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REFROIDISSEMENT DE TETES DE CYLINDRES A REFROIDISSEMENT PAR LIQUIDE, DE
MACHINES A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention se rapporte à un refroidissement de têtes de cylindrée .de machines à combustion interne à refroidissement par liquide, avec soupapes disposées dans la tête de cylindre et particulièrement, avec chambre de combustion. L'invention consiste essentiellement dans le fait qu'entre les parois, soumises à de grands efforts thermiques; des chambres disposées dans la tête de cylindre., spécialement pour les soupapes et la chambre de combustion, des jets de liquide sont dirigés de façon telle que l'eau de refroidissement traverse les interstices avec une vitesse accrue.
De préférence, le liquide de ces jets est guidée transversalement à l'axe du cylindre et près de la base de la tête de cylindre, dans les espaces com- pris entre les parois des chambres, les parois des chambres (par exemple pour la soupape d'admission, la soupape d' échappement et la chambre de pré- combustion) constituant des canaux de passage libres au niveau des jets de liquide et n'étant donc pas réunies les unes aux antres de manière à empê- cher ou à obstruer le passage Le nombre de jets dé liquide correspond ici généralement au nombre des canaux constitués entre les parois des cham- bres, les jets de liquide étant de préférence dirigés radialement de l'ex- térieur, à travers les canaux, sur un point de rencontre central entre les chambres, ou approximativement sur un tel pointe La production des jets de liquide a lieu,
de préférence$ par des ouvertures d'échappement en forme de tuyères, dirigées à peu près transversalement à l'axe du cylindre, consti- tuées par exemple par des parois de déviation, qui recouvrent les canaux de passage du carter de cylindre vers la tête de cylindre. De préférence, les parois pour les boulons de fixation de la tête de cylindre sont séparées des parois de la chambre.
La, présente invention offre l'avantage que les parois de la cham- bre sont refroidies particulièrement efficacement aux endroits -surtout à l'endroit de transition vers la base de la tête de cylindre - où la chaleur
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de la chambre de combustion produit son plus grand effet thermique. En outre, par suite des canaux de refroidissement non obstrués, de la suppres- sion de l'agglomération de masses et de l'évacuation régulière de chaleur ainsi atteinte, on peut obtenir un refroidissement très uniforme.
On peut ainsi éviter des dilatations et distorsions thermiques dans la tête de cylindre en fonte et, par suite, également des ruptures dans cette piè- ceo
Il est, en outre, particulièrement avantageux, surtout en con- jonction avec le système de refroidissement décrit ci-dessus, de diminuer, en forme de tuyères, les sections des cauanx d'admission et d'échappement aux soupapes. On peut obtenir de la sorte, sans diminution du rendement volumétrique, une amélioration supplémentaire du refroidissement, en réali- sant, d'une part, des canaux de refroidissement particulièrement grands et, d'autre part, une vitesse de déplacement d'air plus élevée dans le ca- nal de soupape. Le premier phénomène cité est d'une importante particuliè- re pour la soupape d'échappement et l'autre phénomène, surtout pour la sou- pape d'admission.
Il est, en outre, préférable de noyer les soupapes dans la tête de cylindre et de déplacer ainsi les endroits les plus chauds de la tête de cylindre, dont font également partie les sièges de soupape (sur- tout de la soupape d'échappement) quelque peu vers l'intérieur, où ils sont plus exposés à l'effet de refroidissement de l'eau de refroidissement.
Le dessin représente une forme de réalisation de l'objet de la présente invention.
La figure 1 est une coupe horizontale à travers la tête de cylindre suivant la ligne A - B de la figure 3.
La figure 2 est une coupe transversale à travers la tête de cylindre suivant la ligne C - D de la figure 1.
La figure 3 est une coupe longitudinale à travers la tête de cylindre suivant la ligne E - F de la figure 1, et la figure 4 représente un schéma indiquant l'évolution de la section des canaux des soupapes d'admission et d'échappement.
Sur le bloc de cylindres 1 avec les cylindres 2 est fixée la' tête de cylindre 4, à l'aide des vis 3. Le bloc de cylindre et la tête de cylindre sont refroidis par liquide, par exemple par eau, et comportent une enveloppe de refroidissement 5 et 6. Dans la tête de cylindre sont disposées la soupape d'admission 7, la soupape d'échappement 8 et une chambre de précombustion 9, cette dernière étant, par exemple, constituée par des pièces rapportées 10, qui sont montées, directement ou avec inter- position de chambres isolantes, dans la paroi 11 qui les entoure, et qui sont en communication avec le cylindre 2, au moyen d'un canal de liaison 12.
Le combustible est injecté., axialement au canal 12, dans la chambre de pré- combustion, à l'aide d'un gicleur 13. Le cas échéant, on peut prévoir un alésage 14 pour la bougie de démarrage dans le carter de la tête de cylin- dre, de préférence du côté opposé aux soupapes dans la chambre de précom- bustion. Le canal d'admission 15 débouche, par exemple, à la face supérieu- re de la tête de cylindre et le canal d'échappement 16, à une paroi latérale de ce dernier.
Les sièges de soupapes 17 et 18 sont noyés et les deux pa- rois 19 et 20 pour les chambres de soupape de la soupape d'admission et de la soupape d'échappement sont dirigées, en forme de tuyères, vers l'inté- rieur, au raccordement avec les sièges de soupape, en 21 et 22, de.telle sorte qu'il en résulte une diminution de section de passage pour l'air admis et pour les gaz de combustion qui s'échappent. La paroi 11, pour la chambre de précombustion,ainsi que les parois 19 et 20; pour les chambres de soupape d'admission et d'échappement, sont disposées de façon telle qu'en- tre les trois parois, il y ait de larges canaux de communication 23, 24 et
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25, qui, d'un point de jonction 26, soient dirigés en étoile vers l'exté- rieur.
Radialement à l'extérieur de ces canaux 23,24 et 25, disposés pratiquement horizontalement au-dessus de la base 27 de la tête de cylindre? on a prévu des canaux de passage 28, 29 et 30, qui relient l'enveloppe d'eau de refroidissement 5 dans le bloc de cylindres à l'enveloppe 6 dans la tête de cylindre. Les ouvertures d'échappement de ces canaux de passage dans la tête de cylindre sont recouvertes de parois de déviation 31, 32 et 33, en forme de Trou de poches,,qui font une pièce avec la pièce en fonte de la tête de cylindre.
La paroi de déviation 31 libère alors, suivant sa position en- tre deux cylindres, une ouverture pour chacun d'eux, en direction horizontal approximativement radialement aux axes de cylindre correspondants, entre au- tres en direction du canal 23, tandis que les parois de déviation en forme de poches, 32 et 33, s'ouvrent en direction des canaux 24 et 25, vers l'en- droit de rencontre 26.
Le liquide de refroidissement passant de l'envelop- pe de cylindre 59 à travers les canaux de passage 28, 29 et 30 dans l'enve- loppe de refroidissement 6 de la tête de cylindre est, pour cette raison, dé- vié en jets par les parois de déviation 31, 32 et 33 faisant fonction de tuyè- res, en direction des canaux 23. 24 et 25, de telle sorte qu'un courant plus intense soit provoqué dans ces canaux en direction de l'endroit central 26 de rencontre des trois canaux, d'où l'eau de refroidissement peutensuite s'écouler vers le dessus.
De cette manière., les parois 11, 19 et 20, soumi= ses aux plus grands efforts thermiques sont refroidies particulièrement effi- cacement spécialement à l'endroit de jonction avec la base 27 de la tête de cylindre. @
Les ouvertures de passage 28, 29 et 30, ainsi que les ouvertures de passage associées aux autres cylindres de la machine, peuvent être prévues comme uniques communications entre les enveloppes de refroidissement du bloc de cylindres, d'une part, et de la tête de cylindre., d'autre.part. Dans ce cas il en résulte une vitesse de passage ou d'échappement particulièrement élevée pour l'eau de refroidissement, ce qui produit des ''zones de refroidis- sement intenses et efficaces.
Si la section de ces canaux de refroidissement seule n'est pas suffisante pour la passages on peut encore prévoir d'autres canaux de passage, comme, par exemple, représenté en 34,
La figure 4 est un graphique de la surface de la section (q) pour la soupape d'admission (qe) et la soupape d'échappement (qa), par exemple en fonction de la distance (1) du plan de la soupape. Comme on peut le consta- ter,on a prévu une évolution de la section en forme de tuyère. L'expérien- ce a montré que des étranglements jusqu'à 30 % peuvent être prévus sans di- minution du rendement volumétrique.
La présente invention peut être appliquée à des machines.à com-. bustion interne de tout types donc, aussi bien à des machines à carburateur qu à des moteurs Diesel ou autres machines, mais elle est d'une importance particulière pour les moteurs Diesel soumis, en effet, à de grandes fati- gues thermiques avec chambres de combustion disposées dans la tête de cy- lindre, telles que, par exemple? chambres de précombustion, chambres à tourbillons, les réservoirs d'air et analogues. La présente invention peut, par exemple, également être appliquée à des têtes de cylindre dans lesquel- les '- que ce soit avec ou sans chambre de combustion - on emploie, par cylin- dre, 3 ou 4 soupapes, ou davantage, disposées dans la tête de cylindre.
Au lieu d'un refroidissement par eau, on peut évidemment, pour mettre en oeuvre la présente invention, employer tout autre liquide de refroidissement.
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COOLING OF LIQUID-COOLED CYLINDER HEADS,
INTERNAL COMBUSTION MACHINES.
The present invention relates to a cooling of cylinder heads .de liquid-cooled internal combustion machines, with valves arranged in the cylinder head and in particular, with a combustion chamber. The invention consists essentially in the fact that between the walls, subjected to great thermal stresses; from the chambers disposed in the cylinder head., especially for the valves and the combustion chamber, liquid jets are directed such that the cooling water passes through the interstices with increased speed.
Preferably, the liquid from these jets is guided transversely to the axis of the cylinder and near the base of the cylinder head, in the spaces comprised between the walls of the chambers, the walls of the chambers (for example for the valve intake, the exhaust valve and the pre-combustion chamber) constituting free passage channels at the level of the liquid jets and therefore not being joined to one another so as to prevent or obstruct the passage The number of liquid jets here generally corresponds to the number of channels formed between the walls of the chambers, the liquid jets being preferably directed radially from the outside, through the channels, on a central meeting point. between the chambers, or approximately on such a point The production of the jets of liquid takes place,
preferably by exhaust openings in the form of nozzles, directed approximately transversely to the axis of the cylinder, constituted for example by deflection walls, which cover the passage channels from the cylinder housing to the head cylinder. Preferably, the walls for the cylinder head fixing bolts are separated from the walls of the chamber.
The present invention offers the advantage that the walls of the chamber are cooled particularly effectively at the places - especially at the point of transition to the base of the cylinder head - where the heat.
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combustion chamber produces its greatest thermal effect. Furthermore, as a result of the unobstructed cooling channels, the elimination of mass agglomeration and the uniform heat dissipation thus achieved, very uniform cooling can be achieved.
It is thus possible to avoid thermal expansions and distortions in the cast iron cylinder head and, consequently, also ruptures in this part.
It is also particularly advantageous, especially in conjunction with the cooling system described above, to reduce, in the form of nozzles, the sections of the intake and exhaust ducts at the valves. In this way, without reducing the volumetric efficiency, a further improvement in the cooling can be obtained by providing, on the one hand, particularly large cooling channels and, on the other hand, a higher air displacement speed. high in the valve channel. The first phenomenon mentioned is of particular importance for the exhaust valve and the other phenomenon, especially for the intake valve.
It is, moreover, preferable to embed the valves in the cylinder head and thus to displace the hottest places of the cylinder head, which also include the valve seats (especially of the exhaust valve). somewhat inward, where they are more exposed to the cooling effect of the cooling water.
The drawing shows one embodiment of the object of the present invention.
Figure 1 is a horizontal section through the cylinder head taken along line A - B of Figure 3.
Figure 2 is a cross section through the cylinder head taken along line C - D of Figure 1.
FIG. 3 is a longitudinal section through the cylinder head along the line E - F of FIG. 1, and FIG. 4 represents a diagram indicating the evolution of the section of the channels of the intake and exhaust valves.
On the cylinder block 1 with the cylinders 2 is fixed the cylinder head 4, by means of the screws 3. The cylinder block and the cylinder head are cooled by liquid, for example by water, and have a casing. 5 and 6. In the cylinder head are arranged the inlet valve 7, the exhaust valve 8 and a pre-combustion chamber 9, the latter being, for example, formed by inserts 10, which are mounted , directly or with the interposition of insulating chambers, in the wall 11 which surrounds them, and which are in communication with the cylinder 2, by means of a connecting channel 12.
The fuel is injected, axially to the channel 12, into the pre-combustion chamber, by means of a nozzle 13. If necessary, a bore 14 can be provided for the starter plug in the housing of the head. of cylinder, preferably on the side opposite the valves in the precombustion chamber. The intake channel 15 opens, for example, to the upper face of the cylinder head and the exhaust channel 16 to a side wall of the latter.
The valve seats 17 and 18 are flooded and the two walls 19 and 20 for the valve chambers of the inlet valve and the exhaust valve are directed in the form of nozzles inwards. , at the connection with the valve seats, at 21 and 22, de.telle so that there results a reduction in the passage section for the air admitted and for the combustion gases which escape. The wall 11, for the precombustion chamber, as well as the walls 19 and 20; for the intake and exhaust valve chambers, are arranged such that between the three walls there are wide communication channels 23, 24 and
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25, which, from a junction point 26, are directed outwards in a star.
Radially outside these channels 23, 24 and 25, disposed substantially horizontally above the base 27 of the cylinder head? passage channels 28, 29 and 30 are provided, which connect the cooling water jacket 5 in the cylinder block to the jacket 6 in the cylinder head. The exhaust openings of these passage channels in the cylinder head are covered with deflection walls 31, 32 and 33, in the form of a pocket hole, which form a part with the cast iron part of the cylinder head.
The deflection wall 31 then releases, depending on its position between two cylinders, an opening for each of them, in a horizontal direction approximately radially to the corresponding cylinder axes, between others in the direction of the channel 23, while the walls deflection in the form of pockets, 32 and 33, open towards the channels 24 and 25, towards the meeting point 26.
The coolant passing from the cylinder shell 59 through the passage channels 28, 29 and 30 into the cooling shell 6 of the cylinder head is, for this reason, deflected in jets. by the deflection walls 31, 32 and 33 acting as nozzles, in the direction of the channels 23, 24 and 25, so that a more intense current is caused in these channels in the direction of the central location 26 of meets the three channels, from which the cooling water can then flow upwards.
In this way, the walls 11, 19 and 20, subjected to the greatest thermal stresses are cooled particularly effectively especially at the point of junction with the base 27 of the cylinder head. @
The passage openings 28, 29 and 30, as well as the passage openings associated with the other cylinders of the machine, can be provided as unique communications between the cooling envelopes of the cylinder block, on the one hand, and of the head of the machine. cylinder., other.part. In this case, a particularly high flow or exhaust speed results for the cooling water, which produces intense and efficient cooling zones.
If the section of these cooling channels alone is not sufficient for the passages, it is also possible to provide other passage channels, such as, for example, shown at 34,
Fig. 4 is a graph of the area of section (q) for the inlet valve (qe) and the exhaust valve (qa), for example as a function of the distance (1) from the plane of the valve. As can be seen, provision has been made for an evolution of the section in the form of a nozzle. Experience has shown that constrictions of up to 30% can be expected without reducing the volumetric efficiency.
The present invention can be applied to communication machines. internal busting of all types therefore, both in carburettor-driven machines as well as in Diesel engines or other machines, but it is of particular importance for Diesel engines subject, in fact, to great thermal fatigue with heat chambers. combustion arranged in the cylinder head, such as, for example? pre-combustion chambers, vortex chambers, air tanks and the like. The present invention can, for example, also be applied to cylinder heads in which - whether with or without a combustion chamber - is employed, per cylinder, 3 or 4 valves, or more, arranged in. the cylinder head.
Instead of water cooling, it is obviously possible, in order to implement the present invention, to use any other cooling liquid.