DE2417925C2

DE2417925C2 - Flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2417925C2
Application number: DE2417925A
Authority: DE
Inventors: Revor John Bourne Lincolnshire Moore
Original assignee: Perkins Engines Ltd
Current assignee: Perkins Ltd
Priority date: 1973-04-12
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1984-03-22
Also published as: JPS586053B2; FR2225628A1; US3889644A; FR2225628B1; IT1006417B; DE2417925A1; ES425284A1; BR7402846D0; GB1468508A; JPS5029934A

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinderkopf einen gemeinsamen Zylinderkopfblock bilden, der eine über seine Länge sich erstreckende Kühlmittelkammer und an diese angeschlossene, zwischen Ein- und Auslaßventilen hindurchführende Kühlmittelkanäle aufweist.

Derartige Brennkraftmaschinen sind in verschiedenster Ausführungsform mit unterschiedlichen Kühlkanälen seit langem bekannt. Sie entsprechen im wesentlichen der DE-PS 8 49 037, der DE-AS 12 20 203, der DE-OS 20 37 315, der DE-OS 20 15 948 oder der DE-OS 76 726. Eine gleichmäßige allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine angepaßte Kühlung wird jedoch nicht erreicht. Die FR-PS 11 69 930 zeigt demgegenüber einen Zylinderkopf, in welchem zwischen Einlaß- bzw. Auslaßventilen Kühlkanäle hindurchreichen und das Kühlmittel aus dem Zylinderblock zu einer Kühlmittelkammer im Zylinderkopf führen. Die Kühlmittelleitungen sind hier praktisch unabhängig voneinander direkt an einzelne, aus dem Zylinderblock herausführende Kühlmittelleitungen angeschlossen. Bei der DE-OS 21 13 840 ist zusätzlich in der Sitzfläche des Zylinderkopfes eine zum Zylinderblock hin offene Vertiefung vorgesehen, welche nur ein geringes Volumen aufweist und die nicht über Verbindungskanäle mit anderen Kühlmittelkammern verbunden ist Nachteilig bei solchen Brennkraftmaschinen ist die

ίο äußerst schwierige Herstellung der Kühlmittelkammern mit den erforderlichen Kühlkanälen und das fehlende Wärmespeichervermögen sowie die ungünstige Führung der Kühlkanäle, die eine gleichmäßige Kühlung des Zylinderkopfes nicht gewährleistet, so daß insbesondere

!5 ti der sog. Ventilbrücke zwischen Ein- und Auslaßventil Risse entstehen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine zu schaffen, deren Zylinderkopf einfach und kostengünstig herstellbar ist, wobei zugleich eine sichere und an allen Zylindern gleichmäßige Kühlung der Brennkraftmaschi- -. ne gewährleistet ist

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Zylinderkopf eine weitere Kühlmittelkammer vorgesehen ist, die sich längs der ersten Kühlmittelkammer erstreckt, wobei die zwischen Ein- und Auslaßventil hindurchführenden tCühlmittelkanäle gradlinige Verbindungen zwischen den beiden Kühlmittelkammern bilden.

Vorzugsweise sind im Zylinderblock zwei weitere, sich über dessen Länge erstreckende Kühlmittelkammern vorgesehen, von denen die eine unterhalb der im Zylinderkopf liegenden Kühlmittelkammer verläuft und mit dieser über eine Anzahl von über die Länge

V) verteilten Durchlässen verbunden ist, durch welche das Kühlmittel aus dem Zylinderblock zum Zylinderkopf läuft. Die andere im Zylinderblock vorgesehene Kühlmittelkammer ist mit Vorteil auf der der Kühlmittelkammer gegenüberliegenden Seh»; des Zylinderblokkes. sich über dessen volle Länge erstreckend, vorgesehen und durch über ih/e Länge verteilte Bohrungen mit der im Zylinderkopf vorgesehenen ersten Kühlmittelkammer verbunden. Die im Zylinderblock untergebrachte Kühlmittelkammer vom Kühlmitteleinlaß kann sich bis zu ihrem Ende hin allmählich verengen. Die Kühlmittelkammer im Zylinderkopf verläuft dabei zweclkmäßigerweise unterhalb der auf der einen Seite vorgesehenen Luftein- bzw. Luftaustrittskanälen.

w Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen am Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigt

Fig.'l eine auseinandergezogene teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung eines Zylinderblockes und eines Zylinderkopfes, aus der die Strömungswege für das Kühlmittel ersichtlich sind,

Fig.2 einen senkrechten Teüfchnitt einer Verbrennungskraftmaschine mit einer bestimmten Art eines

on indirekten Verbrennungsraums,

Fig.3 einen Teilschnitt längs der Linie III-III in Fig.2.

Fig.4 einen senkrechten Teilschnitt. der einem Teil von Fig.2 ähnelt, in dem jedoch eine andere Ausführungsform eines indirekten Verbrennungsraums dargestellt ist,

Fig. 5 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Zylinderkopfes und

Fig.6 eine perspektivische, teilweise als Schnitt gezeichnete Teildarstellung eines Zylinderkopfes für eine mit direkter Kraftstoffeinspritzung arbeitende Verbrennungskraftmaschine.

In Fig_rl erkennt man zwei Hauptteile einer Verbrennungskraftmschine, nämlich den Zylinderblock 10 und den Zylinderkopf 12. Der Zylinderblock 10 ist als Gußteil ausgebildet und mit Zylindern 14 versehen. Das flüssige Kühlmittel wird dem Zylinderblock über öffnungen 16 und 18 zugeführt Gemäß F i g. 1 dient eine Pumpe 17 mit zwei Förderkanälen dazu, das Kühlmittel so umzuwälzen, daß z. B. etwa zwei Drittel des Kühlmittels zu der öffnung 16 gelangen, während ein Drittel des Kühlmittels der Öffnung 18 zugeführt wird. Die Strömungswege des der öffnung 16 zugeführten Kühlmittels sind durch Pfeile mit je zwei Spitzen angedeutet Gemäß F i g. 1 tritt das Kühlmittel in eine Kammer 20 ein, die im folgenden als dritte Kammer bezeichnet ist um die Zylinder 14 zu umspulen und dann durch Öffnungen"22 und 24 nach oben zu strömen.

Das in die öffnung 18 eintretende Kühlmittel, das durch einen einfachen Pfeil bezeichnet ist strömt durch einen Kanal 26, der sich nahe den oberen Enden der Zylinder 14 längs des Zylinderblocks 10 erstreckt Gemäß Fig. 1 verjüngt sich der Kanal 26 in Richtung auf das andere Ende des Zylinderblocks derart daß das gesamte dem Kanal zugeführte Kühlmittel gezwungen wird, nach oben durch öffnungen 28 und rückwärtige Oberströmkanäle 30 zu strömen. Die Überströmkanäle 30 verbinden gemäß F i g. 1 den Kanal 26 mit der dritten Kammer 20 in der Nähe des hintersten Zylinders 14r, um zu gewährleisten, daß auch dieser Zylinder in einem gewissen Ausmaß von dem Kühlmittel umspült wird.

Der Zylinderkopf 12 ist in Fig. 1 als von dem Zylinderblock 10 abgehoben dargestellt und um die Strömungswege für das Kühlmittel deutlicher erkennbar zu machen, sind in F i g. 1 die Ventilbetätigungseinrichtungen, ixhrauben, Einspritzdüsen und dergleichen fortgelassen. Gemäß Fig. 1 ist der Zylinderkopf 12 in zwei Kühlmittelkammern unterteilt, und zwar einen Kanal 32 und eine zweite Kammer 34. Der Boden des Kanals 32 weist Öffnungen 36 auf, die sich in Deckung mit den öffnungen 22 des Zylinderblocks 10 befinden, wenn der Zylinderkopf am Zylinderblock befestigt ist, und die Paare von öffnungen 22 und 36 bilden Speisekanäle für den Kanal 32 Der Boden der zweiten Kammer 34 weist öffnungen 38 auf, die in Fluchtung mit den Öffnungen 24 dfcc Zylinderblocks stehen und zusammen mit ihnen Kühlmitteleinlässe bilden. Schließlich stehen die öffnungen 28 in Deckung mit öffnungen 40 auf der Unterseite des Zylinderkopfes 12, so daß sie zusammen mit letzteren Auslaßkanäle für den Kanal 26 bilden.

Der einzige Eingang für das dem Kanal 32 zuzuführende Kühlmittel wird durch die Speisekanäle 22 und 36 gebildet. Für jeden Zylinder ist in einer Seitenwand des Kanals 32 ein Durchlaß 42 ausgebildet, der es dem Kühlmittel ermöglicht, aus dem Kanal 32 in die zweite Kammer 34 überzutreten. Die Durchlässe 42 sind zwar gemäß der folgenden Beschreibung auf besondere Weise gestaltet und angeordnet doch ist schon jetzt festzustellen, daß sie jeweils der zugehörigen Ventilbrücke zugeordnet sind, d. h. demjenigen Teil des Zylinderkopfes, welcher die Sitze der Einlaß- und Auslaßventile voneinander trennt. Wie im folgenden erläutert, wird der aus jedem Durchlaß 42 austretende Kühlmittelstrahl vorzugsweise auf einen Verbrennungsraum oder eine Kraftstoffeinspritzdüse gerichtet

Sämtliche Kühlmittelströme, welche die Durchlässe 42, die Einlasse 24,38 und die Auslässe 28,40 des Kanals 26 passieren, vereinigen sich unter gegenseitiger Durchmischung in der zweiten Kammer 34, aus welcher das Kühlmittel gemäß F i g. 1 über eine Öffnung 44 entweicht um den Zylinderkopf 12 zu verlassen und zum Kühler zu strömen.

Fig.2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den

in oberen Teil einer Verbrennungskraftmaschine, bei der die Erfindung angewendet ist In F i g. 2 bezeichnen die betreffenden Bezugszahlen jeweils die gleichen Teile wie in Fig. 1. Insbesondere ist zu erkennen, daß der Kühlmittelstrom in den Kanal 32 über die Speiseöffnungen 22 und 36 aus der dritten Kammer 20 eintritt Bei jedem Zylinder wird der Kühlmitteldurchlaß 42 dadurch erzeugt daß man den Zylinderkopf 12 von außen her anbohrt und zwar im vorliegenden Fall durch den Raum 46 für die Stoßstangen 48 hindurch und weiter durch den Kanal 32, so daß der betreffende Durchlaß 42 in der Kammer 34 kurz vor der Außenwand 50 des Verbrennungsraums 52 mündet, der mit einer Vorkammer versehen ist Diese Bohrung wird nach dem Bohren durch Stopfen 54 und 56 verschlossen. F i g. 3 läßt die allgemeine Umrißform des Kanals 32 erkennen, der sich unterhalb der Lufteinlaß- und Abgasauslaßkanäle 58 und 60 erstreckt Die Auslässe 28 und 40 des Kanals 26 sind in der Längsrichtung gegenüber dem Verbrennungsraum 52 versetzt so daß sie in Fig.2 in einer

jo anderen Schnittebene erscheinen.

Aus F i g. 2 und 3 ist ersichtlich, daß sich der Kanal 42 durch den oberen Teil der Ventilbrücke 62 zwischen den Ventilsitzen 64 und 66 erstreckt, und daß er ferner so angeordnet ist, daß das von ihm abgegebene Kühlmittel auf die Wand 50 des Verbrennungsraums trifft. Die Auslässe 28 und 40 leiten das Kühlmittel zu der von dem Kanal 42 abgewandten Seite des Verbrennungsraums.

In Fig.4 ist eine andere Konstruktion einer Bohrkammer dargestellt. In diesem Fall werden die

•to heißen Gase, die über den Auslaß 68 des Verbrennungsraums 52 abgegeben werden, durch eine Nut 70 geleitet, mit der die Wand 72 des Zylinderkopfes 12 versehen ist. Diese Zone des Zylinderkopfes ist einer intensiven lokalen Erhitzung ausgesetzt und daher ist es

«5 vorteilhaft, wenn der von dem Kanal 42 abgegebene Kühlmittelstrom über diese Zone hinweggeleitet wird. F i g. 5 zeigt, auf welche Weise sich die Erfindung bei einem sogenannten Kreuzstromzylinderkopf 74 anwenden läßt, bei dem die Luft auf einer Seite des Zylinderkopfes über einen Einlaßkanal 76 angesaugt wird, während die Abgase auf der entgegengesetzten Seite durch einen Auslaßkanal 78 abgeführt werden. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß es nicht in jedem Fall erforderlich ist, daß der aus dem Kanal 42 austretende Kühlmittelstrom auf irgend ein heißes Bauteil trifft.

F i g. 6 zeigt einen perspektivischen Teilschnitt durch eine mit direkter Kraftstoffeinspritzung arbeitende Verbrennungskrafl !naschine. In diesem Fall wird eine aus Kupfer bestehende Buchse 82, welche die Einspritzeinrichtung unterstützt, durch das Kühlmittel gekühlt, das von dem Kanal 42 im Zylinderkopf abgegeben wird. In Fig.6 ist die Einspritzeinrichtung selbst der Deutlichkeit halber fortgelassen.

Die Erfindung ermöglicht es somit bei Verbrennu.ngs-

f 5 kraftmaschinen die Gefahr des Entstehens von Rissen in der aus Metall bestehenden Ventilbrücke zwischen den Ventilen jedes Zylinders teilweise oder vollständig zu beseitigen.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssiglceitsgekuhlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinderköpfe einen gemeinsamen Zylinderkopfblock bilden, der eine über seine Länge sich erstreckende Kühlmittelkammer und an diese angeschlossene, zwischen Ein- und Auslaßventilen hindurchführende Kühlmittelkanäle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (12) eine weitere Kühlmittelkammer (32) vorgesehen ist, die sich längs der ersten Kühlmittelkammer (34) erstreckt, wobei die zwischen Ein- und Auslaßventil (64,66) hindurchführenden Kühlmittelkanäle geradlinige Verbindungen (42) zwischen den beiden Kühlmittelkammern (32 und 34) bilden.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderblock (10) zwei weitere, sich über dessen Länge erstreckende KühlmitteJkjmmern (20 und 26) vorgesehen sind, vöh denen die eine (20) unterhalb der im Zylinderkopf (12) liegenden Kühlmittelkammer (32) verläuft und mit dieser über eine Anzahl von über die Länge verteilten Durchlässen (22,36) verbunden ist, durch weiche das Kühlmittel aus dem Zylinderblock (10) zum Zylinderkopf (12) läuft.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die andere im Zylinderblock (10) vorgesehene Kühlmittelkammer (26) auf der der Kühlmittelkammer (32) gegenüberliegenden Seite des ZylinderHockes (10), sich über dessen volle Länge erstreckend, vorgesehen und durch über ihre Länge verteilte Bohrungen (28, 40) mit der im Zylinderkopf (12) vorgese'ieneR ersten Kühlmittelkammer (34) verbunden ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im Zylinderblock (10) untergebrachte Kühlmittelkammer (26) vom Kühlmitteleinlaß (18) bis zu ihrem Ende hin allmählich verengt.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkammer (32) im Zylinderkopf (12) unterhalb der auf der einen Seite vorgesehenen Lufteinbzw. Luftaustrittskanälen (64,66) verläuft.