DK141179B - Anordning til vaeskekoeling af termisk belastede vaegge - Google Patents

Description

(j^) (11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 141179 DANMARK lntC1·3 F 01 p 3/02 "i °l f 5^20 §(21) Ansøgning nr. 5028/76 (22) Indleveret den 5· jul. I976 (23) løbedag 5· Jul. 1976 (44) Ansøgningen fremlagt og fremleeggeteøsekriftet offentliggjort den 28 Jan. I960 DIREKTORATET FOR (M. ___. .

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET ^ Pnontet begreret fra den

10. Jul. 1975. 2550756, DE

(7i) MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NUERNBERG AKTIENGESELLSCHAPT, 89ΟΟ Augsburg, ijtadtbachstr. 1, DE.

(72) Opfinder: Horst Lindner, 89OI Koenigs brunn, Erlenstr. 29, DE. ' (74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Giersing & Stel Unger.

(64) Anordning til væskekøling af termisk belastede vægge.

Opfindelsen angår en anordning til væskekøling af termisk belastede vægge i en forbrændingsmotor, ved hvilken kølevæsken strømmer fra et ydre rum gennem indsnævrede gennemløbsåbninger under trykformindskelse til et indre rum, som grænser op til den til køling bestemte væg, og som er tilsluttet til en afløbsledning.

En sådan anordning er kendt fra tysk patentskrift nr.

511.5^5. Ifølge denne publikation er den fra varmeindvirkningen bortvendende side af den til køling bestemte væg retliniet gennemgående.

Hvis denne væg skal optage høje mekaniske belastninger, må den have tilsvarende stor tykkelse. Dette bevirker imidlertid en forøgelse af temperaturspændingerne i væggen. ' På denne baggrund har opfindelsen til formål at tilveje- 2 141179 bringe en på enkel måde fremstillelig anordning, som trods høj mekanisk belastelighed af den til køling bestemte væg medfører lave temperaturspændinger.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved, at der i den fra varmepåvirkningen bortvendende side af den til køling bestemte væg er anbragt åbne, ved hjælp af ribber indbyrdes adskilte kølefordybninger, at hver gennemstrømningsåbning er rettet ind i et i nærheden af væggen liggende område af .en kølefordybnings åbning, og at mindst ét yderligere område af kølefordybningens åbning udmunder i en på tværs af kølevæskens strømningsretning forløbende, til afløbsledningen tilslutte^ udløbskanal.

Ved anvendelse af opfindelsen opnås den fordel, at kølingen kan ske meget tæt ved den varme overflade, uden at den mekaniske styrke derved formindskes i utilladelig grad. På grund af anbringelsen af kølefordybninger forøges den kølede overflade og dermed varmebort-ledningen. Dette medfører en sænkning af temperaturerne i den til køling bestemte væg og dermed en formindskelse af temperatur spændingerne . På grund af de mellem kølefordybningerne forblivende ribber er der endvidere mulighed for at gøre vægtykkelsen mellem kølefordybningens ender og den mod varmepåvirkningen vendende side af væggen lille, da ribberne kan optage mekaniske påvirkninger·

Hensigtsmæssigt er kølefordybningerne udformet som hulrum med i forhold til et midtlængdeplan symmetriske tværsnitshalvdele, hvorhos gennemstrømningsåbningen er rettet mod den ene tværsnitshalvdel ,medens den anden tværsnitshalvdel står i forbindelse med udløbskanalen. Derved opnås en god gennemstrømning af kølefordybningen med kølevæske i form af en omvendingsstrømning. Særlig fordelagtigt er det at udforme kølefordybningerne som cylindriske hulrum. Derved kan kølefordybningeme på enkel måde fremstilles ved boring og fræsning.

Kølefordybningernes længdeakse forløber hensigtsmæssigt under en vinkel på 90 - 30° i forhold til den for varmepåvirk-udsatte side af den til køling bestemte væg. Derved bliver kølefordybningerne forholdsvis korte, så at kølevæsken kan trænge helt ind til deres bund og ikke forbliver stillestående i nærheden af bunden.

Fortrinsvis er hver kølefordybnings bund til omledning af kølevæsken udformet konkavt buet eller konisk. Denne foranstaltning forbedrer ikke blot den ensartede gennemstrømning af kølefordybningen, men forøger også den mekaniske styrke af den til køling bestemte væg.

Hvis de vægge, som skal køles, har rund begrænsning, f.eks. ved cylinderhoveddæksler eller stempelbunde, er udløbskanaler- 3 1-41179 ne hensigtsmæssigt anbragt stjerneformet. Der dannes herved mellem dem radiale ribber som bidrager væsentligt til afstivning af forbrændingarumvæggene mod de optrædende gastryk, og som således reducerer den ved fordybningerne forårsagede svækkelse af væggen til et minimum.

Gennemløbsåbningeme kan vare anbragt i ribber på en med den til køling bestemte veg fast forbundet byggedel»hvilke ribber er ført frem tilnærmelsesvis til planet for kølefordybningernes åbninger. Der opnås derved en kort sprøjtevej for det kølevand, som skal føre ind i kølefordybningen. Den indsprøjtede stråle kan' altså ikke nedbrydes af den fra fordybningen bortstrømmende væske og kan derfor trænge helt ind til bunden af fordybningen. I samme øjemed kan afløbsledningens eller afløbsledningernes udløbstværsnit være større end summen af tvmrsnitsarealet af gennemlebsåbningeme, således at afstrømningsmodstanden for vasken fra kølefordybningerne bliver forholdsvis lille, og at trykfaldene hovedsagelig koneentreres til kølefordybningerne, hvor de omsættes til strømningsenergi i disse.

Opfindelsen beskrives i det følgende nærmere i forbindelse med et udførelseseksempel under henvisning til tegningen, på hvilken fig.l viser et lodret delsnit af et cylinderhoved og en cylinderforingsrand, fig.2 et snit efter linien II-II i fig.l, fig.3 et lodret delsnit af et stempelhoved og fig. 4 et snit efter linien IV-IV i fig.3. n 141179 4

Det i fig. 1 og 2 viste cylinderhoved omfatter en cylinder· dækselvæg 3, som afgrænser et forbrændingsrum 1 ovenover et stempel 2, og et derover anbragt cylinderdækselhus 4. Cylinderdækselvæggen 3 og cylinderdækselhuset 4 er fast indbyrdes forbundet ved hjælp af indre spændeskruer 5 samt ikke viste ydre spændskruer. I cylinderdækselhuset 4 er udformet flere rum 6, som står i indbyrdes forbindelse gennem åbninger 7 i radialt forløbende tværvægge. Det viste rum 6 har endvidere en indløbsåbning 8, til hvilken er tilsluttet en ikke vist kølemedium-tilførselsledning. På den mod cylinderdækselvæggen 3 vendende væg 9 af rummet 6 er anbragt radialt forløbende ribber 10. Gennem ribberne 10 forløber et antal gennemstrømningsåbninger 11 med lille tværsnit.

Cylinderdækselvæggen 3 bar på den fra forbrændingsrummet bortvendende side et flertal kølefordybninger 12,12a, som er således anbragt, at kølefordybningernes vægge enten med endefladerne eller med sidefladerne er ført så tæt som muligt hen til den for varmepå- · virkningen udsatte cylinderdækselvæg 3. Mellem kølefordybningerae 12, hvis længdeakser A-A forløber under en vinkel på 90° med den for var-meindvirkningen udsatte side af cylinderdækselvæggen 3» forbliver der ribber 13, som forøger den mekaniske styrke af cylinderdækselvæggen 3 og gør det muligt at føre bunden 14 af kølefordybningeme 13 tæt hen til den mod forbrændingsrummet 1 vendende side af cylinderdækselvæggen 3. De længst ude liggende kølefordybninger 12a strækker sig ned til i nærheden af en rand 15 af cylinderdækselvæggen 3» I det viste udførelseseksempel er kølefordybningerne 12,12a udformet som cylindriske hulrum med tilnærmelsesvis halvkugleformet bund 14. Bunden kan dog også være kegleformet. Den runde udformning af kølefordybningernes tværsnitsflade gør det muligt at fremstille disse fordybninger ved boring og fræsning. Hvis cylinderdækselvæggen fremstilles ved støbning, er det også muligt at anvende andre tværsnitsformer, f.eks. elip-tiske, fire- eller sekskantede tværsnit. Hensigtsmæssigt har køle-fordybningerne symmetrisk tværsnit i forhold til et midtlængdeplan B-B (fig. 2). Hver gennemløbsåbning 11 er således anbragt, at den udmunder i kølefordybningen 12's åbning i nærheden af dens væg. Et andet, hensigtsmæssigt overfor liggende område af åbningen i hver kølefordybning står i forbindelse med en retliniet forløbende udløbskanal 16. Tværsnitsfladen af hver åbning i en kølefordybning 12,12a, der står i forbindelse med udløbskanalen 16, er væsentligt større end tværsnitsfladen af den tilhørende gennemløbsåbning 11. Ligeledes har udløbskanalerne 16 hensigtsmæssigt udløbstværsnit, som svarer til summen af udløbstværsnittene fra alle langs den pågældende udløbskanal anbragte kølefordybninger 12,12a. Udløbskanaleme 16 udmunder ligeledes uden 5 141179 yderligere drøvlesteder for kølevæsken i en udløbsledning 17. Ved den indre rand af cylinderdækselvæggen 3» dér omgiver en indsprøjtnings-dyse 18, er endvidere anbragt en rundtgåendé kølekanal 19, i hvilken ligeledes flere genn emløb s åbninger 11a udmuxider. ·,- r I det viste udførelseseksempel er der anbragt en yderli* gere række af ved siden af hinanden beliggende kølefordybninger 20 i , en fortykket rand 21 på en cylinderforing 22. Da de mekaniske belast* ninger på den i sig selv stabile fortykkede rand 21 fra de i forbræn-dingsrummet 1 optrædende gaskræfter er mindre^end på cylinderdækselvæg-gen, kan kelefordybningemes 20's længdeaksor hælde en lille vinkel i forhold til cylinderforingen 22's inderside. Hl disse kølefordybninger 20 tilføres kølevæsken ligeledes fra et rum 23 gennem en ind- · snævret gennemløbsåbning 24, som ligeledes er rettet mod et randområde af kølefordybningen 20's åbning. Et overfor liggende område af kølefordybningen 20 's åbning st&r i forbindelse æd en rundt gående udløbs-kanal 25, som på sin side er tilsluttet til eh ikke vist udløbsledning.

Ved anordningens drift befinder der sig kølevæske 1 rummene 6 og 23. Kølevæsken kan strømme ud fra disse rum gennem gennemløb såtoningerne 11,11a og 24 under samtidig trykformindekelee og forøgelse af strømningshastigheden. Den fra gennemløbsåbningerné udtiW* dende stråle rammer, som antydet med pile i fig. 1, i næsten sluttet tilstand bunden 14 i kølefordybningerne 12 henholdsvis 20. Ved hjælp af den tilnærmelsesvis halvkugleformede bund 13 afbøjes strålen 180° og føres tilbage hovedsageligt i den anden halvdel af kelefordybningerne 12,20. Derved føres den ind i de hovedsageligt på tværs af udstrømningsretningen forløbende udløbskanaler 16 henholdsvis 25. Herfra"' ' strømmer k&levæsken til udløbsledningerne 1?» som ligeledes antydet med pile.

Det i fig. 3 og U delvis viste stempel omfatter1 en stempelbund 3° °g et stempelgrundlegeme 31. I den midterste del af stem-pelbunden 30 er anbragt flere rækker kølefordybninger 32, hvis længde* akser C-C forløber under en vinkel på ca, 60° med den mod forbrændings-rummet vendende side af stempélbunden 30. I stemplets randområde findes en yderligere række kølefordybninger 32a, som forløber hovedsageligt vinkelret på den mod forbrændingsrummet vendende side af stempél-bunden 30 °g parallelt med et fremspring 34, som optager sidøefempel-ringe 33· Kølefordybningeme 32,32a er også her udført med rundt tVMr*-snit og har en halvkugleformet bund 35. Mellem rækkerne af kølefbr* dybninger 32 og møllem den inderste række af disse kølefordybliinger og et centralt kølerum 36 dannes ribber 37» som ikke blot forøger den varmebortledende flade, men også forøger deri mekaniske belaste- lighed af stempelbunden.

141179 6

Stempelgrundlegernet 31» som ved hjælp af spændskruer 38 er forbundet med stempelbunden 30» kar et midterste rum 39» i hvilket en kølevæsketilførselsledning 40 udmunder. En parallelt med kølefordybningerne 32's åbninger forløbende begrænsningsvæg 4l for dette rum er forsynet med ribber 42, som er forsynet med gennemløbsåbninger 43. Hver af disse gennemløbsåbninger 43 er rettet mod et randområde af en kølefordybning 32. Ribberne 42 er trukket frem umiddelbart til planet for kølefordybningernes åbninger og forløber hovedsageligt stjerneformet mod stemplets længdeakse D-D.

Mellem ribberne 42 dannes udløbskanaler 44, som føres til en udløbsledning 45· Rummet 39 står gennem en kølekanal 46 i forbindelse med kølerummet 36, hvorfra en ringkanal 47 fører til udløbskanalerne 44.

Til tilførsel af kølevæske til kølefordybningerne 32a udgår der fra rummet 39 radialt forløbende kølekanaler 43 til en ringformet rundtgående kølekanal 49. Fra denne kanal udgår gennemløbsåbninger 50, gennem hver af hvilke en kølevæskestråle kan træde ind i et randområde i en kølefordybning 32a. Nedenunder gennemløbsåbningerne 50's mundingsplan, der er beliggende hovedsageligt i plan med køle-fordybningerne 32a's åbninger, findes et opfangningsrum 51» som gennem en afløbskanal 52 står i forbindelse med afløbsledningen 45.

Ved anordningens drift føres kølevæsken gennem køle-væsketilledningen 40 ind i rummet 39« Derfra træder en del af kølevæsken gennem kølekanalen 46 ind i kølerummet 36. Kølekanalen 46 er således dimensioneret, at den til kølerummet 36 strømmende kølevæske undergår en kendelig trykformindskelse. Derved træder en stråle med høj hastighed gennem kølekanalen og afbøjes ved den til køling bestemte forbrændingsrumbund ind i rummet 36 og træder gennem ringkanalen 47 ind i udløbskanalerne 44. En anden del af kølevæsken træder gennem gennemløbsåbningerne 43 ind i kølefordybningeme 32 og ledes her, som ligeledes antydet med pile, i et randområde frem til bunden 35, hvor den afbøjes og føres tilbage i et andet område til kølefordybningeme 32's åbninger, som står i forbindelse med de på begge sider af ribberne 42 anbragte udløbskanaler 44, og som forløber hovedsageligt på tværs af kølevæskens t i lb age s t r ømnint; sr e tning i kølefordybningeme 32. Gennemløbsåbningen 47 er således dimensioneret, at den gennem kølekanalen 46 førte delmængde af kølevæsken i disse gennemløbsåbninger bringes ned på samme lave tryk som den anden, gennem gennemløbsåbninger-ne 43 i kølefordybningeme 32 indførte kølevæskemængde efter at have forladt disse. En tredie delmængde af kølevæsken træder gennem de radiale kølekanaler 48 og den rundtgående kølekanal 49 samt gennemløbs- 7 U1179 åbningerne 50 ind i kølefordybningeme 32a og optages efter at have gennemstrømmet disse i opfangningsrunanet 5i og føres gennem udløbskanalen 52 ligeledes til udløbsledningen 45·

Claims (6)

1. Anordning til væskekøling af termisk belastede vægge i en forbrændingsmotor» ved hvilken kølevæsken strømmer fra et ydre rum gennem indsnævrede gennemløbsåbninger under trykformindskelse ind i et indre rum, som grænser til den til køling bestemte væg, og som er tilsluttet til en afløbsledning, kendetegnet ved, at der i den fra varme pålvirkningen bortvendende side af den til køling bestemte væg (3,21,30) er anbragt åbne, ved ribber (13»37) fra hinanden adskilte kølefordybninger (12,12a,20,32,32a), at hver gennemløbsåbning (11,24,43,50) er rettet ind i et i nærheden af væggen liggende område af en kølefordybnings åbning, og at mindst ét yderligere område af kølefordybningens åbning udmunder i en på tværs af kølevæskens strømningsretning forløbende, til afløbsledningerne (17,45) tilsluttet udløbskanal (16,25,44,51).

2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kølefordybningeme (12,12a, 20,32,32a) er udformet som hulrum med i forhold til et midtlængdeplan symmetriske tværsnitshalvdele, hvorhos gennemløbsåbndngen er rettet mod den ene tværsnitshalvdel, medens den anden tværsnitshalvdel står i forbindelse med udløbskanalen (16,25,44, 51).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at kølefordybningerne (12,12a,20,32,32a) er udformet som cylindriske hulrum.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at kølefordybningernes (12,12a, 32, 32a) længdeakse forløber under en vinkel på 90 - 30° i forhold til den for varme påvirkningen udsatte side af den til køling bestemte væg (3,30).

5. Anordning ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at hver kølefordybnings (12,32) bund (i4,35) er udformet konkavt buet eller konisk til omledning af kølevæsken.

6. Anordning ifølge krav l,k endetegnet ved, at udløbskanalerne (16,44) ved til køling bestemte vægge (3,30) med rund begrænsning, såsom cylinderhoveddæksler eller stempelbunde, er anbragt stjerneformet. 77" Anordning'ifBTgé' ef hvilkeir "som-he±st~af dre~fbn?går-ende krav, kendetegnet ved, at gennemløbsåbningerne (11,43) er anbragt i ribber (10,42) på en med den til køling bestemte væg (3,30) fast forbundet byggedel (4,31), hvilke ribber er ført frem tilnærmelsesvis til planet for kølefordybningernes åbninger.