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Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen
mit ventilgesteuerten Ein- und Auslaßkanälen, in dessen Boden ungefähr gleichmäßig
rings um den Verbrennungsraum verteilte Bohrungen für den Eintritt der Kühlflüssigkeit
aus dem Kühlmantel des Zylinders in die sich annähernd über den Umfang des Verbrennungsraumes
erstreckende erste Kammer des durch eine Begrenzungswand in zwei Kammern unterteilten
Kühlflüssigkeitsraumes des Zylinderkopfes vorgesehen sind, wobei die beiden Kammern
über eine düsenartige Durchtrittsöffnung der Begrenzungswand miteinander verbunden
sind und die zweite Kammer den zu der in einer Seitenwand des Zylinderkopfes gelegenen
Kühlflüssigkeitsaustrittsöffnung führenden Abströmkanal für die Kühlflüssigkeit
bildet, deren gesamter Strom beide Kammern und die düsenartige Durchtrittsöffnung
durchfließt.
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Bei einer bekannten Ausführung dieser Art liegt die den Kühlflüssigkeitsraum
des Zylinderkopfes unterteilende Begrenzungswand parallel zum Zylinderkopfboden,
so daß die beiden etwa gleich hohen Kammern übereinanderliegen. Eine zur Zylinderachse
koaxiale von einer Hülse ummantelte Einspritzdüse durchsetzt beide Kammern des Zylinderkopfes,
wobei die Hülse der Einspritzdüse die Begrenzungswand in einer konzentrischen Öffnung
größeren Durchmessers durchsetzt, so daß eine düsenartige Durchtrittsöffnung mit
Kreisringquerschnitt für den Durchtritt der Kühlflüssigkeit in die zweite Kammer
frei bleibt. Diese bekannte Ausführung bezweckt eine verbesserte Kühlung der Einspritzdüse
durch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit im Bereich der düsenartigen
Durchtrittsöffnung. Demgegenüber ist es aber von Nachteil, daß die thermisch am
höchsten belasteten Stellen im Bereich des Zylinderkopfbodens nur mäßig gekühlt
werden und somit die Gefahr besteht, daß sich zufolge der hohen Wärmespannungen,
insbesondere im Bereich der Ventilstege, Risse bilden, die einen Austausch des ganzen
Zylinderkopfes bedingen.
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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 bei dieser bekannten Ausführung
durch eine einzige Bohrung aus dem Kühlmantel der Zylinderbüchse in den ersten Teil
des Kühlflüssigkeitsraumes des Zylinderkopfes ein und strömt zur Gänze durch die
düsenartige Durchtrittsöffnung in den zweiten Teil des Kühlflüssigkeitsraumes und
von hier zur Austrittsöffnung. Von Nachteil ist hierbei die seitliche Versetzung
der einzigen Eintrittsbohrung, da diese zu stark unterschiedlichen Strömungs- und
Kühlverhältnissen sowohl im Kühlmantel des Zylinders als auch in den Kühlflüssigkeitsräumen
des Zylinderkopfes führt. Die verbesserte Kühlung des Ventilsteges wird somit nur
auf Kosten der übrigen Kühlung erreicht.
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Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Zylinderkopfes, der
die genannten Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidet. Erstrebt wird eine
gleichmäßige, den thermischen Belastungen der Teile entsprechende Kühlung des Zylinderkopfes
sowie der Zylinderbüchse, um der Gefahr von Verformungen oder Beschädigungen des
Zylinderkopfes, insbesondere der Rißbildung im Bereich des Ventilsteges, vorzubeugen.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß in an sich
bekannter Weise die düsenartige Durchtrittsöffnung im Bereich des Ventilsteges liegt
und daß die zweite Kammer durch die die düsenartige Durchtrittsöffnung aufweisende
Begrenzungswand, durch die an die Durchtrittsöffnung anschließenden Wandteile des
Einlaßkanals und des Auslaßkanals sowie durch eine weitere, mit dem Zylinderkopfboden,
den Wänden der Ein- und Auslaßkanäle und der Seitenwand des Zylinderkopfes verbundene
Begrenzungswand gebildet ist. Durch diese spezielle Gestaltung
des
Zylinderkopfes wird eine gleichmäßige, den thermischen Belastungen der Teile angemessene
Kühlung des Zylinderkopfes sowie der Zylinderbüchse erreicht. Die sonst häufig zu
beobachtenden Verformungen oder Beschädigungen des Zylinderkopfes, vor allem die
Rißbildung im Bereich des Ventilsteges, werden dadurch vermieden. Die besonders
intensive Kühlwirkung im Bereich des Ventilsteges macht darüber hinaus eine Verstärkung
des Zylinderkopfbodens an dieser Stelle bzw. die Anordnung besonderer Leitflächen
für die Kühlflüssigkeit entbehrlich.
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Bei Vorhandensein einer die Einspritzdüse dicht umschließenden und
dem Kühlmittelstrom ausgesetzten Hülse kann diese in weitere Ausgestaltung der Erfindung
so angeordnet werden, daß sie in an sich bekannter Weise die den Abströmkanal bildende
Kammer in deren Längsrichtung durchsetzt. Die Hülse wird daher von der entlang ihrer
Mantelfläche abströmenden Kühlflüssigkeit allseitig gekühlt. Da zwischen der Hülse
und den Wänden der den Abströmkanal bildenden Kammer nur ein verhältnismäßig enger
Ringraum für den Durchtritt der Kühlflüssigkeit zur Verfügung steht, ergeben sich
zufolge der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit besonders günstige Wärmeübergangsverhältnisse.
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.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt eines auf den Zylinderblock einer
Einspritzbrennkraftmaschine aufgesetzten Zylinderkopfes nach der Linie I-I der F
i g. 2; F i g. 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse nach der Linie
II-II in F i g. 1, und F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch den. Zylinderkopf
nach der Linie IU-HI in F i g. 2. .
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Der Zylinderkopf 1 ist brennraumseitig auf den Motorblock 2 der Brennkraftmaschine,
welcher die Zylinderbüchse 3 enthält, aufgesetzt und trägt an seiner Oberseite den
Deckel 4, der den Kippheb.elraum 5 abschließt. In den Zylinderkopf 1 ist eine von
dessen Obersexte. 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 F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, sind im
Zylinderkopf 1 der Einlaßkanal 1,1 und der Auslaßkanal 12 angeordnet, die durch
nach innen öffnende, nicht dargestellte Ventile gesteuert werden. Die Ventilsitze
sind in F i g. 3 mit 13 und 14 und die Führungen der Ventilschäfte mit 15 und 16
bezeichnet. Aus F i g. 2 sind auch noch die Durchtrittsbohrungen 17 und 18 für die
Stoßstangen der Ventile unti die Bohrungen 19 zum Durchtritt der Zylinderkopfschrauben
ersichtlich.
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Der Flüssigkeitsraum 20 des Zylinderkopfes 1 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 F i g. 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 F i g. 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 Durchtrittsöffnung 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 aus dem Zylinderkopf 1 durch die Austrittsöffnung 26 entweichen kann.
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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 verteilt angeordneten .Bohrungen 22
gewährleisten eine gleichmäßige Umströmung der Zylinderbüchse 3 und damit eine gute
Kühlung derselben. Aus dem Kühlflüssigkeitsraum 20 wird die gesamte Kühlflüssigkeit
in Richtung der Pfeile 31 durch die düsenartige Durchtrittsöffnung 24 mit großer
Geschwindigkeit in den zweiten Kühlflüssigkeitsraum 25 geleitet, so daß eine gute
Kühlung des thermisch und mechanisch am höchsten beanspruchten Ventilsteges 23 erzielt
wird. Die Kühlung des Zylinderkopfes 1 im Bereich des Ventilsteges 23 wird dabei
noch dadurch verbessert, daß die Begrenzungswände 27 und 29 des Kühlflüssigkeitsraumes
25 auf beiden Seiten von der Kühlflüssigkeit umströmt sind. Aus dem zweiten Kühlflüssigkeitsraum
25 tritt die Kühlflüssigkeit durch die Austrittsöffnung 26 aus dem Zylinderkopf
1 aus, wobei sie auf ihrem Wege von der düsenartigen Durchtrittsöffnung 24 zur Austrittsöffnung
26 in Richtung der Längsachse der Einspritzdüse 10 dieser entlang abströmt,
so daß auch die Einspritzdüse 10
allseitig gut gekühlt ist. Die Strömungsrichtung
der Kühlflüssigkeit im Raum 25 ist in F i g. 1 durch die Pfeile 32 bezeichnet. Die
vom Kühlflüssigkeitsraum 20 durch die Öffnung 30 in den zweiten Kühlflüssigkeitsraum
25 gelangende Dampf- oder Kühlflüssig" keitsmenge kann zufolge des kleinen Querschnittes
der Öffnung 30 vernachlässigt werden.