NO149934B - Anordning for kjoeling av en firetakts-dieselmotors sylinderlokk - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et væskekjølt sylinderlokk for en firetakt dieselmotor med i sylinderens aksialretning forløp-ende åpninger for inntaksventilene og uttaksventilene, med flere i et med sylinderlokkets bunnflate parallelt forløp-ende plan anordnede lokkbunnkjøleboringer for kjøling av bunnflaten, med flere ventilsetekjøleboringer for kjøling av inn-taksventilsetene og uttaksventilsetene og med matekanaler for mating av lokkbunnkjøleboringene og ventilsetekjøleboringene med kjølevæske, idet en gruppe lokkbunnkjøleboringer med. en indre boring i radial retning og flere ytre boringer som munner ut i de indre boringer og er fordelt over den i radial retning ytterst liggende del av lokkbunnområdet, er anordnet i hvert lokkbunnområde, hvor hvert lokkbunnområde begrenses av to radiale plan gjennom to ved hverandre anordnede åpninger for ventiler, og skjærer hverandre i sylinderaksen.

Ved sylinderlokket ifølge DE 2 755 612 står lokkbunn-kjøleboringene og ventilsetekjøleboringene i forbindelse med hverandre og er deler av et felles kjølekretsløp som gjennom-strømmes av relativt kaldt kjølevann med en temperatur på 50-60°C, som allerede har avkjølt sylinderinnsatsen og har relativt liten strømningshastighet. Denne kjøleanordning er ikke optimal i alle tilfeller da det for to forskjellige kjøle-oppgaver, nemlig kjøling av lokkbunnen og kjøling av ventilsetet, benyttes det samme kjølevann. Dette kjølevanns temperatur velges på bakgrunn av de strengere krav til kjøling av ventilsetet slik at lokkbunnen utsettes for en unødvendig sterk kjøling. I tillegg er den relativt lille strømnings-hastighet ugunstig i forbindelse med varmeoverføringen.

Det er oppfinnelsens mål å frembringe en kjøleanordning for sylinderlokket av den innledningsvis nevnte type, hvor den gjensidige avhengighet av kjølingen for lokkbunnen og ventilsetet unngås og som gir større frihet i valget av kjøle-temperaturer og strømningshastigheter for kjølemiddelet.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at gruppene med lokkbunnkjøleboringer er deler av et første selvstendig lokkbunnkjølekretsløp som gjennomstrømmes av et første kjølemiddel som bevirker en varmkjøling, og at ventilsetekjøle-kanalene er deler av et fra lokkbunnkjølekretsløpet adskilt og uavhengig av ventilsetek jølekretsløpet som gjennomstrømmes av et andre kjølemiddel med en i forhold til det første kjøle-middel vesentlige lavere temperatur.

Ved den fullstendige adskilelse av ventilsetekjølin-gen fra lokkbunnkjølingen ifølge oppfinnelsen, blir det mulig å dimensjonere disse uavhengig av hverandre og optimere dem med hensyn til de spesielle krav som stilles til dem. Kjøle-temperaturer og strømningshastigheter kan velges etter ønske og den ugunstige innflytelse på kjølingens virkningsgrad som opptrer ved av hverandre avhengige kjølinger kan unngås. For ventilsetekjølingen kreves derved relativt små kjølemiddel-mengder. En spesiell fordel består i at den såkalte "varm-kjøling" kan benyttes for sylinderlokkbunnen på grunn av ad-skillelsen av kretsløpene, idet lokkbunnkjølemidlets varme-innhold er høyt nok til å kunne benytte det f.eks. til damp-fremstilling. Den av lokkbunnkjølekretsløpets kjølemiddel opptatte varme, kan eksempelvis benyttes til oppvarming, noe som især bedrer stasjonære anleggs økonomiske virkningsgrad.

Lokkbunnkjølekretsløpets kjølemiddel er hensiktsmessig kjølevann fra en sylinderinnats som styrer stemplet, med en temperatur på over 110°C og en strømningshastighet på mer enn 1 m/s, i det minste i noen av lokkbunnkjøleboringene. Ventilsetek jølekretsløpets kjølemiddel er derimot kjølevann med en temperatur på ca. 6 0°C og en strømningshastighet i ventilsetek jøleboringene og i de med disse kommuniserende ringkan-aler på mer enn 1 m/s. Derved tilfredsstilles de strengere krav til ventilsetekjølingen.

Oppfinnelsen beskrives nærmere med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, hvor figur 1 viser et aksialsnitt langs I-l på figur 2 gjennom et sylinderlokk som er delt i en overdel og en underdel og med den øvre del av en sylinderinnsats, figur 2 viser et horisontaltsnitt gjennom sylinderlokket på figur 1, langs II-II på figur 1, figur 3 viser et aksialsnitt gjennom sylinderlokket på figur 1 og 2, langs III-III på figur 2, figur 4 viser et horisontalsnitt gjennom sylinderlokket langs IV-IV på figur 3, figur 5 viser et snitt tilsvarende figur 3 gjennom en annen utførelse av sylinderlokket, langs V-V på figur 6, figur 6 viser et horisontalsnitt gjennom sylinderlokket, langs VI-VI på figur 5 og figur 7 viser et snitt gjennom en utførelse av sylinderlokket i ett stykke, hvor den høyre halvdel av figur 7 tilsvarer snittplanet på figur 1 og den venstre halvdel tilsvarer snittplanet på figur 3.

Sylinderlokket på figur 1-4 består av en overdel 1

med gasskanaler 10 og med et kjølevannsrom 11 som leder kjøle-vannet for gasskanalene 10, og en underdel 2 med lokkbunnkjøle-boringer 18, 19 og ventilsetekjølekanaler 32, 34. Overdelen 1 og underdelen 2 er sammen med en sylinderinnsats 3, som styrer et ikke vist arbeidsstempel, festet til den heller ikke viste sylinderblokk ved hjelp av skruer 4. Parallelt med sylinderinnsatsens 3 akse strekker det seg to utsparinger 6 og 7 i sylinderlokket 1, 2, hvor utsparingene 6 hver har en utløpsventil 8 og utsparingene 7 hver har en innløpsventil

9. Koaksialt med sylinderinnsatsen 3 har overdelen 1 av sylinderlokket en utsparing 13 i hvilken det er anordnet en bøs-sing 14 som strekker seg inn i underdelen 2 og tjener til opptak av en ikke vist brennstoffventil. Mellom overdelen 1 og underdelen 2 er det anordnet en tetningshylse 16 som med kla-ring omgir bøssingen 14, og som tillater fritt gjennomløp av kjølevannet som strømmer fra lokkbunnkjøleboringene 18, 19

via kanaler 21 til kjølevannsrommet 11 og samtidig hindrer en overgang av vann gjennom skilleflaten mellom delene 1 og 2.

Lokkbunnkjøleboringene 18, 19 er anordnet fordelt i et plan nær den bunnflate 5 av sylinderlokket 1, 2 som vender mot brennkammeret 12, som vist på figur 2. Dette plan ligger under det hvor ventilsetekjøleboringene 32, 34 befinner seg, som vist på figur 3. Lokkbunnkjølingen er oppdelt i fire kjøleområder, hvert begrenset av to radiale plan som krysser hverandre i sylinderaksen 17 og strekker seg gjennom to nabo-utsparinger 6 hhv. 7, på disses akser. En gruppe kjølebor-inger 18 og 19 er tilordnet hvert således dannet kjøleområde. Hver slik gruppe består av en radial, innvendig anordnet indre boring 18 og tre ytre boringer 19 som konvergerer mot den indre»boring 18 og kommuniserer med denne og er fordelt over den radialt ytterstliggende del av vedkommende kjøleområde og lukket mot det ytre med låseskruer 20. De indre boringer 18 står over forbindelseskanalene 21 i forbindelse med ringrommet 22 som er anordnet mellom bøssingen 14 på den ene side og underdelen 2 og tetningshylsen 16 på den annen side, idet ringrommet også kommuniserer med kjølevannsrommet 11.

De ytre boringer 19 kommuniserer med overgangskanaler 25 som er utformet i en ledemantel 24 som omgir den øvre ende av sylinderinnsatsen 3, idet to tilgrensende ytre boringer 19 av to tilgrensende grupper mates fra den samme overgangskanal 25. Ledemantelen 24 og underdelen 2 er utformet i ett stykke, idet ledemantelen 24 samtidig tjener som bandasje for opptak av strekkrefter for sylinderinnsatsen 3. Overgangskanalene 25 er nedentil lukket ved hjelp av låseskruer 20' og kommuniserer over en ringkanal 27 og radiale kanaler 28 med i og for seg kjente kjølekanaler 26 utformet i sylinderinnsatsen 3.

For kjøling av lokkbunnen blir kjølevann tilført fra sylinderinnsatsens 3 kjølekanaler 26 via ringkanalen 27, radialkanalene 28 og overgangskanalene 25. Herfra strømmer kjølevannet via de ytre boringer 19 til de indre boringer 18 og kjøler derved lokkbunnen, hvoretter det kommer frem til kjølevannsrommet 11 over kanalene 21 og ringrommet 22. Lokk-bunnkjølekanalene 18 og 19 er deler av et selvstendig kjøle-kretsløp som samtidig sikrer kjøling av sylinderinnsatsen 3.

I lokkbunnkjølekanalene har kjølevannet en kjøletemperatur

på 120 - 130°C og en gjennomstrømningshastighet i de indre boringer som er større enn 1 m/s.

I utsparingene 6 og 7 er det innpresset en ventilsetering 30 hhv. 31, på hvis mot brennkammerets 12 vendende ende en ventilseteflate 40 er utformet for den bevegelige lukkedel av den tilhørende utløps- hhv. innløpsventil 8 hhv. 9. Lukke-delene føres med sitt skaftformede parti i hver sin førings-bøssing 29. På omkretsen av hver ventilsetering 30 er ringkanalen 32 anordnet mellom denne og utsparingens 6 begrensningsflate. En lignende ringkanal 33 er anordnet nær den nedre ende av bøssingen 14, mellom denne og en sentral utsparing i underdelen 2 som omgir bøssingen. Ringkanalen 33 kommuniserer over to i radial retning forløpende, indre ventilsetek jøleboringer 34' med ringkanalene 32 i ventilseteringen 30 for to tilstøtende utløpsventiler 8.

For kjøling av ventilseteflåtene 40 på de to utløps-ventiler 8 tilføres kjølevann fra et selvstendig kjølekrets-løp med egen pumpe og separat kjøler - disse er ikke vist på tegningen - til en av kjøleboringene 34 i pilens 42 retning

(figur 2). Vannet strømmer langs denne kjøleboring 34 i radial retning innover i ringkanalen 32 hvor det kjøler ventil-setef laten 40 på den tilhørende utløpsventil, og videre over kjøleboringene 34' til ringkanalen 33 som omgir bøssingen 14 hvor det kjøler den ikke viste brennstoffventil. Fra ringkanalen 33 strømmer kjølevannet over kjøleboringen 34' for den tilstøtende utløpsventil 8 til dennes ringkanal 32, hvor-ved det kjøler den tilhørende ventilseteflate 40, og deretter i radial retning over kjøleboringen 34 utad, hvor det forla-ter sylinderlokket (pilen 43). På grunn av de store krav til kjøling for dette kjølekretsløp benyttes det her relativt koldt kjølevann som har en kjøletemperatur på fra 50 - 60°C og en gjennomstrømningshåstighet i ventilsetekjølekanalene 34, 32 og 34' på mer enn 1 m/s. Ved den fullstendige adskillelse av ventilsetekjølekretsløpet-fra lokkbunnkjølekretsløpet opp-nås at de to kretsløp kan optimeres med hensyn til de krav som stilles til dem uten at de utøver en ugunstig innflytelse på hverandre med hensyn til kjølingen.

Ved den på figur 5 og 6 viste variant av ventilsete-kjølingen er en ventilsetering 44 med en ventilseteflate 40 presset inn i utsparingene 6 og 7. På den ytre omkrets av hver ventilsetering 44 er det mellom denne og vedkommende ut-sparings begrensningsflate anordnet en nedre ringkanal 45 som vender mot ventilseteflaten 40 og en øvre ringkanal 46 som over utsparinger 47 kommuniserer med ringkanalen 45. En til-førselsboring 37 fører fra omkretsen av underdelen 2 til den nedre ringkanal 45 og en utløpsboring 38 fra den øvre ringkanal 46 og ut. Kjølevannet strømmer over hver tilførsels-boring 37 til den tilhørende nedre ringkanal 45 og kjøler derved de tilhørende ventilseteflater 40. Herfra strømmer vannet via utsparingene 47 til den øvre ringkanal 46 og videre via de tilhørende utløpsboringer 38 tilbake til underdelens 2 omkrets. Boringene 37 og 38 er ved sine ytre ender forbundet med ikke viste inn- og utløpsledninger til hvilke pumpen hhv. kjøleren er tilsluttet, og hvormed de danner et ventilsete-kjølekretsløp som er uavhengig av lokkbunnkjølekretsløpet. Dette ventilsetekjølekretsløp er altså dimensjonert for kjø-ling av ventilsetene og utløpsventilene 8 samt innløpsventi-lene 9. Denne utførelse kan imidlertid også være hensikts'-messig ved kjøling bare av utløpsventilene eller bare av inn-løpsventilene.

Ved den ovenfor beskrevne' utførelse av sylinderlokket er overdelen 1 fordelaktig fremstilt av støpegods eller sfærogods og underdelen 2 av stål eller stålstøpegods. Ledemantelen 24 kan også være en del som er adskilt fra underdelen 2 og være fremstilt av støpegods, eller, når den tjener som bandasje for sylinderinnsatsen 3, av stålstøpegods.

Sylinderlokket på figur 7 er i sin konstruktive utfor-ming i det vesentlige lik den på figur 1-4, men består imidlertid av ett stykke hvor både gasskanalene 10 og lokkbunn-og ventilsetekjølekanalene er anordnet. Et sliktsylinderlokk kan bestå av støpegods eller av sfærogods. Ledemantelen 24 kan også i dette tilfelle danne en selvstendig del og også bestå av støpegods, mens den, når den skal tjene som strekk-kraftopptagende bandasje for sylinderinnsatsen 3, må frem-stilles av stålstøpegods.

Claims (2)

1. Væskekjølt sylinderlokk for en firetakt dieselmotor med i sylinderens aksialretning forløpende åpninger for inntaksventilene og uttaksventilene, med flere i et med sylinderlokkets bunnflate parallelt forløpende plan anordnede lokk-bunnk jøleboringer for kjøling av bunnflaten, med flere ventil-setekjøleboringer for kjøling av inntaksventilsetehe og uttaksventilsetene og med matekanaler for mating av lokkbunn-kjøleboringene og ventilsetekjøleboringene med kjølevæske, idet en gruppe lokkbunnkjøleboringer med en indre boring i radial retning og flere ytre boringer som munner ut i de indre boringer og er fordelt over den i radial retning ytterst liggende del av lokkbunnområdet, er anordnet i hvertlokkbunnom-råde, hvor hvert lokkbunnområde begrenses av to radiale plan gjennom to ved hverandre anordnede åpninger for ventiler, og skjærer hverandre i sylinderaksen, karakterisert ved at gruppene med lokkbunnkjøleboringer (18, 19) er deler av et selvstendig lokkbunnkjølekretsløp som gjennom-strømmes av et første kjølemiddel som bevirker en varmkjøling, og at ventilsetekjølekanalene er deler av et fra lokkbunnkjøle-kretsløpet adskilt og uavhengig ventilsetekjølekretsløp som gjennomstrømmes av et andre kjølemiddel med en i forhold til det første kjølemiddel vesentlige lavere temperatur.

2. Sylinderlokk ifølge krav 1, karakterisert ved at lokkbunnkjølekretsløpets kjølemiddel er kjølevann som kommer fra en sylinderinnsats (3) som styrer stemplet, hvis temperatur er mer enn 110°C og hvis strømningshastighet i det minste i noen av lokkbunnkjøleboringene (19, 18) er mer enn 1 m/sek, og at ventilsetekjølekretsløpets kjølemiddel er kjølevann med en temperatur på 60° og en strømningshastighet i ventilsetekjøleboringene (34, 34', 37, 38) og i de ringka-naler (32, 45, 46) som står i forbindelse med disse, er mer enn 1 m/sek.