DE1476387C - Zylinderkopf fur wassergekühlte, ventilgesteuerte Einspritzbrennkraft maschinen - Google Patents

Description

damit die Kühlbedingungen der einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine einander weitgehend anzugleichen.

Die Praxis hat erwiesen, daß diesen Forderungen bei gegossenen Führungshülsen wegen der beschränkten Fertigungsgenauigkeit nicht entsprochen werden kann.

Besonders vorteilhaft tritt der Erfindungsgedanke in Erscheinung bei Zylinderköpfen mit vier und mehr Ventilen, weil hier durch die besondere Ausgestaltung des Spaltes eine Aufteilung und Zumessung der Kühlwasserströme erreicht werden kann; es läßt sich hier eine von der Einspritzdüse ausgehende Querströmung verwirklichen, die mit entsprechend vielen Ästen gegen die einzelnen Ventilstege gerichtet ist. Die Veränderung der Spalthöhe über den Umfang des Einsatzrohres bzw. die Unterbrechung des Spaltes in bestimmten Umfangsbereichen ergeben einfache, aber wirkungsvolle Beeinflussungen der Kühlwasserströme, die als gerichtete und beschleunigte Strahlen in Erscheinung treten.

In der Zeichnung sind die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 den Zylinderkopf einer Einspritzbrennkraftmaschine mit mittiger Einspritzdüse und je einem Ein- und Auslaßventil im axialen Querschnitt und

F i g. 2 und 3 je eine Abwandlung der Ausgestaltung des Zylinderkopfes nach F i g. 1 im Bereich des Einspritzdüsenendes in dem der F i g. 1 entsprechenden Schnitt.

In sämtlichen Darstellungen sind die gleichen Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet.

Der Zylinderblock 30 dieser zweiventiligen Einspritzbrennkraftmaschine weist je Zylinder 31 mehrere um den Zylinder gleichmäßig verteilte Kühlwassereintrittsöffnungen 32 auf, welche unmittelbar in den Kühlwasserraum 34 des Zylinderkopfes 33 münden. Den Zylinderkopf 33 durchsetzt eine Schrägbohrung, die annähernd mittig in den Zylinder 31 ausmündet und in die ein kalibriertes Einsatzrohr 37 eingesetzt ist, in dem sich der nach unten hin verjüngt ausgebildete Düsenhalter 35 befindet. Der Düsenhalter 35 ist mittels einer Spannvorrichtung 36 am Zylinderkopf 33 befestigt. Das nach unten hin offene Einsatzrohr 37 reicht bis knapp über den Zylinderkopfboden 41 und bildet mit dem verjüngten Teil der Einspritzdüse 35 den Ringspalt 40. Der Ringspalt 40 steht über eine seitliche Eintrittsöffnung 38 des Einsatzrohres 37 mit dem Zuflußkanal 39 des Zylinderkopfes 33 für das Kühlwasser in unmittelbarer Verbindung. Der Zylinderkopfboden 41 ist im Bereich zwischen den beiden Ventilen 42, von denen nur eines aus der Zeichnung ersichtlich ist, als verstärkter Ventilsteg 43 ausgebildet. Das Kühlwasser gelangt vom Zuflußkanal 39 des Zylinderkopfes in den Ringspalt 40, den es im Sinn der den Verlauf der Stromfäden andeutenden Pfeile in Richtung gegen den Zylinderkopfboden 41 durchsetzt; beim Eintritt_durch den zwischen dem_ unteren Ende des Einsatzrohres 37 und dem Zylindefkopfboden 41 ausgebildeten Ringspalt 40 gelangt das Kühlwasser in innige Berührung mit dem Boden 41 des Zylinderkopfes 33, von dem die Wärme entsprechend der starken Strömung wirkungsvoll abgeleitet wird.

Bei den Ringspalten nach Fig.2 und3 ist die Austrittsströmung unterschiedlich gerichtet. Während bei der Ausbildung nach F i g. 2 neben der gegen den Ventilsteg 43 gerichteten Hauptströmung 44 des Kühlwassers noch eine durch den Zylinderkopfboden in die entgegengesetzte Richtung umgelenkte Nebenströmung 45 vorhanden ist, welche letztere durch den Drosselquerschnitt verhältnismäßig stark geschwächt ist, fehlt ein solcher Nebenstrom nach der Ausbildung in F i g. 3 überhaupt, da bei dieser Ausbildung des Einsatzrohres mit einem an dem Düsenhalterrohr 46 anliegenden kragenförmigen Rand 47 des Einsatzrohres 37 das gesamte Kühlwasser nur in Richtung der Hauptströmung 44 austreten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zylinderkopf für wassergekühlte, ventilgesteuerte Einspritzbrennkraftmaschinen, deren Einspritzdüse den vom gesamten Kühlwasser oder wenigstens einem Großteil desselben durchströmten Kühlwasser-Zuflußkanal durchsetzt, wobei das Kühlwasser durch einen zwischen der Einspritzdüse und der Wand des Zuflußkanals gebildeten Ringspalt in Richtung gegen den Zylinderkopfboden in den Kühlwasserraum des Zylinderkopfes übertritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (40) in an sich bekannter Weise von einem die Einspritzdüse (35) im Abstand umgebenden, aus dem Zuflußkanal (39) gespeisten, bis nahe an den Zylinderkopfboden (41) hinabreichenden, nach unten hin offenen Einsatzrohr (37) gebildet ist, dessen wirksamer Austrittsquerschnitt für das Kühlwasser kleiner ist als jeder andere Querschnitt im Zuflußkanal (39), jedoch größer ist als der-aus dem axialen Abstand zwischen dem Einsatzrohr (37) und dem Zylinderkopfboden (41) sich ergebende Durchtrittsquerschnitt für das Kühlwasser.

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   Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für wassergekühlte, ventilgesteuerte Einspritzbrennkraftmaschinen, deren Einspritzdüse den vom gesamten Kühlwasser oder wenigstens einem Großteil desselben durchströmten Kühlwasser-Zuflußkanal durchsetzt, wobei das Kühlwasser durch einen zwischen der Einspritzdüse und der Wand des Zuflußkanals gebildeten Ringspalt in Richtung gegen den Zylinderkopfboden in den Kühlwasserraum des Zylinderkopfes übertritt.

   Derartige Konstruktionen bezwecken eine verstärkte Kühlung der thermisch am höchsten belasteten Zonen, vor allem der zwischen den Ventilen gelegenen Bereiche des Zylinderkopfes, da die dort vorhandenen örtlichen Temperaturspitzen häufig zur Bildung von Wärmerissen führen. Eine besondere Anfälligkeit für Rißbildungen ist in den Stegen zwischen den Ventilen und der Durchtrittsbohrung der Einspritzdüse zu verzeichnen.

   Bei einem bekannten Zylinderkopf der eingangs genannten Art ist der Kühlwasserraum durch eine zum Zylinderkopfboden im spitzen Winkel geneigte Zwischenwand in zwei Kammern unterteilt, die über einen zwischen einer Durchtrittsöffnung der Zwischenwand und dem diese öffnung durchsetzenden Einspritzdüsengehäuse gebildeten Ringspalt miteinander in Verbindung stehen. Das Kühlwasser, welches über eine Öffnung des Zylinderkopfbodens aus dem Kühlmantel des Zylinders in die oberhalb der Zwischenwand befindliche Kühlwasserkammer eintritt, gelangt im Abwärtsstrom über den Ringspalt in die unter der Zwischenwand gelegene zweite Kühlwasserkammer. Da der Ringspalt in verhältnismäßig großem Abstand vom Zylinderkopfboden liegt, ist es praktisch unmöglich, eine ausreichend große und gezielte Kühlwirkung an der thermisch höchst belasteten Zylinderkopfbodenzone zu erreichen, da einerseits die Aufprallgeschwindigkeit des Kühlwassers zu gering ist und durch Dampfblasenbildung an den heißesten Bodenteilen eine Umlenkung des Kühlwassers hervorgerufen wird. Hinzu kommt noch die natürliche Aufwärtsbewegung des erwärmten Wassers. Aus gußtechnischen Gründen ist es nicht möglich, den Kühlwasser-Austrittsspalt näher an den Zylinderkopfboden heranzubringen. Außerdem entstehen schon durch geringe Gußunterschiede beträchtliche Differenzen in den Strömungsquerschnitten der Zylinderköpfe sämtlicher Motorzylinder.

   Ähnliche Nachteile ergeben sich auch bei einer weiteren bekannten Zylinderkopfkonstruktion, bei der das Kühlwasser über einen von einer Seitenwand des Zylinderkopfes ausgehenden Kühlwasserkanal bis ins Zentrum des Kühlwasserraumes geleitet wird und dort über einen zwischen der mittig angeordneten Einspritzdüse und einem dazu konzentrischen kurzen Rohrfortsatz des Kühlwasserkanals gebildeten Ringspalt im Abwärtsstrom in den Kühlwasserraum übertritt.-AochJiier kann sich eine wirkungsvolle, gezielte Kühlwasserströmung nicht ausbilden, da einerseits der Ringspalt von den thermisch hoch belasteten Zonen des Zylinderkopfbodens viel zu weit entfernt ist und andererseits der kurze rohrförmige Ansatz des Kühlwasserkanals keineswegs dazu ausreicht, um das von der einen Zylinderkopfseite her eintretende Kühlwasser im Bereich des ganzen Ringspaltes gleichmäßig in die Richtung zum Zylinderkopfboden hin abzulenken. Darüber hinaus wirken sich auch bei diesem bekannten Zylinderkopf bereits geringe Gußkernversetzungen nachteilig aus.

   Es ist nun das Ziel der Erfindung, einen Zylinderkopf der eingangs genannten Bauart dahingehend zu vervollkommnen, daß eine verstärkte und definierte Kühlung der thermisch belasteten Bereiche des Zylinderkopfbodens gewährleistet ist. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Ringspalt in an sich bekannter Weise von einem die Einspritzdüse im Abstand umgebenden, aus dem Zuflußkanal gespeisten, bis nahe an den Zylinderkopfboden hinabreichenden, nach unten hin offenen Einsatzrohr gebildet ist, dessen wirksamer Austrittsquerschnitt für das Kühlwasser kleiner ist als jeder andere Querschnitt im Zuflußkanal, jedoch größer ist als der aus dem axialen Abstand zwischen dem Einsatzrohr und dem Zylinderkopfboden sich ergebende Durchtrittsquerschnitt für das Kühlwasser.

   Durch diese Ausbildung des Zylinderkopfes werden gegenüber den bekannten Konstruktionen folgende maßgebliche Vorteile erzielt: Durch die Anordnung des die Einspritzdüse umgebenden Einsatzrohres ergibt sich die Möglichkeit, die gegen den Zylinderkopfboden gerichtete Austrittsöffnung für. das Kühlwasser bis in die unmittelbare Nähe des Zylinderkopfbodens, in der Praxis etwa bis auf eine Entfernung von 5 bis 10 mm, heranzurücken, so daß mit Sicherheit ein direktes Anströmen des thermisch besonders hoch beanspruchten Bereiches des Zylinderkopfbodens gewährleistet ist.

   Da der Ringspalt durch ein Einsatzrohr gebildet ist, kann die Austrittsrichtung des Kühlwassers wie auch die Verteilung über den Umfang der Austrittsöffnung variiert und den entsprechenden Erfordernissen sorgfältig angepaßt werden, was bei miteingegossenen Wasserführungsrohren nicht möglich ist. Darüber hinaus erlaubt es die Verwendung eines Einsatzrohrs auch, die Strömungsquerschnitte und