EP1329628A2

EP1329628A2 - Zylinderdeckel mit einem Kühlkanalsystem für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1329628A2
Application number: EP02406107A
Authority: EP
Inventors: Walter Keller
Original assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Current assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2003-07-23
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: KR20030077948A; KR100921412B1; CN100467847C; DE50210310D1; DK1329628T3; EP1329628B1; EP1329628A3; JP2003214251A; PL358264A1; CN1432727A; JP4340070B2

Abstract

Es wir ein Zylinderdeckel mit einem Kühlkanalsystem (2) für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen, die mindestens einen Zylinder (3) aufweist, in welchem ein Kolben (4) entlang einer Achse (A - A) des Zylinderdeckels hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der Zylinderdeckel umfasst eine Deckenfläche (5) und eine Seitenfläche (6), die im montierten Zustand den Brennraum (7) des Zylinders (3) begrenzen, eine in der Deckenfläche (5) angeordnete Einbauöffnung (8) zur Aufnahme einer Einspritzdüse (9), durch die Brennstoff in den Brennraum (7) einbringbar ist, eine in Bezug zur Achse (A - A) in der Seitenfläche (6) angeordnete Auslassöffnung (10) zur Aufnahme eines Auslassventils (11) zum Abführen von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum (7), sowie eine Mehrzahl von Boden-Kühlkanälen (12), die sich in Richtung zur Auslassöffnung (10) erstrecken, wobei mindestens zwei der Boden-Kühlkanäle (12) jeweils einen Eingang (13) und einen Ausgang (14) für ein Kühlmittel aufweisen und einen Ventil-Kühlkanal (15), der sich längs der Auslassöffnung (10) erstreckt. Dabei ist jeder Boden-Kühlkanal (12) so angeordnet, dass der Eingang (13) des Boden-Kühlkanals (12) weiter von der Auslassöffnung (10) entfernt ist als der Ausgang (14), und der Ausgang (14) mindestens eines Boden-Kühlkanals (12) mit dem Ventil-Kühlkanal (15) verbunden ist, so dass Kühlmittel nacheinander durch den Boden-Kühlkanal (12) und den Ventil-Kühlkanal (15) beförderbar ist. Darüber hinaus erstreckt sich mindestens ein Düsen-Kühlkanal (16) entlang der Einbauöffnung (8), wobei der Ausgang (14) mindestens eines Boden-Kühlkanals (12) mit dem Düsen-Kühlkanal (16) verbunden ist, so dass Kühlmittel nacheinander durch den Boden-Kühlkanal (12) und den Düsen-Kühlkanal (16) beförderbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderdeckel mit einem Kühlkanalsystem für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, sowie eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem solchen Zylinderdeckel.

Bekannte Zweitakt-Dieselbrennkraftmaschinen mit Längsspülung sind insbesondere in Ausführungen als Grossdieselmotoren bekannt. Solche Motoren kommen ohne Einlassventile im Zylinderdeckel aus, da die Luft durch sogenannte Spülschlitze, die im unteren Bereich des Zylinders angeordnet sind, in den Zylinder eintritt. In einer Deckenfläche im zentralen Bereich des Zylinderdeckels ist ein Auslassventil in der Zylinderachse angeordnet, durch das die Verbrennungsgase austreten können. Die Einspritzdüsen für die Brennstoffeinspritzung sind dagegen in einer Seitenfläche des Zylinderdeckels, die schräg bezüglich der Längsachse des Zylinders verläuft, in dafür geeigneten Einbauöffnungen angeordnet. Dadurch erfolgt die Brennstoffeinspritzung nicht zentral, sondern von der Seite. Um dennoch eine möglichst gleichmässige Verteilung des eingespritzten Brennstoffs im Brennraum zu erreichen, sind pro Zylinder mehrere Einspritzdüsen, typischerweise drei pro Zylinder, vorgesehen. Der Vorteil eines Zylinderdeckels mit zentral angeordnetem Auslassventil liegt unter anderem darin, dass die Ausführung und Anordnung des Kühlsystems im Zylinderdeckel besonders einfach ist. Durch die hohe Symmetrie der Anordnung von Auslassventil und Einspritzdüsen ergibt sich eine ebenfalls bezüglich der zentralen Auslassöffnung des Zylinderdeckels hohe Symmetrie der thermischen Belastungen des Zylinderdeckels im Betrieb. Entsprechend einfach ist daher auch die Geometrie bekannter Kühlkanalsysteme für solche Zylinderdeckel.

Der bekannte Zylinderdeckel mit zentralem Auslassventil weist eine Vielzahl von geraden Boden-Kühlkanälen auf, die sich in der Seitenfläche des Zylinderdeckels, die im wesentlichen eine Kegelmantelfläche definiert, von einem ersten (äusseren) Ringraum ausgehend zur Auslassöffnung hin erstrecken, wobei der Abstand zweier benachbarter Boden-Kühlkanäle zur Auslassöffnung hin abnimmt. Der Boden-Kühlkanal weist dabei einen Eingang und einen Ausgang für ein Kühlmittel auf, wobei der Eingang des Boden-Kühlkanals weiter von der Auslassöffnung entfernt ist als der Ausgang. Jeder Ausgang eines Boden-Kühlkanals mündet in einen Ventil-Kühlkanal, so dass Kühlmittel nacheinander durch den Boden-Kühlkanal und den Ventil-Kühlkanal beförderbar ist. Die Ventil-Kühlkanäle erstrecken sich dabei im wesentlichen auf einer Zylinderoberfläche oder auf einer leicht geneigten Kegeloberfläche geradlinig entlang der Auslassöffnung und münden in einen gemeinsamen zweiten (oberen) Ringraum, von welchem aus das Kühlmittel wieder zum Kühler der Brennkraftmaschine zurückbeförderbar ist. Die Einbauöffnungen für die Einspritzdüsen sind konzentrisch auf einer Kreislinie um die Auslassöffnung zwischen je zwei Boden-Kühlkanälen angeordnet. Dabei wird der Radius der Kreislinie so gewählt, dass für die Einbauöffnungen genügend Zwischenraum zwischen den entsprechenden Boden-Kühlkanälen zur Verfügung steht.

Der bekannte Zylinderdeckel mit zentralem Auslassventil zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass aufgrund seines hoch symmetrischen Aufbaus auch die thermischen Belastungen im Betrieb mit dem zuvor kurz beschriebenen Kühlkanalsystem besonders einfach zu kontrollieren sind, da die einfache Geometrie des Zylinderdeckels selbstverständlich ihren Niederschlag auch in der Charakteristik des Temperaturprofils findet, das sich im Betrieb des Grossdieselmotors im Zylinderdeckel einstellt. Das heisst, dass beispielsweise unsymmetrische mechanische Verspannungen des Zylinderdeckels aufgrund von komplex strukturierten Temperaturgradienten allein aufgrund der Geometrie bereits stark minimierbar sind. Ein gravierender Nachteil ergibt sich jedoch aus der Tatsache, dass das Konzept des bekannten Zylinderdeckels mit zentralem Auslassventil den Einsatz mehrerer Einspritzdüsen fordert, wodurch diese Anordnung relativ aufwendig mit Zusatzaggregaten ausgestattet werden muss und daher insgesamt recht kostenintensiv ist.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde mit der EP 0 959 240 ein Zylinderdeckel vorgeschlagen, bei welchem sich die Einbauöffnung für die Einspritzdüse zentral in der Deckenfläche des Zylinderdeckels befindet, so dass für die Brennstoffeinspritzung nur noch eine Einspritzdüse notwendig ist. Das Auslassventil ist hier in der Seitenfläche des Zylinders angeordnet. Die Vorteile eines solchen Zylinderdeckels liegen auf der Hand und sind in der EP 0 959 240 ausführlich diskutiert. Allerdings lässt sich das oben beschriebene bekannte Konzept der Kühlung des Zylinderdeckels nicht ohne weiteres auf einen Zylinderdeckel mit zentral angeordneter Einspritzdüse übertragen, was sich alleine schon aufgrund der geänderten Geometrie verbietet. Durch das in der Seitenfläche angeordnete Auslassventil entsteht eine erhebliche Asymmetrie in der thermischen Belastung des Zylinderdeckels. So treten in der Nähe des Auslassventils im Betrieb deutlich höhere Temperaturen auf, als beispielsweise in der Nähe der Einspritzdüse. Damit stellen sich an die Art der Wärmeabführung vollkommen andere Anforderungen, als bei einem Zylinderdeckel mit zentralem Auslassventil. Das Kühlkanalsystems für einen Zylinderdeckel mit zentraler Einspritzdüse muss daher völlig neu konzipiert werden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Zylinderdeckel mit einem Kühlkanalsystem für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Längsspülung, insbesondere für einen als Zweitakt-Dieselbrennkraftmaschine ausgelegten Grossdieselmotor vorzuschlagen, wobei das Kühlkanalsystem die besonderen Erfordemisse an die Kühlung eines Zylinderdeckels mit zentral angeordneter Einspritzdüse und einem asymmetrisch in einer Seitenfläche des Zylinderdeckels angeordneten Auslassventil berücksichtigt.

Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.

Erfindungsgemäss wird somit ein Zylinderdeckel mit einem Kühlkanalsystem für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen, die mindestens einen Zylinder aufweist, in welchem ein Kolben entlang einer Achse des Zylinderdeckels hin- und herbewegbar angeordnet ist, wobei der Zylinderdeckel eine Deckenfläche und eine Seitenfläche umfasst, die im montierten Zustand den Brennraum des Zylinders begrenzen. In der Deckenfläche des Zylinderdeckels ist eine Einbauöffnung zur Aufnahme einer Einspritzdüse, durch die Brennstoff in den Brennraum einbringbar ist, und eine in Bezug zur Achse des Zylinderdeckels in der Seitenfläche angeordnete Auslassöffnung zur Aufnahme eines Auslassventils zum Abführen von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum vorgesehen. Desweiteren eine Mehrzahl von Boden-Kühlkanälen, die sich in Richtung zur Auslassöffnung erstrecken, wobei mindestens zwei der Boden-Kühlkanäle jeweils einen Eingang und einen Ausgang für ein Kühlmittel aufweisen, sowie einen Ventil-Kühlkanal, der sich längs der Auslassöffnung erstreckt. Dabei ist jeder Boden-Kühlkanal so angeordnet, dass der Eingang jedes Boden-Kühlkanals weiter von der Auslassöffnung entfernt ist als der Ausgang, und der Ausgang mindestens eines Boden-Kühlkanals mit dem Ventil-Kühlkanal verbunden ist, so dass Kühlmittel nacheinander durch den Boden-Kühlkanal und den Ventil-Kühlkanal beförderbar ist. Zusätzlich erstreckt sich mindestens ein Düsen-Kühlkanal entlang der Einbauöffnung, wobei der Ausgang mindestens eines Boden-Kühlkanals mit dem Düsen-Kühlkanal verbunden ist, so dass Kühlmittel nacheinander durch den Boden-Kühlkanal und den Düsen-Kühlkanal beförderbar ist.

Der erfindungsgemässe Zylinderdeckel umfasst eine Deckenfläche und eine Seitenfläche, die im montierten Zustand, den Brennraum des Zylinders begrenzen. Dabei bildet die Deckenfläche des Zylinderdeckels die der Kolbenstirnfläche gegenüberliegende Begrenzungsfläche des Brennraums. Die Deckenfläche weist eine Einbauöffnung für eine Einspritzdüse auf, die im wesentlichen zentral in der Deckenfläche angeordnet ist. An die Deckenfläche schliesst sich die Seitenfläche an, welche schrägt in Bezug zur Mittelachse der Einbauöffnung für die Einspritzdüse angeordnet ist, so dass die Seitenfläche stumpfwinklig in die Deckenfläche einmündet. Die Seitenfläche weist eine Auslassöffnung zur Aufnahme eines Auslassventils auf. In der Peripherie der Seitenfläche ist im Zylinderdeckel ein erster Ringraum angeordnet, der dazu geeignet ist, dem Kühlkanalsystem des Zylinderdeckels Kühlmittel zuzuführen.

Der erfindungsgemässe Zylinderdeckel zeichnet sich durch ein im wesentlichen dreiteilig ausgestaltetes Kühlkanalsystem aus, das, im Gegensatz zu dem bekannten Kühlkanalsystem, neben einer Vielzahl von Boden-Kühlkanälen und einer entsprechenden Anzahl von Ventil-Kühlkanälen, zusätzlich noch eine bestimmte Zahl von Düsen-Kühlkanälen aufweist, die sich entlang der zentral angeordneten Einspritzdüse erstrecken. Dabei sind die Boden-Kühlkanäle, die eingangsseitig mit dem ersten Ringraum verbunden sind, im wesentlichen für die Kühlung der Seitenfläche geeignet, während die Ventil-Kühlkanäle, die sich entlang der Auslassöffnung erstrecken, im wesentlichen für die Kühlung des Zylinderdeckels im Bereich des Auslassventils und des Auslassventils selbst vorgesehen sind. Die Düsen-Kühlkanäle erstrecken sich entlang der Einbauöffnung und sind damit insbesondere zur Kühlung der Einspritzdüse und des an die Einbauöffnung angrenzenden Bereichs des Zylinderdeckels geeignet. Dabei ist ein Teil der zuvor erwähnten Boden-Kühlkanäle ausgangsseitig mit den Ventil-Kühlkanälen verbunden, während die übrigen verbleibenden Boden-Kühlkanäle ausgangsseitig mit den Düsen-Kühlkanälen verbunden sind. Die Düsen-Kühlkanäle münden ausgangsseitig in eine gemeinsame Sammelleitung und die Ventil-Kühlkanäle in einen gemeinsamen zweiten Ringraum, wobei der zweite Ringraum mittels einer Verbindungsleitung mit der Sammelleitung verbunden ist.

Im Betrieb kann somit das Kühlmittel ausgehend vom ersten Ringraum zunächst die Boden-Kühlkanäle zur Kühlung der Seitenfläche durchströmen, und anschliessend in einem ersten Teilkreislauf nacheinander durch die Ventil-Kühlkanäle, den zweiten Ringraum und die Verbindungsleitung der Sammelleitung zugeführt werden und parallel dazu in einem zweiten Teilkreislauf durch die Düsen-Kühlkanäle der Sammelleitung zugeführt werden, welche Sammelleitung dann das Kühlmittel wieder zu einem Kühler der Hubkolbenbrennkraftmaschine zurückführt.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1: einen Zylinder eines Grossdieselmotors mit Zylinderdeckel und weiteren wesentlichen Teilen;
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Zylinderdeckels mit Kühlkanalsystem im Schnitt;
Fig. 3: eine nicht massstabsgerechte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kühlkanalsystems mit Auslassventil und Einspritzdüse;
Fig. 4: ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Zylinder 3 eines Grossdieselmotors G mit einem erfindungsgemässen Zylinderdeckel mit Kühlkanalsystem 2, welcher Zylinderdeckel im folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Der erfindungsgemässe Zylinderdeckel 1 ist insbesondere für Grossdieselmotoren G geeignet, die als Zweitakt-Dieselbrennkraftmaschinen mit Längsspülung ausgelegt sind. Die wesentlichen Komponenten von Grossdieselmotoren G, die in der Regel mehrere Zylinder 3 aufweisen, sind an sich bekannt.

Der Zylinder 3 eines solchen Grossdieselmotors G weist einen Zylinderdeckel 1 auf, der eine Deckenfläche 5 und eine Seitenfläche 6 umfasst, die im montierten Zustand, wie in Fig. 1 gezeigt, den Brennraum 7 des Zylinders 3 begrenzen. Dabei bildet die Deckenfläche 5 des Zylinderdeckels 1 im montierten Zustand die der Kolbenstirnfläche 41 gegenüberliegende Begrenzungsfläche des Brennraums 7, die senkrecht zu einer Achse A -A des Zylinderdeckels 1 liegt. An die Deckenfläche 5 schliesst sich die Seitenfläche 6 an, deren darstellungsgemäss oberer Teil, welcher in die Deckenfläche 5 einmündet, schrägt zur Achse A - A des Zylinderdeckels 1 verläuft, so dass die Seitenfläche 6 stumpfwinklig in die Deckenfläche 5 einmündet. Im Zylinder 3 ist ein Kolben 4 entlang der Achse A - A hin- und herbewegbar angeordnet. Der Kolben 4 ist mittels einer Kolbenstange in an sich bekannter Weise mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden.

Der Zylinderdeckel 1 weist eine in der Deckenfläche 5, im wesentlichen zentral, angeordnete Einbauöffnung 8 zur Aufnahme einer Einspritzdüse 9 auf. Die Einspritzdüse 9 ist über eine Brennstoffleitung 91 mit einer nicht dargestellten Einspritzvorrichtung verbunden, die den Brennstoff durch die Einspritzdüse 9 in den Brennraum 7 des Zylinders 3 einbringt, wie dies die strichpunktierten Keulen in Fig. 1 andeuten. In der Seitenfläche 6 des Zylinderdeckels 1 ist eine Auslassöffnung 10 zur Aufnahme eines Auslassventils 11 angeordnet.

Der Zylinderdeckel 1 ist zur Kühlung mit einem im wesentlichen dreiteiligen Kühlkanalsystem 2 ausgestattet, das eine Mehrzahl von Boden-Kühlkanälen 12 umfasst, von denen mindestens zwei jeweils einen Eingang 13 und einen Ausgang 14 für ein Kühlmittel aufweisen. Dabei ist jeder Boden-Kühlkanal 12 im Zylinderdeckel 1 so angeordnet, dass der Eingang 13 eines jeden Boden-Kühlkanals 12 weiter von der Auslassöffnung 10 entfernt ist, als sein entsprechender Ausgang 14. Darüber hinaus umfasst der Zylinderdeckel 1 mindestens einen Ventil-Kühlkanal 15, sowie mindestens einen Düsen-Kühlkanal 16 mit Austrittsöffnung 20, welcher mit einer Sammelleitung 21 verbunden ist.

In Fig.2 ist schematisch ein Schnitt durch den erfindungsgemässen Zylinderdeckel 1 mit Einspritzdüse 9 und Auslassöffnung 10 entlang einer Ebene E dargestellt, die durch die Achsen A - A und B - B definiert ist. Zu erkennen ist ein Boden-Kühlkanal 12, welcher mit seinem Ausgang 14 in einen Düsen-Kühlkanal 16 mündet. Die Austrittsöffnung 20 des Düsen-Kühlkanals 16 mündet in die im Querschnitt dargestellte Sammelleitung 21, welche mit einer Verbindungsleitung 22 verbunden ist, deren Funktion später noch ausführlich beschrieben wird.

In den Fig. 3 und 4 ist schematisch je ein Ausführungsbeispiel eines Kühlkanalsystems 2 eines erfindungsgemässen Zylinderdeckels 1 mit Auslassventil 11 und Einspritzdüse 9 in nicht masstabsgerechter Darstellung skizziert. Der Übersicht halber ist die Einspritzdüse 9 im nicht eingebauten Zustand dargestellt. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, erstrecken sich die in ihrer Länge im allgemeinen unterschiedlichen Boden-Kühlkanäle 12 sämtlich, im wesentlichen geradlinig, in Richtung zur Auslassöffnung 10 des Zylinderdeckels 1. Bevorzugt sind die Boden-Kühlkanäle 12 im Zylinderdeckel 1 so angeordnet, dass sich deren Längsachsen L - L in einer Kegelmantelfläche, ausgehend von einem ersten Ringraum 17 zur Achse A - A zum Zentrum des Zylinderdeckels 1 erstrecken, wobei der Winkel α zwischen den Längsachsen L - L zweier beliebiger benachbarter Boden-Kühlkanäle 12 im wesentlichen immer gleich ist. Denkbar ist natürlich auch, dass der Winkel α zwischen verschiedenen Paaren von Längsachsen L - L unterschiedlich ist.

Der erste Ringraum 17 ist innerhalb des Zylinderdeckels 1 an dessen Peripherie angeordnet und ist über eine Zuleitungseinrichtung 171 mit einer nicht gezeigten Kühleinrichtung des Zylinders 3 verbunden, durch welche Zuleitungseinrichtung 171 dem ersten Ringraum 17 Kühlmittel aus der (nicht gezeigten) Kühleinrichtung des Zylinders 3 zuführbar ist. Dabei kann der erste Ringraum 17 durchaus mehrere Zuleitungseinrichtungen 171 aufweisen oder die Zuleitungseinrichtung 171 kann sich als ringförmige Öffnung teilweise oder ganz entlang des ersten Ringraumes 17 erstrecken.

Diejenigen Boden-Kühlkanäle 12, deren Ausgänge 14 näher an der Auslassöffnung 10 als an der Einbauöffnung 8 liegen, sind über den Ausgang 14 mit einem Ventil-Kühlkanal 15 verbunden. Bevorzugt steht jeder dieser Boden-Kühlkanäle 12 jeweils mit genau einem Ventil-Kühlkanal 15 in Verbindung. Allerdings ist es durchaus denkbar, dass zwei oder mehrere solcher Boden-Kühlkanäle 12 gleichzeitig mit ein und demselben Ventil-Kühlkanal 15 verbunden ist. Jeder Ventil-Kühlkanal 15 erstreckt sich bevorzugt geradlinig unter einem bestimmten Neigungswinkel bezüglich der Achse V - V der Auslassöffnung 10 entlang der Achse V - V. Dabei kann der Neigungswinkel bezüglich der Achse V - V für alle Ventil-Kühlkanäle 15 gleich sein. Zum Beispiel kann der Neigungswinkel bezüglich der Achse V - V null Grad betragen, so dass alle Ventil-Kühlkanäle 15 auf einer gemeinsamen (gedachten) Zylinderfläche liegen; bei einem anderen Wert des Neigungswinkels liegen alle Ventil-Kühlkanäle 15 auf einer (gedachten) Kegelfläche. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass zwei oder mehrere der Ventil-Kühlkanäle bezüglich der Achse V - V verschiedene Neigungswinkel aufweisen, um z.B. eine bezüglich der Achse V - V im Betrieb auftretende Asymmetrie der Temperaturverteilung im Zylinderdeckel zu kompensieren. In besonderen Fällen ist es auch denkbar, dass sich ein oder mehrere Ventil-Kühlkanäle 15 nicht geradlinig entlang der Auslassöffnung 10 erstrecken, sondern sich bezüglich der Achse V - V spiralförmig oder in einer anderen Form erstrecken.

Der sich entlang der Auslassöffnung 10 erstreckende Ventil-Kühlkanal 15 mündet ausgehend vom Ausgang 14 eines Boden-Kühlkanals 12 in einen zweiten Ringraum 18, der zur Aufnahme des nacheinander den Boden-Kühlkanal 12 und den Ventil-Kühlkanal 15 durchströmende Kühlmittel geeignet ist, und aus welchem das Kühlmittel wieder über eine Verbindungsleitung 22 einer Sammelleitung 21 zuführbar ist, welche Sammelleitung 21 dazu geeignet ist, das Kühlmittel einem nicht gezeigten Kühler des Grossdieselmotors G zurückzuführen.

Diejenigen Boden-Kühlkanäle 12, deren Ausgänge 14 näher an der Einbauöffnung 8, als an der Auslassöffnung 10 liegen, sind über den Ausgang 14 mit einem Düsen-Kühlkanal 16 verbunden. Bevorzugt steht jeder dieser Boden-Kühlkanäle 12, wie in Fig. 3 dargestellt, jeweils mit genau einem Düsen-Kühlkanal 16 in Verbindung. Allerdings ist es durchaus denkbar, dass zwei oder mehrere solcher Boden-Kühlkanäle 12 an ihrem Ausgang 14 gleichzeitig mit ein und demselben Düsen-Kühlkanal 15 verbunden sind. Ein solches Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4. Jeder Düsen-Kühlkanal 16 erstreckt sich bevorzugt geradlinig unter einem bestimmten Winkel bezüglich der Achse A - A des Zylinderdeckels 1 entlang der Achse A - A. Dabei kann der Winkel bezüglich der Achse A - A für alle Düsen-Kühlkanäle 16 gleich oder verschieden sein. In besonderen Fällen ist es auch denkbar, dass sich ein oder mehrere Düsen-Kühlkanäle 16 nicht geradlinig entlang der Einbauöffnung 8 erstrecken, sondern sich bezüglich der Achse A - A spiralförmig oder in einer anderen Form erstrecken.

Der sich entlang der Einbauöffnung 8 erstreckende Düsen-Kühlkanal 16 mündet ausgehend vom Ausgang 14 eines Boden-Kühlkanals 12 in die Sammelleitung 21, die zur Aufnahme des nacheinander den Boden-Kühlkanal 12 und den Düsen-Kühlkanal 16 durchströmende Kühlmittel geeignet ist, und über welche Sammelleitung 21 das Kühlmittel wieder zu dem nicht gezeigten Kühler des Grossdieselmotors G abführbar ist.

Unter Umständen kann es von Vorteil sein, dass sowohl ein Teil der Boden-Kühlkanäle, als auch der Ventil-Kühlkanäle und / oder der Düsen-Kühlkanäle als Blindbohrungen ausgeführt sind, das heisst, dass die entsprechenden Kanäle nur eine Eingangsöffnung für ein Kühlmittel, jedoch keine Ausgangsöffnung aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass der Durchmesser der verschiedenen Kühlkanäle unterschiedlich ausgelegt ist, so dass durch verschiedene Bereiche innerhalb des Zylinderdeckels pro Zeiteinheit unterschiedliche Mengen an Kühlmittel fliessen, wodurch asymmetrische thermische Belastungen des Zylinderdeckels besser ausgeglichen werden können.

Der erfindungsgemässe Zylinderdeckel umfasst somit ein Kühlkanalsystem, welches aufgrund seines im wesentlichen dreiteiligen Aufbaus den Anforderungen an die Kühlung eines Zylinderdeckels mit zentraler Kraftstoffeinspritzung und seitlich angeordnetem Auslassventil besonders gut angepasst ist. Durch den zusätzlichen Einsatz von Düsen-Kühlkanälen und die spezielle Geometrie und Anordnung der verschiedenen Kühlkanäle wird die stark asymmetrische thermische Belastung des Zylinderdeckels optimal berücksichtigt, wodurch die im Betrieb entstehenden lokal unterschiedlichen Wärmemengen durch das Kühlkanalsystem so abführbar sind, dass Temperaturgradienten wirksam abgebaut und damit mechanische Verspannungen im Zylinderdeckel wirksam vermieden werden können.

Claims

Zylinderdeckel mit einem Kühlkanalsystem (2) für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, die mindestens einen Zylinder (3) aufweist, in welchem ein Kolben (4) entlang einer Achse (A - A) des Zylinderdeckels hin- und herbewegbar angeordnet ist, welcher Zylinderdeckel umfasst:

eine Deckenfläche (5) und eine Seitenfläche (6), die im montierten Zustand den Brennraum (7) des Zylinders (3) begrenzen,

eine in der Deckenfläche (5) angeordnete Einbauöffnung (8) zur Aufnahme einer Einspritzdüse (9), durch die Brennstoff in den Brennraum (7) einbringbar ist,

eine in Bezug zur Achse (A - A) in der Seitenfläche (6) angeordnete Auslassöffnung (10) zur Aufnahme eines Auslassventils (11) zum Abführen von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum (7),

eine Mehrzahl von Boden-Kühlkanälen (12), die sich in Richtung zur Auslassöffnung (10) erstrecken, wobei mindestens zwei der Boden-Kühlkanäle (12) jeweils einen Eingang (13) und einen Ausgang (14) für ein Kühlmittel aufweisen,

einen Ventil-Kühlkanal (15), der sich längs der Auslassöffnung (10) erstreckt,

wobei jeder Boden-Kühlkanal (12) so angeordnet ist, dass der Eingang (13) des Boden-Kühlkanals (12) weiter von der Auslassöffnung (10) entfernt ist als der Ausgang (14), und der Ausgang (14) mindestens eines Boden-Kühlkanals (12) mit dem Ventilkühl-Kanal (15) verbunden ist, so dass Kühlmittel nacheinander durch den Boden-Kühlkanal (12) und den Ventil-Kühlkanal (15) beförderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Düsen-Kühlkanal (16) entlang der Einbauöffnung (8) erstreckt, wobei der Ausgang (14) mindestens eines Boden-Kühlkanals (12) mit dem Düsen-Kühlkanal (16) verbunden ist, so dass Kühlmittel nacheinander durch den Boden-Kühlkanal (12) und den Düsen-Kühlkanal (16) beförderbar ist.
Zylinderdeckel nach Anspruch 1, bei welchem der Eingang (13) des Boden-Kühlkanals (12) mit einem ersten Ringraum (17), aus welchem Kühlmittel dem Eingang (13) des Boden-Kühlkanals (12) zuführbar ist, in Verbindung steht.
Zylinderdeckel nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Ventil-Kühlkanal (15) in einen zweiten Ringraum (18) mündet, der zur Aufnahme von Kühlmittel geeignet ist.
Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem sich mindestens zwei Boden-Kühlkanäle (12) und / oder zwei Ventil-Kühlkanäle (15) in ihrem Durchmesser unterscheiden.
Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem sich mindestens zwei Ventil-Kühlkanäle (15) und / oder zwei Düsen-Kühlkanäle (16) in ihrem Durchmesser unterscheiden.
Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem eine Längsachse (L - L) des Boden-Kühlkanals (12) in einer Kegelmantelfläche liegt und sich ausgehend vom ersten Ringraum (17) zur Achse (A - A) des Zylinderdeckels erstreckt.
Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Ausgänge (14) von mindestens zwei Boden-Kühlkanälen (12) über einen Verbindungskanal (19) verbunden sind.
Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem eine Austrittsöffnung (20) des Düsen-Kühlkanals (16) mit einer Sammelleitung (21) verbunden ist.
Zylinderdeckel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Sammelleitung (21) über eine Verbindungsleitung (22) zur Weiterleitung von Kühlmittel mit dem zweiten Ringraum (18) in Verbindung steht.
Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere Grossdieselmotor, mit einem Zylinderdeckel gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9.