DE1476397B - Zylinderkopf fur eine wassergekühlte Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf mige, das Einspritzdüsengehäuse auf mittlerer Höhe für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, insbe- -des Zylinderkopf es umgebende Übertrittsöffnung, sondere auf einen Einzelzylinderkopf für eine Diesel- von der aus das Kühlwasser sowohl über die Stegmaschine, bei dem die Gaswechselkanäle eines Zy- partie, als auch zu anderen weniger kühlbedürftigen linders von entgegengesetzten Seiten zu den Ventü- 5 Stellen des Zylinderkopfes fließen kann. Da bei dem sitzen hinführen, mit einem annähernd zentral bekannten Zylinderkopf nahezu der gesamte Kühlangeordneten Einspritzdüsengehäuse und für jeden wasserstrom durch die ringförmige Öffnung fließt, Zylinder zwei in der Nähe der Austrittsstelle des läßt sich eine Verteilung des Kühlwasserstromes über Auslaßkanals im Zylinderkopfboden gelegenen, mit den Zylinderkopfboden nur unter Inkaufnahme einer dem Kühlmantel des Zylinders in Verbindung ste- io Vernachlässigung der Kühlwasserströmung an der henden Kühlwassereintrittsöffnungen und mit einer engen, widerstandsreichen Stelle über der besonders am oberen Ende des Zylinderkopfes in der Nähe kühlbedürftigen Stegpartie zwischen den Gaswechseldes Einlaßkanals liegenden Kühlwasseraustrittsöff- kanälen erreichen, da die Strömung auf weitere winung, wobei jede der beiden Kühlwassereintrittsöff- derstandsärmere Wege ausweichen kann. Beim Ernungen in einen über ihnen liegenden Kühlwasser- 15 findungsgegenstand dagegen muß der gesamte, in aufnehmer mündet. __ den einen Kühlwasseraufnehmer gelangende Kühl-

Durch die deutsche Patentschrift 1014790 ist ein wasserstrom die Engstelle über der Stegpartie,,durch Zylinderkopf bekanntgeworden, der hinsichtlich der die Zwischenwand und die Wände der Gaswechsel-Anordnung der Gaswechselkanäle, des Einspritz- kanäle geführt, zwangläufig durchströmen, was eine düsengehäuses- sowie des Kühlwasserzu- und -ab- 20 erheblich verbesserte Kühlung dieser kritischen_Stelle flusses"mit der vorgenannten Bauart übereinstimmt, ergibt. ·■ —=-_ ^

bei dem aber nur eine Kühlwassereintrittsöffnung In der britischen Patentschrift 583 652 ist ein

und nur ein Kühlwasser aufnehmer pro Zylinder vor- Zylinderkopf für einen ventilgesteuerten Zweitakt-

handen ist. Wie aus den weiter unten gegebenen motor beschrieben, dessen Auslaßkanäle an einer

Erläuterungen zu entnehmen ist, kann wegen dieses 25 Seite des Zylinderkopfes angeordnet sind. Neben

Unterschiedes die Aufgabe der Erfindung an einem und unter den Auslaßkanälen liegen miteinander in

derartigen Zylinderkopf nicht vollständig gelöst Verbindung stehende Kühlwasserräume, die an ihrer

werden. Oberseite durch eine auf mittlerer Höhe des Zylin-

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, derkopfes liegende waagerechte Querwand abgedas Kühlwasser derart zu den kühlbedürftigen Stel- 30 deckt sind, die etwa in Zylinderkopfmitte in eine len von Zylinderkopf und Zylinder zu leiten, daß ört- senkrechte Wand ausläuft. Die einzige Kühlwasserliche Überhitzungen und Unterkühlungen sowie eintrittsöffnung liegt weit außerhalb des Bereiches Dampfsäcke ,vermieden werden und die Brennkraft- der Auslaßkanäle und der erwähnten Kühlwassermaschine somit in die Lage versetzt wird, hohe ther- räume an der anderen Seite des Zylinderkopfes, mische Beanspruchungen ohne Schäden, insbeson- 35 Über ihr befindet sich ein bis zur Oberseite des Zydere ohne Zylinderkopfrisse und Verkoken der Ein- linderkopfes reichender Kühlwasseraufnehmer. Dies spritzdüsen zu ertragen. ergibt den Nachteil, daß der aus der Eintrittsöffnung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einem in den Kühlwasseraufnehmer. eintretende Kühlwas-

Zylinderkopf der eingangs beschriebenen Bauart da- serstrom zu den höheren, wenig kühlbedürftigen Par-

durch gelöst, daß 40 tien des Zylinderkopf es hin ausweicht, wodurch die

ein Kühlwasseraufnehmer an seiner Oberseite Kühlung des sehr kühlbedürftigen unteren Endes des

'durch- eine äri^; sich'bekannte Querwand abgedeckt Einspritzdüsengehäuses..-vernachlässigt wird, was

ist, die sich in einer senkrecht zur Zylinderachse ver- Verkokungsgefahr für die Einspritzdüse bedeutet,

laufenden, auf mittlerer Höhe des Zylinderkopfes Weil die seitliche Öffnung des Kühlwasseraufnehmers

liegenden Ebene von den äußeren Begrenzungswän- 45 im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand nicht in

den des Kühlwasseraufnehmers bis etwa zur Mitte aufsteigender Strömungsrichtung mit der Kühlwas-

des Zylinderkopfes, das Einspritzdüsengehäuse um- seraustrittsöffnung in Verbindung steht, besteht

gebend, erstreckt und über eine seitlich in der Nähe außerdem die Gefahr, daß Dampfblasen an der

des Zylinderkopfbodens und. der zentralen Steg- ■ senkrechten Wand Jiängenbleiben und nicht^zu der

partie zwischen den Gaswechselkanälen "liegenden 50 Kühlwasseraustrittsöffhürig gelangen. Das katin eine

Öffnung in aufsteigender Strömungsrichtung mit der örtliche Unterbrechung der Kühlung mit gefährlichen

Kühlwasseraustrittsöffnung in Verbindung steht; Folgen für die Betriebssicherheit des bekannten Zy-

daß ferner in an-sieh bekannter Weise die Kühl- linderkopfes nach sich ziehen. Die bekannte-,~waagewasseraufnehmer durch eine Trennwand vonein- rechte Querwand kann im Gegensatz zu der^ Querander abgeteilt sind und-der Auslaßkanal derart 55 wand beim Erfindungsgegenstand keine intensive, oberhalb des anderen Kühlwasseraufnehmers liegt, zwangläufig geführte Kühlwasserströmung an dem daß zwischen dem Auslaßkanal und den benachbar- unteren Ende des Einspritzdüsengehäuses bewirken, ten Bauteilen des Zylinderkopfes mit Ausnahme der weil sie, abweichend vom Erfindungsgegenstand, das Querwand ein bis zur Oberseite des Zylinderkopfes Einspritzdüsengehäuse nicht umgibt. Sie kann auch reichender zusammenhängender freier Raum sich 60 deshalb nicht die Kühlung des unteren Endes des befindet, der mit der Kühlwasseraustrittsöffnung in Einspritzdüsengehäuses verbessern, weil sie im Gefreier Verbindung steht, gensatz zum Erfindungsgegenstand nicht den über

und daß ferner die Trennwand in der Nähe des der Eintrittsöffnung liegenden Kühlwasseraufnehmer

Einspritzdüsengehäuses liegt. abdeckt, d. h. in diesem mit frischem Kühlwasser

Bei dem in der schon erwähnten deutschen Patent- 65 beaufschlagten Raum keine in der Nähe des Zylin-

schrift 1014790 beschriebenen Zylinderkopf hat der derkopfbodens verlaufende intensive Kühlwasser-

über der einzigen Kühlwassereintrittsöffnung lie- strömung erzwingt,

gende einzige Kühlwasseraufnehmer eine ringför- In der deutschen Patentschrift 814 685 ist ein Zy-

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linderkopf beschrieben, bei dem zum Unterschied 583 652 beschriebenen Zylinderköpfen hat der Eryom Erfindungsgegenstand Ein- und Auslaßkanal findungsgegenstand, wie schon erwähnt, zwei Kühlan der gleichen Seite des Zylinderkopfes angeordnet wassereintrittsöffnungen. Dadurch ist es " möglich, sind sowie kein zentrales Einspritzdüsengehäuse das Kühlwasser in zwei voneinander getrennte Aufvorhanden ist. Bei dem bekannten Zylinderkopf liegt 5 nehmer zu leiten, was wiederum Voraussetzung ist zwischen den beiden in der Nähe der Austrittsstelle für eine klare und zweckgerechte Mengeriaufteilung des Auslaßkanals im Zylinderkopfboden gelegenen des Kühlwassers auf die kritschen Stellen Zylinder-Kühlwassereintrittsöffnungen eine Trennwand, welche kopfboden, Einspritzdüsengehäuse, Stegpartie und die aus den beiden Eintrittsöffnungen kommenden und Auslaßkanal.

Kühlwasserströme voneinander getrennt hält. Da der io Im Gegensatz zu den in den deutschen Patentbekannte Zylinderkopf keine auf mittlerer Höhe des Schriften 1014790 und 814685 beschriebenen Zy-Zylinderkopfes liegende Querwand aufweist, ist dort linderköpfen weist der Erfindungsgegenstand eine auf kein dem ersten Lösungsmerkmal der Erfindung ent- mittlerer Ebene liegende Querwand auf, die im Gesprechend ausgebildeter Kühlwasseraufnehmer vor- gensatz zu der Anordnung gemäß der britischen handen, der die vordringliche intensive Kühlung des 15 Patentschrift 583 652 eine derartige Lage hat, daß Einspritzdüsengehäuses und der Stegpartie durch sie nicht nur eine intensive Strömung im wesentlichen einen zwangläufig in der Nähe des Zylinderkopf- frischen Kühlwassers über die Stegpartie erzwingt, bodens geführten Kühlwässerstrom sicherstellt. Bei sondern auch über das untere Ende des Einspritzdem bekannten Zylinderkopf kann vielmehr der düsengehäuses und gleichzeitig dabei Dampfblasen oberhalb,der Stegpartie fließende Kühlwasserstrom 20 ungehindert zur Kühlwasseraustrittsöffnung~gelangen zu den wenig kühlbedürftigen Stellen des Zylinder- läßt. ' —==- _:.■..-kopfes hin ausweichen, wodurch.die Kühlung der Ein Abzug von Dampfblasen aus dem einen Auf-. heißen, bodennahen Stellen vernachlässigt wird. nehmer nach oben kann vorteilhaft auch zusätzlich Außerdem liegt bei dem bekannten Zylinderkopf dadurch begünstigt werden, daß die Querwand das die Wand, welche die beiden Kühlwassereintritts- 25 Einspritzdüsengehäuse mit Spiel umgibt.
Öffnungen voneinander trennt, im Gegensatz zum Die vorgenannte Wirkung kann auch dadurch er-Erfindungsgegenstand an der Seite des Auslaßkanals, reicht werden, daß die Querwand eine. Entlüftungsdie der benachbarten äußeren Begrenzungswand des Öffnung aufweist, die über der den einen Aufnehmer Zylinderkopfes am nächsten liegt. Dadurch steht versorgenden Eintrittsöffnung liegt und deren Quermindestens die halbe Oberfläche des heißen Auslaß- 30 schnitt kleiner als der Querschnitt dieser Eintrittskanals mit dem Kühlwasserstrom iff Berührung, Öffnung ist.

der oberhalb der Stegpartie fließt. Dieses Kühlwasser Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des

wird dadurch so stark erwärmt, daß es nur noch Erfindungsgegenstandes dar.

relativ wenig Wärme von der Stegpartie, der ther- Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf misch am höchsten beanspruchten Stelle des Zylin- 35 und den Zylinder längs der Linie I-I in Fig. 2, woderkopfes, abführen kann, wodurch die Leistungs- bei Schnittebene und Zylinderachse zusammenfallen, fähigkeit der Brennkraftmaschine begrenzt wird; Im F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf Gegensatz dazu wird beim Erfindungsgegenstand längs der Linie ΙΙ-Π in Fig. 1.
durch das an letzter Stelle genannte Lösungsmerk- Der Zylinderkopf besteht im wesentlichen aus dem mal erreicht, daß der die Stegpartie kühlende Was- 40 Zylinderkopf boden 1, der Decke 2, den Begrenzungsserstrom nur noch weniger als ein Viertel der Ober- wänden 3, 4, 5 und 6, dem Einlaßkanal 7 und dem fläche des heißen Auslaßkanals berührt, dadurch Auslaßkanal 8. In der Nähe der Zylinderachse 9 liegt weniger aufgeheizt wird und so eine höhere Leistung das Einspritzdüsengehäuse 10, das die- nicht dargeder Brennkraftmaschine ohne die Gefahr von Zy- stellte Einspritzdüse eines Dieselmotors mit direkter linderkopfrissen ermöglicht. Diesem Ziel dient auch 45 Einspritzung oder auch beispielsweise die Zündkerze die gemäß dem an erster Stelle genannten Lösungs- einer Otto-Gasmaschine aufnehmen kann. In der merkmal der Erfindung angeordnete Querwand, die Nähe der Begrenzungswand 4 liegen die Eintritts-¹ verhindert, daß das Kühlwasser mit den bereits Öffnung 11 und die Eintrittsöffnung 12 im Zylindererwähnten nachteiligen Folgen zu den höheren, we- kopfboden 1. In der Nähe der gegenüberliegenden nig kühlbedürftigen Stellen des Zylinderkopfes hin 5Q Begrenzungswand 6 liegen die Überströmöffnung 13 ausweicht. Im Gegensatz zu dem Zylinderkopf ge- und die Austrittsöffnung 14. Die Eintrittsöffnung 11 maß der deutschen Patentschrift 814 685 wird der mündet in den Kühlwasseraufnehmer 15, und die Einlaßkanal beim Erfindungsgegenstand von zwei Eintrittsöffnung 12 mündet in den Kühlwasserauf-Kühlwasserströmen bespült, die bereits an heißen nehmer 16. Die Kühlwasseraufnehmer 15 und 16 Stellen, wie Auslaßkanal und Bodenplatte, aufgeheizt 55 sind durch die Trennwand 17 gegeneinander abgeworden sind. Dadurch wird der Gefahr von Rissen trennt,' die vom Zylinderkopfboden 1 bis zum Auswirksam vorgebeugt, die sonst leicht infolge von laßkanal 8 reicht. Der Kühlwasseraufnehmer 15 ist Wärmesparinungen an den Übergangsstellen von dem durch die Querwand 18 an seiner Oberseite abgerelativ kalten Einlaßkanal zu ^ärmeren Bauteilen des deckt, die das Einspritzdüsengehäuse 10 mit Spiel Zylinderkopfes entstehen. Bei dem bekannten Zylin- 60 umgibt und bis zur Zylinderachse 9 reicht, sowie sich derkopf liegt der Einlaßkanal in einem Totwasser- _ in einer senkrecht zur Zylinderachse 9 verlaufenden gebiet und wird demnach nicht genügend erwärmt,' ¹SO*- Ebene zwischen den Begrenzungswänden 3, 4 und daß er der Wärmedehnung der übrigen heißeren dem Auslaßkanal 8 erstreckt. In der Querwand 18 Teile des Zylinderkopfes nur ungenügend folgen befindet sich eine Entlüftungsöffnung 19, die über der kann, so daß an den Übergangsstellen Risse entste- 65 Eintrittsöffnung 11 liegt. Der Querschnitt der Entlüfhen können. tungsöffnung 19 ist kleiner als der Querschnitt der Im Gegensatz zu den in der deutschen Patent- Eintrittsöffnung 11, vorzugsweise im Verhältnis 1:10. schrift 1014790 und in der britischen Patentschrift Der Kühlwasseraufnehmer 16 ist an seiner Oberseite

durch den Auslaßkanal 8 derart abgedeckt, daß sich zwischen dem größten Teil des Auslaßkanals 8 und der benachbarten Begrenzungswand 5 ein freier Raum 20 befindet. Zwischen den Gaswechselkanälen (Einlaßkanal 7 und Auslaßkanal 8) liegt die Stegpartie 21 in der Nähe der Zylinderachse 9. Der Zylinderkühlraum 22 wird durch die Zylinderlaufbüchse 23 und den Zylinderkühlmantel 24 begrenzt und hat annähernd ringförmigen Querschnitt. Er steht nicht mit den Kühlräumen der benachbarten Zylinder in Verbindung, sondern wird lediglich über die Eintrittsöffnung 25 aus einem Verteilerkanal 26 mit frischem ^: Kühlwasser versorgt. Der Verteilerkanal 26 erstreckt sich entlang dem sonst nicht dargestellten Zylinderblock und versorgt die anderen Zylinder in gleicher Weise. ...'.■

Das Kühlwasser tritt aus der Eintrittsöffnung 25, die unter den Eintrittsöffnungen 11 und 12 liegt, in den Zylinderkühlraum 22" ein. Je ein Teilstrom 27 fließt direkt zu den Eintrittsöffnungen 11 und 12, während je ein weiterer Teilstrom 28, die Zylinderlaufbüchse 23 umspülend, zu der Überströmöffnung .13 gelangt und von dort als Teilstrom 29 zur Kühlwasseraustrittsöffnung 14 fließt. Der zur Eintrittsöffnung 11 fließende Teilstrom 27 verzweigt sich in dem Kühlwasseraufnehmer 15 in die Teilströme 30 und 31, die den betreffenden Teil des Zylinderkopfbodens 1, das Einspritzdüsengehäuse 10, die Stegpartie 21 und die angrenzende Wand des Auslaßkanals 8 kühlen und dann über den Einlaßkanal 7 zur Kühlwasseraustrittsöffnung 14 fließen. Aus den 'Teilströmen 30 und 31 zweigen weitere Teilströme 32 und 33 ab, ersterer durch die Entlüftungsöffnung 19 und letzterer durch den Spalt zwischen der Querwand 18 und dem Einspritzdüsengehäuse 10, die etwaige noch nicht aus dem Aufnehmer 15 abgeführte Dampfblasen entfernen, welche die Kühlwirkung stören könnten. Der aus der Eintrittsöffnung 12 austretende Teilstrom 34 kühlt den Zylinderkopfboden 1 und den Auslaßkanal 8 im Bereich des Kühlwasseraufnehmers 16 und fließt dann über den Einlaßkanal 7 zur Kühlwasseraustrittsöffnung 14. Dabei können etwaige Dampfblasen durch den Raum 20 nach oben entweichen. Es ist zu erkennen, daß der Einlaßkanal 7, der nicht zu den kühlbedürftigen, sondern eher zu den zu beheizenden Stellen eines Zylinderkopfes gehört, an seiner Oberseite von dem erwärmten Kühlwasser umströmt wird, während ihm an seiner Unterseite aus dem heißen Zylinderkopfboden 1 Wärme zugeführt wird. Dadurch nehmen alle Bauteile des Zylinderkopfes eine ziemlich gleiche Temperatur an, was das Auftreten von Wärmerissen verhindert. Dadurch, daß die Teilströme 30, 31 und 34 einen widerstandsreicheren Weg zurücklegen als der Teilstrom 29, gelingt die Erzeugung einer gleichmäßigen Kühlwasserströmung um die Zylinderlaufbüchse 23 in Gestalt der Teilströme 27 und 28. Eine zu starke Beschickung der Teilströme 28 wird dabei dadurch verhindert, daß der Gesamtquerschnitt der Eintrittsöffnungen 11 und 12 größer als der Querschnitt der Überströmöffnung 13 ist. Ein Verhältnis von 8:1 hat sich als zweckdienlich erwiesen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, insbesondere Einzelzylinderkopf für eine Dieselmaschine, bei dem die Gaswechselkanäle eines Zylinders von entgegengesetzten Seiten zu den Ventilsitzen hinführen, mit einem annähernd zentral angeordneten Einspritzdüsengehäuse und für jeden Zylinder zwei in der Nähe der Austrittsstelle des Auslaßkanals im Zylinderkopfboden gelegenen, mit dem Kühlmantel des Zylinders in Verbindung stehenden Kühlwassereintrittsöffnungen und mit einer am oberen Ende des Zylinderkopfes in der Nähe des Einlaßkanals liegenden Kühlwasseraustrittsöffnung, wobei jede der beiden Kühlwassereintrittsöffnungen in.einen über- ihnen-=r-liegenden Kühlwasseraufnehmer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlwasseraufnehmer (15) an seiner Oberseite durch eine an sich bekannte Querwand (18) abgedeckt ist, die sich in einer senkrecht zur Zylinderachse (9) verlaufenden, auf mittlerer Höhe des Zylinderkopfes liegenden Ebene von den äußeren Begrenzungswänden (3, 4) des Kühlwasseraufnehmers (15) bis etwa zur Mitte des Zylinderkopfes, das Einspritzdüsengehäuse (10) umgebend, erstreckt und über eine seitlich in der Nähe des Zylinderkopfbodens (1) und der zentralen Stegpartie (21) zwischen den Gaswechselkanälen liegende Öffnung in aufsteigender Strömungsrichtung mit der Kühlwasseraustrittsöffnung (14) in Verbindung steht, daß ferner in an sich bekannter Weise die Kühlwasseraufnehmer (15, 16) durch eine Trennwand (17) voneinander abgeteilt sind und der Auslaßkanal (8) derart oberhalb des anderen Kühlwasseraufnehmers (16) liegt, daß zwischen dem Auslaßkanal (8) und den benachbarten Bauteilen des Zylinderkopfes mit Ausnahme der Querwand (18) ein bis zur Oberseite des Zylinderkopfes reichender, zusammenhängender freier Raum (20) sich befindet, der mit der Kühlwasseraustrittsöffnung (14) in freier Verbindung steht, und daß ferner die Trennwand (17) in der Nähe des Einspritzdüsengehäuses (10) liegt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwand (18) das Einspritzdüsengehäuse (10) mit Spiel umgibt.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwand (18) eine Entlüftungsöffnung (19) aufweist, die über der den einen Kühlwasseraufnehmer (15) versorgenden Eintrittsöffnung (11) liegt und deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt dieser Eintrittsöffnung (11) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen