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Mit einer als Kühlmittelführung dienenden Haube verkleideter Zylinderkopf
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von Zylinderköpfen, insbesondere für Brennkraftmaschinen,
mit einer als Kühlmittelführung dienenden Haube.
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Die Erfindung besteht in einer dickwandigen, ebenen, den Brennraum
einschließenden Grundplatte mit einer sich über dieser sowie vor einem Kühlmittelspeicher
sich erhebenden und als «'ärmespeicher dienende Werkstoffanreicherung, die einerseits
von waagerechten und parallel zur Grundplatte verlaufenden, allseitig geschlossenen
Kühlkanälen sowie andererseits von im wesentlichen senkrechten dickwandigen Ventilschächten
und schräg nach oben verlaufenden Ventilführungen durchsetzt wird und welche auf
der dem Kühlmittelspeicher gegenüberliegenden Seite eine Ausnehmung für die Ventilsteuervorrichtung
aufweist. Zweckmäßig ist die Wandfläche der unter der haubenartigen Zylinderkopfverkleidung
aufragenden Werkstoffanreicherung an ihrer dem Kühlmittelspeicher zugekehrten Seite
stetig gekrümmtundverleiht einerseits zusammen mit der Wand der Haubenverkleidung
den Kühlkanälen in Richtung des strömenden Kühlmittels einen düsenartigen Zuströmquerschnitt.
Andererseits weist die Werkstoffanreicherung einen Gesamtquerschnitt mit geringem
Strömumgswiderstand auf.
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Durch eine solche Anordnung wird ein aus Werkstoff und Kühlmitteladern
bestehendes Gitterwerk geschaffen, dessen Strömungsquerschnitte sowohl für die Wärme
als auch für das Kühlmittel der jeweils anfallenden und abzuführenden Wärmemenge
in einem bisher unbekannten Grade angepaßt sind und wobei im Gegensatz zu den bisher
bekannten Kühlvorrichtungen darauf verzichtet ist, das strömende Kühlmittel in erster
Linie möglichst nahe an die heiße Stelle heranzuführen, sondern es ist die Wärmeabfuhr
vorwiegend einer unmittelbaren Ausstrahlung in die aus Werkstoff bestehende Umgehung
überlassen. Weiterhin können durch die Erfindung die Wärmeverteilung über die Brennraumoberfläche
in einem bisher unbekannt hohen Grade beeinflußt werden. Es bilden die dicke Grundplatte
mit dem darüber aufragenden, ebenfalls dickwandigen Ventilschacht eine wirksame
Wärmespeichermasse, deren Oberflächentemperatur durch das mehr oder weniger nahe
Heranführen des Kühlmittels weitgehend geregelt ist. Letzteres ist insbesondere
für Brennkraftmaschinen mit Kompressionszündung von großer Bedeutung, weil man durch
eine entsprechende Schaffung von kühleren und heißeren Zonen an der Brennraumoberfläche
denjenigen Bereich des Brennraumes bestimmen kann, an welchem der Zündvorgang einsetzen
soll. Außerdem kann man auch den Ablauf der Zündung beeinflussen. Weiterhin ermöglicht
die düsenförmige Ausbildung der Kühlkanäle eine sehr wirksame Ausnützung des Kühlmittels,
und der stromlinienförmige Werkstoffblock bietet einen sehr geringenGesamtströmungswiderstand.
Ferner wird durch den schrägen Abfall der Zylinderkopfhaube der Ventilschacht sehr
kurz, so daß die aus dem Ventilschacht austretenden heißen Gase nicht allzuviel
Wärme an die Wand des Ventilschachtes abgeben können.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigen Abb. = den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine im Schnitt nach
der Linie A-A von Abb. 2 ;
Abb. 2 einen Schnitt durch den Zylinderkopf
nach der Linie B-B von Abb. i; Abb. 3 den Zylinderkopf von vorn gesehen; Abb. 4
einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie C-C von Abb. i ; Abb. 5 einen
Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie D-D von Abb. i.
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Nach dem gewählten Ausführungsbeispiel ist eine stärkere Grundplatte
r vorgesehen, welche auf einer ähnlichen Platte 2 eines am Zylindermantel 3 angeordneten
Kühlsystems aufliegt (Abb. i). Von der Platte i ragt ein kaminartiger Aufbau 4 (Abb.
i) auf, der etwa die gleiche Wandstärke wie die Platte i hat. Dieser Aufbau 4 birgt
die von den Ein- und Auslaßventilöffnungen 5, 6 aufsteigenden Ventilschächte 7 und
8 (Abb. 2). Die aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Ventile werden in schrägsitzenden
Büchsen g und io geführt und sitzen schräg zur Achse des Kamines 4 derart (Abb.
i), daß die Ventilkörper mit der die Ventilöffnungen 5, 6 umgebenden Wand ii und
einer dieser gegenüberliegenden konkaven Wand 12 einen-Brennraum von annähernd dreieckigem
Querschnitt mit einer in der Auflagerfläche des Zylinderkopfes liegenden Basis bilden.
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Über der Grundplatte i ist ein den Kamin 4 einschließender Werkstoffblock
13 (Abb. z) mit düsenartigen Durchlässen 14, 14' angeordnet. Der die Innenseite
dieser Durchlässe begrenzende Werkstoffblock ist derart geformt, daß seine Oberfläche
14' eine Leitfläche für das durch die Durchlässe hindurchströmende Kühlmittel bildet
und der Gesamtkörper dieses Blockes 13 einen Werkstoffbarren mit einem möglichst
geringen Strömungswiderstand darstellt. Weiterhin sind die düsenartigen Durchlässe
14, 14' durch die Durchlässe ganz durchsetzende Rippen 15 in flache Kanäle 14" (Abb.
3 bis 5) unterteilt, und diese Kühlkanäle erhalten das Kühlmittel durch einen gemeinschaftlichen
größeren Kanal oder Kühlmittelspeicher 16 (Abb. i) zugeführt. Das ganze Kühlsystem
schließt eine dachartige Verschalung i7 ein, welche gegen den Kühlmittelspeicher
16 hin schräg abfällt und auf der diesem Speicher gegenüberliegenden Seite einen
Raum 18 für die Aufnahme der Ventilsteuerung einschließt. Diese Verschalung ist
wiederum von Werkstoffwänden ig (Abb. 3) und Blöcken 2o (Abb.4) durchsetzt, welche
ebenfalls zu einer günstigen Wärmeverteilung bzw. Übertragung derselben auf das
Kühlmittel beitragen.
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An Stelle von zwei Ventilen kann natürlich auch nur ein einziges Ventil
vorhanden sein bzw. können solche Ventile überhaupt fehlen und der Kamin zum Halten
einer Brennstoffeinspritzdüse, einer Glühkerze o. dgl. herangezogen sein. Die Gliederung
und Führung der Kanäle kann sich im Rahmen der Erfindung auch mehr in vertikaler
Richtung erstrecken. .So können die Kühlkanäle zum Teil längs des kaminartigen Aufbaues
gerade, $-förmig oder nach einer Schraubenlinie um diesen herumlaufen. Auch ist
im Rahmen der Erfindung eine Kombination von im wesentlichen waagerechten und senkrechten
Kanälen und eine Anordnung von weiteren Kühlkanälen möglich. Die Kühlkanäle können
z. B. auch den Raum zwischen den beiden Ventilschächten 7 und 8 durchsetzen. Auch
ist der Winkel, welchen die Ventile gegenüber der Ventilachse oder der Grundplatte
einnehmen, beliebig. Zweckmäßig ist es, die vom Kühlmittel bespülten Oberflächen
durch einen die Wärme besonders gut leitenden Werkstoff oder durch chemische oder
elektrolytische Behandlung zu vergüten. Auch ist Leichtmetall als Werkstoff für
den Zylinder bevorzugt.