DE1035971B - Cylinder head for liquid-cooled internal combustion engines - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, welcher den Brennraum aufnimmt und mehrere nacheinander vom Kühlmittel durchströmte, etwa konzentrisch zur Zylinderachse verlaufende Ringräume enthält, deren äußerer von einer etwa dem Durchmesser der Zylinderbohrung entsprechenden Außenwand begrenzt ist.The invention relates to a cylinder head for liquid-cooled internal combustion engines, which takes up the combustion chamber and the coolant flowed through several in succession, approximately concentric to The cylinder axis contains annular spaces, the outer one of which is approximately the same as the diameter of the cylinder bore corresponding outer wall is limited.

Üblicherweise wird bei den bekannten Brennkraftmaschinen die Kühlflüssigkeit vom Kühlmantel der Zylinder über in der Anschlußfläche des Zylinderkopfes liegende Durchtrittsöffnungen dem Zylinderkopf zugeleitet und an einer hochgelegenen Stelle desselben abgeleitet. Bei dieser Kühlmittelführung ergeben sich an den meisten Stellen des Kühlmittelraumes nur kleine Kühlmittelgeschwindigkeiten, und es kommt auf Flächen mit hoher thermischer Belastung zur Dampfblasenbildung, wodurch der Wärmeübergang zum Kühlmittel weiter verschlechtert wird. Im Gefolge ergeben sich ungleichmäßige Wärmedehnungen und örtlich oft sehr große Spannungen, welche nicht selten zu Rißbildungen führen. Es ist selbstverständlich, daß diese Verhältnisse um so krasser zu Tage treten, je höher die thermische Belastung der zu kühlenden Zylinderkopfteile ist.Usually, in the known internal combustion engines, the cooling liquid from the cooling jacket is Cylinder via through openings located in the connecting surface of the cylinder head to the cylinder head fed in and discharged at a high point of the same. With this coolant flow result There are only small coolant velocities at most points in the coolant space, and Vapor bubbles form on surfaces with high thermal loads, which means that heat is transferred to the coolant is further deteriorated. As a result, there are uneven thermal expansions and locally often very high tensions, which not infrequently lead to the formation of cracks. It goes without saying that the higher the thermal load, the more glaring these conditions are cooling cylinder head parts.

Um diese Gefahr insbesondere bei Motoren mit hoher Zylinderleistung zu beseitigen, sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, die darin bestehen, den Zylinderkopf im Bereich des Zylinderbodens in etwa konzentrisch zur Zylinderachse liegende Kanäle zu unterteilen, die nacheinander vom Kühlmittel durchströmt werden.In order to eliminate this risk, especially in engines with high cylinder power, there are already various Proposals have been made, which consist in the cylinder head in the area of the cylinder base to subdivide channels lying approximately concentric to the cylinder axis, which one after the other from the coolant are flowed through.

Diese bekannten Einrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Zylinderköpfe aus mehreren Teilen bestehen, deren Anlageflächen jeweils genau bearbeitet sein müssen und dadurch die Herstellung verteuern und darüber hinaus noch einen erheblichen Platzaufwand erfordern. DieTeilung dieser bekannten Zylinderköpfe erfolgt dabei in der Weise, daß der eine Teil lediglich die Kanäle für das Kühlmittel enthält, während der andere Teil zur Aufnahme und Übertragung der mechanischen Beanspruchungen dient. In einem Fall ist auch noch vorgeschlagen worden, die Kanäle im Zylinderkopf zum Brennraum hin durch eine gesonderte Bodenplatte abzuschließen, die erst nach der Herstellung des Zylinderkopfes in denselben hart eingelötet werden muß. Diese Maßnahme erfordert weiteren Zeitaufwand und bringt eine weitere Verteuerung der Herstellung solcher Zylinderköpfe. Außerdem wird jeweils nur ein der Höhe nach begrenztes Stück dieser bekannten Zylinderköpfe gekühlt, so daß die Gefahr von Wärmespannungen innerhalb des gesamten Zylinderkopfes nicht einwandfrei beseitigt ist.However, these known devices have the disadvantage that the cylinder heads from several There are parts whose contact surfaces must each be precisely machined and thereby the production more expensive and also require a considerable amount of space. The division of this well-known Cylinder heads are done in such a way that one part only contains the channels for the coolant, while the other part serves to absorb and transfer the mechanical stresses. In one case it has also been suggested that the ducts in the cylinder head through to the combustion chamber complete a separate base plate, which only after the manufacture of the cylinder head in the same must be soldered in hard. This measure requires further expenditure of time and brings another Increasing the cost of manufacturing such cylinder heads. In addition, only one amount is limited at a time Pieces of these known cylinder heads are cooled, so that the risk of thermal stresses within of the entire cylinder head has not been properly removed.

Erfindungsgemäß werden die Nachteile dieser be-Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte
BrennkraftmaschinenAccording to the invention the disadvantages of this be-for liquid-cooled cylinder head
Internal combustion engines

Anmelder:Applicant:

Aktiengesellschaft für UnternehmungenJoint stock company for companies

der Eisen- und Stahlindustrie,the iron and steel industry,

Essen, Altendorf er Str. 103Essen, Altendorf er Str. 103

Dr.-Ing. Felix Lehner, Hallein, Salzburg (Österreich),
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Felix Lehner, Hallein, Salzburg (Austria),
has been named as the inventor

kannten Ausführungen dadurch vermieden, daß der äußere Ringraum des aus einem einzigen Gußstück bestehenden Zylinderkopfes durch eine etwa senkrecht zur Zylinderachse verlaufende, in den Guß einbezogene Trennwand unterteilt ist und daß das Kühlmittel in den brennraumseitig gelegenen Teil des äußeren Ringraumes durch ein den anderen Teil des äußeren Ringraumes durchsetzendes Rohr eintritt, nach Durchströmen des brennraumseitigen Teiles dem anderen Teil und dem innerhalb der beiden äußeren Teilräume gelegenen dritten Ringraum zufließt und den Zylinderkopf verläßt. Auf diese Weise lassen sich die zusätzlichen Materialspannungen, die infolge der gegenüber der kühleren Randzone größeren thermischen Dehnungen des direkt beheizten Zylinderkopfbodens im äußeren Bereich des Zylinderkopfbodens entstehen, durch wirksame Kühlung klein halten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die aus einem einzigen Gußstück hergestellten Zylinderköpfe ohne besondere und die Herstellung verteuernde Maßnahme die mechanisehen Beanspruchungen aufzunehmen vermögen. Da sich weiterhin ohne allzu große Pumpenleistungen die erforderlichen Kühlmittelgeschwindigkeiten erreichen lassen, kann nicht nur der äußere Rand des Brennraumes, sondern auch der Boden des Zylinderkopfes an seiner tiefsten Stelle, an welcher etwa das Einspritzventil sitzt, besonders gut gekühlt werden.known designs avoided by the fact that the outer annulus of the from a single casting existing cylinder head by an approximately perpendicular to the cylinder axis, included in the casting Partition wall is divided and that the coolant in the part of the outer annular space located on the combustion chamber side enters through a pipe penetrating the other part of the outer annular space, after flowing through of the part on the combustion chamber side, the other part and that within the two outer sub-chambers located third annulus flows in and leaves the cylinder head. In this way, the additional Material stresses due to the greater thermal expansions compared to the cooler edge zone of the directly heated cylinder head base arise in the outer area of the cylinder head base, keep them small through effective cooling. Another advantage is that it is made from a single casting produced cylinder heads without any special measures that make production more expensive Able to absorb stresses. Since the the required coolant speeds can be achieved, not only the outer edge of the combustion chamber, but also the bottom of the cylinder head at its lowest point, where the injection valve, for example sits, be particularly well cooled.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, daß in beiden Teilen des äußeren Ringraumes eine etwa radial verlaufende Wand angeordnet ist. Die Zuführung des Kühlmittels zum brennraumseitigen Kühlmittelraum erfolgt über eine dieser Wand naheliegende öffnung, durch welche das genannte Rohr hindurchtritt. Der Ablauf besteht aus einer Übertrittsöffnung zum zweiten Ringraumteil,In a further embodiment of the invention it is proposed that in both parts of the outer annular space an approximately radially extending wall is arranged. The supply of the coolant to the combustion chamber side The coolant space takes place via an opening which is close to this wall and through which the said Pipe passes through. The drain consists of an overflow opening to the second annulus part,

809 580/161809 580/161

Claims (5)

welche auf der anderen Seite und ebenfalls nahe der Wand gelegen ist. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung noch erläutert. Fig. 1 der Zeichnung zeigt den Zylinderkopf einer Zweitaktbrennkraftmaschine in axialem Mittelschnitt, Fig. 2 dazu eine Draufsicht, Fig. 3 einen Axialschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 und Fig. 4 einen Horizontalschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3. Der Zylinderkopf 1 ist in die Zylinderbüchse 2 konisch eingesenkt und mittels Stiftschrauben 3 mit dieser zusammengeschraubt. Die den Kühlmittelraum des Zylinderkopfes nach außen begrenzende Zylinderwand 4 weist einen Innendurchmesser auf, der ungefähr gleich dem Bohrungsdurchmesser der Zylinderbuchse 2 ist. Zum Zwecke der Befestigung ist die obere Deckplatte 5 des Zylinderkopfes nach außen gezogen und von einem äußeren Abschlußmantel 6 umgeben, welcher durch eine Anzahl Rippen 31 mit der äußeren Zylinderwand 4 verbunden ist. Zur Befestigung der Zylinderbüchse 2 am Zylinderkopf 1 dienen sechzehn gleichmäßig verteilte Stiftschrauben 3, von denen nur acht dargestellt sind und die den Zylinderkopf zwischen den Rippen 31 durchsetzen. Die Bohrungen 32 dienen zur Aufnahme der nicht dargestellten Schrauben, mit welchen der Zylinderkopf 1 am Maschinengehäuse 33 befestigt ist. Der im Zylinderkopf angeordnete Brennraum ist mit 7 bezeichnet. Der Kühlmittelraum ist durch eine etwa zylindrische Zwischenwand 8, welche sich vom Boden 9 des Zylinderkopfes zur oberen Deckplatte 5 erstreckt, abgeteilt. Die entstehenden Ringräume sind mit 10 und 11', 11" bezeichnet. Der innere Ringraum wird außerdem von der Brennstoffventilpfeife 12 durchsetzt. Der äußere Ringraum ist durch eine etwa zur Zylinderachse senkrecht verlaufende Zwischenwand 13, welche zur Gewährleistung einer guten Wärmedehnung nicht eben, sondern etwas gewölbt ausgebildet ist, unterteilt. Dem abgeteilten brennraumseitigen Ringraum 11' wird das Kühlmittel von einem Anschlußstück 14 über ein Rohr 15 zugeführt. Das Anschlußstück 14 ist mit Schrauben 14' auf der Deckplatte 5 befestigt. Das Rohr 15 durchsetzt die Zwischenwand 13 an einer Stelle, die knapp neben einer etwa radial verlaufenden, in den Ringräumen 11', 11" angeordneten Wand 16 liegt. Das Kühlmittel ist gezwungen, wie durch die Pfeile 17 angedeutet, den Ringraum 11' in seiner ganzen Länge zu durchströmen. Knapp neben der Wand 16, auf der dem Rohr 15 entgegengesetzten Seite, befindet sich in der Zwischenwand 13 eine Überströmöffnung 18, durch welche die Kühlflüssigkeit, wie der Pfeil 19 zeigt, vom Ringraum 11' in den Ringraum 11" überströmt. Im Ringraum 11" fließt die Kühlflüssigkeit entsprechend den Pfeilen 20 entgegengesetzt (Fig. 4) und gelangt schließlich durch den Zwischenraum 21 zwischen dem Rohr 15 und der Deckplatte 5 über den Kanal 22 im Anschlußstück 14 und über das Rohr 23 in den inneren Ringraum 10. Dem Zulaufrohr 23 etwa diametral gegenüberliegend ist das Ablaufrohr 24 angeordnet, welches in einem mittels Schrauben 25' auf der Deckplatte 5 befestigten Anschlußstück 25 eingesetzt ist. Um den etwaigen Dampfblasen den Abzug zu ermöglichen, ist an der höchsten Stelle des aus dem Anschlußstück herausragenden Teiles des Rohres 24 eine Bohrung 26 angebracht. Für die Durchführung des Rohres 15 und als Überströmöffnung sind Kernlöcher ausgenutzt. Weitere Kernlöcher in der Zwischenwand 13 sind durch Schraubstopfen 27 von außen abgeschlossen, zu welchem Zweck diese durch einen Bolzen 28 mit einem in der Deckplatte 5 koaxial und versenkt angeordneten äußeren Schraubstopfen 29 verbunden sind. Zum Einstecken eines Schlüssels besitzt jeder äußere Schraubstopfen ein Vierkantloch. Zum Einsetzen des Anlaßventils ist eine Pfeife 30 und des Sicherheitsventils eine Pfeife 35 im Guß des Zylinderkopfes vorgesehen, welche beide die Ringräume 10 und 11 durchsetzen und so ebenfalls gut gekühlt sind. Die Indizierbohrung ist mit 34 bezeichnet. PatentansρηocηE:which is on the other side and also near the wall. Further details of the invention will be explained in connection with the following description of an exemplary embodiment of the invention. 1 of the drawing shows the cylinder head of a two-stroke internal combustion engine in an axial center section, FIG. 2 shows a plan view, FIG. 3 shows an axial section along line III-III in FIG. 2 and FIG. 4 shows a horizontal section along line IV-IV in FIG 3. The cylinder head 1 is countersunk conically in the cylinder liner 2 and screwed together with the latter by means of studs 3. The cylinder wall 4 delimiting the coolant space of the cylinder head towards the outside has an inner diameter which is approximately equal to the bore diameter of the cylinder liner 2. For the purpose of fastening, the upper cover plate 5 of the cylinder head is drawn outwards and surrounded by an outer closing jacket 6 which is connected to the outer cylinder wall 4 by a number of ribs 31. Sixteen evenly spaced studs 3 are used to fasten the cylinder liner 2 to the cylinder head 1, only eight of which are shown and which penetrate the cylinder head between the ribs 31. The bores 32 serve to accommodate the screws, not shown, with which the cylinder head 1 is fastened to the machine housing 33. The combustion chamber arranged in the cylinder head is denoted by 7. The coolant space is divided off by an approximately cylindrical partition 8, which extends from the bottom 9 of the cylinder head to the upper cover plate 5. The resulting annular spaces are labeled 10 and 11 ', 11 ". The inner annular space is also penetrated by the fuel valve pipe 12. The outer annular space is formed by an intermediate wall 13 which runs approximately perpendicular to the cylinder axis and which, to ensure good thermal expansion, is not flat but somewhat The coolant is fed to the divided annular space 11 'on the combustion chamber side from a connection piece 14 via a pipe 15. The connection piece 14 is fastened with screws 14' on the cover plate 5. The pipe 15 penetrates the partition 13 at one point, which lies just next to an approximately radially extending wall 16 arranged in the annular spaces 11 ', 11 ". The coolant is forced, as indicated by the arrows 17, to flow through the annular space 11 'over its entire length. Just next to the wall 16, on the side opposite the pipe 15, there is an overflow opening 18 in the intermediate wall 13, through which the cooling liquid, as the arrow 19 shows, flows over from the annular space 11 'into the annular space 11 ″. In the annular space 11 ″. the cooling liquid flows in the opposite direction according to the arrows 20 (FIG. 4) and finally passes through the space 21 between the pipe 15 and the cover plate 5 via the channel 22 in the connection piece 14 and via the pipe 23 into the inner annular space 10 diametrically opposite is the drainage pipe 24, which is inserted in a connecting piece 25 fastened to the cover plate 5 by means of screws 25 '. In order to enable any vapor bubbles to be withdrawn, a bore 26 is provided at the highest point of the part of the tube 24 protruding from the connecting piece. Core holes are used for the implementation of the pipe 15 and as an overflow opening. Further core holes in the intermediate wall 13 are closed from the outside by screw plugs 27, for which purpose they are connected by a bolt 28 to an outer screw plug 29 arranged coaxially and sunk in the cover plate 5. Each outer screw plug has a square hole for inserting a key. To insert the starter valve, a whistle 30 and the safety valve a whistle 35 is provided in the cast of the cylinder head, both of which pass through the annular spaces 10 and 11 and are thus also well cooled. The indexing hole is denoted by 34. Patent claims: 1. Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, welcher den Brennraum aufnimmt und mehrere nacheinander vom Kühlmittel durchströmte, etwa konzentrisch zur Zylinderachse verlaufende Ringräume enthält, deren äußerer von einer etwa dem Durchmesser der Zylinderbohrung entsprechenden Außenwand begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringraum des aus einem einzigen Gußstück bestehenden Zylinderkopfes durch eine etwa senkrecht zur Zylinderachse verlaufende, in den Guß einbezogene Trennwand (13) unterteilt ist und daß das Kühlmittel in den brpnnraumseitig gelegenen Teil (H') des äußeren Ringraumes durch ein den anderen Teil (H") des äußeren Ringraumes durchsetzendes Rohr (15) eintritt, nach Durchströmen des brennraumseitigen Teiles (H') dem anderen Teil (H") und dem innerhalb der beiden äußeren Teilräume (H', H") gelegenen dritten Ringraum (10) zufließt und den Zylinderkopf verläßt.1. Cylinder head for liquid-cooled internal combustion engines, which houses the combustion chamber and several coolant flows through one after the other, running approximately concentrically to the cylinder axis Contains annular spaces, the outer one of which is approximately the diameter of the cylinder bore corresponding outer wall is limited, characterized in that the outer annular space of the a single casting existing cylinder head by an approximately perpendicular to the cylinder axis extending, included in the casting partition (13) is divided and that the coolant in the part (H ') of the outer annular space on the side of the inner space through the other part (H ") of the outer annular space penetrating tube (15) enters after flowing through the combustion chamber side Part (H ') the other part (H ") and the inside of the two outer subspaces (H ', H ") located third annular space (10) flows in and leaves the cylinder head. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Teilen (H', H") des äußersten Ringraumes eine etwa radial verlaufende Wand (16) angeordnet ist und das genannte Rohr (15) nahe dieser Wand durch die etwa senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Trennwand (13) hindurchgeführt ist, welche Trennwand auf der anderen Seite und nahe der radial verlaufenden Wand (16) eine Uberströmöffnung (18) zum zweiten Teil (H") des Ringraumes aufweist.2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that in both parts (H ', H ") of the outermost annular space an approximately radially extending wall (16) is arranged and said tube (15) near this wall through the partition (13) running approximately perpendicular to the cylinder axis is passed, which partition on the other side and close to the radially extending Wall (16) has an overflow opening (18) to the second part (H ") of the annular space. 3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Durchtrittsöffnung für das Rohr (15) und als Überströmöffnung (18) in der Trennwand (13) Kernlöcher dienen und weitere Kernlöcher durch je einen Schraubstopfen (27) verschlossen sind, welcher mit einem in der Deckplatte (5) des Zylinderkopfes koaxial angeordneten äußeren Schraubstopfen (29) durch einen Bolzen (28) verbunden ist.3. Cylinder head according to claim 2, characterized in that as a passage opening for the Tube (15) and core holes serve as overflow opening (18) in the partition (13) and others Core holes are each closed by a screw plug (27), which with one in the cover plate (5) of the cylinder head coaxially arranged outer screw plug (29) by a bolt (28) is connected. 4. Zylinderkopf nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abführung des Kühlmittels beim dritten innerhalb der beiden anderen Ringräume (H', H") gelegenen Ringraum (10) durch diametral gegenüberliegend angeordnete, die Deckplatte (5) durchsetzende Rohre (23, 24) erfolgt, die bis nahe zum Boden (9) des Zylinderkopfes reichen.4. Cylinder head according to claim 2 and 3, characterized in that the supply and discharge of the Coolant in the third annular space located within the other two annular spaces (H ', H ") (10) by diametrically opposite, the cover plate (5) penetrating tubes (23, 24), which reach close to the bottom (9) of the cylinder head. 5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-Zulaufrohre (15, 23) zum äußeren und inneren Ringraum in ein einziges auf der Deckplatte (5) des Zylinderkopfes angeflanschtes Anschlußstück (14) eingesetzt sind und der Überlauf der Kühlflüssigkeit vom äußeren5. Cylinder head according to claim 4, characterized in that the coolant inlet pipes (15, 23) to the outer and inner annular space in a single one on the cover plate (5) of the cylinder head Flanged connector (14) are used and the overflow of the cooling liquid from the outside Teilringraum (H") zum inneren Zulaufrohr (23) über einen Zwischenraum (21) zwischen dem äußeren Zulaufrohr (15) in der Deckplatte (5) des Zylinderkopfes und einen Verbindungskanal (22) im Anschlußstück (141 erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften:Partial annulus (H ") to the inner inlet pipe (23) via an intermediate space (21) between the outer inlet pipe (15) in the cover plate (5) of the cylinder head and a connecting channel (22) in connection piece (141. Documents considered: Deutsche Patentschriften Nr. 600 695, 690 498; »Bau und Betrieb von Dieselmaschinen« von F. S ass. Springer, 1948, S. 323.German Patent Nos. 600 695, 690 498; »Construction and operation of diesel engines« by F. S ass. Springer, 1948, p. 323. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings