DE698247C - Luft- und Fluessigkeitskuehlvorrichtung fuer Kolbenmaschinen, insbesondere Kolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

S134475

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für Kolbenmaschinen, insbesondere für den Zylinderdeckel von Brennkraftmaschinen.

Es ist schon eine Kühlvorrichtung bekannt, bei der in dem Zylinderdeckel voneinander getrennte Kanäle für eine Kühlluft- und für eine Kühlflüssigkeitsströmung abgeordnet sind. Die Leitungen der beiden Kühlmittel-

to ströme sind hierbei derart angeordnet, daß jede Kühlmittelströmung für sich die gesamte Kühlung des Zylinderdeckels übernehmen kann, und zwar wirkt die Kühlluftströmung praktisch allein so lange als Gesamtkühlung, als ein Bedürfnis für die nachträgliche Verwendung der erwärmten Kühlluft zu Heizungszwecken besteht, während bei abgestellter Heizung die Kühlwasserströmung die Gesamtkühlung übernimmt.

ao Die Kühlwirkung der bekannten Einrichtung auf die Brennkraftmaschine ist recht unbefriedigend. Vor allem, wenn die Luftkühlung wirksam ist, werden die heißen Teile des Zylinderdeckels nur. unzureichend gekühlt. '25

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht dagegen darin, eine Kühlung des Zylinderdeckels zu schaffen, die in ganz besonders günstiger Weise den Betriebsbedingungen der · Brennkraftmaschine entspricht und gleichzeitig den Bedarf an Kühlwasser auf einen Geringstwert herabsetzt. Gemäß der Erfindung sind die beiden Kühlluftströme gleichzeitig an der Kühlung des gesamten Zylinder- , • deckels beteiligt, und zwar liegen die von der Kühlluft durchströmten Kanäle in der Nähe der von den frisch in die Maschine eintretenden Gasen bespülten Wandungen, so daß diese durch die Luft verhältnismäßig milde gekühlt werden und' Unterkühlungen ver-

mieden werden, während die von dem Kühlwasser durchströmten Leitungen in der Nähe der von den heißen Verbrennungsgasen be-· spülten Wandungsteile liegen, so daß letztere eine voll ausreichende Kühlung erhalten. '

Die Erfindung erschöpft sich nicht in dfefh genannten Haupterfindungsgedanken, sondern bezieht sich noch auf weitere Ausführungsformen, die vorzugsweise zugleich mit dem t ο Haupterfindungsgedanken angewendet werden. Gemäß einer dieser weiteren Ausführungsformen werden in den zu kühlenden Wänden der Maschine und insbesondere in den Wänden ihres Zylinderdeckels oder ihrer Zylinderdeckel für das gleiche Kühlmittel zwei Strömungsleitungen vorgesehen, die mindestens auf einem Teil ihrer Länge voneinander getrennt sind.

Eine weitere Ausführungsform bezieht sich ao ebenfalls auf die Strömungsleitungen einer Kühlflüssigkeit, die in den zu kühlenden Wänj den angebracht sind. Vorzugsweise bezieht, sich die letztgenannte Ausführungsform auf die Kühlmittelleitungen in den Wänden, welche zwei benachbarte Zylinder voneinander trennen- Gemäß dieser Ausführungsform " wird dafür gesorgt, daß die Kühlmittelströmung in den genannten Wänden verstärkt ist. Schließlich empfiehlt es sich, die Zylinderschäfte mit einem durchbrochenen Gehäuse zu umgeben, in dessen Inneres Luft hineindringen kann, um die Zylinderschäfte zu bespülen. Das genannte Gehäuse stellt dabei zweckmäßigerweise eine^Verängerung des Zylinderdeckeis dar.

Die Erfindung kommt für beliebige Anwendungsgebiete in Frage, vorzugsweise ist sie für Brennkraftmaschinen bestimmt, die zum Antrieb von Luft-, Wasser- oder Landfahrzeugen dienen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, und zwar stellt

Fig. i in Seitenansicht mit teilweise fortgenommenen Teilen einen mit der Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung ausgestatteten Zylinderdeckel einer Brennkraftmaschine dar. Die Fig. 2 und' 3 sind von hinten und von vorn gesehene Eridansichten auf den Zylinderdeckel gemäß Fig. f.

Fig. 4 ist ein senkrechter Längsschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2.

Fig. 5 ist ein gebrochener waagerechter Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.

Fig. 6 ist ein gebrochener senkrechter Längsschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5. Die Fig. 7 und 8 sind senkrechte Querschnitte nach den Linien VII-VII und VIiI-VIII der Fig. 5.

Die Fig. 9 und 10 schließlich sind waagere'chte Schnitte nach den Linien IX-IX und X-X der Fig. 8.;

Was die Brennkraftmaschine anbelangt, zu der der weiter unten näher behandelte Zylinderdeckel gemäß der Erfindung gehört; so ist diese Brennkraftmaschine, abgesehen von 6g i ihren" Kühlmitteln, in irgendeiner üblichen Weise ausgebildet. Sie besitzt z. B. η Zylin-■ der i, die in einer geraden Linie oder in mehreren Reihen angeordnet sind, wobei die Zyderreihen in V-, Y-, W-Form oder in irgendeiner sonstigen Weise angeordnet sein können. Die Zylinder bestehen, wie dies beispielshalber, in Fig. 4 dargestellt ist, aus rohrförmigen Teilen, die mit ihrem der Verbrennungskammer benachbart liegenden Ende unter Zwischenschaltung einer Dichtung 2 in einen Zylinderdeckel 3 hineingeschraubt sind. Der Zylinderdeckel ist vorzugsweise allen Zylindern ein und derselben Zylinderreihe gemeinsam. Zu jedem Zylinder gehören zwei Einlaßventile 4 und zwei Auslaßventile 5, die in dem Zylinderdeckel zu beiden Seiten der Symmetrieebene des letzteren angeordnet sind und durch zwei Nockenwellen, die auf dem Zylinderdeckel vorgesehen sind, gesteuert werden. Ferner sind für jeden Zylinder zweckmäßigerweise zwei Zündkerzen vorgesehen, die in diametral gegenüberliegenden Augen b befestigt sind, und zwar sind diese Augen b teils auf der Seite der Einlaßventile 4 und teils auf der Seite der Auslaßventile 5 angeordnet.

Die Kühlmittel umfassen gemäß der Erdung mehrere in dem Zylinderdeckel 3 angeordnete Leitungen, von denen die eine eine Kühlflüssigkeitsströmung und die andere eine Luftströmung führen. Vorzugsweise wird dafür gesorgt, daß die zu der Luftströmung gehörenden Leitungen, welche in der Zeichnung mit A (mit oder ohne Indexziffer) bezeichnet sind, mindestens zum größeren Teil auf derjenigen Seite der Symmetrielängsebene des Zylinderdeckels liegen, auf der sich auch die Einlaßventile 4 befinden. Diese Leitungen befinden sich also in demjenigen Teil des Zylinderdeckels, der wegen der Tatsache, daß er von den frisch in die Zylinder eintretenden Gasen bespült wird, weniger zur Erhitzung neigt.

Diejenigen Leitungen dagegen, welche die Kühlflüssigkeit führen, werden vorzugsweise an den warmen Stellen des Zylinderdeckels 3 angeordnet. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die letztgenannten Leitungen der- art auszubilden, daß sie mindestens ' zwei Flüssigkeitsströmungen ergeben, die mindestens längs eines Teils ihres Weges voneinander getrennt sind. - Mit einer solchen Anordnung läßt es sich erreichen, die eine der Flüssigkeitsströmungen zu beschleunigen, so daß' gewisse Teile des Zylinderdeekels stärker

gekühlt werden, ohne daß es deswegen notwendig ist, die Strömung der gesamten durch den Zylinderdeckel'hindurchgeführten Flüssigkeitsmenge zu verstärken. S Beispielsweise können für die Strömungen der Kühlflüssigkeit zwei Strömungskreise B und B' vorgesehen sein, deren Hauptleitungen in der Nachbarschaft der Auslaßventile 5 angeordnet sind und die BrennraummuMen in '° dem Zylinderkopf umgeben.

Wenn man auch unter Berücksichtigung der vorstehenden Darlegungen auf vielfache Weise die Leitungen A; B und B' ausbilden kann, so dürfte es dennoch besonders zweckmaßig sein, die in den" Figuren dargestellte Ausführungsform anzuwenden. 'Gemäß dieser Ausführungsform "weisen die Flüssigkeitsströme, welche in den zwei benachbarte Verbrennungskammern voneinander trennenden a° Wandungen 6 vorgesehen sind, Leitungen B₃ und B₃' auf, in denen die Strömung der Flüssigkeit verstärkt ist,· so daß die Strömungsgeschwindigkeit bei zweckentsprechender Wahl der Querschnitte, der genannten Leitungen er-'S höht wird.

In den Figuren sind die für die einzelnen Teile zu wählenden Abmessungen maßstäblich dargestellt, um die Anordnung und die Form, die mit besonderem Nutzen für die verschiedenen Teile der Strömungskreise A₁ B und B' gewählt werden, besonders deutlich in Erscheinung treten zu lassen. Zum Zweck der Vereinfachung der Zeichnungen: sind in einzelnen Figuren lediglich die vorderen und 3'5 hinteren Teile des· Zylinderdeckels 3 dargestellt, da diese Teile die einzigen sind, die gewisse unterscheidende Merkmale aufweisen. Zwischen dem vorderen und hinteren Teil des Zylinderdeckels liegen (n — 2) Zwischenteile, die untereinander gleich sind und diejenigen Elemente aufweisen, die den Endteilen gemeinsam sind.

Es ist klar, daß je nachdem, ob die Brenn-. kraftmaschine zum Antrieb einer Zug- oder einer Drückluftschraube dient, der vordere Teil der für sich allein betrachteten Brennkraftmaschine mit Bezug auf das Luftfahrzeug nach* vorn .oder nach hinten gewendet . ist. In der Zeichnung ist angenommen, daß es sich bei der dort dargestellten Brennkraftmaschine um eine solche handelt, die an eine Zugschraube angeschlossen ist. Jedoch wird gemäß der im nachstehenden näher erläuterten Ausführungsform dafür Sorge getragen, daß die verschiedenen Auslässe und Einlasse des Kühlmittels beliebig an dem einen oder dem anderen Ende der Brennkraftmaschine liegen können.

Es sei nunmehr zuerst der Luftstromkreis A

6a betrachtet. Dieser ist derart ausgebildet, daß die Luft im vorderen Teil des Zylinderdeckel durch eine seitliche Eintrittsöffnung A₁ eintritt, dann die Wände bespült, welche die Einlaßventile 4 umgeben, um schließlich durch eine Leitung A₂ auszutreten. \ Die letztgenannte Leitung wurde in dem. Fall, daß die Brennkraftmaschine mit einer Drucksehraube verbunden· ist, die Rolle der Eintrittsleitung spielen.

Was nunmehr den Stromkreis B der Kühlflüssigkeit anbelangt, so weist er eine Zuführleitung B₁ auf, die seitlich der Leitung A₁ und mit Bezug auf die Symmetrielängsebene des Zylinderdeckels auf der der Leitung^i₁ gegenüberliegenden Seite liegt.

Die Einlaßleitung B₁ erstreckt sich über die ganze Länge'des Zy linder deckeis. Ihr vorderes Ende ist vorzugsweise durch einen Deckel 7 verschlossen. Dieses vordere. Ende bildet .in dem Fall, daß die Brennkraftmaschine an eine Druckschraube angeschlossen ist, das Eintrittsende für die Flüssigkeit. Die Leitung .S₁ ist gegenüber den Zwischenwänden 6, die die verschiedenen Zylinder voneinander trennen, an Leitungen B₃ angeschlossen, die in den genannten Zwischenwänden liegen. Zur Herstellung dieses Anschlusses dienen Leitungen B₂ (s. Fig. 8), von denen jede die Gesamtheit der zu der gleichen Zwischenwand gehörenden Leitungen B₃ mit der Kühlflüssigkeit versorgt. Die Zahl der in ein und derselben Zwischenwand angeordneten Leitungen B₃ beträgt z. B. drei. Die Leitungen B_3: münden auf der anderen Seite in einen Kühlmantel B₄, der, die Einlaßventile 4 teilweise umgibt und sich seitlich der Augen b verlängert, in denen die seitlich der Einlaßventile 4 liegenden Zündkerzen angeordnet sind, oder gar diese Augen vollkommen umschließt. Der Mantel^ weist in der Nähe der vorderen und hinteren Enden des Zylinderdeckels Auslaßleitungen B₅ auf, von denen die eine abgeschlossen sein kann, so daß der Austritt der Kühlflüssigkeit durch die andere Auslaßleitung geschieht. i°5

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei einem solchen Stromkreis die Flüssigkeitsströmung in den Leitungen B₃ verstärkt ist, da diese Leitungen in den Kühlflüssigkeitsstrom, der von der Einlaßleitung B₁ ausgeht "" und an der Auslaßleitung B₅ mündet, hinter einandergeschaltet sind.

Der Stromkreis B wird zweckmäßigerweise noch dadurch vervollständigt, daß die Leitung B₁ mit dem Mantel B₄ durch Leitungen Β_β verbunden wird, die zwischen den Ventilen jedes Zylinders hindurchgehen. Diese Leitungen B₆ vermindern nur -in geringfügi-■eni Maße die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit in den Leitungen B₃. jüo

Was schließlich den Strömungskreis B' anbelangt, so weist er eine Einlaßleitung B/

auf, die ähnlich wie die Leitung S₁ in der Seitenwand des Zylinderdeckels angeordnet ist, und zwar vorzugsweise unterhalb der Leitung B₁. Die Leitung B₁' steht mit Hilfe von Leitungen B₂'mit Leitungen B₃' in Verbindung, die in den Zwischenwänden 6 unterhalb der Leitungen B₃ angeordnet sind. In "jeder Zwischenwand 6 befindet sich beispielsweise eine Leitung B₂', und zwar ist diese Leitung in ίο dem Werkstoff des Zylinderkopfes angeordnet, der das eingeschraubte Laufbüchsenende aufnimmt.

Die Auslaßmündung jeder Leitung B₃' ist an den Mantel B₄ des Stromkreises B angeschlossen, und zwar dienen hierzu beispielsweise zwei V-förmig angeordnete Leitungen B₄' (s. Fig.io). Der Auslaß der Kühlflüssigkeit des Stromkreises B' geschieht also mit Hilfe der Leitungen B₅, die somit, ebenso so wie der Mantel B₄ den Stromkreisen B und B' gemeinsam sind.

Wie ohne weiteres ersichtlich ist, ist die Strömung der Kühlflüssigkeit in den verschiedenen Leitungen B₃' aus den gleichen Gründen, die schon oben mit Bezug auf die Leitungen B₃ auseinandergesetzt worden sind, verstärkt.

Selbstverständlich können alle beliebigen Mittel angewendet werden, um die Menge des Kühlmittels, das in dem einen oder in dem anderen der Stromkreise A, B und B' strömt, selbsttätig oder willkürlich zu steuern oder Um die Strömung dieses Mittels zu verstärken. Insbesondere kann der Stromkreis A mit Druckluft gespeist werden, wobei diese Druckluft bei -Brennkraftmaschinen mit 'Vorverdichter diesem Vorverdichter entnommen werden kann. Zur Lieferung der Druckluft kann aber auch ein Hilf sgebläse verwendet werden. Wie auch immer die jeweilige Ausführungsform der Erfindung sei, man erhält mit ihrer Hilfe eine Brennkraftmaschine, deren Zylinderdeckel, den Wärmeverhältnissen angepaßt, besonders wirksam gekühlt ist. Dies gilt insbesondere für die Augen b, die auf der Seite der Einlaßventile gelegen sind. Die Kühlung gemäß der Erfindung bringt eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine mit sich. Gegebenenfalls können auch außer den vorstehend beschriebenen Maßnahmen noch zusätzliche Maßnahmen verwendet werden, welche unter Umständen auch für sich allein benutzbar sind. Gemäß einer dieser Zusatzmaßnahmen, werden die Zylinder 1, die in diesem Fall zweckmäßigerweise mit Kühlrippen 8 versehen sind, durch eine Art Behälter 9 eingeschlossen, in dessen Wänden Ausnehmungen i ο vorgesehen sind, die beispielsweise jedem Zylinder unmittelbar gegenüberliegen. Auf diese Weise kann die umgebende Luft die Schäfte der Zylinder 1 bespülen und sich dadurch wirksam an der Kühlung dieser Zylinder beteiligen. In diesem Fall empfiehlt es sich, den Behälterg aus einem Stück mit dem Zylinderdeckel 3 herzustellen. Ferner ist es zweckmäßig, den Behälter 9 mit seinem unteren Teil auf dem Kürbeikasten der Brennkraftmaschine, in dem sich die Kurbelwelle der letzteren befindet, abzustützen. Die Verbindung zwischen dem Behälter 9 und dem Kurbelkasten kann durch Schraubenbolzen geschehen.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß im vorstehenden nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist, auf welches diese weder hinsichtlich ihrer Ausführungsformen noch hinsichtlich ihrer Anwendungsarten beschränkt ist.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Luft- und Flüssigkeitskühlvorrichtung für Kolbenmaschinen, insbesondere Kolbenbrennkraftmaschinen, bei der die beiden Kühlmittel in dem Zylinderdeckel in mindestens.. zwei Strömungen durch voneinander getrennte Kanäle fließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle der Kühlluftströmung nur in der Nähe der Wandungen liegen, die von den frisch in die Maschine eintretenden Gasen bespült werden, während die Kanäle der gleichzeitig mit der Kühlluftströmung wirksamen Kühlflüssigkeitsströmung mindestens in der Hauptsache in der Nähe der Wandungen liegen, die von den Verbrennungsgasen bespült werden.
2. 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 für Brennkraftmaschinen mit in Reihe angeordneten Zylindern und mit zur Reihenmitte symmetrisch liegenden je zwei Ein- und Auslaßventilen für jeden Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Auslaßventilen durch die Brennkammerwandung eine Kühlflüssigkeitsleitung (B₈) hindurchgeführt ist, welche zu Kühlräumen auf der Seite der Einlaßventile, z. B. der dort gelegenen Augen für Zündkerzen, führt.
3. 3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wandungen des Zylinderdeckels mindestens zwei wenigstens auf einem Teil ihrer Länge voneinander getrennte Strömungsleitungen (B, B') für das gleiche Kühlmittel angeordnet sind.
4. 4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströmung von den Kühlräumen der Auslaßventilseite zu denen auf der Einlaßventilseite durch zwei ver-

   schiedene Strömungsleitungen (B und B') in dem Werkstoff des Zylinderkopfes zwischen benachbarten Zylindern' hindurchgeht. ' ■
5. 5. Kühlvorrichtung nach ' Anspruch 3 und 4, dadurch' gekennzeichnet, daß die beiden Strömungskreise der Kühlflüssigkeit gemeinsame Auslaßleitungen (B₅) haben.
6. 6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kühlmittel durch an den Stirnseiten der Reihe liegende Mündungen des Zylinderkopfes ein- oder austreten.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen