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Zylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen mit hauptsächlich senkrecht zur Zylinderachse angeordneten Kühlrippen mit einem in Kühlluftströmungsrichtung und einem entgegengesetzt dazu angeordneten Gasführungskanal, wobei zwischen den Ventilführungen ein mit Kühlrippen versehener Kühlluftkanal vorgesehen ist und der Ein- und Auslasskanal, die Ventilführungen, der Ventilsteg und die Butzen für die Zuganker bezüglich der Anströmrichtung des Zylinderkopfes durch die Kühlluft gegenseitig angeordnet sind.
Bekannt sind Zylinderköpfe mit hängend angeordneten Ventilen für luftgekühlte Brennkraftmaschinen, bei denen die Stegpartie zwischen den Ventilen entweder mit teilweise engen, auf der Zylinderkopfbodenplatte senkrecht und zum Luftstrom parallel stehenden, verhältnismässig langen Kühlrippen versehen ist oder aber im Kühlluftdurchtrittskanal zwischen den Ein-und Auslassventilen übereinander horizontale Kühlrippen angeordnet sind. Letztere können entweder von einem Kanal zum andern durchgehen oder in der Mitte unterbrochen sein.
Beide Ausführungen haben den Nachteil eines relativ geringen Luftdurchsatzes infolge starker Drosselung des Kühlluftstromes, wenn eine enge Verrippung vorgesehen ist bzw. einer geringen Rippenoberfläche, wenn der Luftdurchtrittsquerschnitt ausreichend gross bemessen ist. Enge Rippenabstände haben weiterhin den Nachteil eines schnellen Zusetzens des freien Querschnittes bei stark staubhaltiger Kühlluft.
Es sind weiterhin mit einer Brennraumkammer versehene luftgekühlte Zylinderköpfe bekannt, bei denen seitlich der Brennraumkammer Kanäle beginnen, die sich oberhalb des Ventilsteges verengen und auf der Abluftseite des Motors ausmünden. Dadurch soll dem Ventilsteg noch nicht aufgeheizte Kühlluft zugeführt werden. Infolge des geringen Ventilstegquerschnittes muss auch der Kanalquerschnitt relativ klein gehalten werden, wodurch bei dieser Ausführung eine Kühlluftdrosselung und damit verminderte Luftdurchsatzmenge bedingt ist, die die Wirksamkeit der Kühlung herabsetzt und das Ablagern von Verunreinigungen begünstigt.
Ausserdem wird die Kühlluft, noch ehe sie die Stegpartie erreicht, von den Kanalwandungen aufgeheizt, so dass das Temperaturgefälle zwischen Kühlluft und Kanalwänden nach Erreichen des Ventilsteges bereits relativ gering ist und damit die Kühlwirkung ebenfalls abgeschwächt wird.
Dieser verminderten Wirksamkeit der Ventilstegkühlung steht ein erhöhter technologischer Aufwand durch das Eingiessen der Kühlkanäle nachteilig gegenüber.
Nach einem weiteren bekannten Vorschlag soll die Kühlung im Ventilsteg durch mehrere stehende Rippen, die um die Einspritzdüse herumgeführt sind und über diesen Rippen waagrecht angeordnete gebogene Rippen, deren niedrigster Punkt über der Einspritzdüse liegt, verbessert werden. Bei dieser bekannten Ausführung ist es nachteilig, dass die Abstände zwischen den einzelnen Kühlrippen verhältnismässig klein sind, wodurch die Gefahr der Verschmutzung und dadurch Verschlechterung der Kühlung gegeben ist.
Gemäss einem weiteren bekannten Vorschlag soll die Kühlung des Aus- und Einlasskanals durch
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waagrechte Rippen, die zwischen den Ventilführungen angeordnet sind, verbessert werden. Diese
Kühlrippen verlaufen waagrecht und gerade von der Anblasseite zur Abluftseite des Zylinderkopfes und lassen einen Durchtrittsquerschnitt offen. Besondere Vorkehrungen, um die Bodenplatte zwischen den
Ventilen (Ventilsteg) verstärkt zu kühlen, sind nicht getroffen. Weiters ist es bekannt, den Raum zwischen Bodenplatte und Kipphebelgehäuse durch eine waagrecht verlaufende Rippe in einen engen oberen und einen grosse1, unteren Kanalraum zu unterteilen. Ein Teil der Kühlluft, die den Brennraum kühlt, wird durch den oberen Kanalraum abgeführt.
Ein Grossteil der Kühlluft dagegen wird durch geneigte im Bereich des Brennraumes seitlich angebrachte Kühlrippen verstärkt auf die
Zylinderkopfbodenplatte gelenkt. Ausserdem sind im Ventilsteg zwei eng nebeneinander stehende senkrechte Rippen angeordnet, wodurch die Gefahr der Verschmutzung besteht. Diese Gefahr der
Verschmutzung steigt, wenn die angegebene Möglichkeit der Verrippung der Aus-und Einlasskanäle benutzt wird. Am Auslasskanal sind keine Kühlrippen vorgesehen.
Zweck der Erfindung ist es, die Kühlungsverhältnisse im Bereich des Ventilsteges und des Auslasskanals zu verbessern und den Ventilsteg sowie die angrenzende Zylinderkopfbodenplatte von
Spannungen, die von aussen her eingeleitet werden, zu entlasten und damit die Lebensdauer der Köpfe durch verminderte Neigung zur Rissbildung zu erhöhen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, durch entsprechende Gestaltung des Zylinderkopfes den
Kühlluftstrom so zu leiten, dass das Temperaturniveau und damit die auftretenden Wärmespannungen in der Ventilstegpartie, in der Bodenplatte des Zylinderkopfes und in der nach der Abblasseite und Zylinderkopfmitte gerichteten Auslasskanalwand abgebaut werden und die Stegpartie eine zusätzliche Versteifung erfährt.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kühlluftkanal zwischen den Ventilführungen in an sich bekannter Weise durch eine von der Zylinderkopfbodenplatte bis zu einem oberen Quersteg reichende und die Ventilstegpartie versteifende Kühlrippe in zwei unterschiedlich grosse Kanäle geteilt ist, von denen der Kanal grösseren Querschnittes dem Auslasskanal zugeordnet ist, dass am Auslasskanal an sich bekannte, zur Zylinderkopfbödenplatte hin geneigt verlaufende Kühlrippen vorgesehen sind,
die in den durch die den Ventilsteg versteifende Kühlrippe begrenzt auslassseitigen Kanal ragen und sich bis zum Ventilstegende hinziehen und dass an den anblasseitigen Butzen der Zugankerbohrungen den seitlichen Kühlluftdurchtrittsquerschnitt begrenzende Anflächungen sowie an den hinter dem Ventilsteg liegenden abblasseitigen Butzen der Zugankerbohrungen Prall-und Leitflächen vorgesehen sind.
Erfindungsgemäss wird weiters vorgeschlagen, dass auf der Abluftseite der Abstand zwischen Zylinderkopfbodenplatte und der darüberliegenden Kühlrippe um mindestens das 1, 5 bis 3-fache grösser ist als der Abstand der andern Kühlrippen zueinander.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Prall-und Leitflächen an den Butzen der abluftseitigen Zugankerbohrungen angebracht sind, so dass der auf der äusseren Seite der Kanäle zugeführte Luftstrom eine Ablenkung erfährt, die auf der Abluftseite hinter dem Ventilsteg auf den Auslasskanal gerichtet ist.
Durch die Erfindung wird der Ventilsteg und der Auslasskanal durch wenige geneigte Rippen der Kühlluftstrom auf die Zylinderkopfbodenplatte gelenkt und dadurch die Bodenplatte in vorteilhafter Weise besser gekühlt, gleichzeitig der Auslasskanal vor Überhitzung geschützt, die Ventilstegpartie durch die starke stehende Rippe, die sich am oberen Quersteg abstützt, versteift und besser gekühlt. Weiters wird eine grosse freie Durchtrittsfläche im Ventilsteg für die Kühlluft gewährleistet und durch Prallund Leitflächen an den Stempeln der Kühlluftstrom gelenkt und dosiert, wobei besonders die abluftseitigen Stempel eine gute Kühlung des Auslasskanals und der Bodenplatte auf der Abströmseite der Kühlluft verwirklichen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei Fig. l den Schnitt A-A des Zylinderkopfes nach Fig. 2, Fig. 2 den Schnitt B-B nach Fig. 3 und Fig. 3 den Schnitt C-C nach Fig. 2 zeigen.
Die Fig. 1 zeigt den in der Ventilebene geschnittenen Zylinderkopf mit der Bodenplatte --1--, den Auslasskanal--2--, den durch die versteifend wirkende Kühlrippe --3-- geteilten Kühlluftkanal, den Einlasskanal--5--, den zwischen dem Aus-und Einlasskanal liegenden Ventilsteg
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--4-- angegossenenQuersteg --8-- bildet.
Die Fig. 2 zeigt den horizontalen Schnitt des Zylinderkopfes mit den anblasseitigen Stempeln --9, 10--und den beiden abluftseitigen Stempeln --11, 12-- für die Zugankerbohrungen-13--
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Leitflächen-14--undKühlluftkanal --4-- in der Draufsicht.
Am Stempel--9--wird durch eine Kante der Luftdurchtrittsquerschnitt--16--der seitlichen Kühlluftströme bestimmt. Zu demselben Zweck kann auch am Stempel --10-- eine den Kühlluftdurchtrittsquerschnitt bestimmende Kante angebracht sein. Die Pfeile geben den Verlauf der hauptsächlichen Kühlluftströmungen an.
Fig. 3 stellt den in Strömungsrichtung geschnittenen Zylinderkopf dar. Daraus sind insbesondere
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das 1, 5 bis 3-fache vergrösserten spalt --17-- zwischen Bodenplatte --1-- und unterster abluftseitiger Kühlrippe-18-bevorzugt aufgenommen, der gleichzeitig verbesserte Möglichkeiten zur Reinigung der Bodenplatte von betriebsbedingten Staubablagerungen bietet. Diese Ansicht lässt weiterhin die Verbindung der Bodenplatte insbesondere Ventilsteg--6-, den oberen Quersteg--8--und die Düsenhalterbefestigungsbrücke--19--durch die Kühlrippe --3-erkennen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen mit hauptsächlich senkrecht zur Zylinderachse angeordneten Kühlrippen mit einem in Kühlluftströmungsrichtung und einem entgegengesetzt dazu angeordneten Gasführungskanal, wobei zwischen den Ventilführungen ein mit Kühlrippen versehener Kühlluftkanal vorgesehen ist und der Ein-und Auslasskanal, die Ventilführungen, der Ventilsteg und die Butzen für die Zuganker bezüglich der Anströmrichtung des
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dass der Kühlluftkanal zwischen den Ventilführungen in an sich bekannter Weise durch eine von der Zylinderkopfbodenplatte (1) bis zu einem oberen Quersteg (8) reichende und die Ventilstegpartie versteifende Kühlrippe (3) in zwei unterschiedlich grosse Kanäle (4) geteilt ist,
von denen der Kanal grösseren Querschnittes dem Auslasskanal zugeordnet ist, dass am Auslasskanal (2) an sich bekannte, zur Zylinderkopfbodenplatte hin geneigt verlaufende Kühlrippen (7) vorgesehen sind, die in den durch die den Ventilsteg versteifende Kühlrippe begrenzten auslassseitigen Kanal ragen und sich bis zum Ventilstegende hinziehen und dass an den anblasseitigen Butzen (9,10) der Zugankerbohrungen (13) den seitlichen Kühlluftdurchtrittsquerschnitt begrenzende Anflächungen sowie an den hinter dem Ventilsteg liegenden abblasseitigen Butzen (11,12) der Zugankerbohrungen (13) Prall- und Leitflächen (14) vorgesehen sind.
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