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Selbstzündende Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine
selbstzündende Brennkraftmaschine, deren mit zwei hängenden Ventilen ausgestatteter
Zylinderkopf im wesentlichen parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen aufweist,
die zum Teil zwecks Kühlung der Einspritzdüse leiischaufelartig gebogen sind, wobei
am Zylinderkopf oberhalb der Rippen eine Platte angeordnet ist, die mit dem Boden
des Zylinderkopfes einen Kühlluftdurchströmkanal bildet, und wobei ferner der Einlaß-und
der Auslaßkanal etwa in einer zur Zylinderachse senkrechten Richtung seitlich am
Zylinderkopf ausmünden.
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Bei den bekannten Zylinderköpfen dieser Art wurde bisher der Anordnung
der Einspritzdüse wenig Beachtung geschenkt. So weisen alle bekannten Ausführungen
den Nachteil auf, daß die Einspritzdüse während des Betriebes eine sehr hohe Temperatur
annimmt, was selbstverständlich nur sehr ungern in Kauf genommen wird.
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Es ist weiter eine Ausführungsform eines Zylinderkopfes bekannt, bei
der die Einspritzdüse so angeordnet ist, daß gerade die am heißesten Teil des Zylinderkopfes,
nämlich dem Auslaßventil, vorbeiströmende Kühlluft auch an der Einspritzdüse vorbeigeführt
wird. Die einzelnen, durch den Kühlluftdurchströmkanal im Zylinderkopf hindurchgeführten
Kühlluftteilströme erwärmen sich während ihres Durchganges unterschiedlich stark,
je nachdem, wie lange sie mit den heißen Teilen des Zylinderkopfes in Berührung
stehen und wie hoch die Temperatur der entsprechenden Zylinderkopfteile ist. Nach
der bekannten Ausführung wird der Kühlluftteilstrom, der beim Entlangströmen am
Auslaßventil die meiste Wärme aufgenommen und somit seine Temperatur gegenüber den
anderen Teilströmen am meisten erhöht hat, an der Einspritzdüse vorbeigeleitet;
hier kann er infolge seiner hohen Temperatur und der damit geringer gewordenen Temperaturdifferenz
zwischen Einspritzvorrichtung und Luftstrom die Einspritzdüse nur sehr unwirksam
kühlen.
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Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, besondere Anordnungen im Kühlluftdurchströmkanal
des Zylinderkopfes zu schaffen, um die den bekannten Ausführungen anhaftenden Nachteile
zu vermeiden und insbesondere eine möglichst wirksame Kühlung der Einspritzdüse
zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mündungen
der Ein- und Auslaßkanäle in an sich bekannter Weise auf ein und derselben Seite
des Kopfes liegen, von der auch die Kühlluft zuströmt, daß ferner die durch die
beiden Ventilschaftachsen gebildete Ebene in an sich bekannter Weise quer zur Kühlluftanströmrichtung
liegt und daß die Einspritzdüse auf der Kühlluftabströmseite dieser Ebene von den
Ventilen etwa gleich weit entfernt liegt und daß ferner die den Luftstrom zur Einspritzdüse
leitschaufelartig führenden Rippen so angeordnet sind, daß die entlang dem Einlaßkanal
strömende Kühlluft zur Düse hingelenkt und die entlang dem Auslaßkanal strömende
Kühlluft von der Düse weggelenkt wird.
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Damit wird gegenüber den bekannten Ausführungen unter anderem der
erhebliche Vorteil erreicht, daß der Kühlluftstrom in im wesentlichen zwei Teilströme
aufgeteilt wird, wobei der eine am Auslaßkanal und der andere am Einlaßkanal vorbeigeleitet
wird, Der am Auslaßkanal vorbeigeleitete Kühlluftteilstrom besitzt eine hohe Temperatur,
und es wäre unzweckmäßig, diesen Teilstrom mit dem kühleren anderen, am Einlaßventil
vorbeigeführten Teilstrom zu mischen, da dann die Mischungstemperatur noch erheblich
über der Temperatur des kühleren Teilstromes liegen würde. Entsprechend wird der
heiße Teilstrom unter möglichst weiter Umgehung der Einspritzdüse aus dem Zylinderkopf
herausgeleitet und nur der kühlere Teilstrom mittels Leitschaufeln zur Einspritzdüse
hingelenkt, so daß die Düse von dem kühlen Teilstrom umspült wird, die dann ebenfalls
nach Wärmeaufnahme aus der Einspritzvorrichtuns
aus dem Zylinderkopf
abgeführt wird. Auf diese Weise ist eine äußerst wirksame Kühlung der Einspritzdüse
möglich.
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Um die Wärmeabfuhr aus der Einspritzdüse weiter zu intensivieren,
weist die mit Kühlrippen versehene Überwurfmutter der Einspritzdüse einen den Kopf
des Düsenelementes eng umschließenden, von der Wand der Öffnung im Zylinderkopf
jedoch im Abstand angeordneten Sitzteil mit einer Auflageschulter auf, wobei nach
weiterer Ausbildung der Erfindung die äußere Mantelfläche des Sitzteiles und die
ihm gegenüberliegende Wand der Öffnung im Zylinderkopf sich zum Brennraum hin kegelstumpfförmig
verjüngen. Dabei sind die Neigungen derart gewählt, daß sich die innere und die
äußere Mantelfläche des Sitzteiles in einer dem brennraumseitigen Ende der Öffnung
benachbarten Kante schneiden Zweckmäßigerweise besteht der den Kopf des Düsenelementes
eng umschließende Sitzteil in an sich bekannter Weise aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit
und wird von der überwurfmutter getrennt ausgebildet.
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Der Düsenhalter ist vorteilhafterweise ebenfalls, wie an sich bekannt,
in einer Öffnung der die Verrippung des Zylinderkopfes nach oben abschließenden
Platte geführt, wobei die äußere Oberfläche des Düsenhalters zwischen den der Führung
dienenden Oberflächen und der Überwurfmutter ebenfalls mit Kühlrippen versehen ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
sind aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung
zu entnehmen. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Zylinderkopf, Fig.
2 eine Draufsicht auf den Zylinderkopf, Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht einer abgewandelten
Ausführungsform einer Einspritzdüse und Fig.4 die Stirnansicht der Einspritzdüse
nach Fig. 3.
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Wie in den Figuren veranschaulicht, weist die Brennkraftmaschine einen
außen gerippten Zylinder 10 auf, in dem ein üblicher Kolben 11 arbeitet, ferner
einen Zylinderkopf 12 und eine Platte 13.
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Der Zylinderkopf 1.2 besitzt einen eingeformten Lufteinlaßkana114,
der von dem Luftverzweigungsstück (nicht gezeigt) zu einer Lufteinlaßöffnung im
Kopf führt, einen Abgasaustrittskanal 15, der von einer Austrittsöffnung zu einer
Austrittsverzweigung (nicht gezeigt) führt, und ein Paar durchbohrter, aufrecht
stehender Stützen 16 und 17 zur Aufnahme der Einlaß- und Auslaßventilführungen 18
bzw. 19 auf. Die Einlaßventilführung 18 hat im Kopf 12 einen Festsitz, jedoch ein
Spiel im Loch der Klemmplatte 13, in welches sie hineinragt, und ein kreisförmiger
Ring 20 ist rings um die Führung 19 angeordnet, um den Durchtritt
von Schmieröl durch das Loch bis unter die Klemmplatte 13 zu verhindern. Die Auslaßventilführung
19 weist sowohl im Kopf 12 als auch in der Klemmplatte 13 einen Preßsitz auf.
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Der Zylinderkopf 1.2 ist ferner mit einem Loch versehen, durch welches
sich eine Kraftstoffeinspritzdüse 21 erstreckt. Das Loch ist derart gestaltet, daß
es einen Sitz 22 für ein Ende der Düse gewährt und weist zwischen den Auflagern
28 einen kegelstumpfförmigen Teil 23 jenseits des Sitzes auf, der sich in
den Zylinderraum hinein erstreckt.
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Weiterhin ist der Zylinderkopf mit einer Rippung versehen, die dazu
dient, eine wirksame Kühlung der Düse 21 zu gewährleisten. Die Rippung weist eine
mittlere Rippe 24 auf, welche die Luftströmung über den Kanal 14 von derjenigen
über Kanal 15 absondert und ist an ihrem in Strömungsrichtung liegenden Ende
derart gewölbt, daß sie zwischen ihr und dem Kanal 15 strömende Luft zu dem über
die Rippen 25 auf den Kanal 15 und die Stütze 17 fließenden Luftstrom hin ableitet,
um auf diese Weise eine Berührung dieses verhältnismäßig heißen Luftstroms mit der
Düse 21 zu verhindern. Der Kanal 14 und die anliegenden Teile des Kopfes 12 sind
mit Rippen 26 und einer durchgehenden Wand 27 versehen, welch letztere so ausgebildet
ist, daß sie den verhältnismäßig kühlen, über den Kanal 14 und die Stütze 16 fließenden
Luftstrom derart ableitet, daß er zur Kühlung über die Düse 21 strömt. Die Anordnung
einer gesonderten Klemmplatte 13 und die Anordnung der Rippen gestatten, den Zylinderkopf
in einem einfachen Gießverfahren herzustellen und erübrigt die Anwendung eines komplizierten
Gußkerns, der nötig wäre, wenn die Deckwand des Kühlluftraums in einem Stück mit
dem Kopf 12 hergestellt würde. Die Rippung ist außerdem so ausgebildet, daß sie
einen rasch fließenden Luftstrom praktisch konstanter Geschwindigkeit durch die
Luftzwischenräume zwischen dem Kopf 12 und der Klemmplatte 13 ermöglicht.
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Die Klemmplatte 13 ruht auf der Rippung und soll ein Verbiegen des
Kopfes verhindern. Auf der Klemmplatte ist ein Paar Sockel oder Auflager 28 zum
Tragen der Ventilstößel 29 angebracht, und außerdem ist sie mit Bohrungen 30 zur
Aufnahme der Ventilfedern 31 versehen.
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Zwischen den Auflagern 28 weist die Klemmplatte ein zylindrisches
Loch 32 auf, durch welches die Düse 21 hindurchreicht, und letztere wird mittels
eines Kreuzstückes 33 in seiner Lage gehalten, das am oberen Ende der Düse 21 angeordnet
und an den Stößelauflagern 28 befestigt ist.
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Zur Sicherstellung einer wirksamen Kühlung der Düse 21 ist folgende
verbesserte Ausführungsform zweckmäßig, die einen Düsenhauptkörperteil 21a mit irgendwelchen
beweglichen Teilen des Körperteils aufweist und mit einem Paar von Flanschen 21
b ausgebildet ist. Die Flansche 21 b sitzen in dem Loch 32 und nehmen zwischen
sich einen Dichtungsring 21 c auf; die Flansche 21 b, Ring 21 c und das Loch
32 bilden ein erstes Lager für die Düse. Letztere weist ferner ein Düsenelement
21 d auf, das im Gegenlager mit dem Ende des Hauptkörperteils 21a mittels eines
Mutterteils 21 e gehalten wird, das auf den Hauptkörperteil aufgeschraubt ist.
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Der Mutterteil 21 e ist über den im Luftraum liegenden Teil hin mit
einer Rippung 34 versehen, ferner weist es einen Flansch 35 auf, der auf dem Sitz
22 abstützt, und ein zweites Lager für die Düse, weiterhin einen ringförmigen Teil
36, der vom Flansch 35 aus sich erstreckt, den Kopf des Düsenelementes 21 d mit
einem kleinen Spiel von etwa 0,12 mm umgibt und eine äußere Oberfläche mit Kegelstumpfform
hat, so daß sich der Teil 36 in der Dicke vom Flansch 35 zum Zylinderraum hin verjüngt
gegen den kegelstumpfförmigen Bohrungsteil 23 und ein Spiel von etwa 0,375 mm hat.
Die konische Oberfläche des Teils 36 und sein Loch stoßen mit dem Ende des Düsenelementes
praktisch an einer Kante zusammen. Es zeigt sich, daß mit Hilfe des Teils 36 und
der Rippung 34 die Kühlung der Düse merklich verbessert wird.
Der
eben beschriebene Mutterteil 21 e kann auch Teile aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
einschließen. Bei einer derartigen Ausführung weist die Mutter 21 e ein zylindrisches,
mit Gewinde versehenes Teil aus einem Metall mit hoher Zugfestigkeit auf, welches
dazu dient, das Düsenelement 21 d im Gegenlager mit dem Hauptkörperteil 21 a zu
halten, ferner einen äußeren Führungskörper oder Muffenteil, der an dem zylindrischen
Teil anliegt, über diesem einen engen Gleitsitz darstellt und die Kühlrippung 34,
den Flansch 35 und den ringförmigen Teil 36 bildet. Der äußere Muffenteil ist aus
einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt, so daß die Wärme schneller vom
Kopf des Düsenelementes abgeleitet wird.
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Nach dem anderen Ausführungsbeispiel ist der den Flansch 35 und den
ringförmigen Teil 36 bildende Teil gesondert von dem mit Gewinde versehenen Mutterteil
21 e, und beide Teile liegen in Achsenrichtung der Düse aneinander an. In diesem
Falle sind der den Flansch 35 und den Teil 36 bildende Teil mit engem Gleitsitz
über dem Kopf des Düsenelementes 21d
versehen und aus einem hoch wärmeleitenden
Metall hergestellt, was zur Folge hat, daß der Betrag der Wärmeableitung vom Düsenkopf
stark erhöht ist. Der mit Gewinde versehene Mutterteil ist natürlich aus einem Material
wie Stahl mit hoher Festigkeit hergestellt. An dem mit Gewinde versehenen Mutterteil
ist eine Rippung 34 vorgesehen, und zusätzlich kann der den Flansch bildende Teil
eine genügend große axiale Länge haben, um mit einem oder mehreren radialen Kühlrippen
an seinem am Mutterteil anliegenden Ende versehen zu werden.
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Ferner ist ein Motor mit einem Schwinghebeldeckel 37 und dem normalen
Verdichtungsverminderungshebel 38 versehen.
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Die Kühlluftzufuhr kann auf irgendeine übliche Weise bewerkstelligt
werden; z. B. läßt sich eine Verkleidung links des Motors (wie in Fig. 1 gezeigt)
anbringen, um die Kühlluft auf dieser Seite des Zylinders 10 und das angrenzende
Ende des Kühlluftraums zwischen dem Kopf 12 und der Klemmplatte 13 zu führen,
wobei die Luft vom Motor auf der rechten Seite vorbeiströmt.
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Nach den Figuren 3 und 4 weist das Körperglied der Düse einen praktisch
rohrförmigen Hauptkörpertei140 auf, in welchem die beweglichen Teile der Düse befestigt
sind, ferner einen Mutterteil 41, der auf den Hauptkörperteil 40 aufgeschraubt ist
und an ihm ein Düsenglied 42 festhält. Zu diesem Zweck ist die Mutter 41 mit einer
inneren ringförmigen Schulter 43 versehen, die mit einem entsprechenden äußeren
ringförmigen Flansch 44 auf dem Düsenglied 42 zusammenwirkt, wobei der Flansch 44
so angeordnet ist, daß der niederere Teil des Düsengliedes 42 unterhalb des unteren
Endes der Mutter 41 herausragt. Die äußere Oberfläche der Mutter 41 ist an ihrem
unteren Ende genau bearbeitet, um ein Zapfenlager 41a im Zylinderkopf für das untere
Ende der Düse zu bilden, wobei der untere Rand des Zapfenlagers 41a leicht abgeschrägt
ist.
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Der Zylinderkopf des Motors weist eine innere Wandung 45, eine äußere
Wandung 46 und einen Luftraum zwischen den Wandungen auf; die untere Seite
der inneren Wandung 45 grenzt an die Arbeitszylinder an. Zwischen den beiden Wandungen
läßt man Kühlluft zirkulieren.
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Die innere Wandung 45 weist an der Lagerung jeder Düsenöffnung in
dem Zylinder der Maschine eine Bohrung 47 auf, die an dem vom Zylinder abliegenden
Ende einen Teil 48 mit vergrößertem Durchmesser hat und einen Lagerdurchmesser und
ein ringförmiges Auflager 49 an der Stelle des Durchmesserwechsels bildet. Die äußere
Wandung 46 des Zylinderkopfes ist mit einem entsprechenden ausgefluchteten Loch
50 versehen, das die Einführung der Düse gestattet. Wenn die Düse eingesetzt wird,
gehen die Düse und die Körperteile durch das Loch 50 in der äußeren Wandung 46 des
Zylinderkopfes hindurch, und das Düsenglied 42 paßt derart in das Loch 47 in der
inneren Wandung, daß das Ende des Düsengliedes 42 bündig mit den anliegenden Teilen
der begrenzenden Oberfläche des Zylinders liegt. Der auf der Mutter 41 aufgearbeitete
Zapfenteil 41 a greift in den Teil 48 mit vergrößertem Durchmesser der Bohrung 47
ein, zwischen das Ende der Mutter 41 und das ringförmige Lager 49 ist ein Gasdichtungsring
51 eingefügt. Die Düse wird sicher gegen das Lager niedergehalten.
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Der Düsenkörper ist mit einem Lagerflansch 52 versehen, der mit der
äußeren Wandung 46 des Zylinders am Orte des Loches 50 zusammenwirkt. In den Umfang
des Flansches 52 ist eine Eindrehung 53 eingearbeitet, die einen Gummiring 54 zum
Verhüten des Eindringens von Schmieröl in den Raum zwischen innerer und äußerer
Wandung des Zylinderkopfes aufnimmt. Es lassen sich auch andere Arten von öldichtungsstopfbüchsen
verwenden.
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In dieser Ausführungsform sind auf der äußeren Oberfläche des Hauptkörperteils
40 und der Mutter 51 des Düsenkörpers zwischen dem Zapfenlager 51 a und dem Lagerflansch
52 periphere Kühlrippen 55 vorgesehen. Die Strömung der Kühlluft zwischen inneren
und äußeren Wandungen 45, 46 des Motorzylinderkopfes gehen somit über die gerippten
Teile des Düsenkörpers hinweg und stellen eine wirksame Kühlung der Düse sicher.
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Die Mutter wird normal auf einer automatischen Drehbank gefertigt,
so daß die zusätzlichen Kosten durch Einarbeiten der Kühlrippen sehr klein sind.
Wird die Mutter überdies aus sechseckigem Profilmaterial gefertigt, so sind die
notwendigen Anflächungen für das Spannschloß schon vorhanden, und die Kühlrippen
55 werden durch Einschnitte in die Anflächungen gebildet.