DE3543443C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Kolben-Brenn
kraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (DE-OS
31 23 538) ist je Zylinder ein Einlaßventil und ein Aus
laßventil vorgesehen und die daran anschließenden Einlaß-
bzw. Auslaßkanäle verlaufen zur selben Seite des Zylinder
blockes hin. Die Zündkerze sitzt gegenüber der Einlaß-
und Auslaßöffnung im Brennraum zur anderen Seite hin
versetzt. Das Kühlsystem, durch das eine thermische
Überbeanspruchung der Ventilstege und des Bereiches um
die Zündkerze herum verhindert werden soll, umfaßt eine
senkrecht aufsteigende Kühlkanalanordnung, die mit dem Kühl
wassermantel des Zylinderblockes verbunden ist, und eine
querverlaufende Kühlkanalbohrung, in welche die erst
genannte Kühlkanalbohrung mündet und die zwischen Einlaß
kanal und Auslaßkanal zur Zündkerzenbohrung hin verläuft.
Außerdem ist ein als Sammelkanal dienender Kühlkanal
auf der der Zündkerzenbohrung zugewendeten Seite des
Zylinderkopfes vorgesehen, der in den Kühlwassermantel
des Zylinderblockes wieder zurückführt. Die querverlaufende
Kühlkanalbohrung wird von der Zündkerzenbohrung unter
brochen, wobei durch eine eingesetzte Buchse in dieser
ein Ringraum geschaffen ist, der von Kühlwasser durch
strömt ist.
Diese bekannte Lösung, bei der der eigentliche Kühleffekt
im Bereich der Zündkerzenbohrung durch den erwähnten
Ringraum erzielt wird, ist nur bei ausreichendem Platz
über dem Brennraum verwirklichbar. Bei Brennkraftmaschinen,
die zum Zweck der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und
der Leistungssteigerung zwei Auslaßventile und ein im
Querschnitt erheblich vergrößertes Einlaßventil oder
ebenfalls zwei Einlaßventile aufweisen, steht der hierfür
erforderliche Platz jedoch nicht zur Verfügung. Da der
entsprechend im Querschnitt erheblich vergrößerte Ein
laßkanal oder die beiden Einlaßkanäle mehr Platz bean
spruchen als die beiden Auslaßkanäle, steht nur noch auf
der Auslaßseite zwischen den beiden Auslaßkanälen Platz
für die Zündkerzenbohrung zur Verfügung. Dieser Platz
ist jedoch nicht ausreichend, um die Zündkerzenbohrung
mit einem Ringraum der vorstehend erwähnten Art aus
zustatten, und der groß bemessene Einlaßkanal bzw. die
Einlaßkanäle verhindern eine Kühlkanalbohrung, die von
der Einlaßseite her ausgeht und zur Zündkerzenbohrung
führt.
Es ist weiterhin auch schon eine Brennkraftmaschine
bekannt (GB-OS 20 81 809), bei der zwei Einlaßventile
und ein Auslaßventil vorgesehen sind, wobei die drei
Öffnungen in den Brennraum an den Ecken eines Dreieckes
angeordnet sind und ein Heißteil, nämlich eine Kraft
stoff-Einspritzdüse, zwischen dem Auslaßventil und
einem der Einlaßventile liegt. Eines der Einlaßventile
und das Auslaßventil sind auf der Seite des Zylinder
kopfes angeordnet, zu der hin auch der Auslaßkanal ver
läuft; das andere Einlaßventil und die beiden Einlaß
kanäle sind der gegenüberliegenden Zylinderkopfseite
zugeordnet. Zu dieser Seite hin versetzt, zwischen dem
Einlaßventil und dem Auslaßventil, befindet sich auch
die Einspritzdüse.
Das bei dieser Brennkraftmaschine vorgesehene Kühlsystem
zum Schutz des Bereiches zwischen Auslaßventil und Ein
spritzdüse vor thermischer Überlastung weist einen etwa
parallel zum Auslaßkanal und neben bzw. unter diesem
verlaufenden Kühlkanal auf, der mit einem Kühlwasserraum
im Zylinderkopf zwischen den drei Ventilen in Verbindung
steht. Von diesem Kühlwasserraum erstreckt sich eine
Kühlkanalbohrung durch den Wandbereich zwischen der
Einspritzdüse und dem Auslaßkanal sowie ein weiterer
Kühlwasserkanal durch die Wand zwischen den beiden Ein
laßventilen hindurch. Die Hauptkühlwirkung wird folglich
durch den parallel zum Auslaßkanal verlaufenden Kühlkanal
erzielt, während der eigentlich zu schützende Bereich
zwischen dem Auslaßventil und der Einspritzdüse nur eine
geringere Kühlwirkung erfährt. Dies rührt daher, daß
infolge des relativ größer bemessenen Kühlkanals zwischen
den beiden Einlaßventilen die Kühlwasserströmung aus dem
zwischen den Ventilen befindlichen Kühlwasserraum haupt
sächlich dort verläuft, während aufgrund des größeren
Widerstandes der Kühlwasserbohrung dort ein geringerer
Durchfluß zu erwarten ist.
Es ist weiterhin auch eine Kolben-Brennkraftmaschine
bekannt (CH-PS 6 28 399), die zwei Einlaß- und zwei Auslaß
ventile besitzt. Eine Einspritzdüse als Heißteil ist
zentral zwischen diesen im Quadrat angeordneten Ventilen
vorgesehen. Die Kühlung der Auslaßkanäle und der Ein
spritzdüsenbohrung erfolgt mittels Kühlwasser-Ringkanälen,
die durch eingesetzte Büchsen um die Auslaßkanäle sowie
um die Einspritzdüsenbohrung herum geschaffen sind.
Diese Kühlwasser-Ringkanäle werden durch waagrecht ver
laufende Kühlwasserkanäle von der Zylinderkopfseite her
versorgt, welche über einem weiteren System von Kühl
kanälen verlaufen, die zur Kühlung des Zylinderdeckel
bodens unmittelbar über dem Brennraum dienen. In diesem
Deckelboden-Kühlsystem sind ebenfalls von der Seite des
Zylinderkopfes her eingebrachte Kühlwasserbohrungen vor
gesehen, von denen jeweils zwei zu beiden Seiten der
Einlaß- und Auslaßöffnungen im Zylinderdeckel vorbei
geführt sind. Diese Kühlwasserbohrungen erstrecken sich
jedoch nicht in den Wandungsbereich zwischen den Einlaß-
bzw. Auslaßkanälen und der Einspritzdüsenbohrung.
Auch hier gilt wieder, daß es bei einer Brennkraftmaschine mit
zwischen den Auslaßkanälen liegender Zündkerzenbohrung, die
schräg angeordnet ist, um der darüberliegenden Nockenwelle
auszuweichen, unmöglich ist, Kühlwasser-Ringkanäle um die
Zündkerzenbohrung herum sowie um die Auslaßkanäle vorzu
sehen.
Schließlich ist es von einem Kreiskolbenmotor her bekannt,
Kühlkanäle für die Kühlung der Zündkerzenbohrung zu dieser
zu führen, jedoch weist dieser Motor keine Einlaß- und
Auslaßkanäle im Bereich der Zündkerzenbohrung auf, so daß
das hier behandelte Problem nicht auftritt (DE-GBM 19 96 762).
Vielmehr können dort die Kühlkanalbohrungen problemlos nahe
und ohne Behinderung durch andere Öffnungen an die Zünd
kerzenbohrung herangeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der
eingangs geschilderten bekannten Brennkraftmaschine und
bei Anordnung von zwei Auslaßventilen und schräg verlaufender
Zündkerzenbohrung zwischen den Auslaßkanälen, ein Kühl
system zu schaffen, das einen aureichenden Schutz der
Zündkerzenbohrung vor thermischer Überlastung durch die
daran vorbeigeführten Auslaßkanäle ergibt und überdies
eine einfache Herstellung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ausgestaltung gemäß
dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.
Die Kühlkanalbohrungen erstrecken sich somit schräg nach
oben verlaufend durch den Wandteil zwischen den Auslaß
kanälen und der Zündkerzenbohrung hindurch und münden
jeweils über dem zugeordneten Auslaßkanal in einen Kühl
wassermantel des Zylinderkopfes, der ebenfalls mit dem
Kühlwassermantel des Zylinderblockes in Verbindung steht.
Da dieser Kühlwasserraum oberhalb der Auslaßkanäle auf
grund der unvermeidlichen Strömungswiderstände einen
geringeren Kühlwasserdruck aufweist als er am Eingang
der Kühlkanalbohrungen, nämlich an der Verbindungsstelle
zum Kühlwassermantel des Zylinderblockes, vorliegt,
ist sichergestellt, daß trotz der notwendigerweise im
Querschnitt nur kleinen Kühlkanalbohrungen Kühlwasser
in ausreichender Menge hindurchgefördert wird. Durch
den Verlauf schräg nach oben ist die Länge dieser Kühl
kanäle auch kürzer als wenn diese zunächst parallel zur
Zylinderkopfunterseite eingeführt und dann durch Bohrungen
von oben her ergänzt werden. Auch dies verringert den
Durchströmungswiderstand, so daß eine ausreichende Kühl
wirkung gewährleistet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Patentansprüchen 2 bis 6.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. In den
Zeichnungen zeigt
Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt einer fremdgezündeten
Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine nach
Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1;
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2, und
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1.
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte erfindungsgemäße Brenn
kraftmaschine 10 mit einer einzigen obenliegenden Nocken
welle weist einen Zylinderblock 11 mit einer Mehrzahl von
in Reihe angeordneten Zylindern 14 auf. Auf dem Zylinder
block 12 ist ein Zylinderkopf 13 mit einer dazwischen
liegenden Kopfdichtung 12 montiert. Die Innenfläche jedes
Zylinders 14, die Oberseite des in dem Zylinder aufge
nommenden Kolbens 15 sowie ein zurückgenommener Teil 13 a
in der Unterseite des Zylinderkopfes 13, der jedem Zylinder
14 gegenüberliegt, definieren einen Brennraum 16. Jeder
Brennraum 16 weist ein Paar von Einlaßkanälen 17 auf, die
von der einen Seite 13 b des Zylinderkopfes 13 zum Brenn
raum führen, sowie ein Paar von Auslaßkanälen 18, die
vom Brennraum 16 zur anderen Seite 13 c des Zylinderkopfes
13 verlaufen. Die Mündungen 17 a und 18 a der Einlaß- und
Auslaßkanäle 17, 18, die in dem zurückgenommenen Teil 13 a
des Zylinderkopfes 13 liegen, sind an den jeweiligen Ecken
eines Rechteckschemas angeordnet. Den Einlaß- und Auslaß
kanälen 17, 18 sind Einlaßventile 19 bzw. Auslaßventile 20
zugeordnet. Die Schäfte 19 a der Einlaßventile 18 sowie
die Schäfte 20 a der Auslaßventile 20 erstrecken sich nach
oben über die Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13 hinaus.
Jedes Einlaßventil 19 wird durch eine Ventilfeder 25
in die Schließstellung gezogen; die Ventilfeder 25 ist
zwischen einem Federteller 21 und einem Federsitz 23
gespannt, der in der Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13
an der Stelle eingearbeitet ist, durch die der Ventil
schaft 19 a hindurchragt. Entsprechend wird auch jedes
Auslaßventil 20 durch eine Ventilfeder 26 in die Schließ
stellung gezogen, die zwischen einem Federteller 22 und
einem Federsitz 24 vorgespannt ist. Der Federsitz 24 ist
ebenfalls in der Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13 an
der Stelle angearbeitet, duch welche der Ventilschaft
20 a hindurchragt.
Eine Nockenwelle 27 liegt parallel zu der nicht gezeigten
Kurbelwelle auf der Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13
zwischen der Einlaßventil-Reihe 19 und der Auslaßventil-
Reihe 20. Lagerflächen 27 a der Nockenwelle 27 sind dreh
bar in Lagerausnehmungen aufgenommen und abgestützt,
die von nach oben offenen halbkreisförmigen Ausnehmungen
in Tragwänden 28 an den gegenüberliegenden Wänden des
Zylinderkopfes 13 sowie zwischen benachbarten Zylindern
gebildet sind. Nach oben hin sind die Lagerflächen 27 a
durch Lagerschalen 30 mit nach unten offenen halbkreis
förmigen Ausnehmungen gehalten, die mittels Schrauben 29
an den jeweiligen Tragwänden 28 festgeschraubt sind.
Zwischen jedem Paar von benachbarten Lagerflächen 27 a
sind ein Paar von Nocken 27 b zur Betätigung der Einlaß
ventile 19 und ein Paar von Nocken 27 c zur Betätigung
der Auslaßventile 20 auf der Nockenwelle 27 angeordnet.
Parallel zur Nockenwelle 27, oberhalb und zu gegenüber
liegenden Seiten davon, erstrecken sich zwei Kipphebel
achsen 31 und 32, auf denen zur Betätigung der Einlaß
ventile 19 jedes Zylinders ein Paar von Kipphebeln 33
bzw. zur Betätigung der Auslaßventile 20 jedes Zylinders
ein Paar von Kipphebeln 34 schwenkbar gelagert sind.
Die Kipphebelachsen 31, 32 sind auf den Lagerschalen
30 mittels der bereits erwähnten Schrauben 29 über
Halteelemente 35 fixiert. Die Einlaßventile 19 und die
Auslaßventile 20 werden in bekannter Weise beim Umlauf
der Nockenwelle 27 zu den jeweils vorgesehenen Steuer
zeiten geöffnet bzw. geschlossen.
In Zündkerzenlöcher 36, die im Zylinderkopf 13 gebildet
sind, sind Zündkerzen 37 eingeschraubt. Jedes Zünd
kerzenloch 36 verläuft schräg zwischen den beiden Aus
laßkanälen 18 jedes Zylinders, so daß sein inneres
Ende 36 a an einer Stelle mündet, die von den Einlaß
öffnungen 17 a und den Auslaßöffnungen 18 a eingeschlossen
ist, d. h. im Zentrum des Brennraumes 16 liegt. Das äußere
Ende 36 b des Zündkerzenloches 36 mündet an der Kante
des Zylinderkopfes 13 zwischen dessen Oberseite 13 d und
der Seitenfläche 13 c, in welcher auch die äußeren Enden
18 b der Auslaßkanäle 18 münden. Die Mündung 36 b des Zünd
kerzenloches liegt hier ebenfalls zwischen den Mündungen 18 b
der Auslaßkanäle 18. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß
die Zündkerze 37 ein- und ausgeschraubt werden kann, ohne
daß die Nockenwelle 27, der Ventilantrieb auf der Außen
seite od. dgl. im Wege sind. Der Teil des Zündkerzenloches
26, der nahe an dessen innerem Ende 36 a liegt, bildet ein
Innengewinde 36 c, in welches das Außengewinde 37 a der
Zündkerze 37 eingeschraubt werden kann. Bei eingeschraubter
Zündkerze 37 ragt die Zündelektrode 37 b der Zündkerze 37
vom Zentrum der Oberseite des Brennraumes 16 in den Brenn
raum hinein.
Wie aus den Fig. 1, 2 und 4 hervorgeht, ist unter jedem
Auslaßkanal 18 in der Unterfläche 38 des Zylinderkopfes 13
ein Kühlwassereinlaß 41 zur Zufuhr von Kühlwasser aus einem
Kühlwassermantel 39 des Zylinderblockes 11 in einen
Kühlwassermantel 40 des Zylinderkopfes 13 vorgesehen.
Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, ist für jeden Zylinder
ein Paar von Bohrungen 42 vorgesehen. Eine Bohrung 42 1
erstreckt sich von dem (in Fig. 4) oberen Kühlwasser
einlaß 41 1 durch die Unterwand 38 zwischen der Zündkerzen
bohrung 36 und dem unteren Auslaßkanal 18 2 hindurch und
stellt eine Verbindung mit dem oberen Kühlwassereinlaß
41 1 und dem Kühlwassermantel 40 her. Die andere Bohrung
42 2 verläuft von dem unteren Kühlwassereinlaß 41 2 durch
die Unterwand 38 zwischen der Zündkerzenbohrung 36 und
dem oberen Auslaßkanal 18 1 hindurch und verbindet somit
den unteren Kühlwassereinlaß 41 2 mit dem Kühlwassermantel
40. Die Bohrungen 42 1 und 42 2 durchsetzen einander.
Somit ist die Zündkerzen-Gewindebohrung 36 c gegenüber
den Auslaßkanälen 18 durch die Bohrungen 42 isoliert,
wie sich aus Fig. 4 ergibt. Vorzugsweise ist Lage und
Richtung jeder Bohrung 42 so gewählt, daß die Bohrung
mittels eines Bohrers (bei A in Fig. 4 angedeutet) aus
gehend von der Unterseite des Zylinderkopfes 13 durch
den Kühlwassereinlaß 41 hindurch hergestellt werden kann.
Der Auslaßkanal 18 weist in einem der Bohrung 42 benach
barten Bereich einen verdickten Wandabschnitt 43 auf,
um zu verhindern, daß der Bohrer A beim Herstellen der
Bohrung 42 in den Auslaßkanal 18 hinein abweicht und
eine Verbindung zwischen der Bohrung 42 und dem Auslaß
kanal 18 herstellt.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind die das Zündkerzenloch
36 definierende Wand 44 und die Wände 45, die die Aus
laßkanäle 18 bilden, durch einen dazwischenliegenden
Kühlwasserkanal 46 voneinander getrennt, so daß in den
Kühlwassermantel 40 über die Kühlwassereinlässe 41 zu
geführtes Kühlwasser diesen Kühlwasserkanal 46 durchströmt,
wie durch Pfeile X angedeutet ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Gestaltung kann die Zünd
elektrode 37 b bei in die Zündkerzenbohrung 36 eingeschraubter
Zündkerze 37 aufgrund des Schrägverlaufes der Zündkerzen
bohrung 36 zwischen den Auslaßkanälen 18 zentral im Brenn
raum 18 angeordnet werden. Das erlaubt eine einwandfreie
Zündung und Ausbreitung der Flammfront im Brennraum auch
in Anbetracht der Tatsache, daß in dem Zylinderkopf 13
jeweils ein Paar breiter Einlaßkanäle 17 ausgebildet ist.
Aufgrund der Anordnung der Zündkerze 37 zwischen den Aus
laßkanälen wird Wärme von dem die Auslaßkanäle 18 durch
strömenden heißen Abgas zur Zündkerze 37 hin übertragen
und führt bei herkömmlicher Ausbildung zu einer thermischen
Zerstörung der Zündkerze, insbesondere der Zündkerzen-
Gewindebohrung 36 c und des Zündkerzengewindes 37 c in dem
zum Brennraum 16 gerichteten Teil der Unterwand 38.
Bei der hier beschriebenen Brennkraftmaschine kühlt jedoch
das die Bohrungen 42 aufgrund des Druckgefälles zwischen
den Kühlwassereinlässen 41 und dem Kühlwassermantel 40
durchströmende Kühlwasser die Gewindeteile 36 c und 37 c
an der Zündkerze 37. Außerdem wird die Zündkerze 37 über
die Wand 44 durch dasjenige Kühlwasser gekühlt, das den
Kühlwasserkanal 46 zwischen den Wänden 45 der Auslaßkanäle
18 und der Wand 44 der Zündkerzenbohrung 36 durchströmt.
Auf diese Weise kann die Zündkerze 37 effektiv vor thermischer
Überlastung und Zerstörung geschützt werden.
Claims (6)
1. Fremdgezündete Kolben-Brennkraftmaschine, bei der im
Zylinderkopf eine Zündkerzenbohrung derart schräg zur
Zylinderachse verläuft, daß die Zündelektrode einer
in die Zündkerzenbohrung eingeschraubten Zündkerze
zentral im Brennraum angeordnet ist, und bei der in
der den Brennraum definierenden Wand des Zylinder
kopfes im Bereich des Auslaßkanals und der Zündkerzen
bohrung Kühlkanalbohrungen verlaufen, die mit dem
Kühlwassermantel des Zylinderblocks verbunden sind
und in einen Kühlwasserraum des Zylinderkopfes münden,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Paar von Auslaßkanälen (18) je Zylinder
und zwischen den Auslaßkanälen (18) angeordneter
Zündkerzenbohrung (36) ein Paar von Kühlkanalbohrungen
(42) vorgesehen ist, die an gegenüberliegenden Seiten
der Zündkerzenbohrung (36) liegen und ausgehend von einer
Verbindungsstelle (41) des Zylinderkopfes mit dem Kühl
wassermantel (39) des Zylinderblocks zwischen der Zünd
kerzenbohrung (36) und jeweils einem Auslaßkanal (18)
verlaufen und über diesem Auslaßkanal (18) in den
Kühlwasserraum (40) münden.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils eine der Kühlkanalbohrungen (42 1 oder 42 2) von
einer Verbindungsstelle (41 1 bzw. 41 2) unterhalb des einen
der Auslaßkanäle (18) ausgeht, zwischen der Zündkerzen
bohrung (36) und dem anderen der Auslaßkanäle (18) hindurch
verläuft und oberhalb des anderen der Auslaßkanäle (18)
mündet.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlkanalbohrungen (42 1, 42 2) einander durchsetzen.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Einlaßventilen
vorgesehen ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühlkanalbohrungen (42) gerade ver
laufen und in einen Teil eines Kühlwassermantels (40) des
Zylinderkopfes münden.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Zündkerzenbohrung (36) und
jedem der Auslaßkanäle (18) ein Kühlwassermantel (40) ausge
bildet ist.
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