DE1222317B - Zylinderkopf fuer fluessigkeitsgekuehlte Brennkraftmaschinen - Google Patents

Zylinderkopf fuer fluessigkeitsgekuehlte Brennkraftmaschinen

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DE1222317B
DE1222317B DEL43416A DEL0043416A DE1222317B DE 1222317 B DE1222317 B DE 1222317B DE L43416 A DEL43416 A DE L43416A DE L0043416 A DEL0043416 A DE L0043416A DE 1222317 B DE1222317 B DE 1222317B
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Germany
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cylinder head
nozzle
passage opening
chamber
coolant
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DEL43416A
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Othmar Skatsche
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4228Helically-shaped channels 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14Direct injection into combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
  • 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. .
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die düsenartige Durchtrittsöffnung im Bereich des Ventilsteges liegt und daß die zweite Kammer (25) durch die die düsenartige Durchtrittsöffnung (24) aufweisende Begrenzungswand (27), durch die an die Durchtrittsöffnung (24) anschließenden Wandteile des Einlaßkanals (11) und des Auslaßkanals (12) sowie durch eine weitere, mit dem Zylinderkopfboden (6), den Wänden der Ein- und Auslaßkanäle (11,12) und der Seitenwand des Zylinderkopfes verbundene Begrenzungswand (29) gebilder ist.
  2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, mit einer die Einspritzdüse dicht umschließenden und dem Kühlmittelstrom ausgesetzten Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) für die Einspritzdüse (10) in an sich bekannter Weise die den Abströmkanal bildende Kammer (25) in deren Längsrichtung durchsetzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1014 790; österreichische Patentschrift Nr. 188 147; britische Patentschriften Nr. 583 652, 828 014.
DEL43416A 1961-11-17 1962-11-09 Zylinderkopf fuer fluessigkeitsgekuehlte Brennkraftmaschinen Pending DE1222317B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2534626A1 (fr) * 1982-10-15 1984-04-20 Honda Motor Co Ltd Moteur a combustion interne tous usages equipe d'un vilebrequin vertical
DE4412280A1 (de) * 1994-04-09 1995-10-12 Opel Adam Ag Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung

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AT188147B (de) * 1953-12-04 1956-12-27 Hans Dipl Ing Dr Techn List Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Viertaktbrennkraftmaschinen
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