DE2755612A1

DE2755612A1 - Anordnung zur kuehlung eines fuer einen viertakt-dieselmotor bestimmten zylinderdeckels

Info

Publication number: DE2755612A1
Application number: DE19772755612
Authority: DE
Inventors: Arnold Friedrich
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1977-12-08
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1979-06-13
Also published as: AT382934B; JPS6044507B2; IT1192291B; ATA892277A; NO149184B; JPS5489137A; DK532778A; DK145107B; NO149184C; FI64703C; GB2009846B; NL185235C; FR2411305A1; NL185235B; FI783337A7; IT7830541A0; SE7812567L; DK145107C; GB2009846A; DE2755612C2

Description

P.5261 Rbph

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz

Anordnung zur Kühlung eines für einen Viertakt-Dieselmotor bestimmten Zylinderdeckels

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung eines für einen Viertakt-Dieselmotor bestimmten Zylinderdeckels mit in Axialrichtung des Zylinders verlaufenden Ausnehmungen für die Einlass- und die Auslassventile, mit mehreren in einer zur Bodenfläche des Zylinderdeckel parallelen Ebene vorgesehenen, zur Kühlung der Bodenfläche dienenden Deckelboden-Kühlbohrungen, mit mehreren zur Kühlung der Einlass- und der Auslassventilsitze vorgesehenen Ventilsitz-Kühlbohrungen und mit Speisekanälen zur Speisung der Deckelboden-Kühlbohrungen und der Ventilsitz-Kühlbohrungen mit Kühlmittel.

Zylinderdeckel sind bei Dieselmotoren stark beanspruchte Teile. Einerseits sind sie grossen Gaskräften ausgesetzt, die im Brennraum wirken, andererseits sind sie durch die im Brennraum entstehende Wärme Wärmespannungen unterworfen. Die Schwierigkeiten werden dabei um so grosser, je höher der

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Zünddruck und je grosser der Durchmesser der Zylinderbohrung des Motors ist. Dies trifft auch bezüglich der Kühlung zu, wobei deren Anforderungen um so strenger werden, je grosser die Leistung je Zylinder des Motors ist.

Bei Dieselmotoren verhältnismässig kleiner Leistung ist es bekannt, den Zylinderdeckel doppelwandig auszubilden und einen Kühlraum für das Kühlmittel zwischen den beiden Wänden vorzusehen. Die auf die dem Brennraum zugewendete Deckelwand einwirkenden Gaskräfte sowie der in dieser Wand auftretende Temperaturgradient sind nur gering, so dass die in der Wand auftretenden Spannungen keine besonderen Probleme aufwerfen.

Bei Dieselmotoren höherer Leistung ist die Doppelwand-Konstruktion des Zylinderdeckels einerseits aus Festigkeitsgründen, andererseits aus Deformationsgründen nicht geeignet. Der infolge höherer Gastemperaturen grössere Temperaturgradient kann in der dem Brennraum zugewendeten Wand Risse hervorrufen. Ausserdem kann die Durchbiegung dieser Wand zu gross werden, so dass die Dichtheit der Ventile nicht mehr gewährleistet ist. Das Gas kann dann durch das Auslassventil entweichen und dieses verbrennen.

Es ist eine KUhlbohrungsanordnung für einen Viertakt-Dieselmotor mit sich rechtwinkelig zueinander kreuzenden Kühlbohrungen bekannt, wobei zwischen den benachbarten Ausnehmungen

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für die Ventile je eine radiale Kühlbohrung vorgesehen ist.
Diese Anordnung kann bei sehr grossen Zylinderleistungen nicht angewendet werden, da die in radialer Richtung aussen liegenden Bereiche des Deckelbodens nicht genügend gekühlt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlungsanordnung
der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass sie auf einfache Weise auch bei Zylinderdeckeln von Viertakt-Dieselmotoren sehr grosser Zylinderleistung eine ausreichende Kühlung gewährleistet.

Die erfindungsgemässe Kühlanordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung jedes
Deckelboden-Kühlbereiches, der je durch zwei sich in der
Zylinderachse kreuzende, radiale Ebenen zweier einander benachbarter Ausnehmungen begrenzt ist, eine Gruppe von Deckelboden-Kühlbohrungen vorgesehen ist, wobei jede Gruppe eine in radialer Richtung sich erstreckende Innenbohrung und mehrere, zur Innenbohrung konvergierende und mit dieser kommunizierende, über den in radialer Richtung aussen liegenden Teil des der Gruppe zugeordneten Deckelboden-Kühlbereiches verteilte Aussenbohrungen
aufweist.

Diese Kühlanordnung ermöglicht auf vorteilhafte Weise, die Ausnehmungen für die Ventile zu umgehen und durch die zur
Innenbohrung konvergierenden Kühlbohrungen den ganzen Aussen-

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bereich der Zylinderdeckelbodenfläche wirksam in die Kühlung mit einzubeziehen. Bei einer Steigerung der Leistung und Vergrösserung der Zylinderbohrung lässt sich die Kühlung durch Erhöhung der Anzahl der konvergierenden Aussenbohrungen und deren geeigneter Verteilung über den Aussenbereich der Zylinderdeckelbodenfläche gut anpassen.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind je Gruppe drei zur zugehörigen, radialen Innenbohrung konvergierende Aussenbohrungen als Deckelboden-Kühlbohrungen vorgesehen. Ferner sind nahe unter den Einlass- und/oder den Auspuffkanälen weitere Gaskanal-Kühlbohrungen in einer zur Ebene der Deckelboden-Kühlbohrungen parallelen, höheren Ebene vorgesehen. Ein solcher Zylinderdeckel kann vorteilhaft aus einem Stück aus Grauguss oder Sphäroguss hergestellt sein. Alle genannten Kühlbohrungen kommunizieren vorzugsweise mit Uebertrittskanälen, die durch eine Speisequelle mit einem Kühlmittel gespeist sind und die in einem Zylindereinsatz und einem diesen umgebenden Leitmantel ausgebildet sind. Dieser besteht vorzugsweise aus Stahlguss und dient zugleich als Bandage für den Zylindereinsatz.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Zylinderdeckel in einen Oberteil mit den Einlass- und den Auspuffkanälen und einen Unterteil mit den Ventilsitz-Kühlbohrungen und den Deckelboden-Kühlbohrungen unterteilt, wobei keine besonderen Gaskanal-Kühlbohrungen vorgesehen sind. Der Oberteil

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ist vorteilhaft aus Grauguss oder Sphäroguss und der Unterteil aus Stahl oder Stahlguss hergestellt. Der die Uebertrittskanäle für das Kühlmittel enthaltende Leitmantel kann aus Grauguss bestehen oder - wenn er als Bandage für den Zylindereinsatz dient - aus Stahlguss.

Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen einstückigen Zylinderdeckel und den oberen Teil eines Zylindereinsatzes entsprechend der Linie I - I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Zylinderdeckel und einen Teil eines Leitmantels entsprechend der Linie

II - II in Fig. 1, wobei die Ein- und Auslassventile weggelassen wurden,

Fig. 3 einen der Fig. 1 ähnlichen Schnitt durch einen unterteilten Zylinderdeckel und

Fig. 4 einen der Fig. 3 ähnlichen Schnitt durch einen gegenüber Fig. 3 abgewandelten Zylinderdeckel.

Nach Fig. 1 und 2 ist ein einstückiger Zylinderdeckel 1 auf einem den Kolben 2 führenden Zylindereinsatz 3 mittels mehrerer Schrauben 4 befestigt, von denen in Fig. 2 zwei sichtbar

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sind. Der Zylinderdeckel 1 weist vier in axialer Richtung verlaufende Ausnehmungen für zwei Einlass- und zwei Auslassventile auf. In jeder Ausnehmung 5 ist ein Ventilsitzring 6 eingepresst, auf dessen dem Brennraum 35 im Zylinder 3 zugewendeten Ende ein Ventilsitz 8 für den bewegbaren Verschlussteil 31 des entsprechenden Einlass- oder Auslassventils ausgebildet ist. In Fig. 1 ist der Verschlussteil 31 in einer Büchse 33 geführt und sitzt in seiner Schliessstellung auf dem Ventilsitz 8 des Ventilsitzringes 6. Am Umfang des Ventilsitzringes 6 zwischen diesem und der Innenwand der Ausnehmung 5 ist ein Ringraum 9 vorgesehen, der mit einer Ventilsitz-Kühlbohrung 10 kommuniziert. Der Zylinderdeckel 1 weist ferner eine zur Achse 26 des Zylinders 3 koaxiale Bohrung 11 auf, in der eine Büchse 12 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Brennstoffventils dicht angeordnet ist. Die Büchse 12 besitzt an ihrem Umfang axiale Nuten 14, die einerseits über die Ringräume 9 der Sitzringe 6 mit den Ventilsitz-Kühlbohrungen 10 und andererseits mit einem Kühlwasserraum 15 für die Einlass- und Auspuffkanäle 30 kommunizieren. Nahe unter dem Kanal 30 ist eine Kanal-Kühlbohrung 28 vorgesehen, von der auch mehrere vorhanden sein können. Ein Leitmantel 16 umgibt das obere Ende des Zylindereinsatzes 3 und einen zylindrischen Ansatz 36 des Zylinderdeckels 1 und ist relativ zu diesem gegen Kühlwasserverlust abgedichtet. Er enthält über seinen Umfang verteilt axiale Üebertrittskanäle 23, die mit im Zylindereinsatz 3 vorgesehenen Kühlwasser-Zufuhrkanälen 19 und mit den im Zylinderdeckel-Ansatz 36 vorgesehenen Ventilsitz-Kühlbohrungen 10 und Kanal-Kühlbohrungen 28 sowie

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mit Deckelboden-Kühlbohrungen 18 kommunizieren. Die Zuführkanäle 19 münden in einen im Aussenumfang des Zylindereinsatzes 3 ausgebildeten Ringkanal 17.

Die Deckelboden-Kühlbohrungen 18 sind in einer Ebene nahe der den Brennraum 35 zugewendeten Bodenfläche 22 des Zylinderdeckels 1 angeordnet und,wie aus Fig. 2 ersichtlich, in der Ebene verteilt. Diese Ebene liegt unterhalb derjenigen, in der sich die Ventilsitz-Kühlbohrungen 10 und die Kanal-Kühlbohrungen 28 befinden. Die Deckelboden-Kühlung ist in vier Kühlbereiche unterteilt, von denen jeder durch zwei in der Zylinderachse 26 sich kreuzenden diametralen Ebenen begrenzt ist, die sich durch je zwei einander benachbarte Ausnehmungen 5 erstrecken, und zwar auf deren Achsen. Jedem so gebildeten Kühlbereich ist eine Gruppe der Kühlbohrungen 18 zugeordnet. Jede solche Gruppe besteht aus einer radialen, innen angeordneten Innenbohrung 20 und drei zu dieser Innenbohrung konvergierenden und mit ihr kommunizierenden, über den radial aussen liegenden Teil des der Gruppe zugeordneten Kühlbereiches verteilten Aussenbohrungen 21. Die drei Aussenbohrungen 21 derselben Gruppe kommunizieren dabei mit drei üebertrittskanälen 23, wogegen jeweils zwei benachbarte Aussenbohrungen 21 zweier benachbarter Gruppen von dem gleichen üebertrittskanl 23 gespeist werden.

Das Kühlwasser wird mittels einer nicht dargestellten Pumpe über die Zuführkanäle 19 in die Üebertrittskanäle 23

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geleitet. Diese Kanäle 23 führen das Wasser dann den Ventilsitz-Kühlbohrungen 10, den Deckelboden-Kühlbohrungen 18 und den Kanal-Kühlbohrungen 28 zu. Jeder Ventilsitz 8 wird dabei durch das über die zugehörige Ventilsitz-Kühlbohrung 10 in den Ringraum 9 strömende Wasser gekühlt, das dann über die Nuten 14 der Büchse 12 in den Kühlwasserraum 15 abströmt, wobei auch das in der Büchse 12 befindliche Brennstoffventil gekühlt wird. Das durch die Deckelboden-Kühlbohrungen 18 strömende Wasser kühlt den Deckelboden 22 und strömt dann ebenfalls über die Nuten 14 der Büchse 12 in den Kühlwasserraum 15 und dabei die Kühlung des Brennstoffventils unterstützend. Das durch die Kanal-Kühlbohrungen 28 strömende Wasser kühlt die entsprechende Wand des Kanales 30 und strömt ebenfalls über die Nuten 14 des Einsatzes 12 in den Kühlwasserraum 15.

Die beschriebene Anordnung der Deckelboden-Kühlung ermöglicht eine intensive Kühlung der gesamten Deckelbodenfläche 22. Die Anzahl der Aussenbohrungen 21 ist nicht auf drei beschränkt, sondern kann nach Massgabe der zu erwartenden Temperaturen und der zu bestreichenden Kühlfläche gewählt werden. Damit können durch höhere Leistungen und grössere Zylinderbohrungen bedingte Anforderungen an die Deckelboden-Kühlung problemlos gelöst werden.

In bezug auf den Werkstoff kann der Zylinderdeckel 1 aus Grauguss oder aus Sphäroguss bestehen. Der Leitmantel 16

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kann aus Grauguss bestehen; wenn er als Zug aufnehmende Bandage für den Zylindereinsatz 3 dienen soll, wird man ihn aus Stahlguss herstellen.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 und 2 dadurch, dass der Zylinderdeckel 1' in einen Oberteil 24 und in einen Unterteil 25 unterteilt ist. Der Oberteil 24 enthält die Gaskanäle 30 und besteht aus Grauguss oder Sphäroguss, wogegen der Unterteil 25 die Ventilsitz-Kühlbohrungen 10 und die Deckelboden-Kühlbohrungen 18 enthält und aus Stahl oder Stahlguss besteht. Den Kanal-Kühlbohrungen 28 entsprechende Bohrungen fehlen bei dieser Ausführungsform. Zwischen dem Oberteil 24 und dem Unterteil 25 ist eine die Büchse 12 mit Abstand umgebende Dichthülse 27 angeordnet, die ien freien Durchfluss des Kühlwassers aus den Nuten 14 zum Kühlwasserraum 15 zulässt und zugleich einen Wasserverlust durch die Trennfläche zwischen den Teilen 24 und 25 hindurch verhindert. Die Ventilsitz-Kühlbohrungen 10 verlaufen in einem spitzen Winkel relativ zur Ebene der Deckelboden-Kühlbohrungen 18 und kommunizieren wie die Bohrungen 18 mit den Uebertrittskanälen 23. Der Leitmantel 16 kann auch in diesem Fall aus Grauguss oder - wenn er als Zug aufnehmende Bandage für den Zylindereinsatz 3 dient - aus Stahlguss bestehen.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach der Fig. 3 im wesentlichen dadurch,

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dass der Leitmantel 16 aus einem Stück mit dem Unterteil 25 und aus Stahl oder Stahlguss besteht. Die über den Umfang des Zylindereinsatzes 3 verteilten Zuführkanäle 19 kommunizieren über den Ringkanal 17 mit den als axiale Bohrungen im Leitmantel 16 ausgebildeten Üebertrittskanälen 23. An diese Kanäle 23 sind die Ventilsitz-Kühlkanäle 10 angeschlossen, die in einer zur Ebene der Deckelboden-Kühlbohrungen 18 parallelen Ebene angeordnet sind. Die Deckelboden-Kühlbohrungen werden über als axiale Bohrungen ausgebildete Uebertrittskanäle 23' ebenfalls vom Ringkanal 17 her mit Kühlwasser gespeist. Der aus Stahl oder Stahlguss bestehende Leitmantel 16 ist als Zug aufnehmende Bandage für den Zylindereinsatz 3 ausgebildet. Damit kann die sonst verwendete, separate Bandage für den Zylindereinsatz eingespart werden.

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Claims

Gebrüder Sulzer AG P.5261 Patentansprüche

1. Anordnung zur Kühlung eines für einen Viertakt-Dieselmotor bestimmten Zylinderdeckels mit in Axialrichtung des Zylinders verlaufenden Ausnehmungen für die Einlass- und die Auslassventile, mit mehreren in einer zur Bodenfläche des Zylinderdeckels parallelen Ebene vorgesehenen, zur Kühlung der Bodenfläche dienenden Deckelboden-Kühlbohrungen, mit mehreren zur Kühlung der Einlass- und der Auslassventilsitze vorgesehenen Ventilsitz-Kühlbohrungen und mit Speisekanälen zur Speisung der Deckelboden-Kühlbohrur.gen und der Ventilsitz-Kühlbohrungen mit Kühlmittel, dadurch gekennzeichne t, dass zur Kühlung jedes Deckelboden-Kühlbereiches, der je durch zwei sich in der Zylinderachse (26) kreuzende, radiale Ebenen zweier einander benachbarter Ausnehmungen (5) begrenzt ist, eine Gruppe von Deckelboden-Kühlbohrungen (18) vorgesehen ist, wobei jede Gruppe eine in radialer Richtung sich erstreckende Innenbohrung (20) und mehrere, zur Innenbohrung (20) konvergierende und mit dieser kommunizierende, über den in radialer Richtung aussen liegenden Teil des der Gruppe zugeordneten Deckelboden-Kühlbereiches verteilte Aussenbohrungen (21) aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitz-Kühlbohrungen (10) in einer zur Deckelbodenfläche (22) parallelen Ebene oberhalb der die Deckelboden-Kühlbohrungen (18) enthaltenden Ebene angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kanal-Kühlbohrung (28) vorgesehen ist, die in einer oberhalb der Ebene der Deckelboden-Kühlbohrungen (18) und zu dieser parallelen Ebene angeordnet ist und die nahe unter einem Einlasskanal und/oder einem Auspuffkanal (30) liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisekanäle als Uebertrittskanäle (23) zwischen einem Zylinder-Einsatz (3), der Kühlmittelkanäle (19) über seinen Umfang verteilt aufweist, und einem den Zylindereinsatz (3) umgebenden Leitmantel (16) ausgebildet sind.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, mit je drei zur Innenbohrung konvergierenden Aussenbohrungen pro Gruppe, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenbohrungen (21) derselben Gruppe mit je einem Uebertrittskanal (23) kommunizieren, dass zwei benachbarte Aussenbohrungen (21) zweier benachbarter Gruppen mit dem gleichen Uebertrittskanal (23) kommunizieren und dass an den letztgenannten eine Ventilsits-Kühlbohrung (10) angeschlossen ist.

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6. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kanal-Kühlbohrung (28) mit mindestens einem der Uebertrittskanäle (23) kommuniziert.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitz-Kühlbohrungen (10) in einem spitzen Winkel zur Ebene der Deckelboden-Kühlbohrungen (18) angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitmantel (16) als Zug aufnehmende Bandage für den Zylindereinsatz (3) ausgebildet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelboden-Kühlbohrungen (18) und die Ventilsitz-Kühlbohrungen (10) in einem von einem die Gaskanäle (30) aufweisenden Oberteil (24) des Zylinderdeckels (I) getrennten Unterteil (25) ausgebildet sind.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitmantel (16) aus einen Stuck Bit dem Unterteil (25) besteht und aus Stahl oder Stahlguss hergestellt ist.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der die Gaskanäle aufweisende Oberteil (24) des Zylinderdeckels (1) aus Grauguss oder Sphäroguss besteht.