DE2242947A1 - Einrichtung zur kuehlung von thermisch hochbeanspruchten stellen an verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Eüllung von thermisch hochbeanspruchten Stellen an Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kühlung von thermisch hochbeanspruchten Stellen an Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere an Verbrennungsräumen und Ventilsitzen.
• Verbrennungskraftmaschinen werden im Bereich der Verbrennungsräume, Verbrennungsvorkammern, Düseneinsätzen bzw. Düseneinmündungen, - Auslaßventilsitzen, AuslaBsteuerschlitzn, Ventilstegen usw. thermisch besonders hoch beansprucht, da in diesen Bereichen häufig nicht genügend Bauraum zur Verfügung steht, um die entstehende Wärme ausreichend schnell abführen zu können.
• Die Folge dieser hohen Wärmebelastung kann ein Verformen dieser Stellen und zum Beispiel an den Ventilsitzrngen eine Verringerung der Lebensdauer der Ventile sein.
• Nun ist aus der DOS 1 950 704 ein Zylinderkopf für eine luftgekühlte Rubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Ventilen zur Steuerung des Gaswechsels bekannt, bei dem im Bereich der Stegzone zwischen den Ventilen ein allseitig geschlossener, bis nahe an den Brennraum heranreichender Hohlkörper eingesetzt ist, der in an sich bekannter Weise zum Teil mit einem bei Betriebstemperatur siedenden Medium gefüllt ist und dessen brennraumfernes Ende Kühlvorrichtungen aufweist, die-durch die Kühlluft beaufschlagt werden. Dadurch wird zwar die im Bereich der Stegzone -zwischen den Ventilen anfallende Wärme verhältnismäßig gut abgeführt, jedoch läßt sich dieser Hohlkörper nur begrenzt einsetzen. Da nämlich für seine Wirkungsweise eine vertikale Einbaulage mit der heißen Zone am unteren Ende und der Kühlzone am oberen Ende vorgeschrieben ist, läßt sich diese Ausführung im wesentlichen nur bei vertikal stehenden Verbrennungskraftmaschinen oder dort anwenden, wo vertikal oberhalb der thermisch hochbeanspruchten Gehäusestelle genügend Platz zur Führung einer Kühlluftleitung vorhanden ist.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Einrichtung zur Kühlung von thermisch hochbeanspruchten Stellen an Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, die auch bei besonders beengten Raumverhältnissen eingesetzt werden kann und die unabhängig von ihrer Einbaulage eine wirksame Abführung des an diesen Stellen-unerwünschten Wärmestaues gewährleistet.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß ein Wärmerohr rings um die zu kühlende Stelle gelegt ist und daß ein oder beide Enden des Wärmerohres als Kondensatoren in einer Kühlzone angeordnet sind.
• Wärmerohre (head pipes) sind an sich bekannte Bauelemente zur Wärmeübertragung, die ein vielfach größeres Wärmeleitvermögen als die bisher üblichen metallischen Wärmeleiter wie Silber, Kupfer oder Aluminium haben. Die Wärmerohre bestehen im allgemeinen aus einem langen zylindrischen Rohr mit geschlossenen Enden und mit einer im Innern vorgesehenen Arbeitsflüssigkeit als Wärmeträger. Die Innenwand des Wärmerohres ist mit einer dochtartig wirkenden, gewindeartigen oder porösen Schicht ausgekleidet, und die Menge der Arbeitsflüssigkeit ist so bemessen, daß diese Wandschicht glanz damit gesättigt ist. Das Wäswerohr weist einen VeFaampferteil als Wärmeeintritt und mindestens einen Kondensatorteil als Wärmeaustritt auf.
• Im Verdampferteil verdampft unter Wärmezufuhr die Flüssigkeit aus dem Docht. Der Dampf strömt dann in Richtung des Temperaturgefälles und kondensiert unter Abgabe der Verdampfungswärme im Kondensatorteil. Anschließend wird das Kondensat im Docht durch die auf der Oberflächenspannung der Flüssigkeiten beruhenden Kapillarkräfte zur Verdampfungszone zurückgefördert. Im Gegensatz.
• zum Naturumlauf lassen sich beim Wärmerohr durch entsprechende Walnzl der geometrischen Parameter die Kapillarkräfte den Erforiernissen anpassen, so daß bei geeigneter Dimensionierr1 auch ein Arbeiten entgegen der Schwerkraft möglich ist Die mit dem Wärmerohr erreichbaren Wärmeströme 2 liegen im der Größenordnung von mehreren kW pro cm Rohrquerschnitt, die bei außerordentlich kleinem Temperaturgefälle in der Größenordnung von 1 Grad übertragen werden.
• Gemäß der Erfindung soll also ein derartiges Wärmerohr verwendet werden und rings um die zu kühlende Stelle der VerbrennungsSnaftmaschine gelegt werden. Dabei kann ein Endteil odei ein mittlerer Teil des Wärmerohres als Verdampferteil ausgebildet sein, während das andere Ende bzw. die beiden Enden des Wärmerohres als Kondensatoren in einer Kühlzone angeordnet sind. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß auf diese Weise eine gleichmäßige und damit besonders wirksame Wärmeabfuhr erreicht wird. Die gleichmäßige Wärmeabfuhr rings um die thermisch hochbeanEWruchte Gehäusestelle bewirkt außerdem eine Vergleichmäßigung des Temperaturprofils, so daß kaum noch Temperaturunterschiede in die-:sem Gehäusebereich auftreten können. Die Gefahr des Auftretens von Gehäuseverzügen wird damit weitgehend ausgeschaltet. Schließsich ermöglicht die Verwendung des-an sich bekannten Wärmerohres ach eine Wärmeabfuhr, die unabhängig von der Richtung der Scibwerkraft ist, sodaß der Einbau der erfindungsgemäßen Einrichtung allein von den baulichen Gegebenheiten an der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird.
• Um den Wärmeübergang in der Kühlzone von dem Wärmerohr auf das umgebende Kühlmittel zu erhöhen, können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Kondensatorenden des Wärmerohres Kühlrippen aufweisen. Diese Kondensatorenden können weiter entweder von Kühlluft oder Kühlwasser beaufschlagt werden oder aber sie sind in einer Brennluft oder Kraftstoffluftgemisch führenden Leitung angeordnet, wobei sie gleichzeitig in besonders vorteilhafter Weise zur Vorwärmung (IST Verbrennungsluft herangezogen werden.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soll das Wärmerohr mit dem umgebenden Gehäusematerial metallisch fest verbunden sein, was ganz besonders beim Löten oder Eingießen des Wärmerohres in das umgebende Gehäuso gegeben ist. Auf diese Weise v8rd auch die Zufuhr der Wärme zu dem Wärmerohr verlustarm gestaltet.
• Bm den im Bereich der Ventilstege besonders beengt vorliegenden Raumverhältnissen Rechnung zu tragen, kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der im allgemeinen kreisfarbige Querschnitt des Wärmerohres zumindest im Bereich der Annäherung an einen benachbarten Ventilsitz oval ausgeführt sein.
• Weitere Vorteile und wesentliche Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
• Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Gehäuses einer Verbrennungskraftmaschine mit einem konzentrisch um den Ventilsitzring gelegten Wårmeleitrohres; Figur 2 einen Schnitt gemäß den Schnittlinien 2 - 2 nach Figur 1; Figur 3 einen Schnitt gemäß den Schnittlinien 3 - 3.
• nach Figur 1 und die Figuren 4 und 5 verschiedene Anordnungen eines Wärmeleitrohres im Bereich der Vorkammer eines Motors.
• In der Figur 1 ist mit 1 ein Wärmerohr bezeichnet, welches um einen Ventilsitzring 2 in einem Gehäuse 6 einer Verbrennungskraftmaschine gelegt ist. Die beiden Enden 3 des Wärmerohres 1 sind durch Stopfen 4 verschlossen und sind in einer Kühlzone angeordnet, wo sie mit Kühlluft oder Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden. Die an der Innenwand des Wärmerohres vorgesehene poröse oder gewindeartige, mit einem flüssigen Wärmeträger gesättigte, dochtartig wirkende Schicht ist mit 5 bezeichnet.
• Das Wärmerohr 1 weist,. wie aus der Figur 2 zu ersehen ist, im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist mit dem umgebenen Material, d. h., einerseits dem Gehäuse 6 und andererseits dem Ventilsitzring 2 metal-lisch fest verbunden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Wärmerohr 1 in einer entsprechend geformten Nut des Ventilsitzrings angeordnet und durch Hartlötung fest verbunden ist und daß die gesamte aus Ventilsitzring 2 und Wärmerohr 1 bestehende Einheit in dem beispielsweise aus Leichtmetallguß bestehenden Gehäuse 6 eingegossen ist.
• In dz Figur 3- ist eine ovale Querschnittsform des Wärmerohres 1 dargestellt, die sich besonders für den Bereich des Ventilsieges, also den Bereich zwischen zwei benachbarten Ventilsien eignet. Dieser Bereich ist in der Figur 1 auf der rechten Seite vorhanden, wo die im übrigen mit ausgezogenen Linien dargestellte Umfangskontur des Wärmerohres im Bereich eines hier nicht dargestellten benachbarten Ventilsitzes mit gestrichelten Linien angedeutet ist.
• Die Figuren 4 und 5 zeigen Einbaubeispiele für Wärmerohre zur Abfuhr der in Brennkammern oder Vorbrennkammern von Hub- oder Drehkolbenmotoren entstehenden Wärme. So ist in der Figur 4 ein Teil eines aus einem oberen, eine Zündkerze 9 aufweisenden Teil 7 und einem unteren Teil 8 bestehenden, eine Brennkammer 10 umgebenden geteilten Gehäuses für einen Motor dargestellt. In der Teilfuge dieses Gehäuses ist ein Wärmerohr 11 angeordnet, das konzentrisch um die kugelförmig ausgebildete Brennkammer 10 gelegt ist.
• Um die metallisch feste Verbindung zwischen dem Wärmerohr 1 und den Gehäuseteilen 7 und 8 herzustellen, kann das Wärmerohr in entsprechend ausgebildeten Nuten der Gehäuseteile eingepreßt sein.
• In der Figur 5 ist ein Wärmerohr 15 in einen aus Leichtmetallguß bestehenden Zylinderkopf 12 eingegossen, wobei es den unteren Teil einer kugelförmig ausgebildeten Vorbrennkammer 13 und einen Vorkammer-Schußkanal 14 konzentrisch umgibt. Mit 16 ist eine BrennstofEeinspritzpumpe bezeiohnet.
• Das rund umdie thermisch hochbeanspruohte Stelle an einer Verbrennungskraftmaschine gelegte Wärmerohr bewirkt nun eine sehr gute und darüber hinaus über den Umfang gleichmäßige abfuhr der in diesen Bereichen anstehenden Wärme.
• jus der Natur des an sich bekannten Wärmerohres bedingt, kann dieses in Jeder gewttnschtn und vom Platzangebot im Gehäuse her gesehen günstigsten Lage eingebaut werden. So kann das Wännerohr in einer vertikalen oder auch einer horizontalen Ebene, aber auch in Jeder anderen beliebigen Ebene angeordnet werden.

Claims (7)

1. ins r üc h e

   0Einrichtung zur Kühlung von thermisch hochbeanspruchten Stellen des Gehäuses von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Verbrennungsräumen und Ventilsitzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmerohr (1) rings um die zu.

   kühlende Stelle gelegt ist und daß ein oder beide Enden (3) des Wärmerohres als Kondensatoren in einer Kühlzone angeordnet sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensator-Enden (3) des Wärmerohres (1) Kühlrippen aufweisen.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensator-Enden (3) des Wärmerohres (1).

   von Kühlluft und/oder Kühlflüssigkeit beaufschlagt sind.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensator-Enden (3) des Wärmerohres (1) in einer Brennluft oder Kraftstoffluftgemisch führenden Leitung angeordnet sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr (1) mit dem Material des umgebenden Gehäuses () metallisch fest verbunden ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr (1, 15) in dem umgebenden Gehäuse (6, 12) eing3gossen ist.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Kühlung eines Ventilsitzes, dadurch gekennzeichnet1 daß der Querschnitt des Wärmerohres (1) zumindest in Bereich der Annäherung an einen benachbarten Ventilsitz oval ausgeführt ist.