DE4031083C1 - IC engine cylinder head - incorporates valve seats cooled by heat pipes extending into coolant channels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftma­ schine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er aus der DE-OS 22 42 947 als bekannt hervorgeht.

Der gattungsgemäß zugrundegelegte Zylinderkopf weist im Bereich des Ventilsitzes ein Wärmerohr auf, das die Form einer ring­ förmigen Schleife, die die Verdampferzone bildet, auf, wobei das Zulaufende und das ablaufende Ende, die die Kondensations­ zone bilden, parallel zueinander ausgerichtet sind. Das Wärme­ rohr ist im Zylinderkopf eingegossen, wobei die die Kondensa­ tionszone bildenden radial wegverlaufenden Enden in die Umge­ bungsluft oder in das Kühlwasser des Zylinderkopfes hineinra­ gen. Im Bereich des Übergangs der Schleife in die parallelen Enden des Wärmerohres ist der Ventilsitz mit diesem Wärmerohr jedoch nur gering gekühlt, so daß über den Umfang des Ventil­ sitzes keine gleichmäßige Temperatur gegeben und die Dichtwir­ kung des Ventilsitzes beeinträchtigt ist. Ferner ist das Wär­ merohr in Herstellung und Betrieb von relativ hohen Ausfalls­ raten bedroht und kann bei der bekannten Anwendung bei einer Beschädigung nur mit dem gesamten Zylinderkopf gewechselt wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine gleichmäßige Kühlung des Ventilsitzes gewährleistet, und eine einfache und preisgünstige Reparatur der Ventilsitzkühlung mög­ lich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den die Verdampferzone bildenden Hohlraum des Ventilsitzringes, der das Ventil vollstän­ dig umschließt und konzentrisch dazu angeordnet und entlang seines gesamten Umfangs hohl ist, weist der Ventilsitz an jeder Stelle nahezu die gleiche Temperatur auf, wodurch keine auf thermische Verzüge zurückgehenden Undichtheiten auftreten. Fer­ ner muß bei einer Beschädigung des Wärmerohres nur der Ventil­ sitzring ausgewechselt werden, wobei die die Kondensationszone bildenden Rohre, die zur Einsteckrichtung des Ventilsitzringes achsparallel ausgerichtet sind, ein falsches Einsetzen unter­ binden. Weitere sinnvolle Weiterbildungen sind den Unteran­ sprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles im fol­ genden erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Zylinderkopfes mit einge­ setztem Ventilsitzring,

Fig. 2 den Ventilsitzring nach Fig. 1 in Aufsicht, und

Fig. 3 den Ventilsitzring im Schnitt entlang der Linie III-III.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Zylinderkopfes 1 einer Brenn­ kraftmaschine im Bereich des Auslaßventiles 6, das thermisch besonders beansprucht ist, dargestellt. Innerhalb des Zylinder­ kopfes 1 sind mehrere Kühlmittelkanäle 4, 4′, 4′′ angeordnet. Ferner ist im Zylinderkopf 1 auch eine den Ventilschaft 2 füh­ rende und in den Auslaßkanal 13 hineinragende Ventilführungshülse 3 angeordnet. Der Ventilteller des Auslaßven­ tiles 6 liegt am Ventilsitz 5 an, der Teil eines auswechselbar im Zylinderkopf 1 angeordneten Ventilsitzringes 8 ist. Im In­ nern ist der Ventilsitzring 8 vollständig und ununterbrochen hohl ausgebildet. Dieser Hohlraum ist die Verdampferzone 7 ei­ nes Wärmerohres. Im kalten Zustand ist die Verdampferzone 7 mit der Verdampferflüssigkeit 14 gefüllt. Von der dem Zylinderkopf 1 zugewandten Stirnseite des Ventilsitzringes 8 ragen achspa­ rallel zu der Rotationsachse des Ventilsitzringes 8 ausgerich­ tete Rohre 9 ab. Diese in ihrem Innern hohle und die Kondensa­ tionszone bildenden Rohre 9 sind dichtend durch eine Bohrung in der Wandung des Kühlmittelkanals 4 hindurchgeführt und flui­ disch mit der Verdampferzone 7 des Ventilsitzringes 8 verbun­ den. An ihrem ventilsitzringseitigen Endbereich weisen die Rohre 9 einen Bereich mit erhöhtem Außendurchmesser auf, in dem eine Umfangsnut mit darin angeordneter Rundschnur-Dichtring 12 ange­ ordnet ist. Die andere Seite des Rohres 9 ist in einer der Ein­ steckbohrung gegenüberliegenden Paßbohrung eingesteckt, um mög­ liche Belastungen durch Vibrationen zu senken. Ferner ist da­ durch nahezu das gesamte Rohr 9 im Kühlmittelkanal 4 angeord­ net.

Um die Kühlwirkung bzw. die Kondensationszone 10 des Wärmerohres zu erhöhen, ist es, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, sinnvoll, an der zylinderkopfseitigen Stirnseite des Ventilsitzringes 8 mehrere parallele Rohre 9, deren jeweilige Längsachse parallel zu der Einsteckrichtung des Ventilsitzringes 8 in den Zylin­ derkopf 1 liegt, auf einem maximal 180° umfassenden Abschnitt eines zum Ventilsitzring 8 konzentrischen Teilkreises anzuord­ nen, der dem gekrümmten Abgaskanal 13 gegenüberliegt.

Im Betriebszustand der Brennkraftmaschine fließt Wärme aus dem heißen Ventilteller und des den Ventilsitzring 8 umgebenden Bereiches des Zylinderkopfes 1 in den Ventilsitzring 8 ab, wobei in dessen Innern die Verdampfungsflüssigkeit 14 verdampft. Diese Verdampfung ist mit einer Kühlung des Ventilsitzringes 8 verbunden, da der Dampf nun eine latente Wärme speichert. Diese latente Wärme wird von dem Dampf, der in die Kondensationszone 10 gelangt, an das Kühlmittel des Kühlmittelkanales 4 abgege­ ben, wobei der Dampf wieder zu Flüssigkeit kondensiert. Diese Flüssigkeit wird durch Schwerkrafteinfluß und/oder durch ka­ pillarwirksamen Innenoberflächen zur Kondensationszone 10 in Richtung der Verdampferzone 7 transportiert und der Kreislauf geschlossen.

Claims (7)

1. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem sich auf einem Ventilsitz dichtend anliegenden Ventil und mit einem Wär­ merohr, welches mit seiner Wärme aufnehmenden Verdampferzone konzentrisch um den Ventilsitz geführt ist und welches in we­ nigstens eine vom Ventilsitz abragende und von Kühlmedien be­ aufschlagte Kondensationszone übergeht, gekennzeichnet durch folgende Kombination von Merkmalen,

• a) die Verdampferzone (7) ist als axial an der Stelle des Ven­ tilsitzes (5) einsetzbarer Ventilsitzring (8) ausgebildet, der entlang des gesamten Umfanges hohl ist;
• b) an dem Ventilsitzring (8) ist wenigstens ein zu der Ein­ steckrichtung des Ventilsitzringes (8) achsparallel ausge­ richtetes, die Kondensationszone (10) bildendes und nach außen abgeschlossenes Rohr (9, 9′, 9′′, 9′′′) angeordnet, dessen Hohlraum frei mit dem Hohlraum des Ventilsitzringes (8) fluidisch verbunden ist und
• c) das Rohr (9, 9′, 9′′, 9′′′) ist dichtend durch eine Einsteck­ bohrung einer Kühlkanalwandung des Zylinderkopfes (1) hin­ durchgesteckt und ragt in den Kühlmittelkanal (4, 4′, 4′′) hinein.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kondensationszone des Rohres (9, 9′, 9′′, 9′′′) innerhalb des Kühlmittelkanals (4, 4′, 4′′) wenigstens 10% der Oberfläche der Verdampferzone (7) aufweist.

3. Zylinderkopf nach einem Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (9, 9′, 9′′, 9′′′) im Bereich der Wandung des Kühl­ mittelkanales (4, 4′, 4′′) eine Umfangsnut (11) zur Aufnahme eines Rundschnur-Dichtringes (12) aufweist.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilsitzring (8) mehrere achsparallele Rohre (9, 9′, 9′′, 9′′′) angeordnet sind.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (9, 9′, 9′′, 9′′′) auf einem zum Ventilsitzring (8) konzentrischen Teilkreis angeordnet sind.

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre auf einem maximal 180° umfassenden Abschnitt ei­ nes Teilkreises angeordnet sind, der dem gekrümmten Abgaskanal (13) des Zylinderkopfes (1) gegenüberliegt.

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring (8) mit dem (den) Rohr(en) (9, 9′, 9′′, 9′′′) als ein vorgefertigtes und einteilig in dem Zylinderkopf (1) einsetzbares Teil ausgebildet ist.