DE2638025C3

DE2638025C3 - Wassergekühlte Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2638025C3
Application number: DE2638025A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Feichtinger; Josef Ing. Greier; Hans Ing. List; Bertram Obermayer; Othmar Skatsche; Johann Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-04
Filing date: 1976-08-24
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE2638025B2; FR2323018B1; GB1534732A; JPS5840654B2; JPS5232437A; AT342925B; US4092956A; FR2323018A1; DE2638025A1; ATA684975A

Description

Die Erfindung betrifft eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem mit dem Zylinderblock und dem Gehäuse der obenliegenden Nockenwelle einstückig zusammenge gossenen Zylinderkopf, im Zylinderkopf hängend angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen sowie quer zum Motor zur auslaßscitigen Außenwand geführten Auslaßkanälen und mit einem über sämtliche Zylinder sich erstreckenden Kühlwasscrraum.

Bei Brennkraftmaschinen dieser Art ist es zur Vermeidung von unzulässig hohen thermischen Spannungen notwendig, die Auslaßkanälc möglichst über ihre ganze Länge und ihren gesamten Umfang mil Wasser zu kühlen. Diese Forderung bringt aber gußtechnische Schwierigkeiten für die Montage der Kanalkcrne mit sich. In der Regel muß aus diesem Grund bei Zylinderköpfen von Dieselmotoren der Wassermantelkcrn zweiteilig ausgeführt werden. In vielen Fällen ist es auch schwierig, bei den an sich beengten räumlichen Verhältnissen einen Kühlwasscr-Verteilkanal genügend großen Querschnittes unterzubringen.

Aus der GB-PS 10 81 529 ist eine Brennkraftmaschine der genannten Art bekannt, bei der für alle Zylinder ein zusammenhängender Kühlwasserraum vorgesehen ist, welcher durch eine in der Ebene der Zylinderkopfböden gelegene, starkwandige Zwischenwand der Höhe nach unterteilt ist. Der untere, die Zylinderbüchsen enthaltende Teil des Kühlwasserraumes ist mit dem oberen, im Zylinderkopfbereich gelegenen Teil des Kühlwasserraumes nur über relntiv enge Übcrströmqucrschnitle an den beiden Stirnseiten des Motorblocks verbunden. Es

.. in liegt auf der Hand, daß sich durch diese Kühlwasserraumgestaltung eine gleichmäßige, den örtlich unterschiedlichen Kühlerfordernissen Rechnung tragende Kühlung der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit nicht verwirklichen läßt, und daß es bei höherer thermischer Belastung des Motors zu unregelmäßigen Wärmedehnungen kommen kann, welche eine Deformation der Zylinderkopfböden und Zylinderbüchsen hervorrufen und das Auftreten von Wärmerissen begünstigen können. Darüber hinaus ergeben sich durch die Gestaltung der Kühlwasserräume im bekannten Fall gußtechnische Schwierigkeiten.

Eine gewisse Verbesserung der Kühlungsverhältnisse im Bereich der Ventilstege bzw. der Einspritzdüse von Brennkraftmaschinen mit abnehmbarem Zylinderkopf wird mit aus den DE-AS 18 10 603 und 14 76 387 und der AT-PS 2 59 943 bekannten Maßnahmen erreicht. In diesen Druckschriften sind hülsenförmige, zum Teil koaxial zur Einspritzdüse angeordnete Einsätze im Zylinderkopf beschrieben, mit deren Hilfe eine Lenkung und Richtung eines Kühlwasserstromes zu den thermisch kritischen Stellen, insbesondere der Einspritzdüse, erfolgen soll. Die Problematik der schwierigen Gußgestaltung und der gleichzeitigen Gefahr unzulässig hoher Spannungen ist bei Zylinderköpfen dieser Art nicht gegeben, weshalb allein mit der Anordnung der beschriebenen hülseoiörmigen Einsätze das Auslangen gefunden wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die erwähnten gußtechnischen Schwierigkeiten vermieden und günstige Voraussetzungen für eine möglichst gewichtsersparende Bauweise gegeben sind. Darüber hinaus soll eine möglichst intensive Kühlung der thermisch hoch belasteten Bereiche des Motors gewährleistet sein.

Zur Erreichung dieses Zieles ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß unmittelbar oberhalb der Auslaßkanälc ein in Motorlängsrichtung sich erstreckender Kühlwasser-Verteilkanal angeordnet ist. und daß der Kühlwasser-Verteilkanal mit dem Zylinderkopf-Kühlwasscrraum jedes Zylinders durch eine an sich bekannte, gegen die Ventil- und Düsenstege des betreffenden Zylinders gerichtete Bohrung oder ein in diese Bohrung eingesetztes Rohr verbunden ist. Durch diese Ausbildung ergibt sich neben erheblichen Gcwichlseinsparungen durch die Vereinigung von Nockenwellengehäuse. Zylinderkopf und Zylinderblock zu einer baulichen Einheit eine bedeutende gußtechnische Vereinfachung, welche darin besteht, daß auf die übliche Zweiteilung des Wasscrmantclkerncs verzichtet werden kann und die Möglichkeit geschaffen wird, das Auslaßkanal-KcrnpaKCt schräg von oben her in den einteilig ausgebildeten Zylinderkopfwasscrmanielkern ein/.uführen und danach den Kern des Kühlwasser-Verteilkanales einzulegen.

Durch die Erfindung werden aber auch sehr günstige Kühlvcrhältnisse im Bereich der Auslaßkanäle geschaffen, die zwar in der gleichen Weise wie zur Gänze im Kühlwasserraum des Zylinderkopfes gelegene Auslaßkanäle über ihre gesamte Länge und ihren ganzen Umfang gekühlt werden, wobei jedoeh nur der untere Teil der Auslaßkanäle von dem bereits im Zylinderkopfbereich erwärmten Kühlwasser bespült wird, wogegen der obere Teil der Auslaßkanälc eine intensive Kühlung durch das über den Verteilkanal mit relativ niedriger Temperatur einströmenden Kühlwasser erfährt. Diese Art und Weise der Auslaßkanalkühlung trägt der örtlich unterschiedlichen thermischen Belastung der Kanal-

wände in optimaler Weise Rechnung. Für einen besonderen Kühleffekt ist es auch von Vorteil, daß im Bereich oberhalb der Auslaßkanäle verhältnismäßig viel Bauraum für die Unterbringung großer Querschnitte des Kühlwasser-Verteilkanales zur Verfugung steht. Durch die Verbindung des Kühlwasser-Verteilkanales mit dem Zylinderkopf-Kühlwasserraum jedes Zylinders in an sich bekannter Weise durch eine gegen die Ventil- und Düsenstege des betreffenden Zylinders gerichtete Bohrung oder ein in diese Bohrung eingesetztes Rohr, werden die bekannten Vorteile der verstärkten Kühlung dieser thermisch hoch beanspruchten Teile des Zylinderkopfes durch einen gezielten Kühlwasserstrahl großer Geschwindigkeit nutzbar gemacht, wobei die verhältnismäßig großen Querschnitte des Kühlwasser-Verteilkanales dieses Vorhaben begünstigen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet die untere Begrenzungswand des Kühlwasser-Verteilkanales zugleich die obere Begrenzungswand der Auslaßkanäle. Damit ist für einen intensiven Wärmeaustausch zwischen den Auslaßkanalwänden und dem durch den Verteilkanal strömenden Kühlwasser gesorgt, wobei eine Doppelwandigkeit in diesem Bereich vermieden und dadurch auch die Bauhöhe verringert wird. Die Trennwand zwischen dem Kühlwasser-Verteilkanal und den Auslaßkanälen kann dabei etwa mit derselben Wandstärke wie die Auslaßkanäle selbst ausgeführt werden.

Besonders vorteilhafte Kühlverhältnisse werden nach der Erfindung schließlich dadurch erreicht, daß der Kühlwasser-Verteilkanal Rcchieckquerschnitt aufweist und die gesamte, zwischen der auslaßseitigen Außenwand und den in Motorlängsrichtung in Reihe angeordneten Ein- und Auslaßventilen verfügbare Breite einnimmt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Seitenansicht einer aus Nockcnwellengehäuse, Zylinderkopf und Zylinderblock gebildeten Baueinheit eines Dieselmotors nach der Erfindung, teilweise geschnitten nach der Linie l-l in F i g. 3.

Fig. 2 eine Draufsicht dieser Baueinheit in Schnitldarstellung nach der Linie H-Il in Fig. I, und

Fig. 3 einen Querschnitt dieser Baueinheit nach der Linie 11 l-l 11 in Fi g. !,sowie

F i g. 4 einen weiteren Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. I.

Die insgesamt mit I bezeichnete, das Nockenwellengchäuse 2, den Zylinderkopf 3 und Zylinderblock 4 umfassende, einstückige Baueinheit gehört zu einem wassergekühlten Vierzylinder-Viertakt Dieselmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung. Im Zylinderkopf 3 sind in einer in Motorlängsrichtung verlaufenden Reihe Fin- und Auslaßventile hängend angeordnet und durch eine obenliegende, nur durch ihre Achse 5 bezeichnete Nockenwelle angetrieben. Die Achsen der Einlaßventile sind mit 6 und die der Auslaßventile mit 7 bezeichnet. Die Einlaßkanäle 8 und die Auslaßkanale 9 verlaufen quer zur Motorlängsmittelcbcne 10. Die etwa kastenförmige Baueinheit 1 besitzt im wesentlichen ebene Wandungen, von denen die einlaßseitige Außenwand mit 11 und die auslaßseitigc Außenwand mit 12 bezeichnet sind.

Charakteristisch für die erfindungsgemäße Bauart der Brennkraftmaschine sind die Gestaltung des Kühlwasserraumes, die Art de" Kühlwasserführung und die daraus resultierenden günstigen Kühlverhältnisse für die thermisch hoch beanspruchten Teile des Motors. Der oberhalb des Zylinderkopfbodens 13 gelegene Zylinderkopf-Kühlwasserraum 14 steht mit dem die Zylinderwandung 15 umgebenden Kühlwasserraum 16

über verhältnismäßig große Überströmquerschniue im Umfangsbereich der Zylinderkopfböden 13 in Verbindung. Die Zuführung und Verteilung des Kühlwassers auf die einzelnen Zylinder 17 erfolgt über einen unmittelbar über den Auslaßkanälen 9 verlaufenden, in

ίο Motorlängsrichtung sich erstreckenden Kühlwasser-Verteilkanal 18 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, dessen untere Begrenzungswand zugleich die obere Begrenzungswand 19 der Auslaßkanale 19 bildet.

Der über Kühlwasser-Eintrittsöffnungen 20 an das Kühlwassernetz des Motors angeschlossene Kühlwasser-Verteilkanal nimmt die gesam'e, zwischen der auslaßseitigen Außenwand 12 und den nicht dargestellten Teilen des Ventilantriebes verfügbare Querschnittsbreite ein. Die Höhenabmessung des Vprteilkanals 18 ist im wesentlichen nur durch die Lage der Nockenwelle bestimmt bzw. begrenzt. Von der unteren ßegrenzungswand des Verieilkanales 18 gehen schräg verlaufende Bohrungen 21 aus, in die je ein düsenartiges Rohr 22 abdichtend eingesetzt ist und deren Achse in bekannter Weise gegen den mittleren Bereich des Zylinderkopfbodens 13 gerichtet ist. In diesem Bereich befinden sich der zwischen dem Ein- und Auslaßventil gebildete Ventilsieg 23 und die beiden Düsensiege 24, die sich jeweils

JO zwischen einem der Ventile und dem Düsenhalterohr 25 der nicht dargestellten Einspritzdüse befinden.

Durch die beschriebene Art der Kühlwasserführung erfahren die thermisch am höchsten beanspruchten Teile des Motors, nämlich die Auslaßkanale 9. die

J"> Ventilstege 23 und Düsenstege 24 eine auf ihren Kühlbedarf genau abgestimmte Kühlung, wodurch unzulässig hohe Wärmedehnungen und -spannungen weitgehend vermieden werden. Die Auslaßkanale 9. deren Wandungen zum größten Teil im Kühlwasser-

■ό raum 14 des Zylinderkopfes 3 liegen, erfahren eine ver^ctärkte Kühlung im Bereich ihrer oberen, von den Auspuffgasen direkt angeströmten Begrenzungswand 19 durch den unmittelbar darüberliegenden, von verhältnismäßig kühlem Wasser durchströmten Verteilkanal 18. Die Ventilstege 23 und Düsens'.ege 24 werden durch das mit hoher Geschwindigkeit durch die eingesetzten Rohre 22 strömende Kühlwasser stark gekühlt, wodurch die Bildung von sonst häufig auftretenden Wärmerissen vermieden wird. Durch die

^r>() großen Übergangsquerschnitte vom Zylinderkopf-Kühlwasserraum 14 zum Kühlwasserraum 16 im Zylinderblock wird zugleich eine ausreichende Kühlung der Zylinderwandungen 15 sichergestellt. Bei den thermisch wesentlich geringer belasteten Einlaßkanälen

>' 8 ist eine ausreichende Kühlung gewährleistet, wenn sie. wie aus F i g. 4 ersichtlich, nur in ihrem unteren Bereich vom Kühlwasser des Zylinderkopf-Kühlwasserraumes 14 bespült werden und auf eine gesonderte Kühlung ihrer oberen Dckfläche verzichtet wird. Hieraus

^Wl ergeben sich zusätzliche gußtechnische Vorteile, weil dann auch für die Montage des Einlaßkernpaketes kein geteilter Wasserraumkern erforderlich is:.

Das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt erkennen, daß diese Bauart

^bl nicht nur gußtechni .ehe Vorteile und spezielle Kühleffekte sondern auch die Möglichkeit zu einer äußerst gewichtssparenden Konstruktion des Motors bietet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Wassergekühlte Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, mit einem mit dem Zylinderblock und dem Gehäuse der obenliegenden Nockenwelle einstückig zusammengegossenen Zylinderkopf, in Zylinderkopf hängend angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen sowie quer zum Motor zur auslaßseitigen Außenwand geführten Auslaßkanälen und mit einem über sämtliche Zylinder sich erstreckenden ι ο Kühlwasserraum, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar oberhalb der Auslaßkanäle (9) ein in Motorlängsrichtung sich erstreckender Kühlwasser-Verteilkanal (18) angeordnet ist, und daß der Kühlwasser-Verteilkanal (18) mit dem Zylinderkopf- is Kühlwasserraum (14) jedes Zylinders (17) durch eine an sich bekannte, gegen die Ventil- und Düsenstege (23, 24) des betreffenden Zylinders (17) gerichtete Bohrung (21) oder ein in diese Bohrung eingesetztes Rohr (22) verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeiciinet, daß die untere Begrenzungswand des Kühlwasser-Verteilkanales (18) zugleich die obere Begrenzungswand (19) der Auslaßkanäle (9) bildet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß <Jer Kühlwasser-Verteilkanal (18) Rechteckquerschnitt aufweist und die gesamte, zwischen der auslaßseitigen Außenwand (12) und den in Motorlängsrichtung in Reihe angeordneten Ein- und Auslaßventilen (Achsen 6, 7) verfügbare Bi eite einnimmt.