DE1294096B

DE1294096B - Fluessigkeitsgekuehlter Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1294096B
Application number: DED51902A
Authority: DE
Inventors: Deutschmann; Dinger; Dr-Ing Hans; Dipl-Ing Herbert; Conrad Ulrich; Mueller Willi
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1966-12-29
Filing date: 1966-12-29
Publication date: 1969-04-30
Also published as: US3491731A; FR1551339A; GB1151619A

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, der über in seinem Umfangsbereich vorgesehene Schrauben am Zylindergehäuse festlegbar ist und in dem die Gasräume, d. h. Ein- und Auslaßkanäle und gegebenenfalls eine Brennkammer, Vorkammer od. dgl., so angeordnet sind, daß die Außenwandungen der um die Zylinderachse herum angeordneten Gasräume zum Mittelbereich des Zylinderkopfbodens hin sternförinig angeordnete Kühlflüssigkeitskanäle bilden, denen am Zylinderumfang Eintrittsbohrungen und über dem Mittelbereich ein Austrittskanal für die Kühlflüssigkeit zugeordnet sind.
Bei einem solchen bekannten, in der deutschen Patentschrift 938 159 beschriebenen Zylinderkopf werden die sternförmigen Kühlflüssigkeitskanäle zwischen drei Gasräum6ii, nämlich je einem Ein- und Auslaßkanal und einer Brennkammer gebildet. Wenn auch außerhalb der stemförinigen Kanäle noch Ablenkflächen vorgesehen sind, die den vom Zylindergehäuse her etwa parallel zur Zylinderachse ankommenden Kühlflüssigkeitsstrom nach dem Zylinderkopfboden hin umlenken sollen, so ist es doch noch unbefriedigend, daß in den verhältnismäßig langen und in Achsrichtun2 des Zylinders verhältnismäßig hohen sternförmigen Strömungskanälen die Kühlflüssigkeit den durch die Verbrennung im Zylinder am heißesten werdenden Mittelbereich des Zylinderkopfbodens nur teilweise bespült. Wenn durch die Wandungen der genannten Gasräume auch eine in vielen Fällen noch ausreichend steife Verbindung zwischen dem Zylinderkopfboden und den Abstützstellen des Zylinderkopfes an den ihn am Zylindergehäuse festlegenden Schrauben erzielt wird, so ist doch weiterhin ungünstig, daß bei größeren Beanspruchungen noch unerwünschte elastische Verformungen des Zylinderkopfbodens und der Ansaug- und Abgaskanäle auftreten, die in den gefährdeten Querschnitten die Gefahr von Anrissen mit sich bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu vermeiden und damit einen Zylinderkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der sowohl hinsichtlich der Temperaturbeanspruchung als auch hinsichtlich der Druckbeanspruchung größeren Anforderungen gewachsen ist.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß im Bereich der engsten Stellen wenigstens einiger symmetrisch zueinander gelegenen stemförmig angeordneter Kühlflüssigkeitskanäle etwa achsparallel nach oben führende Zwischenwände angeordnet sind, die oben schräg nach außen nach dem Umfangsbereich des Zylinderkopfes hin verlängert und unten von etwa radialen Bohrungen für den Kühlflüssigkeitsdurchtritt durchsetzt sind.
Bei einer solchen Ausbildung wird die in die sternförmigen Strömungskanäle radial von außen nach innen einströmende Kühlflüssigkeit durch die radialen Bohrungen der Zwischenwände mit hoher Geschwindigkeit unmittelbar auf die therinisch am höchsten belastete mittige Bodenzone des Zylinderkopfes gerichtet, während die Zwischenwände zugleich für eine zusätzliche starre Abstätzung des Zylinderkopfbodens nach den Abstützstellen des Zylinderkopfes an den Schrauben hin sorgen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die von den radialen Bohrungen durchsetzten Zwischenwände jeweils zwischen den Wänden benachbarter Ein- und Auslaßkanäle eines an sich bekannten Zylinderkopfes angeordnet, der um eine axiale Brennkammer herum je zwei Ein- und Auslaßkanäle aufweist. Hier wirkt sich die Erfindungsmaßnahme besonders vorteilhaft aus, weil die im Mittelbereich des Zylinderkopfbodens ohnehin schon hohe thermische Belastung durch eine dortige Anordnung der Brennkammer weiterhin erhöht ist und durch die erfindungsgemäß gerichtete Kühlflüssigkeitsströmung besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die radialen Bohrungen nach der Mitte des Zylinderkopfbodens hin schwach geneigt.
Damit vermieden wird, daß in den radial außerhalb der Zwischenwände befindlichen Kühlflüssigkeitsräumen infolge des verhältnismäßig kleinen Durchtrittsquerschnitts der radialen Bohrungen etwa zurückgebliebene Lufteinschlüsse der Kühlflüssigkeit in diesen Räumen zu Luftsäcken führen, die der Flüssigkeitskühlung verlorengehen, ist nach einer wiederum anderen Ausgestaltung der Erfindung schließlich an den höchsten Stellen der radial- außerhalb der Zwischenwände befindlichen Kühlflüssigkeitsräume noch je eine unmittelbar in den Austrittskanal der Kühlflüssigkeit ausmündende kleine Entlüfungsbohrung vorgesehen.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindunz dar. Es zeiLyt F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einem dicht über seinem Boden geführten Schnitt, F i g. 2 denselben Zylinderkopf in einem Längsschnitt nach der Linie 11-II der F i g. 12 F i g. 3 denselben Zylinderkopf in einem senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Schnitt nach der Linie III-111 der F i g. 2, F i g. 4 denselben Zylinderkopf in einem Längsschnitt nach der Linie IV-IV der F i g. 3, F i g. 5 den Zylinderkopf in einem quer zur Zylinderachse verlaufenden Teilschnitt nach der Linie V-V der F i g. 2, F i g. 6 den Zylinderkopf in einem Teilschnitt nach der Linie VI-VI der F i g. 5.
Auf dem Zylindergehäuse 1 einer Brennkraftmaschine ist oberhalb eines Zylinderraums 2 ein Zylinderkopf 3 mittels Schrauben 4 festgelegt. Zylindergehäuse 1 und Zylinderkopf 3 sind flüssigkeitsgekühlt, das Zylindergehäuse 1 durch einen Kühlmantel 5 und der Zylinderkopf 3 durch einen Kühlmantel 6, der in nachstehend noch näher beschriebener Weise aus verschiedenen, miteinander in Verbindung stehenden Teilräumen besteht.
Der Zylinderkopf 3 weist um eine axiale Brennkammer 7 herum je zwei Einlaßkanäle 8 a und 8 b und zwei Auslaßkanäle 9 a und 9 b auf, denen in üblicher Weise je ein nicht dargestelltes Ventil zugeordnet ist. Die beiden Einlaßventile sind in Führungen 10 a und 10 b und die beiden Auslaßventile in Führungen 11 a und 11 b des Zylinderkopfes 3 geführt. Gemäß F i g. 3 gelangt die angesaugte Verbrennungsluft durch einen Saugkanal 12 zu den Einlaßkanälen 8 a und 8 b, während die Verbrennungsgase aus den Auslaßkanälen 9 a und 9 b in einen Auspuffkanal 13 abströmen.
Zwischen den Wandungen der um die Brennkammer 7 herum angeordneten Kanäle 8 a, 8 b und 9 a, 9 b werden vier sternförmig und zugleich radial nach innen verlaufende Kühlflüssigkeitskanäle 14 a, 14 b sowie 15 a und 15 b gebildet denen die Kühlflüssigkeit von acht im äußeren Umfangsbereich des Zylinderkopfes 3 gelegenen, in nicht besonders dargestellter Weise mit dem Kühlmantel 5 des Zylindergehäuses 1 in Verbindung stehenden Eintrittsbohrungen 16 a, 16 b, 17 a, 17 b, 18 a, 18 b und 19 a, 19 b her radial von außen nach innen zugeführt wird. Durch diese Anordnung ergibt sich im unmittelbar über dem Zylinderkopfboden 20 befindlichen Bereich des Zylinderkopfes 3 außerhalb der Kühlflüssigkeitskanäle 14 a, 14 b und 15 a, 15 b je ein Kühlflüssikeitsraum, nämlich 21 a, 21 b, 22 a und 22 b, der mit jeweils zwei Eintrittsbohrungen, nämlich 16 a, 17 a bzw. 16 b, 17 b bzw. 18 a, 18 b bzw. 19 a, 19 b in Verbindung steht. Von den Kühlflüssigkeitskanälen steht der Kühlflüssiakeitskanal 15 a gemäß F i g. 2 nach oben hin mit einem über den Saugkanal 12 führenden Austrittskanal 23 für die Kühlflüssigkeit in Verbindung (vgl. auch F i g. 5), durch den die Kühlflüssigkeit in Richtung des Pfeils 24 aus dem Zylinderkopf 3 in üblicher Weise abströmen kann.
Wie aus den F i g. 1, 3 und 4 hervorgeht, sind im Bereich der engsten Stellen der beiden symmetrisch gegenüberliegenden Kühlflüssigkeitskanäle 14 a und 14 b etwa achsparallel nach oben führende Zwischenwände 25 a und 25 b angeordnet, die oben in schräg nach außen nach dem Umfangsbereich des Zylinderkopfes 3 hin verlaufende Wandteile 26 a bzw. 26 b übergehen, die auch die z. B. als Vorkammer ausgebildete Brennkammer 7 nach oben außen hin abstützen. Die Zwischenwände 25 a und 25 b sind in ihrem unteren Bereich von je einer etwa radial zum Zylinderkopf 3 und zugleich schwach nach der Mitte des Zylinderkopfbodens 20 hin geneigten Bohrung 27 a bzw. 27 b durchsetzt, die die Verbindung von den äußeren Kühlflüssigkeitsräumen 21 a und 21 b nach dem die Brennkammer7 umgebenden Ringraum 28 hin herstellen.
Schließlich stehen die beiden außerhalb der Zwischenwände 25 a und 25 b befindlichen Kühlflüssigkeitsräume 21 a und 21 b an ihren höchsten Stellen gemäß den F i g. 5 und 6 über je eine kleine EntlüftunErsbohrung 29 a bzw. 29 b mit dem Austrittskanal 23 für die Kühlflüssigkeit in Verbindung.
Beim Betrieb der mit dem beschriebenen Zylinderkopf versehenen Brennkraftmaschine strömt die durch die Eintrittsbohrungen 16 a, 16 b, 17 a, 17 b, 18 a, 18 b und 19 a, 19 b in die äußeren Kühlflüssigkeitsräume 21 a, 21 b sowie 22 a und 22 b gelangende Kühlflüssigkeit durch die radialen, sternförmig um die Brennkammer 7 herum verteilten Strömungskanäle 14 a, 14 b, 15 a und 15 b zentral auf die Wandung der Brennkammer 7 zu, wodurch sich eine sehr wirksame Kühlung des heißesten Mittelteils des Zylinderkopfes 3 und insbesondere des Zylinderkopfbodens 20 ergibt. Eine besonders wirksame Ausrichtung und zugleich Beschleunigung der Kühlflüssigkeitsströmung ergibt sich jedoch durch die schräg nach dem Zylinderkopfboden 20 hin gerichteten Bohrungen 27 a und 27 b in den Zwischenwänden 25 a und 25 b, die durch ihre Verbindung mit den oberen schrägen Wandteilen 26 a und 26 b zugleich eine vorteilhafte Versteifung und Abstützung des mittleren Bereiches des Zylinderkopfbodens 20 nach den Abstützstellen des Zylinderkopfes 3 an den Schrauben 4 hin ergeben. Die durch die Kühlflüssigkeitskanäle 14 a, 14 b und 15 b auf die Wandung der Brennkammer 7 zuströmende Kühlflüssigkeit umströmt die Brennkammer in Richtung der Pfeile 30 der F i g. 1 nach dem Kühlflüssigkeitskanal 15 a hin, in dem die auch in diesen einströmende Kühlflüssigkeit in Richtung des Pfeils 31 der F i g. 2 hochströmt und zum Austrittskanal 23 gelangt.
Für den Fall, daß sich in den äußeren Kühlflüssigkeitsräumen 21 a und 21 b Lufteinschlüsse ansammeln sollten, so werden diese über die kleinen Entlüftungsbohrungen 29 a und 29 b (F i g. 5 und 6) unmittelbar in den Austrittskanal 23 abgeleitet, weshalb sich trotz der Drosselung des Kühlflüssigkeitsstromes an den Bohrungen 27 a und 27 b in den äußeren Kühlflüssiakeitsräumen 21 a und 21 b keine Luftsäcke bilden können.
Durch die beschriebene Bauart des Zylinderkopfes 3 ist es möglich, die gesamte Kühlflüssigkeitsmenge mit hoher Geschwindigkeit nahe dem Zylinderkopf boden 20 zur therinisch am höchsten belasteten Zylinderkopfmitte zu führen, während die zu diesem Zweck vorgesehenen Zwischenwände 25 a und 25 b zugleich eine vorteilhafte zusätzliche Abstützung des Zylinderkopfbodens 20 nach oben und nach den Abstützstellen des Zylinderkopfes 3 an den Schrauben 4 bewirken. Durch diese Abstützung wird die elastische Verformung des Zylinderkopfbodens 20 und der Einlaß- und Auslaßkanäle und damit zugleich die Gefahr von Anrissen des Zylinderkopfes 3 in seinen gefährdeten Querschnitten verringert.

Claims

Patentansprüche: 1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, der über in seinem Umfangsbereich vorgesehene Schrauben am Zylindergebäuse festlegbar ist und in dem die Gasräume, d. h. Ein- und Auslaßkanäle und gegebenenfalls eine Brennkammer, Vorkammer od. dgl., so angeordnet sind, daß die Außenwandungen der um die Zylinderachse herum an ' geordneten Gasräume zum Mittelbereich des Zylinderkopfbodens hin sternförmig angeordnete Kühlflüssigkeitskanäle bilden, denen am Zylinderumfang Eintrittsbohrun-en und über Deng Mittelbereich ein Austrittskanal für die Küblflüssigkeit zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der engsten Stellen wenigstens einiger (14 a, 14 b) symmetrisch zueinander gelegener der sternförmig angeordneten Kühlflüssigkeitskanäle (14 a, 14 b, 15 a, 15 b) etwa achsparallel nach oben füh- rende Zwischenwände (25 a, 25 b) angeordnet sind, die oben schräg nach außen nach dem Umfangsbereich des Zylinderkopfes (3) hin verlängert und unten von etwa radialen Bohrungen (27a, 27 b) für den Kühlflüssigkeitsdurchtritt durchsetzt sind.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den radialen Bohrun-,gen (27 a, 27 b) durchsetzten Zwischenwände (25 a, 25 b) jeweils zwischen den Wänden benachbarter Ein- und Auslaßkanäle (8 a, 9 a bzw. 8 b, 9 b) eines an sich bekannten Zylinderkopfes (3) angeordnet sind, der um eine axiale Brennkammer (7) herum je zwei Ein- und Auslaßkanäle (8 a, 8 b und 9 a, 9 b) aufweist. 3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (27 a, 27 b) nach der Mitte des Zylinderkopfbodens (20) hin schwach geneigt sind. 4. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den höchsten Stellen der radial außerhalb der Zwischenwände(25a, 25b) befindlichen Kühlflüssigkeitsräume (21 a, 21 b) je eine unmittelbar in den Austrittskanal (23) der Kühlflüssigkeit einmündende kleine Entlüftungsbohrung (29 a bzw. 29 b) vorgesehen ist.