DE1035971B - Zylinderkopf fuer fluessigkeitsgekuehlte Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, welcher den Brennraum aufnimmt und mehrere nacheinander vom Kühlmittel durchströmte, etwa konzentrisch zur Zylinderachse verlaufende Ringräume enthält, deren äußerer von einer etwa dem Durchmesser der Zylinderbohrung entsprechenden Außenwand begrenzt ist.

Üblicherweise wird bei den bekannten Brennkraftmaschinen die Kühlflüssigkeit vom Kühlmantel der Zylinder über in der Anschlußfläche des Zylinderkopfes liegende Durchtrittsöffnungen dem Zylinderkopf zugeleitet und an einer hochgelegenen Stelle desselben abgeleitet. Bei dieser Kühlmittelführung ergeben sich an den meisten Stellen des Kühlmittelraumes nur kleine Kühlmittelgeschwindigkeiten, und es kommt auf Flächen mit hoher thermischer Belastung zur Dampfblasenbildung, wodurch der Wärmeübergang zum Kühlmittel weiter verschlechtert wird. Im Gefolge ergeben sich ungleichmäßige Wärmedehnungen und örtlich oft sehr große Spannungen, welche nicht selten zu Rißbildungen führen. Es ist selbstverständlich, daß diese Verhältnisse um so krasser zu Tage treten, je höher die thermische Belastung der zu kühlenden Zylinderkopfteile ist.

Um diese Gefahr insbesondere bei Motoren mit hoher Zylinderleistung zu beseitigen, sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, die darin bestehen, den Zylinderkopf im Bereich des Zylinderbodens in etwa konzentrisch zur Zylinderachse liegende Kanäle zu unterteilen, die nacheinander vom Kühlmittel durchströmt werden.

Diese bekannten Einrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Zylinderköpfe aus mehreren Teilen bestehen, deren Anlageflächen jeweils genau bearbeitet sein müssen und dadurch die Herstellung verteuern und darüber hinaus noch einen erheblichen Platzaufwand erfordern. DieTeilung dieser bekannten Zylinderköpfe erfolgt dabei in der Weise, daß der eine Teil lediglich die Kanäle für das Kühlmittel enthält, während der andere Teil zur Aufnahme und Übertragung der mechanischen Beanspruchungen dient. In einem Fall ist auch noch vorgeschlagen worden, die Kanäle im Zylinderkopf zum Brennraum hin durch eine gesonderte Bodenplatte abzuschließen, die erst nach der Herstellung des Zylinderkopfes in denselben hart eingelötet werden muß. Diese Maßnahme erfordert weiteren Zeitaufwand und bringt eine weitere Verteuerung der Herstellung solcher Zylinderköpfe. Außerdem wird jeweils nur ein der Höhe nach begrenztes Stück dieser bekannten Zylinderköpfe gekühlt, so daß die Gefahr von Wärmespannungen innerhalb des gesamten Zylinderkopfes nicht einwandfrei beseitigt ist.

Erfindungsgemäß werden die Nachteile dieser be-Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte
Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Aktiengesellschaft für Unternehmungen

der Eisen- und Stahlindustrie,

Essen, Altendorf er Str. 103

Dr.-Ing. Felix Lehner, Hallein, Salzburg (Österreich),
ist als Erfinder genannt worden

kannten Ausführungen dadurch vermieden, daß der äußere Ringraum des aus einem einzigen Gußstück bestehenden Zylinderkopfes durch eine etwa senkrecht zur Zylinderachse verlaufende, in den Guß einbezogene Trennwand unterteilt ist und daß das Kühlmittel in den brennraumseitig gelegenen Teil des äußeren Ringraumes durch ein den anderen Teil des äußeren Ringraumes durchsetzendes Rohr eintritt, nach Durchströmen des brennraumseitigen Teiles dem anderen Teil und dem innerhalb der beiden äußeren Teilräume gelegenen dritten Ringraum zufließt und den Zylinderkopf verläßt. Auf diese Weise lassen sich die zusätzlichen Materialspannungen, die infolge der gegenüber der kühleren Randzone größeren thermischen Dehnungen des direkt beheizten Zylinderkopfbodens im äußeren Bereich des Zylinderkopfbodens entstehen, durch wirksame Kühlung klein halten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die aus einem einzigen Gußstück hergestellten Zylinderköpfe ohne besondere und die Herstellung verteuernde Maßnahme die mechanisehen Beanspruchungen aufzunehmen vermögen. Da sich weiterhin ohne allzu große Pumpenleistungen die erforderlichen Kühlmittelgeschwindigkeiten erreichen lassen, kann nicht nur der äußere Rand des Brennraumes, sondern auch der Boden des Zylinderkopfes an seiner tiefsten Stelle, an welcher etwa das Einspritzventil sitzt, besonders gut gekühlt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, daß in beiden Teilen des äußeren Ringraumes eine etwa radial verlaufende Wand angeordnet ist. Die Zuführung des Kühlmittels zum brennraumseitigen Kühlmittelraum erfolgt über eine dieser Wand naheliegende öffnung, durch welche das genannte Rohr hindurchtritt. Der Ablauf besteht aus einer Übertrittsöffnung zum zweiten Ringraumteil,

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Claims (5)

welche auf der anderen Seite und ebenfalls nahe der Wand gelegen ist. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung noch erläutert. Fig. 1 der Zeichnung zeigt den Zylinderkopf einer Zweitaktbrennkraftmaschine in axialem Mittelschnitt, Fig. 2 dazu eine Draufsicht, Fig. 3 einen Axialschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 und Fig. 4 einen Horizontalschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3. Der Zylinderkopf 1 ist in die Zylinderbüchse 2 konisch eingesenkt und mittels Stiftschrauben 3 mit dieser zusammengeschraubt. Die den Kühlmittelraum des Zylinderkopfes nach außen begrenzende Zylinderwand 4 weist einen Innendurchmesser auf, der ungefähr gleich dem Bohrungsdurchmesser der Zylinderbuchse 2 ist. Zum Zwecke der Befestigung ist die obere Deckplatte 5 des Zylinderkopfes nach außen gezogen und von einem äußeren Abschlußmantel 6 umgeben, welcher durch eine Anzahl Rippen 31 mit der äußeren Zylinderwand 4 verbunden ist. Zur Befestigung der Zylinderbüchse 2 am Zylinderkopf 1 dienen sechzehn gleichmäßig verteilte Stiftschrauben 3, von denen nur acht dargestellt sind und die den Zylinderkopf zwischen den Rippen 31 durchsetzen. Die Bohrungen 32 dienen zur Aufnahme der nicht dargestellten Schrauben, mit welchen der Zylinderkopf 1 am Maschinengehäuse 33 befestigt ist. Der im Zylinderkopf angeordnete Brennraum ist mit 7 bezeichnet. Der Kühlmittelraum ist durch eine etwa zylindrische Zwischenwand 8, welche sich vom Boden 9 des Zylinderkopfes zur oberen Deckplatte 5 erstreckt, abgeteilt. Die entstehenden Ringräume sind mit 10 und 11', 11" bezeichnet. Der innere Ringraum wird außerdem von der Brennstoffventilpfeife 12 durchsetzt. Der äußere Ringraum ist durch eine etwa zur Zylinderachse senkrecht verlaufende Zwischenwand 13, welche zur Gewährleistung einer guten Wärmedehnung nicht eben, sondern etwas gewölbt ausgebildet ist, unterteilt. Dem abgeteilten brennraumseitigen Ringraum 11' wird das Kühlmittel von einem Anschlußstück 14 über ein Rohr 15 zugeführt. Das Anschlußstück 14 ist mit Schrauben 14' auf der Deckplatte 5 befestigt. Das Rohr 15 durchsetzt die Zwischenwand 13 an einer Stelle, die knapp neben einer etwa radial verlaufenden, in den Ringräumen 11', 11" angeordneten Wand 16 liegt. Das Kühlmittel ist gezwungen, wie durch die Pfeile 17 angedeutet, den Ringraum 11' in seiner ganzen Länge zu durchströmen. Knapp neben der Wand 16, auf der dem Rohr 15 entgegengesetzten Seite, befindet sich in der Zwischenwand 13 eine Überströmöffnung 18, durch welche die Kühlflüssigkeit, wie der Pfeil 19 zeigt, vom Ringraum 11' in den Ringraum 11" überströmt. Im Ringraum 11" fließt die Kühlflüssigkeit entsprechend den Pfeilen 20 entgegengesetzt (Fig. 4) und gelangt schließlich durch den Zwischenraum 21 zwischen dem Rohr 15 und der Deckplatte 5 über den Kanal 22 im Anschlußstück 14 und über das Rohr 23 in den inneren Ringraum 10. Dem Zulaufrohr 23 etwa diametral gegenüberliegend ist das Ablaufrohr 24 angeordnet, welches in einem mittels Schrauben 25' auf der Deckplatte 5 befestigten Anschlußstück 25 eingesetzt ist. Um den etwaigen Dampfblasen den Abzug zu ermöglichen, ist an der höchsten Stelle des aus dem Anschlußstück herausragenden Teiles des Rohres 24 eine Bohrung 26 angebracht. Für die Durchführung des Rohres 15 und als Überströmöffnung sind Kernlöcher ausgenutzt. Weitere Kernlöcher in der Zwischenwand 13 sind durch Schraubstopfen 27 von außen abgeschlossen, zu welchem Zweck diese durch einen Bolzen 28 mit einem in der Deckplatte 5 koaxial und versenkt angeordneten äußeren Schraubstopfen 29 verbunden sind. Zum Einstecken eines Schlüssels besitzt jeder äußere Schraubstopfen ein Vierkantloch. Zum Einsetzen des Anlaßventils ist eine Pfeife 30 und des Sicherheitsventils eine Pfeife 35 im Guß des Zylinderkopfes vorgesehen, welche beide die Ringräume 10 und 11 durchsetzen und so ebenfalls gut gekühlt sind. Die Indizierbohrung ist mit 34 bezeichnet. PatentansρηocηE:

1. Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, welcher den Brennraum aufnimmt und mehrere nacheinander vom Kühlmittel durchströmte, etwa konzentrisch zur Zylinderachse verlaufende Ringräume enthält, deren äußerer von einer etwa dem Durchmesser der Zylinderbohrung entsprechenden Außenwand begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringraum des aus einem einzigen Gußstück bestehenden Zylinderkopfes durch eine etwa senkrecht zur Zylinderachse verlaufende, in den Guß einbezogene Trennwand (13) unterteilt ist und daß das Kühlmittel in den brpnnraumseitig gelegenen Teil (H') des äußeren Ringraumes durch ein den anderen Teil (H") des äußeren Ringraumes durchsetzendes Rohr (15) eintritt, nach Durchströmen des brennraumseitigen Teiles (H') dem anderen Teil (H") und dem innerhalb der beiden äußeren Teilräume (H', H") gelegenen dritten Ringraum (10) zufließt und den Zylinderkopf verläßt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Teilen (H', H") des äußersten Ringraumes eine etwa radial verlaufende Wand (16) angeordnet ist und das genannte Rohr (15) nahe dieser Wand durch die etwa senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Trennwand (13) hindurchgeführt ist, welche Trennwand auf der anderen Seite und nahe der radial verlaufenden Wand (16) eine Uberströmöffnung (18) zum zweiten Teil (H") des Ringraumes aufweist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Durchtrittsöffnung für das Rohr (15) und als Überströmöffnung (18) in der Trennwand (13) Kernlöcher dienen und weitere Kernlöcher durch je einen Schraubstopfen (27) verschlossen sind, welcher mit einem in der Deckplatte (5) des Zylinderkopfes koaxial angeordneten äußeren Schraubstopfen (29) durch einen Bolzen (28) verbunden ist.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abführung des Kühlmittels beim dritten innerhalb der beiden anderen Ringräume (H', H") gelegenen Ringraum (10) durch diametral gegenüberliegend angeordnete, die Deckplatte (5) durchsetzende Rohre (23, 24) erfolgt, die bis nahe zum Boden (9) des Zylinderkopfes reichen.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-Zulaufrohre (15, 23) zum äußeren und inneren Ringraum in ein einziges auf der Deckplatte (5) des Zylinderkopfes angeflanschtes Anschlußstück (14) eingesetzt sind und der Überlauf der Kühlflüssigkeit vom äußeren

Teilringraum (H") zum inneren Zulaufrohr (23) über einen Zwischenraum (21) zwischen dem äußeren Zulaufrohr (15) in der Deckplatte (5) des Zylinderkopfes und einen Verbindungskanal (22) im Anschlußstück (141 erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 600 695, 690 498; »Bau und Betrieb von Dieselmaschinen« von F. S ass. Springer, 1948, S. 323.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen