-
FlüssigkeitsgekühltAr, als Hohlkörper ausgebildeter Zylinderkopf für
Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Dieselmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf einen flüssigkeitsgekühlten, als Hohlkörper ausgebildeten Zylinderkopf
für B#ennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Dieselmaschinen, mit ebenem Boden
und einer zentral angeordneten Pfeife für die Einspritzdüse sowie mit im Hohlraum
angeordneten radialen Trennwänden, welche die Pfeife der Einspritzdüse mit Pfeifen
für die Befestigungsschrauben des Zy-
linderkopfes verbinden, wobei zum Beschleunigen
des Kühlmittelumlaufes Durchbrechungen in den Trennwänden in der Ecke zwischen dem
hocherhitzten Boden und der an den Einspritzdüsensitz angrenzenden Wand vorgesehen
sind, nach Patent 967 8o9. Dem Ausführungsbeispiel nach dem Hauptpatent liegt
ein Zylinderkopf zugrunde, der vorzugsweise für Dieselbrennkraftmaschinen verwendet
wird, deren Arbeitskolben einen ebenen oder vorzugsweise aber einen Brennraum enthaltenden
Boden aufweist. Dieser Zylinderkopf wird durch die im Hauptpatent geschützten. Maßnahmen
derart ausgebildet, daß er bei geringstem Gewicht eine ausreichende Kühlung der
hocherbitzten Bauteile, insbesondere der Ausmündungsstelle der Pfeife für die Einspritzdüse
im Boden und auch eine gute Ab-
dichtung seiner Auflagefläche auf dem Zylinderrand
gewährleistet. Diese Ausbildung ist aber noch viel mehr für Zylinderköpfe von Bedeutung,
die
auf ihrer Unterseite einen Brennraum aufweisen, weil der Zylinderkopf
durch die Aufnahme des Brennraumes in weit höherem Maße thermisch be-
lastet
wird und daher auch einer weit höheren Wärmeverformung ausgesetzt ist, die durch
eine entsprechende Kühlung und Versteifung ausgeglichen werden muß. Insbesondere
trifft dies für den Sitz der Einspritzdüse in der zentral angeordneten Pfeife und
für die Kante des Brennraumes zu, die besonders dann der 'CTberhitzung bzw. Verzunderungsgefahr
ausgesetzt sind, wenn der Brennraum kugelig oder ellipsoidförmig ausgebildet ist,
weil hierdurch eine scharfe und hinterschnittene Brennraumkante entsteht und der
wärmeausstrahlende Brennraum nahe an den Sitz für die Einspritzdüse herantritt.
Zwar wird der Einspritzdüsensitz durch die Maßnahmen des Hauptpatents vor der Überhitzungs-
und Verzunderungsgefahr bereits geschützt, aber ein wirksamer Schutz der thermisch
hochbeanspruchten Kante des Zylinderkopfes ist mit den bisher bekannten Ausführungsarten
der Zylinderköpfe nicht erreicht wordeh.
-
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Zylinderkopf
mit einem auf der Unterseite vorgesehenen Brennraum gemäß den Maßnahmen des Hauptpatents
so auszubilden, daß er nicht nur bei geringstem Gewicht und guter Ab-
dichtung
ausreichendeFestigkeitseigenschaften aufweist, sondern insbesondere neben einem
ausreichenden Schutz des Einspritzdüsensitzes vor thermischer Überlastung auch eine
lange Haltbarkeit der Brennraumkante gewährleistet.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß
in an sich bekannter Weise im Boden des Zylinderkopfes ein Brennraum vorgesehen
ist, daß die Trennwände außer im Bereich des Einspritzdüsensitzes auch im Bereich
der Brennraumkante je eine Durchbrechung aufweisen und daß die Trennwände
unmittelbar über den Durchbrechungen verstärkt sind.
-
Diese Maßnahmen ermöglichen außer einer hohen Festigkeit des Zylinderkopfes
eine intensive Kühlung der Brennraumkante neben der des Einspritzdüsensitzes, die
um so wirksamer ist, je näher die Durchbrechungen für das Kühlmittel in den
Trennwänden in den Bereich der hocherhitzten Stellen verlegt werden und-
je kleiner ihr Querschnitt ist. Die dadurch bedingte Schwächung des unter
einem hohen Gasdruck stehenden Bodens des Zylinderkopfes wird durch die an den Trennwänden
über den Durchbrechungen vorgesehenen Rippen oder Verstärkungen aufgehoben. In diesen
verteilt sich die Spannung am oberen Rand der Durchtrittsöffnungen auf die ganze
Breite der Rippen, wodurch die spezifische Materialbeanspruchung auf einen Bruchteil
vermindert wird. Somit bietet diese Ausbildung nicht nur einen weitgehenden Schutz
des Zylinderkopfes vor dem Abbrennen seiner hocherhitzten Stellen sowie vor dem
Entstehen von Wärmerissen, sondern auch eine große Festigkeit und Biegesteifigkeit,
wodurch eine lange Lebensdauer derselben gewährleistet wird.
-
Es ist bereits bekannt, in Zylinderköpfen mit einem zentral angeordneten
Brennraum den Kühlflüssigkeitsraum bis an die hocherhitzte Brennraumkante heranzuführen.
Hierbei handelt es sich jedoch um quergeteilte Zylinderköpfe, deren Kühlflüssigkeitsraum
durch lotrechte oder waagerechte Trennwände unterteilt ist, die aber nicht von einer
zentral angeordneten Pfeife für die Einspritzdüse zu den Pfeifen für die Befestigungßschrauben
des Zylinderkopfes führen und deren Durchbrechungen für das Kühlmittel daher nicht
im unmittelbaren Bereich der Brennraumkante oder dem Sitz der Einspritzdüse liegen,
an denen daher auch keine Beschleunigung des Kühlmittels erfolgt, so daß auch diese
hocherhitzten Stellen nicht intensiv gekühlt werden. Auch sind die Trennwände nicht
all den Durchbrechungen für das Kühlmittel durch Rippen verstärkt oder durch Verstärkungen
im Bereich der Durchbrechungen für die Luft bzw. den Dampf des Kühlmittels versteift.
Daher weisen die bekannten Zylinderköpfe weder die Festigkeit des Zylinderkopfes
nach der Erfindung, noch die Hitzebeständigkeit dessen Brennraumkante auf.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt Abb. i den Längsmittelschnitt durch den Zylinderkopf, Abb.
2 den Querschnitt durch den Zylinderkopi nach der Schnittlinie II-II in Abb. i,
Abb. 3 den Schnitt durch eine Trennwand nach der Schnittlinie III-III in
Abb. 2.
-
Ein Zylinderkopf für eine Zweitakt-Dieselbrennkraftmaschine, der zur
Erzielung der Biegesteifigkeit im wesentlichen nach dem Hauptpatent ausgebildet
ist, enthält einen ellipsoidförmigen Brennraum i, der durch diese Formgebung eine
scharfe und hinterschnittene Brennraumkante:2 zum Boden 3 des Zylinderkopfes
bildet. Um die thermisch hoch beanspruchte Brennraumkante 2 vor der Zerstörung durch
die heißen Verbrennungsgase zu schützen, sind in den Trennwänden 4, 4" des Kühlflüssigkeitsraumes
5, und zwar in der durch den Boden 3 und die Brennraumwand
6 gebildeten Ecke verhältnismäßig kleine Durchbrechungen 7 vOrgese
-
hell, durch die eine große Durchflußgeschwindigkeit des umlaufenden Kühlmittels
und hierdurch sowie durch das nahe Heranf ühren des Kühlflüssig -keitsstromes an
die gefährdete Brennraumkante 2 eine intensive Kühlung derselben erzielt wird. Zur
Vermeidung einer Schwächung der Trennwände 4 durch diese Durchbrechungen, die ein
Einreißen der Trennwand 4 am oberen Lochrand 8 verursachen können, sind unmittelbar
über diesem beiderseits an der Trennwand 4 Rippen 9 vorgesehen, durch die
ein T-förmiger Querschnitt der Trennwand über den Durchbrechungen entsteht. Die
Decke io des Zylinderkopfes ist zur Unterbringung der über dem Brennraum i sitzenden
und in diesen mündenden Pfeife i i für die Einspritzdüse schwach -kegelig erhöht.
Die Rippen 9 sind schräg angeordnet und bilden hierdurch eine Diagonalverstrebung
des Zylinderkopfes. Da durch die Anordnung von Durchbrechungen 7 an der tiefsten
Stelle der Trennwände 4, 4, diese nicht bis an
den Boden
3 heranreichen, ist eine ungehinderte Ausdehnung derselben bei der Einwirkung
der heißen Brenngase und somit eine leichte Wärmeverformbarkeit des Zylinderkopfes
-sichergestellt. Außer den Durchbrechungen 7 an der Brennraumkante 2 werden
gemäß dem Hauptpatent in den Trennwänden 4, 4, auch noch jeweils eine weitere Durchbrechung
12 in-der Ecke zwischen der Pfeifenwand 13 und dem Brennraumboden in Höhe
des Einspritzdüsensitzes 14 vorgesehen, um auch diesen Düsensitz in ausreichendem
Maße kühlen zu können. Der Kühlflüssigkeitsrauin 5 muß so ausgebildet sein,
daß die in den einzelnen, durch die Trennwände 4,4a' abgeteilten Kammern 15, 16,
17 vorhandene Luft beim Auffüllen des Motors mit der Kühlflüssigkeit in die Kammef
17 entweichen kann, an welcher der Kühlflüssigkeitsaustritt 18 vorgesehen
ist. Zu diesem Zweck werden bei lotrecht auf dem Kurbelgehäuse angeordneten Zylindern
einzelne Kühlkammern verbindende Entlüftungsbohrungen in der Weise angeordnet, wie.sie
der Zylinderkopf nach dem Hauptpatent zeigt, oder bei einer Brennkraftmaschin-e
mit schräg, beispielsweise in VUorm angeordneten Zylindern so, daß bei den der höchsten
Stelle des Kühlflüssigkeitsraumes 5 zunächst liegenden Trennwänden 4 diese
Bohrungen in dem äußeren Trennwandteil in halber Höhe des Kühlflüssigkeitsraumes
und bei den übrigen Trennwänden 4a in ihrem innenliegenden Wandteil oberhalb der
halben Höhe des Kühlflüssigkeitsräumes sitzen. Da durch die in den inneren Trennwandteilen
vorgesehenen Entlüftungsbohrungen ig" eine zusätzliche Beanspruchung der Trennwände
4" ent steht, sind diese im Bereich dieser Bohrungen verstärkt ausgebildet. Durch
die inneren Entlüftungsbohrungen ig" vermag die Luft aus der durch die verstärkten
Trennwände 4" begrenzten Kammer 15
in die benachbarten Kammern 16 überzutreten
und aus diesen durch die in den Trennwänden 4 angeordneten Entlüftungsbohrungen
ig in die durch diese Wände gebildete Kammer 17 abzufließen, um diese durch
den Kühlflüssigkeitsaustritt 18 zu verlassen.