DE2952490C2

DE2952490C2 - Zylinderkopf für kompressionsgezündete Brennkraftmaschinen mit Vorbrennkammern

Info

Publication number: DE2952490C2
Application number: DE2952490A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Moncalieri Turin/Torino Filtri; Antonio Turin/Torino Formia
Original assignee: Fiat Veicoli Industriali SpA
Current assignee: Fiat Veicoli Industriali SpA
Priority date: 1979-05-23
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1985-03-28
Also published as: GB2049806B; DE2952490A1; FR2457387B1; FR2457387A1; IT7968095A0; IT1118657B; JPS55156231A; GB2049806A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftdieselmaschinc. dessen Gehäuse eine Kühlkammer einschließt, in die Wandteile einer im Bereich der an die Zylinderbohrung des Zylindergehäuses angrenzenden Bodenplatte, sowie einer in Verlängerung der Zylinderwandung liegenden Vorbrennkammer und von dem gegenüber der Zylinderhochachsc geneigt verlaufenden und in die Vorbrennkammer mündenden Hohlraum der Einspritzdüse vorragen, wobei die Kühlkammer über Einlasse mit dem Kühlmittelraum des Zylindergehäuses verbunden und durch eine Trennwand in einen oberen und einen unteren Kammerbereich unterteilt ist.

Ein Zylinderkopf der vorstehenden Gattung ist im Prinzip aus der DE-PS 10 14 790 bekannt. Bei dem bekannten Zylinderkopf, welcher allerdings für eine Brennkraftdicselmaschine in direkteinspritzender Bauart vorgesehen ist, wird das aus dem Zylindergehäuse in den Zylinderkopf strömende Kühlmittel zunächst in den oberen Kühlkammerbereich und von da aus durch einen Ringspait unter hoher Geschwindigkeit und damit intensiver Kühlung des unteren Endes der Einspritzdüse in den unteren Kühlkammerbereich geleitet.

Hierbei ist es jedoch von Nachteil, daß eine wirksame Kühlung nur des heißen Düsenendes und nicht auch gleichzeitig der ebenfalls sehr heiß werdenden Bodenplatte erzielt wird. Eine wirksame Kühlung des Zylinderkopfbodens ist deshalb nicht möglich, weil das aus dem Zylindergehäuse in den Zylinderkopf strömende Kühlwasser zunächst in den oberen Kühlkammerbereich gefördert wird, das dann bei der Durchführung durch den Ringspalt so viel Wärme aufnimmt, daß in den

unteren Kammerbereich nur Kühlwasser mil einer sehr

hohen Temperatur gelangt, und das damit nicht mehr in der Lage ist. den Zylinderkopfboden wirksam zu kühlen.

Bei einer Dieseibrennkraftmaschine mit einer im Zy-

linderkopf angeordneten Vorbrennkammer ist es jedoch erforderlich, daß der Zylinderkopfboden. Vorbrennkammer und der Hohlraum der Einspritzdüse wirklich gekühlt werden, wenn vermieden werden soll, daß im Zylinderkopf zu hohe Wärmespannungen auf treten, durch die es zu Spannungsrissen und damit zur Zerstörung des Zylinderkopfes kommen kann. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Vorbrennkammer aus einem besonders hitzebeständigen Werkstoff besteht und in das aus einem besonders gut wärmeleitfähi- gen Werkstoff bestehende Zylinderkopfgehäuse eingegossen oder eingesetzt wird. Schon aus diesem Grunde ist eine besonders gute Kühlung derjenigen Bereiche, in der die Vorbrennkammer liegt, wichtig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ein-

fachen und wirksamen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, durch welchen die Kühlung so verbessert wird, daß neben einer wirksamen Kühlung der Vorbrennkammerwände selbst auch die in ihrer unmittelbaren Nähe lie- genden Teile des Zylinderkopfes, insbesondere auch des Zylinderkopfbodens erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) beide Kammerbereiche durch eine die Wandteile umgebenden scfeiiizartigen öffnung miteinander verbunden sind.

b). die Einlasse in einem der Vorbrennkammer gegenüberliegehden Gehäusebereich des Zylinderkopfes und in den dem zentralen Bereich der die Wandteile der Vorbrennkammer umgebenden schlitzartigen Öffnung diametral gegenüberliegenden Gehäuseteilen des Zylinderkopf angeordnet sind und

c) die Einlasse zum Durchtritt von Kühlmittel von den Kühlräumen des Zylindergehäuses ausschließlich in den unteren Kammerbereich münden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Zy-

linderkcpfes liegt darin, daß dem unteren Kühlkammerbereich direkt von verschiedenen Stellen her aus dem Zylindergehäuse Kühlmittel zugeführt wird, wobei ein Teil des Kühlmittels zur Kühlung des Zylinderkopfbodens und der andere Teil ausschließlich zur Kühlung der

so Vorbrennkammer dient. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der zwischen Zylinderkopf und Zylindergehäuse liegenden Einlasse für das Kühlmittel kommt es im Zylinderkopf zu einem gegensinnigen Strömungsverlauf des Kühlmittels. Beide Kühlwasserströme tref- fen im Bereich der schlitzartigen öffnung zusammen, wobei der in unmittelbarer Nähe der Vorbrennkammer in den Zylinderkopf eintretende Kühlmittelstrom bis dahin noch keine Wärme aus dem Zylinderkopf aufgenommen hat und daher kalter ist als der aus den entfernt von der Vorbrennkammer liegenden Bohrungen zufließende Kühlmittelstrom, der auf seinem Weg zur schlitzartigen öffnung bereits Wärme aus der Bodenplatte aufgenommen hat. Dieser wärmere Kühlmittelstrom wird im Bereich der schlitzartigen öffnung den relativ kälteren Kühlmittelstrom überlagern und weiterhin fest gegen die Wandteile der Vorbrennkammer drücken. Hierdurch ist der kältere Kühlmittelstrom in der Lage, möglichst viel Wärme aus den Wandteilen der Vorbrenn-

kammer aufzunehmen und diese damit sehr intensiv zu kühlen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung eines Aluminium-Zylinderkopfes beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 im Querschnitt diesen Zylinderkopf, der auf einem Zylinderblock dargestellt ist; von dem Zylinderblock ist nur ein Teil zu sehen: der Schnitt ist dabei in jene Ebene gelegt, in der sich auch die Achse eines Zylinders des Motors befindet,

F i g. 2 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie H-Il von F i 2-1.

Fig.3 eine Schnittansichi gemäß der Schnittlinie IH-III von Fig. 1.

Fig.4 eine Schnittansichi gemäß der Schnittlinie IV-IV von Fig. I.

Der Zylinderkopf I ist dazu bestimmt, auf den Zylinderblock 3 eines aufgeladenen Vorbrenn-Dieselmotors montiert zu werden, und zwar unter Zwischenfügung einer Dichtung 2. Der Zylinderblock 3 umfaßt vier Zy-Under 4.

Der Zylinderkopf besteht aus einem Alumini.imbloek, der. jedem der vier Zylinder 4 zugeordnet, eine Kammer 5 aufweist. Diese Kammer 5 steht mit dem betreffenden Zylinder 4 in Verbindung und bildet hierfür eine Vorbrennkammer. Im vorliegenden Falle ist die Kammer 5 eine Wirbelkammer (Vortex-Bauart).

Jede Vorbrennkammer 5 kommuniziert an ihrem oberen Ende mit dem Zylinder-Hohlraum 6, der zur Aufnahme eines der Vorbrennkammer 5 zugeordneten Brennstoffinjektors dient (im vorausgegangenen auch »Sitz« genannt). Einer jeden Vorbrennkammer 5 ist eine Gewindebohrung 7 zugeordnet, die eine Glühkerze zum Vorerhitzen des Brennstoffs in der Vorbrenrikammer 5 aufzunehmen vermag.

Jede Vorbrennkammer 5 sowie der ihr zugeordnete Hohlraum 6 sind von einer Wand 8 begrenzt, deren Außenfläche von zylindrischer Gestalt ist und einer Kühlkammer 9 des Zylinderkopfes 1 zugewandt ist. Kammer 9, d :rch welche Kühlmittel strömt, ist an ihrem *o Boden durch eine Grundwand 10 abgegrenzt. Die Seiten der Kammer 9 sind teilweise durch die Wände 8 begrenzt, ferner durch die Wände U, die Zufuhr- und Abfuhrkanäle 12 und 13 im Zylinderkopf definieren. Die Kanäle 12 und 13 stehen mit den entsprechenden Zylindem 4 in Verbindung. Wie sich aus F f g. 4 erkennen läßt, sind oberhalb der öffnungen der Einlaß- und Auslaßkanäle 12 und 13 im Boden des Zylinderkopfes 1 Wände 14 vorgesehen. Diese definieren Führungen für die Ventilstößel von Einlaß- und Auslaßventil 15 und 16 (in F i g. 4 gestrichelt dargestellt). Diese Ventile 15 und 16 arbeiten mit Sitzen zusammen, die im Boden des Zylinderkopfes um die Einlaß- und Auslaßkanäle 12 und 13 herum definiert sind.

Die Grundwand *0 ist mit einer Anzahl von Einlassen 17 ausgestattet, durch welche Kühlmittel der Kam-ner 9 zugeführt wird. Jeder dieser Einlasse 17 ist in einem gewissen Abstand von den Vorbrennkammern 5 angeordnet. Ferner ist die Grundwand 10 im Bereich einer jeden Vorbrennkammer mit einem weiteren Kühlmitteleinlaß 18 ausgestattet (siehe F i g. 1).

Die Kühlmittelciniässe 17 und 18 stehen mit Kühl· Hohlräumen 19 im Motorblock in Verbindung.

Innerhalb der einzelnen Kühlkammer 9 ist eine Zwischenwand 20 vorgesehen. Diese erstreckt sich Vorzugsweise senkrecht zur Achse eines Motorzylinders 4. Die Wand 20 dient dazu, die Kühlkammer 9 zu unterteilen in einen unteren Bereich, der der Vorbrennkammer 5 zugeordnet ist, und einen oberen Bereich, der den Hohlräumen 6 zugeordnet ist. welche die Sitze für die Brennstoffinjektoren (oder Einspritzvorrichtungen) bilden. Die Trennwand oder Zwischenwand 20 ist forner im Bereich einer jeden Vorbrennkammer 5 mit einer Öffnung 21 ausgerüstet, die eine Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Teilraum der Kammer 9 herstellt. Jede Öffnung 21 ist aus einem kreisbogenförmigen Schlitz gebildet, der sich um die Ringwand 8 der benachbarten VorbrennkammerS herum erstreckt, und zwar in einer Ebene, die im wesentlichen tangential zum obe^ren Bereich dieser Kammer 5 verläuft.

Auf diese Weise wird Kühlmittel, welches aus den Einlassen 17 und 18 in den oberen Bereich oder Teilraum der Kühlkammer 9 einströmt, dazu gezwungen, in der Umgebung jener Teile der zylindrischen Wand 8 /u strömen, die die Vorkammer 5 definieren. Hierdurch wird die Vorkammer 5 in erheblichem Maße stärker als seither gekühlt. Jeder Einlaß 18 ist einem Bereich der entsprechenden Vorbrennkammer 5 benachbart angeordnet, der diametral dem zentralen erreich des bogenförmigen Schlitzes 21. der dieser Kamnv.r zugeordnet ist. gegenüberliegi. Auf diese Weise wird Kühlmittel, das in die Kühlkammer 9 durch einen Einlaß 18 eintrirr und durch die entsprechende öffnung 21 nach oben steigt, dazu gezwungen, über den gesamten Bereich der zylindrischen Kammer 8 hinwegzustreichen, welcher die benachbarte Vorbrennkammer 5 definiert. Hierdurch wird eine weitere Steigerung der Kühlung der Vorbrennkammer 5 hervorgerufen.

Die Anwesenheit der Trennwand 20 vergrößert das Widerstandsmoment des Querschnitts des Zylinderkopfes 1. Hierdurch kann die Stärke der Grundwand 10 vermindert werden, was sich auf die Kühlung dieser Wand vorteilhaft auswirkt. Die Verbesserung der Kühlung der Grundwand 10 wiederum vermindert die Unterschiede der thermischen Ausdehnung zwischen Wand 10. die aus Aluminium besteht, und dem oberen Bereich von Zylinderblock 3. der aus Grauguß besieht.

Der höhere Kühlwirkungsgrad des Zylinderkopfes 1 zufolge der Anordnung der Zwischenwand 20 macht es möglich. Zylinderkopf 1 für einen Vorbrenn-Dieselmotor mit Aufladung anzuwenden, ohne daß hierdurch die Motorzuverlässigkeit nachteilig beeinllußt wird.

Wenn auch bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen Zylinderkopf aus Aluminium Bezug genommen worden ist (da die sich aus der Anordnung der Trennwand 20 und ihrer zugeordneten öffnung 21 ergebenden Vorteile gerade bei solchen Zylinderköpfen besonders groß sind), ist es möglich, auch Zylinderköpfe aus anderen Werkstoffen, wie beispielsweise Grauguß, vorzusehen und zur Verbesserung der 'Kühlung dieses Kopfes mit einer Trennwand 20 und einem Durchlaß 21 auszurüsten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Flüssigkeitsgekühltcr Zylinderkopf für eine Brennkraftdicselmaschine, dessen Gehäuse eine Kühlkammer einschließt, in die Wandteile einer im Bereich der an die Zylinderbohrung des Zylindergehäuses angrenzenden Bodenplatte, sowie einer in Verlängerung der Zylinderwandung liegenden Vorbrennkammer und von dem gegenüber der Zylinderhochachse geneigt verlaufenden und in die Vorbrennkammer mündenden Hohlraum der Einspritzdüse vorragen, wobei die Kühlkammer über Einlasse mit dem Kühlmittelraum des Zylindergehäuses verbunden und durch eine Trennwand in einen oberen und einen unteren Kammerbereich unterteilt ist. dadurch gekennzeichnet, daß

a) beide kammerbereiche durch eine die Wandteile umgebende schlitzartige öffnung (21) miteinander ^v*rbunden sind.

b) die Einlasse (17,18) in einem der Vorbrennkammer (5) gegenüberliegenden Gehäusebereich des Zylinderkopfes (1) und in den dem zentralen Bereich der die Wandteile der Vorbrennkammer (5) umgebenden schlitzartigen öffnung (21) diametral gegenüberliegendsn Gehäuseteilen des Zylinderkopfes (1) angeordnet sind und

c) die Einlasse (17, 18) zum Durchtritt von Kühlmittel von den Kühlräumen (19) des Zylindergehäuses (3) ausschließlich in den unteren Kammerbereich münden.