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Die Erfindung bezieht sich auf eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einstückig ausgebildeter Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit und mit wenigstens einem Einlass- und einem Auslasskanal je Zylinder, die den Zylinderkopfboden mit den Aussenwänden der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit verbinden.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (DE-OS 1938134) waren die einzelnen Zylinder in der Ebene des Zylinderkopfbodens sowohl untereinander als auch mit den äusseren Wassermantelwänden mittels einer dicken Wand verbunden. Das Vorhandensein dieser dicken Wand begünstigte das Auftreten von Deformationen sowohl der Zylinderbüchsen als auch des Zylinderkopfbodens zufolge der auftretenden Wärmespannungen. Ausserdem ergab sich durch die Anordnung der dicken Wand ein unerwünschtes Mehrgewicht für die Brennkraftmaschine.
Eine ähnliche Ausführung zeigt die GB-PS Nr. 1, 081, 529. Auch bei dieser Brennkraftmaschine sind die einzelnen Zylinder in der Ebene des Zylinderkopfbodens sowohl untereinander als auch mit den seitlichen Wassermantelwänden über eine durchgehende Wand von verhältnismässig grosser Dicke verbunden.
Die Brennkraftmaschine nach der GB-PS nr. 915, 049 ist in Leichtbauweise ausgeführt. Bei ihr werden die Zündkräfte ausschliesslich über die Zylinderbüchse und über einen Flansch in das Kurbelgehäuse eingeleitet. Über die Aussenwände des Wassermantels kann keine Kraftführung erfolgen, da diese Wände in Längsrichtung des Zylinders biegeweich ausgeführt sind.
Schliesslich ist in der US-PS Nr. 3, 521, 613 eine Sonderkonstruktion einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei der benachbarte Zylinder gegenüber der Motorlängsmittelebene abwechselnd nach unterschiedlichen Motorseilen winkelmässig versetzt sind. Die mehrteilig ausgeführten Einzelzylinder mit eingesetzten Zylinderbüchsen und unter Beilage von Dichtungen angebrachtem Kühlwassermantel sind an entsprechenden Anschlussflanschen des gemeinsamen Kurbelgehäuses mittels Schrauben einzeln befestigt. Aus dieser Konstruktion ergibt sich, dass die als gesonderter Bauteil ausgeführten äusseren Wassermantelwände nicht kraftführend ausgebildet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art unzulässige Deformationen durch thermische und mechanische Beanspruchungen mit Sicherheit zu verhindern und gleichzeitig das Gewicht der Brennkraftmaschine gegenüber den bekannten Ausführungen herabzusetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss vor allem dadurch gelöst, dass als einzige weitere Verbindung des Zylinderkopfbodens jedes Zylinders mit den Aussenwänden der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit Versteifungsrippen vorgesehen sind, welche sich quer zu den Aussenwänden und in axialer Richtung annähernd parallel zur Achse jedes Zylinders erstrecken.
Diese Ausbildung ermöglicht eine freie Ausdehnung des Zylinderkopfbodens bei thermischer Belastung in seiner zur Zylinderachse senkrechten Ebene, so dass seine Ebenheit unter der Voraussetzung einer genügend formsteifen Ausführung des Zylinderkopfbodens bei allen Betriebszuständen gewährleistet ist. Die Aussenwände der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit sind senkrecht zu ihrer eigenen Ebene verhältnismässig biegeweich, so dass die Wärmeausdehnung des Zylinderkopfbodens durch seine Verbindung mit den Aussenwänden über die Gaswechselkanäle und Versteifungsrippen nicht beeinträchtigt wird.
Anderseits sind aber die Aussenwände der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit in ihrer eigenen Ebene sehr formsteif, so dass ein erheblicher Anteil der Gaskräfte vom Zylinderkopfboden über die Gaswechselkanäle und die Versteifungsrippen an die Aussenwände übertragen und von dort in die Kurbelwellen-Hauptlager geführt wird. Durch diesen Kraftfluss wird eine weitgehende Verminderung der Zylinderbüchsendeformation erzielt.
Die als Voraussetzung für die Formbeständigkeit des Zylinderkopfbodens erwähnte ausreichende Steifigkeit des Zylinderkopfbodens ist bei Brennkraftmaschinen der in Rede stehenden Art stets gegeben, da der Zylinderkopfboden mit der oberen Zylinderkopfwand über die Ventilführungsbutzen und zusätzliche Rippen verbunden ist.
Durch die Erfindung werden auch sehr günstige Kühlverhältnisse für den Motor geschaffen, weil der die Zylinderbüchsen umgebende Kühlwasserraum ohne nennenswerte Querschnittsverengung in den darüberliegenden Kühlwasserraum des Zylinderkopfes übergeht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Versteifungsrippen je Zylinder in zwei zueinander parallelen, etwa denselben Abstand von der Zylinderachse
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aufweisenden Querebene liegen und wenn jeweils eine Versteifungsrippe an der unteren Begrenzungswand des Einlasskanals und eine Versteifungsrippe an der unteren Begrenzungswand des Auslasskanals angegossen ist. Diese Anordnung begünstigt die Übertragung der Gaskräfte auf die Aussenwände der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit und eine gleichmässige Verteilung der in die Aussenwände eingeleiteten Kräfte über die gesamte Länge des Motors. Ein zusätzlicher Versteifungseffekt ergibt sich noch durch den Zusammenhang zweier Versteifungsrippen mit den Gaswechselkanälen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. l, und Fig. 3 eine Draufsicht der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit, teilweise geschnitten nach der Linie III-III in Fig. l.
Die dargestellte, insgesamt mit --1-- bezeichnete Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit gehört zu einem wassergekühlten Vierzylinder-Viertakt-Dieselmotor besonders leichter Bauart, mit direkter Kraftstoffeinspritzung, hängend angeordneten Ventilen und mit fünffach gelagerter Kurbelwelle.
Die im wesentlichen kastenförmige Einheit-l-besitzt aufrechtstehende, im wesentlichen ebene Aussenwände --2 und 3--, ebensolche Stirnwände--4 und 5-- und eine gleichfalls ebene, obere Begrenzungswand --6--. An den nach unten vorragenden Hauptlagerwänden --7-- sind die Kurbelwellenhauptlager --8-- in zweiteiligen Lagerträgern --9, --9, 10-- angeordnet, die mittels durchgehender Schrauben --11-- an den Hauptlagerwänden --7-- befestigt sind.
Die Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit --1-- weist je Zylinder --12-- einen Einlasskanal - und einen Auslasskanal --14-- auf, welche Kanäle sich von den gegenüberliegenden Aussenwänden --2 und 3-- quer zur Motorlängsachse --15-- erstrecken und mit einer entsprechenden Krümmung zu dem im wesentlichen ebenen Zylinderkopfboden --16-- geführt sind. Die nur durch ihre Achsen --17 bzw. 18-- und Ventilführungsbutzen --19 bzw. 20-- bezeichneten Einlass- bzw.
Auslassventile sind in einer zur Motorlängsachse --15-- parallelen Reihe angeordnet. Die Öffnungen für die nicht dargestellten, zur jeweiligen Zylinderachse --21-- geneigten Einspritzdüsen sind mit --22-- bezeichnet.
Um eine ausreichende Formsteifigkeit der Zylinderkopfböden --16-- zu gewährleisten, sind diese in bekannter Weise über die Ventilführungsbutzen --19, 20-- und zusätzliche Rippen --23-mit der oberen Begrenzungswand --6-- der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit --1-- verbunden, wodurch eine zusätzliche Verformung des Zylinderkopfbodens --16-- infolge der Zündkräfte vermieden wird.
Charakteristisch für die erfindungsgemässe Bauweise ist es, dass eine Verbindung des Zylinderkopfbodens --16-- mit den Aussenwänden --2 und 3-- ausschliesslich jeweils über den Einlasskanal --13--, den Auslasskanal --14-- und gesondert vorgesehene Versteifungsrippen --24-- besteht, wogegen die Zylinderkopfböden --16-- benachbarter Zylinder --12-- in Motorlängsrichtung keinerlei Verbindung aufweisen. Diese Ausbildung ermöglicht eine freie Wärmedehnung der einzelnen Zylinderkopfböden --16-- in ihrer eigenen Ebene sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung des Motors.
Die Möglichkeit der Wärmedehnung in Motorquerrichtung ist dadurch gegeben, dass die im wesentlichen ebenen aufrechten Aussenwände --2 und 3-- senkrecht zu ihrer eigenen Ebene eine relativ geringe Biegesteifigkeit aufweisen, so dass die in dieser Richtung wirksame Wärmedehnung des Zylinderkopfbodens --16-- nicht beeinträchtigt wird. Anderseits sind aber die beiden Aussenwände --2 und 3-- in ihrer eigenen Ebene sehr formsteif, so dass ein erheblicher Anteil der Gaskräfte vom Zylinderkopfboden --16-- über die Gaswechselkanäle --13 und 14-- und die Versteifungsrippen --24-- an die Aussenwände --2, 3-- übertragen und von dort in die Haupt- lagerwände --7-- eingeleitet wird.
Die Versteifungsrippen --24-- jedes Zylinders --12-- liegen
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achse --21-- einanderwand --25-- des Einlasskanals --13-- und eine weitere Versteifungsrippe --24-- an die untere Begrenzungswand --26-- des Auslasskanals --14-- angegossen ist. Die freie Wärmedehnung der Zylinderkopfböden --16-- in Motorlängsrichtung ist durch die Freistellung der Zylinderkopfböden --16-- gegeneinander und gegenüber den Stirnwänden --4 und 5-- der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit gewährleistet.
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Auf diese Weise ist nicht nur die Ebenheit der Zylinderkopfböden --16-- bei thermischer Belastung sichergestellt, sondern es wird auch eine Deformation der mit den Zylinderkopfböden - jeweils einstückig ausgebildeten Zylinderbüchsen --27-- weitgehend vermieden.
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Motors, da ein über relativ grosse Querschnitte zusammenhängender, einheitlicher Kühlwasserraum entsteht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einstückig ausgebildeter Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit und mit wenigstens einem Einlass- und einem Auslasskanal je Zylinder, die den Zylinderkopfboden mit den Aussenwänden der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass als einzige weitere Verbindung des Zylinderkopfbodens (16) jedes Zylinders (12) mit den Aussenwänden (2,3) der Zylinderkopf-Zylinderblockeinheit (1) Versteifungsrippen (24) vorgesehen sind, welche sich quer zu den Aussenwänden (2,3) und in axialer Richtung annähernd parallel zur Achse jedes Zylinders (12) erstrecken.