Durchtrittsöffnung enthält und zusammen mit einer weiteren mit ihr verbundenen Begrenzungswand die austrittseitige Kammer umschliesst, wobei diese weitere Begrenzungswand brennraumseitig an den Zylinderkopfboden und austritt-
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seitig an die Seitenwand des Zylinderkopfes anschliesst, und dass die Zufuhr der Kühlflüssigkeit in die eintrittseitige Kammer durch in an sich bekannter Weise über den Umfang des Zylinderkopfbodens gleichmässig verteilte Bohrungen des Zylinderkopfes erfolgt, und dass vorzugsweise eine die Einspritzdüse dicht umschliessende und dem aus der düsenartigen Durchtrittsöffnung austretenden Kühlmittelstrom ausgesetzte Hülse vorgesehen ist,
die die austrittseitige Kammer annähernd in deren Längsrichtung durchsetzt, so dass die Hülse von der entlang ihrer Mantelfläche abströmenden Kühlflüssigkeit allseits gleichmässig gekühlt ist.
Durch diese Ausbildung wird gleichzeitig eine gleichmässige Kühlung der Zylinderbüchse infolge der achsensymmetrischen Strömung der Kühlflüssigkeit entlang ihres Mantels und eine gleichmässige Kühlung des Zylinderkopfes erzielt. Der thermisch am höchsten belastete Ventilsteg wird hiebei intensiv gekühlt, da die gesamte Kühlflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit über diesen strömt. Eine Verstärkung des Zylinderkopfbodens im Bereich des Ventilsteges sowie die Anordnung besonderer Leitflächen für die durch
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Seiten von der Kühlflüssigkeit umströmten Begrenzungswände wird die Wärmeabfuhr vom Zylinderkopfboden noch weiter verbessert und ausserdem durch die Verbindung der einen Begrenzungswand mit dem Zylinderkopfboden eine Versteifung des Bodens im Bereich der am höchsten beanspruchten Stelle desselben erzielt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung schafft auch bezüglich der Kühlung der Einspritzdüse gegenüber bekannten Ausführungen erheblich günstigere Verhältnisse, da hier der gesamte Kühlmittelstrom am Mantel der Hülse entlanggeführt wird, wobei der enge Ringraum zwischen den Kammerwänden und der Hülse den Wärmeübergang zufolge erhöhter Strömungsgeschwindigkeit'begünstigt. Dabei wird der in unmittelbarer Nähe des Verbrennungsraumes gelegene, thermisch am stärksten beanspruchte Bereich der Einspritzdüse von dem an dieser Stelle in den Ringraum eintretenden Kühlmittelstrom intensiver gekühlt als die weniger heissen, anschlussseitigen Teile der Einspritzdüse.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines auf den Zylinderblock einer Einspritzbrennkraftmaschine aufgesetzten Zylinderkopfes nach der Linie I-I der Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse nach der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie 111-111 in Fig. 2.
Der Zylinderkopf 1 ist brennraumseitig auf den Motorblock 2 der Brennkraftmaschine, der die Zylinderbüchse 3 enthält, aufgesetzt und trägt an seiner Oberseite den Deckel 4, der den Kipphebelraum 5 abschliesst. In den Zylinderkopf 1 ist eine von dessen Oberseite bis zum brennraumseitigen Boden 6 durchgehende Hülse 7 eingesetzt, die gegenüber dem Zylinderkopf 1 abgedichtet, z. B. eingewalzt ist, und zur Aufnahme der mittels Schrauben 8 und 9 am Zylinderkopf 1 befestigten Einspritzdüse 10 dient. Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sind im Zylinderkopf 1 der Einlasskanal 11 und der Aus- lasskanal 12 angeordnet, die durch nach innen öffnende, nicht dargestellte Ventile gesteuert werden. Die Ventilsitze sind in Fig. 3 mit 13 und 14 und die Führungen der Ventilschäfte mit 15 und 16 bezeichnet.
Aus Fig. 2 sind auch noch die Durchtrittsbohrungen 17 und 18 für die Stossstangen der Ventile und die Bohrungen 19 zum Durchtritt der Zylinderkopfschrauben ersichtlich.
Der Flüssigkeitsraum 20 des Zylinderkopfes l steht mit dem Kühlmantel 21 der Zylinderbüchse 3 durch eine Anzahl den brennraumseitigen Boden 6 des Zylinderkopfes 1 durchsetzender Bohrungen 22 in Verbindung, die, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, um die Zylinderbüchse 3 herum ungefähr gleichmässig verteilt angeordnet sind. Zwischen den beiden Kanälen 11 und 12 befindet sich der Ventilsteg 23, über welchem eine düsenartige Durchtrittsöffnung 24 für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, deren engster Querschnitt aus Fig. 3 entnommen werden kann. Im Inneren des Kühlflüssigkeitsraumes 20 ist ein an die düsenartige Durchtrittsöffnung 24 anschliessender zweiter Kühlflüssigkeitsraum 25 vorgesehen, der sich von der Durch- trittsöffnung 24 zur Austrittsöffnung 26 der Kühlflüssigkeit aus dem Zylinderkopf 1 erstreckt.
Die eine Begrenzungswand 27 des zweiten Kühlflüssigkeitsraumes 25, die ungefähr zwischen den beiden Führungen 15 und 16 der Ventilschäfte verläuft, schliesst mittels eines Vorsprunges 28 die düsenartige Durchtrittsöffnung 24 nach oben ab, während die anschliessende Begrenzungswand 29 mit dem Zylinderkopfboden 6 verbunden ist und diesen versteift. Die in der Hülse 7 angeordnete Einspritzdüse 10 durchsetzt den zweiten Kühlflüssigkeitsraum 25. Schliesslich stehen die beiden Kühlflüssigkeitsräume 20 und 25 ausser durch die düsenartige Durchtrittsöffnung 24 auch noch über eine an einer hochgelegenen Stelle vorgesehene Öffnung 30 mit kleinem Querschnitt miteinander in Verbindung, durch die sich allenfalls bildender Dampf ausdem Zylinderkopf 1 durch die Austrittsöffnung 26 entweichen kann.
Die Kühlflüssigkeit gelangt aus dem Kühlmantel 21 durch die Bohrungen 22 im Zylinderkopfboden 6 in den Kühlflüssigkeitsraum 20 des Zylinderkopfes 1. Die um den gesamten Umfang der Zylinderbüchse 3
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