DE2054594A1

DE2054594A1 - Unter Verwendung verschiedener Werkstoffe gebauter Zylinderdeckel für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2054594A1
Application number: DE19702054594
Authority: DE
Inventors: Helmut 8903 Haunstetten Steidle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1970-11-06
Publication date: 1972-05-10
Also published as: GB1365347A; NL7115248A; DK127521B; IT942271B

Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg, Aktiengesellschaft 89 Augsburg, Stadtbachstraße 1

P. B. 2590/998 Augsburg, den 4. November 1970

Unter Verwendung verschiedener Werkstoffe gebauter Zylinderdeckel für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft einen unter Verwendung verschiedener Werkstoffe gebauten Zylinderdeckel für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, mit wenigstens einem Einlaß- und einem Auslaßkanal und mindestens einem Einlaß- und einem Auslaßventil zur Steuerung des Ladungswechsels, sowie mit einer Bodenplatte aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, die von Kühlkanälen umgebene Ventilsitze enthält.

Die außerordentlich hohe mechanische und thermische Belastung der Zylinderdeckel leistungsstarker Brennkraftmaschinen macht eine weitgehende Optimierung der Einzelteile der Zylinderdeckel bezüglich ihrer Funktion notwendig. In dieser Hinsicht ist es aus der britischen Patentschrift 1 134 200 bekannt, die Begrenzung des Zylinder deckeis zum Arbeitsraum des Zylinders hin als eine separat angefertigte Bodenplatte auszubilden. Hierdurch werden die vom Arbeitsraum auf den Zylinderdeckel wirkenden Kräfte durch die beispielsweise aus Stahl gefertigte Bodenplatte aufge-

V-209820/0362

fangen und eine bessere Kühlung der Ventilsitze sowie eine thermische Abschirmung der oberen Zylinderdeckelbereiche bewirkt.

Dennoch wird durch die Wärmeleitung im Ventilschaft sowie durch die heißen Abgase Wärme in die vom Arbeitsraum her gesehen hinter der Bodenplatte liegenden Bereiche des Zylinderdeckels transportiert.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Zylinderdeckel der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, der im Betrieb eine funktionsgerechte Temperaturverteilung aufweist und bei dem damit insbesondere eine zu starke Aufheizung der Ladeluft auf ihrem Weg durch den Zylinderdeckel vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Einlaßkanal mit einer zugehörigen Ventilführung bzw. Ventilführungen als separates Bauteil vorgefertigt und ebenso wie ein den Auslaßkanal enthaltender Deckelträger an der Bodenplatte befestigt ist. Dadurch ist vermieden, daß durch Wärmeleitung im Material des Zylinderdeckels in erheblichem Umfang Wärme aus dem heißen f Bereich des Auslaßkanals zur Wand des Einlaßkanals transportiert

und damit die Ladeluft erwärmt wird.

Eine gute Isolierung des Einlaßkanals von den heißen Bauteilen des Zylinderdeckels wird dadurch erreicht, daß der Einlaßkanal und der Deckelträger durch Schrauben an der Bodenplatte befestigt sind. Ein weiterer Vorteil dieser Art der Befestigung ist ihre problemlose Herstellung sowie ihre Zuverlässigkeit.

209320/0362

205A594

Zur -weiteren Isolierung des Einlaßkanals ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal ein freier Raum vorgesehen. Der Einlaßkanal ist dabei vorteilhaft von Luft umgeben. Abgesehen von dem Umstand, daß dadurch Probleme einer Abdichtung umgangen sind, kann so eine Erwärmung der Ladeluft durch die Kühlflüssigkeit vermieden werden, die mit Temperaturen zwischen 50 und 100 C aus dem Kühlmittelkreislauf der Maschine entnommen ist.

Insbesondere durch eine Befestigung des Einlaßkanals an der Bodenplatte durch Schrauben sowie durch seine Fertigung als separates Bauteil an sich kann die Wahl des Werkstoffs für den Einlaßkanal frei von funktionsfremden Einflüssen gehalten werden. Nicht zuletzt zur Gewichtersparnis ist der Einlaßkanal vorteilhaft aus einer Aluminiumlegierung gegossen. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit dieses Werkstoffs, beispielsweise Siluminguß, ist ein guter Abtransport der durch den Ventilschaft in die Ventilführung des Einlaßkanals gelangenden Wärme sowie deren relativ großflächige Abgabe in die den Einlaßkanal umgebende Luft sowie in die Ladeluft gewährleistet. Die damit verbundene Aufheizung der Ladeluft hat sich als yernachlässigbar erwiesen.

Eine weitere Verbesserung der Wärmeableitung aus dem Bereich der Ventilführung im Material des Einlaßkanals wird dadurch erreicht, daß der Einlaßkanal zumindest im Bereich jeder Ventilführung eine vergrößerte Wandstärke aufweist. Dadurch wird ein schneller und ungehinderter Wärmeabfluß erreicht.

2Q9820/0362

Der die Druckkräfte aus dem Arbeitsraum auf die Zylinderdeckelschrauben übertragende Deckelträger ist in an sich bekannter Weise vorteilhaft einteilig aus Sphäroguß gefertigt. Zur Verbesserung der Kühlung des Auslaßkanals im Deckelträger ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung lediglich der Auslaßkanal von einem dünnen in Kühlkanälen geführten Kühlflüssigkeitsmantel umgeben. Insbesondere unter konstruktiven und he rs te llung s technischen Gesichtspunkten vorteilhaft tritt die Kühlflüssigkeit nach Durchlaufen von Kühlkanälen in der Bodenplatte in die den Auslaßkanal umgebenden Kühlkanäle ein.

Durch diese Beschränkung der Kühlflüssigkeitsführung auf lediglich einen dünnen, den Auslaßkanal umgebenden Kühlflüssigkeitsmantel wird eine beachtliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit und damit eine verbesserte Kühlwirkung gegenüber einer Ausführung erreicht, in der die Kühlflüssigkeit in relativ großvolumigen Kühlkanälen große Bereiche des Zylinderdeckels durchströmt. Der Wegfall einer Kühlung der vom Auslaßkanal abliegenden Bereiche des Deckelträgers, wie sie durch die Abschirmung durch die gut gekühlte Bodenplatte und durch den Kühlwassermantel des Auslaßkanals zulässig ist, ermöglicht eine weitgehende Gestaltung des Deckelträgers unter dem alleinigen Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungs-

gemäßen Zylinderdeckel-gemäß der Linie I - I aus Figur 2,

209820/0362

205459A

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinderdeckel entsprechend der Linie II - II aus Figur 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß der Linie III - III aus Figur 1.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Zylinderdeckel weist eine Bodenplatte 10 aus Stahl, einen Deckelträger 11 aus Sphäroguß und einen Einlaßkanal 12 aus Siluminguß auf. Durch in Ausnehmungen des Einlaßkanals 12 sowie in Ausnehmungen 14 des Deckelträgers geführte Schrauben sind die vorgenannten Bauteile mit der Bodenplatte 10 verbunden. Ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel von zwei in Ventilführungen 15, 16 des Deckelträgers 11 mittels Führungshülsen 17, 18 geführten, nicht näher dargestellten Auslaßventilen gesteuerter Auslaßkanal 19 ist im Deckelträger 11 angeordnet. Analog steuern zwei, in Führungen 20, 21 des Einlaßkanals 12 durch Führungshülsen 22, 23 geführte Einlaßventile die Ladeluftzufuhr zum unterhalb der Bodenplatte 10 angeordneten Arbeitsraum des Zylinders der Brennkraftmaschine. In einem oberhalb der Ventilführungen 15, 16, 20, 21 im Deckelträger 11 angeordneten Ölraum 24 sind nicht näher dargestellte Nockenwellen zur Steuerung der Ventile untergebracht. In Ausnehmungen 25 in der Außenwand des Deckelträgers 11 sind Zylinderdeckelschrauben zur Verspannung des Zylinder deckeis mit dem darunter liegenden Motorgestell vorgesehen.

Wie insbesondere aus Figur 3 gut ersichtlich ist, weist der Einlaßkanal 12 im Bereich der Ventilführungen 20, 21 eine vergrößerte Wandstärke zur Verbesserung der Wärmeabfuhr in die die umgebende Luft und vor allem in die Ladeluft auf.

209820/0362

Von der Zylindermantelkühlung heraufgeleitete Kühlflüssigkeit durch· strömt Kühlkanäle 26 der Bodenplatte 10 und gelangt von dort über einen Übergang 27 in Kühlkanäle 28 des engen Kühlmantels des Auslaßkanals 19.

Der im mittleren Bereich des Deckelträgers 11 liegende Raum 29 bleibt damit frei, beispielsweise für Einbauten zur Brennstoffeinspritzung und/oder zur weiteren mechanischen Verstärkung durch Stützwände.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

209820/0362

Claims

Ansprüche

I.J Unter Verwendung verschiedener Werkstoffe gebauter

Zylinderdeckel für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, mit wenigstens einem Einlaß- und einem Auslaßkanal und mindestens einem Einlaß- und einem Auslaßventil zur Steuerung des Ladungswechsels, sowie mit einer Bodenplatte aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, die von Kühlkanälen umgebene Ventilsitze enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (12) mit einer zugehörigen Ventilführung bzw. Ventilführungen (20; 21) als separates Bauteil vorgefertigt und ebenso wie ein den Auslaßkanal (19) enthaltender Deckelträger (ll) an der Bodenplatte (1Ö) befestigt ist.
2. Zylinderdeckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (12) und der Deckelträger (ll) durch Schrauben an der Bodenplatte (lO) befestigt sind.
3. Zylinderdeckel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaßkanal (12) und dem Deckelträger (ll) ein freier Raum (29) vorgesehen ist.
4. Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (12) von Luft umgeben ist.
5. Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da-

V-

209820/03β?

durch gekennzeichnet, daß der Einlaukanal (12) aus einer Aluminiumlegierung gegossen ist.
6. Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (12) zumindest im Bereich der Ventilführung (20; 21) eine vergrößerte Wandstärke aufweist.
7. Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
lig aus Sphäroguß gefertigt ist.

durch gekennzeichnet, daß der Deckelträger (ll) eintei-
8. Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich der Auelaßkanal (19) von einem dünnen in Kühlkanälen (28) geführten Kühlflüssigkeitsmantel umgeben ist.
9. Zylinderdeckel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit nach Durchlaufen von Kühlkanäien (26) in der Bodenplatte (lO) in die den Auelaßkanal (19) umgebenden KÜhlkanäle (28) eintritt.

209820/0362