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Flüssigkeitsgekühlter, als Hohlkörper ausgebildeter Zylinderkopf für
Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Dieselmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf einen flüssigkeitsgekühlten, als Hohlkörper ausgebildeten Zylinderkopf
für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Zweitakt-Dieselmaschinen, mit einem ebenen
Boden und einer in diesem zentral ausmündenden Pfeife sowie in gleichem Abstand
von dieser angeordneten Befestigungsschrauben und den Hohlraum radial unterteilenden
Trennwänden mit je einer im Bereich des Bodens vorgesehenem Durchtrittsöffnung für
das Kühlmittel.
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Zylinderköpfe dieser Art haben insbesondere für Zweitakt-Dieselmaschinen,
Bedeutung, weil die den Verbrennungsgasen unmittelbar ausgesetzten Bauteile, wie
die Pfeife für die Einspritzdüse und der mittlere Teil dies Zylinderbodens, thermisch
hoch beairspruch.t sind. Es besteht daher seit langem das Bestreben, sie so auszubilden,
daß eine ausreichende Kühlung der hocherhitzten Bauteile des Zylinderkopfes durch
eine entsprechende Führung des Kühlmittelstromes gewährleistet ist. Andererseits
wird auch eine möglichst gute Abdichtung ihrer Auflagefläche auf dem Zylinderrand
durch eine entsprechende Ausbildung der Befestigungsorgane und Versteifungsbauteile
des Zylinderkopfes angestrebt.
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Es ist daher schon vorgeschlagen worden, um die zur Aufnahme der Einspritzdüse
dienende zentrale, im Zylinderkopf angeordnete Pfeife eine besondere von dem übrigen
Kühlmittelraum des Zylinderkopfes getrennte Kühlmittelkammer vorzusehen, die an
ihrem dem Zylinder zugekehrten Ende mit einem
Einlauf für das Kühlmittel
und am anderen Ende mit einem Ablauf für dieses versehen ist.
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Es ist auch bereits bekannt, im Hohlraum des Zylinderkopfes einer
ventilgesteuerten Brennkraftmaschine sich über die ganze Höhe des Hohlraumes erstreckende
Trennwände vorzusehen, die nahe an die zentral im Zylinderkopf angeordnete Pfeife
für die Einspritzdüse herantreten.. Durch die hierdurch gebildeten engen Spalte
zwischen dem Außenmantel der Pfeife und den freien Trennwandstirnseiten ist das
Kühlmittel gezwungen, mit hoher Geschwindigkeit dicht an der Pfeife entlangzufließen.
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Ferner sind als Hohlkörper gestaltete Zylinderköpfe mit ebenen, gleich
dick ausgebildetem Boden bekanntgeworden., bei denen der Hohlraum durch radial angeordnete
Trennwände unterteilt ist. Diese Trennwände weisen Durchbrechungen zur Führung des
Kühlmittels im Bereich des Bodens auf, die sich praktisch über die gesamte. Länge
der Trennwände erstrecken und deren Querschnitt in der von der zentralen Pfeife
und dem Boden gebildeten Ecke; als höchsterhitzte Stelle des Zylinderkopfes, am
größten ist. Daher ist gerade die Geschwindigkeit des Kühlmittels an der thermisch
am höchsten beanspruchten Stelle am kleinsten und damit auch die Kühlwirkung am
geringsten.
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Schließlich sind flüssigkeitsgekühlte Zylinderköpfe bekanntgeworden,
deren Böden bis auf eine zum Kolbenboden parallele Randzone kuppelaxtig gewölbt
sind. Die Wölbung ist hierbei in radialer Richtung zur Randzone hin verdickt, während
die Randzone selbst gegenüber .der Verdickung dine gleichbleibende Stärke aufweist.
Die etwa nur in einer mittleren Ringzone vorhandene Verdickung des Bodens kann daher
nicht zur Versteifung gegen die in axialer Richtung wirkenden Gasdrücke beitragen.
Abgesehen davon ist bei dem bekannten Zylinderkopf keine Zwangsführung zur Beschleunigung
des Kühlmittels im Bereich ,der zentral angeordneten Pfeife vorgesehen, so daß gerade
die hocherhitzte Stelle ungenügend gekühlt wird.
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Demgegenüber besteht die Aufgaib-e der Erfindung darin, einen als
Hohlkörper ausgebildeten Zylinderkopf mit zentral angeordneter Pfeife für die Einspritzdüse,
insbesondere für Zweitakt-Dieselmaschinen zu schaffen., der bei großer Steifigkeit
gegen Biegebeanspruchung d .urch die Befestigungsorgane eine größtmögliche Kühlung
der Pfeifenwand :und des Zylintderkop.fbodens im Bereich der Bodenmitte ermöglicht.
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Die Maßnahmen zur Lösung -dieser Aufgabe bestehen darin, ,daß der
Boden des Zylinderkopfes von der Einmündung der Pfeife zum Außenmantel hin stetig
zunehmend verdickt ist und daß die Durchbrechungen in den Trennwänden nur in der
Ecke zwischen dem Boden und der Pfeife im Bereich .des Überganges angeordnet sind,
um den Kühimittelumlauf im Bereich der hocherhitzten Ecke zwischen der Boden- und
Pfeifenwand zu bi -
schleunigen.
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Die Vorteile dieser Maßnahmen sind darin zu sehen, daß durch die große
Geschwindigkeit des Kühlmittels an der höchsterhitzten Stelle des Zylinderkopfes
im Bereich der Bodenmitte eine intensive und gleichmäßige Kühlung dieser 'Stelle
erzielt wird und infolgedessen ein Verzundern der Mündungskante der Pfeife im Zylinderkopfboden
sowie Wärmeschwankungen vermieden werden, die zu Rißbildungen oder zum Verklemmen
der Düsennadel Anlaß geben können. Die große Steifigkeit des Zylinderkopfes, die
durch die für eine günstige Lastverleitung und hohe Belastbarkeit besonders geeignete
radiale Querschnittsform des Bodens und durch allseitigen und ununterbrochenen Anschluß
der Stirnseiten der Trennwände an die Pfeifenwandung, den Boden, die Decke und dem
Außenmantel des Zylinderkopfes erzielt wird, verhindert bleibende Wärme- und Belastungsverformungen
desselben und gewährleistet dadurch eine dauernd gute Abdichtung der Auflagefläche
des Zylinderkopfes auf dem Zylinderrand.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt.
Es zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderkopf
nach der Schnittlinie C-D in Abb. 2, Abb.2 einen Querschnitt durch denselben nach
der SchnittlinieA.-B in Abb. i.
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Der Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer Zweitakt-Dieselmaschine,
ist mit Wasserinnenkühlung versehen und zu diesem Zweck als Hohlkörper ausgebildet.
Er besteht im wesentlichen aus zwei quadratischen, die Deckei und deii Boden2 bildenden
quadratischen Platten, die durch vier den Außenmante13 des Hohlkörpers bildende
Seitenwände miteinander verbunden sind. Zur 'Befestigung des Zylinderkopfes auf
dem Zylinder :l mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Ankerschrauben sind
die Ecken des Zylinderkopfes als durchgehende Befestigungspfeifen 5 ausgebildet.
Eine weitere, in der Mitte des Zylinderkopfes vorgesehene und in axialer Richtung
durch den Hohlkörper geführte Pfeife 6 dient in üblicher Weise zur Aufnahme einer
Brennstoffeinspritzdüse. Die dem Zylinder 4 zugekehrte Seite des Bodens 2 ist zur
Zentrierung des Zylinderkopfes auf diesem zylinderförmig abgesetzt. Die Kühlwasserzufuhr
erfolgt durch beiderseits der Befestigungspfeifen 5 im Boden 2 vorgesehene Bohrungen
7, die in den Kühlwasserraum 8 des Zylinders münden. Die 'Seitenwände weisen in-ihrer
Mitte zylindrische öffnungen g auf, die zur Halterung der Kerne beim Gießen des
Zylinderkopfes erforderlich sind. Diese werden an drei Seitenwänden durch Verschraubungen
io verschlossen, während die in der vierten gelegene zur Kühlwasserableitung mittels
einer an diese angeschlossenen Rohrleitung i i dient. Dic, parallel zur Zylinderlängsachse
verlaufenden Trennwände sind so nach innen gewölbt, daß ihr die öffnungen g enthaltender
mittlerer Teil über die Stirnseite des Zylinders greift.
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Erfindungsgemäß ist der Kühlwasserstrom so geleitet, daß eine intensive
Kühlung der höchsterhitzten Bauteile des Zylinderkopfes, wie der Pfeife 6 für die
Einspritzdüse und die Bodenmitte
12, eintritt und der Boden 2 des
Zylinderkopfes so ausgebildet, daß seine Stärke zu der hocherhitzten Bodenmitte
12 abnimmt. Hierzu sind den Hohlraum des Zylinderkopfes radial durchsetzende Trennwände
13 vorgesehen, die an der Übergangsstelle der Pfeife 6 zum Boden 2 verhältnismäßig
kleine Durchbrechungen i 4. aufweisen, die dem umlaufenden Kühlwasserstrom in diesem
Bereich eine hohe Geschwindigkeit erteilen, so daß dieser große Wärmemengen abzuführen
vermag. Gleichzeitig wird durch die radiale Anordnüng der Trennwändc 13 und die
Ausbildung des Bodens 2 sowie die Wölbung der Seitenwände eine günstige Versteifung
des Zylinderkopfes erzielt. In den der Abflußöffnung für das Kühlwasser am nächsten
liegenden Trennwänden 13 sind unmittelbar unter der Decke i kleine Öffnungen 15
angeordnet, die gegebenenfalls aus dem Kühlwasser gebildeten Dampf den Abzug aus
den Kühlkammern 16 ermöglichen und. damit die Bildung von Dampfnestern in diesen
verhindern. das Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) des Zylinderkopfes
von der Einmündung der Pfeife (6) zum Außenmantel (3) hin stetig zunehmend
verdickt ist und daß die Durchbrechungen (14) in den Trennwänden (13) nur in der
Ecke zwischen dem Boden und der Pfeife im Bereich des Überganges angeordnet sind,,
um den Kühlmittelumlauf im Bereich der hocherhitzten Ecke zwischen der Boden-. und
Pfeifenwand zu beschleunigen.
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2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch i mit quadratischer
Grundrißform, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ecken Pfeifen (5) für die
Befestigungsschrauben vorgesehen sind, die mit der zentral angeordneten Pfeife (6)
durch die Trennwände (13) und untereinander durch den zur Zylinderlängsachse parallel
verlaufenden sowie in an sich bekannter Weise nach innen gewölbten Außenmantel (3)
des Hohlraumes verbunden sind.