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Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe in einem
Block angeordneten Zylindern Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte
Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe in einem Block angeordneten Zylindern,
auf welche die Zylinderköpfe einzeln aufgesetzt sind. Bei dieser Maschine fließt
das Kühlmittel zuerst durch die Kühlräume des Zylinderblockes und danach durch die
Kühlräume der Zylinderköpfe, die auf diese Art vom Kühlmittel, in der Regel Wasser,
umströmt werden.
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Zweck der Erfindung ist, eine strömungstechnisch günstige Kühlmittelführung
und eine genügend gleichmäßige Verteilung des Kühlwassers auf den gesamten Kühlwasserraum
im Zylinderkopfteil zu erreichen. Außerdem besteht die Aufgabe der Erfindung in
der Aufzeigung geeigneter Dichtmittel für das Kühlwasser an den Übertrittsstellen
von einem Zylinderkopf zum anderen.
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Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen sind im wesentlichen
zwei Kühlsysteme in Anwendung. Bei dem einen System wird das Kühlmittel, in der
Regel Wasser, aus dem Zylinderblock parallel zu den einzelnen Zylindern in die Zylinderköpfe
geführt; bei dem anderen System läßt man die gesamte Kühlwassermenge zuerst den
Zylinderblock umspülen und dann am Ende des Zylinderblocks austreten, worauf die
gesamte Wassermenge dem Zylinderkopf zugeführt und nacheinander durch die einzelnen
Zylinderköpfe hindurchgeleitet wird. Diese letzte Art der Kühlwasserführung erfolgt
im Zylinderkopfteil üblicherweise an den Längsseiten der Zylinderköpfe, wobei der
Anschluß der Zylinderkopfkühlung an die Zylinderkühlung durch mehrfach gewundene
Rohrkrümmer bewerkstelligt wird. Die seitliche Führung des Kühlwassers im Zylinderkopfteil
ist in der Praxis vor allem aus dem Grunde bislang bevorzugt worden, weil es infolge
des stets sehr kleinen Spaltes zwischen zwei hintereinander angeordneten Zylinderköpfen
bislang für unmöglich angesehen wurde, eine brauchbare Abdichtung an dieser Stelle
vorzusehen, wenn man das Kühlmittel frontal von einem Zylinderkopf zum anderen führen
wollte. Die seitliche Kühlwasserführung im Zylinderkopf hat aber in baulicher Hinsicht
den Nachteil, daß sie einen größeren Bau- und Montageaufwand der aneinanderzufügenden
Teile erfordert und daß sie zusätzlichen Platzbedarf verursacht. In strömungstechnischer
Hinsicht ist eine seitliche Wasserführung an den Zylinderköpfen insofern unvorteilhaft,
als durch die dabei unvermeidliche mehrmalige Umlenkung des Strömungsflusses der
Strömungswiderstand erheblich vergrößert wird. Auch läßt sich bei seitlicher Wasserführung
das Kühlmittel nicht genügend gleichmäßig über den gesamten Wasserraum im Zylinderkopf
verteilen.
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Um diesen '.Mängeln abzuhelfen, geht die Erfindung einen anderen Weg
und gibt Mittel an, durch welche die bisherigen Schwierigkeiten einer zentralen
Durchlaufkühlung im Zylinderkopf überwunden werden. Die erfindungsgemäße Mainahme
besteht darin, daß das Kühlmittel aus dem Zylinderblock durch eine vorzugsweise
außenliegende Leitung in einem an dem einen Ende der Zylinderreihe liegenden Zylinderkopf
übertritt und die Zylinderköpfe nacheinander durchfließt, wobei die im wesentlichen
zentral angeordneten Kühlmittelräume der Zylinderköpfe durch ungefähr in der Mitte
der mit Abstand einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Zylinderköpfe angeordnete
elastische Kühlmittelleitungen verbunden sind, die unter Vorspannung in entsprechende
Aussparungen der Stirnflächen eingesetzt sind.
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Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen mit mehreren in Reihe
angeordneten Zylindern, die zu Blöcken zusammengefaßt sind, ist es zwar bekannt,
das Kühlmittel zuerst zu den Zylindern und danach zu den Zylinderköpfen zu leiten,
wobei die Umführungsleitung außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Hier stecken
aber alle Zylinderköpfe in einer gemeinsamen Kühlkammer. Das mag zwar in baulicher
Hinsicht einfach erscheinen, jedoch nicht strömungs- und damit wärmetechnisch betrachtet.
Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Zylinderköpfen stellen nämlich To-twasserbereiche
dar. Das Kühlwasser gelangt nach Verlassen des ersten Zylinderkopfes, der in diesem
Falle einen Stau für das Kühlwasser darstellt, als bereits gestörte Strömung zum
benachbarten Zylinderkopf, um dort auf dieselbe Art wiederum, und zwar in erhöhtem
Maße, in seinem Strömungsverlauf gestört
zu werden. Diese Störungen
pflanzen sich von Zylinderkopf zu Zylinderkopf zunehmend fort, so daß die Wärme
von den einzelnen Zylinderköpfen durchweg ungleichmäßig abgeleitet wird. Das hat
ein Verziehen der Zylinderköpfe und der in diesen geführten Motorsteuerteile (Ventilgestänge,
Ventilführung, eventuell Steuernocken usw.) zur Folge.
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Die elastischen Kühlmittelleitungen bestehen aus Faltenbälgen, die
in an sich bekannter Weise von Spannfedern umgeben sind, welche auf Flansche der
Kühlmittelleitungen einen Druck ausüben und die Flansche an die Innenwände der Aussparungen
in den Zylinderköpfen anpressen.
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Jede elastische Kühlmittelleitung ist dabei beispielsweise aus Gummi
oder einem gleichartig elastischen Werkstoff hergestellt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Hierbei zeigt Fig. 1 die Seitenansicht einer wassergekühlten Brennkraftmaschine
mit Andeutung des Wasserdurchlaufes in Zylinderblock und Zylinderkopfteil, Fig.2
eine Aufsicht auf die nur teilweise in vergrößertem Maßstab dargestellte Zylinderkopfseite
der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 mit dem Teilschnitt einer Übergangsstelle zwischen
zwei benachbarten Zylinderkopfstirnseiten.
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Bei der in Fig. 1 als Ganzes dargestellten Brennkraftmaschine erfolgt
der Kühlwasserumlauf des bei 1 zugeführten Wassers gemäß Pfeil 2 zuerst im Zylinderblock
3. Das am Ende des Zylinderblockes bei 4 austretende Kühlwasser wird durch den Rohrkrümmer
5 dem als Ganzes mit 6 bezeichneten Zylinderkopfteil zugeführt, wobei im Beispiel
drei in einer Reihe hintereinanderliegende Zylinderköpfe 7, 8, 9 mit ihren Kühlwasserräumen
10, 11, 12 angenommen sind. Der Wasserdurchlauf im Zylinderkopfteil ist durch die
Pfeile 13 angedeutet. Die Abführung des Kühlwassers im Zylinderkopfteil 6 erfolgt
bei 14. Die Kühlwasserräume 10 bis 12 sind am Zylinderkopfteil 6 nicht seitlich
geführt, sondern zentral angeordnet. Zwecks flüssigkeitsdurchgängiger Hintereinanderschaltung
derselben ist, wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen, jeweils zwischen zwei benachbarten
Zylinderkopfstirnseiten 15, 16 eine elastische Kühlmittelleitung 17 eingesetzt,
welche den Zylinderkopfspalt 18 in noch näher zu beschreibender Weise überbrückt.
Die Kühlmittelleitung 17 ist als federndes Dichtungselement, z. B. als Faltenbalg
ausgebildet, dessen Baulänge (1) größer als die Breite (b) des Zylinderkopfspaltes
18 ist. Um die Kühlmittelleitung 17 unabhängig von der Größe des Spaltes 18 zwischen
zwei benachbarten Zylinderköpfen unterbringen zu können, sind in den Zylinderkopfstirnseiten
15, 16 Einschnitte oder Ausfräsungen 19, 20 vorgesehen, in welche die Kühlmittelleitung
17 unter Vorspannung eingesetzt wird. Durch diesen Kunstgriff kann ein Dichtungselement
verwendet werden, das - wie vorerwähnt - einerseits von der Spaltbreite zwischen
den Zylinderköpfen völlig unabhängig ist und das andererseits mit genügender Federungskraft
ausgestattet werden kann, um unter Vorspannung eine gute Verspeiz- und Abdichtwirkung
an der Einsatzstelle zu gewährleisten.
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Zur Verstärkung der Verspreizung der elastischen Kühlmittelleitung
in den Aussparungen 19, 20 können die an den Aussparungswandungen anliegenden Enden
der Kühlmittelleitung in bekannter Weise flanschartig verbreitert sein und zwischen
die Flansche 21, 22 zusätzliche Federungselemente 23 eingesetzt sein. Um die axialen
Federkräfte aufzunehmen, werden zweckmäßig die Zylinderköpfe in Paßstiften fixiert,
was jedoch als nicht zur Erfindung gehörig in der Zeichnung nicht besonders dargestellt
ist.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahmen sind folgende: Es ergibt
sich eine einfache und schnelle Montagemöglichkeit der Kühlmittelleitungen, da keine
Schrauben anzuziehen und keine besonderen Passungen einzuhalten sind. Die Zylinderköpfe
sind in gesetzten Grenzen frei beweglich, wodurch eine gröbere Herstellungsgenauigkeit
derselben zulässig ist, ohne daß dadurch die Zuverlässigkeit der Abdichtung nachteilig
beeinflußt wird. Weiterhin ergibt sich eine geradlinige, d. h. weitgehend widerstandsfreie
Strömung des Kühlwassers und dadurch ein Minimum an Druckverlusten im Kühlwasserumlaufsystem.
Da der Eintritt des Kühlwassers ungefähr in der Mitte der Stirnfläche jedes Zylinders
erfolgt, ist auch die Verteilung des Kühlmittels über den gesamten Wasserraum im
Zylinderkopf eine gleichmäßige. Schließlich befindet sich die elastische Kühlmittelleitung
in geschützter und geschlossener Lage, und da kein zusätzlicher Platz für seitliche
Kühlmittelführung in Anspruch genommen wird, entfallen alle sonst das äußere Aufbaubild
störenden Teile.