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Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gaswechselkanal pro Zylinder, der einerseits über ein Ventil mit einem Brennraum, andererseits mit einer an den Zylinderkopf anschliessenden Gaswechselleitung strömungsverbunden ist, wobei zwischen Gaswechselkanal und Zylinderkopf ein wärmeisolierender Ringraum ausgebildet ist.
Aus der DE-PS 25 55 166 ist ein gattungsgemässer Zylinderkopf bekannt, bei dem ein Ringspalt um den Gaswechselkanal als Wärmeisolierung dient, welche die Wärmeübertragung vom heissen Abgas auf den wassergekühlten Zylinderkopf verhindern soll, um die Temperatur des Abgases für eine Abgasnachbehandlung hochzuhalten. Der Luftpolster im Ringspalt um den Gaswechselkanal wird dabei dadurch erreicht, dass zwei dünnwandige, miteinander verschweisste Halbschalen beim Giessen des Zylinderkopfes in diesen eingegossen werden.
Auch aus - der DE-PS 25 37 676 ist eine mitgegossene, aus Halbschalen bestehende Hitzeisolierung mit einem umgebenden Ringraum bekannt.
All diese Hitzeisoliersysteme haben den Nachteil einer aufwendigen Herstellung und dass solche mitgegossene Isolierungen im Nachhinein nicht mehr entfernt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, und einen Zylinderkopf vorzuschlagen, bei dem auf sehr einfache Weise eine Hitzeisolierung der Gaswechselkanäle ermöglicht wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Gaswechselkanal durch ein mit dem Zylinderkopf lösbar verbundenes Gaswechselrohr gebildet ist, welches in den Zylinderkopf bis in einen an den Ventilsitzring anschliessenden, um die Ventilachse etwa konzentrisch ausgebildeten Ventilraum eingeschoben ist, wobei das Gaswechselrohr im Bereich des Ventilraumes vorzugsweise zumindest einen Wanddurchbruch zur Strömungsverbindung mit dem Ventilraum aufweist.
Besonders bei Abgasrohren von Brennkraftmaschinen ist eine strömungsoptimierte Formgebung nicht unbedingt erforderlich, sodass die Gaswechselkanäle aus einfach geformten Rohren gebildet werden können. Durch die Wanddurchbrüche im Gaswechselrohr kann auf einfache Weise eine
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Strömungsverbindung mit einem oder mehreren Ventilräumen geschaffen werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die vorzugsweise geraden Gaswechselrohre eines oder mehrerer Zylinder zueinander parallel angeordnet und einteilig mit einer Sammelleitung ausgeführt sind. Die Rohre können dabei mit der Sammelleitung verschweisst sein und in einem Stück mit dieser am Zylinderkopf angeschraubt werden.
Eine sehr einfache Herstellung des Zylinderkopfes ist dadurch möglich, dass der Zylinderkopf zweiteilig ausgeführt ist und aus einem eine Ventilbetätigungseinrichtung aufnehmenden Oberteil und eine Brennraumplatte beinhaltenden und das oder die Gaswechselrohr (e) aufnehmenden Unterteil besteht, wobei Ober-und Unterteil miteinander verschraubt sind. Sowohl Ober- als auch Unterteil können auf diese Weise ohne Verwendung von Giesskernen hergestellt werden. Bei dieser kernlosen Fertigung können eventuelle Wasserkanäle und ölkanäle im Nachhinein durch Bohrungen gebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass jeweils im Ventilraum zwischen Ventilsitzring und dem Wanddurchbruch eines Gaswechselrohres ein Strömungsleitrohr vorgesehen ist. Die Strömungsleitrohre können dabei zusammen mit den Ventilsitzringen nachträglich eingesetzt oder in den Unterteil des Zylinderkopfes eingegossen werden.
Zur Ermöglichung einer ausreichenden Wärmeabfuhr aus dem Unterteil des Zylinderkopfes ist vorgesehen, dass die Brennraumplatte in thermisch hochbeanspruchten Teilen, wie etwa im Bereich der Ventilsitzringe, Kühlkanäle aufweist, welche entweder durch Kerne beim Giessvorgang oder durch spanende Bearbeitung gefertigt werden können. Eine einfache Herstellung der Kühlkanäle ist aber auch dadurch möglich, dass diese durch in die Brennraumplatte eingegossene Formkörper gebildet werden. Die Formkörper können dabei aus Gussteilen oder geschweissten Blechen bestehen.
Zur Verbesserung der Wärmeisolierung kann weiters vorgesehen sein, dass im Bereich der Ventilführung Oberteil und Unterteil des Zylinderkopfes so geformt sind, dass etwa konzentrisch zu je einer Ventilachse ein mit dem Ventilraum strömungsverbundener Ringraum ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen die Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemässen Zylinderkopf nach Linie I-I in Fig. 4, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zylinderkopf bei abmontiertem Ventildeckel, Fig. 3 eine Ansicht des Zylinderkopfes von unten bei abmontiertem Zylinderblock, Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie V-V in Fig. 1, Fig. 6 einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie VII-VII in Fig. 1, Fig. 8 einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7, Fig. 9 eine Schrägansicht einer Gruppe von mit einem Flansch verbundenen Gaswechselrohren.
In den Fig. 1 bis 7 ist ein aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 bestehender Zylinderkopf 1 dargestellt. Im Oberteil 2 ist die Ventilbetätigungseinrichtung 4, bestehend aus Nocken 5, Nockenwelle 6, Nockenwellenlagerung 7, Schwinghebel 8 und Ventilen 9, welche in Ventilführungen 10 geführt sind. Die Ventilachsen sind mit 9"bezeichnet.
Der Oberteil 2 ist mit dem Unterteil 3 des Zylinderkopfes 1 durch Schrauben 11 lösbar verbunden. Im Bereich der Ventilsitzringe 12 weist der Unterteil 3 um die Ventilschäfte 9'Ventilräume 13 auf, welche in Strömungsverbindung mit Gaswechselrohren 14 stehen. Die Gaswechselrohre 14 sind gerade ausgebildet und werden, von einer seitlichen Flanschfläche 15 des Zylinderkopfes 1 ausgehend, bis in den Ventilraum 13 eingeschoben. Die Gaswechselrohre 14 weisen im Bereich der Ventilräume 13 Wanddurchbrüche 14'auf.
Zwischen den Gaswechselrohren 14 und dem Zylinder- - kopf l ist ein gasgefüllter, ringförmiger Spalt 16 vorgesehen, welcher der Wärmeisolierung dient. Die Gaswechselrohre 14 münden in eine gemeinsame Sammelleitung 17 und sind mit dieser fest verbunden. Diese Sammelleitung 17 ist zur Verringerung der Wärmeverluste im Abgas mit einer Isolationsschicht 26 umgeben, die beispielsweise durch Luft zwischen einer doppelten Ummantelung oder durch eigenes Isoliermaterial gebildet sein kann. Zur Montage der Gaswechselrohre 14 ist ein mit diesen starr verbundener Flansch 18 vorgesehen, welcher am Zy-
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linderkopf l angeschraubt ist.
Die Brennraumplatte 19 des Unterteiles 3 weist um thermisch hochbeanspruchte Teile, wie Ventilsitzringe 12, Einspritzdüsen 23, etc., Kühlkanäle 20 auf, welche beispielsweise durch spanende Bearbeitung hergestellt werden.
Zwischen Ventilsitzring 12 und Gaswechselrohr 14 kann im Ventilraum 13 ein Strömungsleitrohr 21 eingesetzt sein.
Zur Wärmeisolation ist im Bereich der Ventilführung 10 zwischen Oberteil 2 und Unterteil 3 ein gasgefüllter Ringraum 22 vorgesehen.
An der seitlichen Flanschfläche 15 ist zwischen Zy- linderkopf 1 und der Flanschfläche 18 eine Dichtung 18'vorge- sehen. Mit 23 ist eine mittige Einspritzdüse bezeichnet.
Der Oberteil 2 des Zylinderkopfes l wird durch den Ventildeckel 24 nach oben abgeschlossen. Zur Ableitung des Öles aus dem Oberteil 2 des Zylinderkopfes l sind öldurchlaufkanäle 25 vorgesehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung anhand einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit vier Auslassventilen im Zylinderkopf gezeigt. Die Erfindung kann aber auch bei einem oder mehreren Einlassventilen im Zylinderkopf angewendet werden.
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The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with at least one gas exchange channel per cylinder, which is flow-connected on the one hand via a valve to a combustion chamber and on the other hand with a gas exchange line connected to the cylinder head, a heat-insulating annular space being formed between the gas exchange channel and the cylinder head.
From DE-PS 25 55 166 a generic cylinder head is known in which an annular gap around the gas exchange channel serves as thermal insulation, which is intended to prevent the transfer of heat from the hot exhaust gas to the water-cooled cylinder head in order to keep the temperature of the exhaust gas high for exhaust gas aftertreatment. The air cushion in the annular gap around the gas exchange duct is achieved in that two thin-walled, welded half-shells are cast into the cylinder head when it is cast.
Also from - DE-PS 25 37 676 a co-molded, consisting of half-shells heat insulation with a surrounding annular space is known.
All of these heat insulation systems have the disadvantage of complex production and that such molded insulation cannot be removed afterwards.
The object of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a cylinder head in which heat insulation of the gas exchange channels is made possible in a very simple manner.
According to the invention, this is achieved in that the gas exchange duct is formed by a gas exchange tube which is detachably connected to the cylinder head and which is inserted into the cylinder head as far as into a valve chamber which is approximately concentrically formed around the valve axis and adjoins the valve seat ring, the gas exchange tube preferably in the region of the valve chamber has at least one wall opening for flow connection to the valve chamber.
Particularly in the case of exhaust gas pipes from internal combustion engines, flow-optimized shaping is not absolutely necessary, so that the gas exchange channels can be formed from simply shaped pipes. Through the wall openings in the gas exchange tube can easily
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Flow connection can be created with one or more valve spaces.
It can be provided that the preferably straight gas exchange tubes of one or more cylinders are arranged parallel to one another and are made in one piece with a manifold. The pipes can be welded to the manifold and screwed to the cylinder head in one piece.
A very simple manufacture of the cylinder head is possible in that the cylinder head is made in two parts and consists of an upper part receiving a valve actuating device and a combustion chamber plate and the lower part or the gas exchange tube (s), the upper and lower part being screwed together. Both the upper and lower part can be produced in this way without the use of casting cores. In this coreless production eventual water channels and oil channels can be formed afterwards by drilling.
A preferred embodiment variant provides that a flow guide tube is provided in each case in the valve space between the valve seat ring and the wall opening of a gas exchange tube. The flow guide tubes can be retrofitted together with the valve seat rings or poured into the lower part of the cylinder head.
To enable adequate heat dissipation from the lower part of the cylinder head, it is provided that the combustion chamber plate has cooling channels in parts that are subjected to high thermal stress, such as in the area of the valve seat rings, which can be produced either by cores during the casting process or by machining. A simple production of the cooling channels is also possible in that they are formed by molded bodies cast into the combustion chamber plate. The moldings can consist of cast parts or welded sheets.
To improve the thermal insulation, it can further be provided that the upper part and lower part of the cylinder head are shaped in the region of the valve guide in such a way that an annular space that is flow-connected to the valve space is formed approximately concentrically with each valve axis.
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The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the figures.
1 shows a section through the cylinder head according to the invention along line II in FIG. 4, FIG. 2 shows a plan view of the cylinder head with the valve cover removed, FIG. 3 shows a view of the cylinder head from below with the cylinder block removed, FIG. 4 shows a longitudinal section 1, FIG. 5 shows a longitudinal section through the cylinder head according to line IV-IV in FIG. 1, FIG. 6 shows a section through the cylinder head according to line VI-VI in FIG. 5, 7 shows a section through the cylinder head along the line VII-VII in FIG. 1, FIG. 8 shows a section through the cylinder head along the line VIII-VIII in FIG. 7, FIG. 9 shows an oblique view of a group of those connected to a flange Gas exchange tubes.
1 to 7, a cylinder head 1 consisting of an upper part 2 and a lower part 3 is shown. In the upper part 2 is the valve actuation device 4, consisting of cams 5, camshaft 6, camshaft bearing 7, rocker arms 8 and valves 9, which are guided in valve guides 10. The valve axes are labeled 9 ".
The upper part 2 is detachably connected to the lower part 3 of the cylinder head 1 by screws 11. In the area of the valve seat rings 12, the lower part 3 has around the valve stems 9 ′ valve spaces 13, which are in flow connection with gas exchange tubes 14. The gas exchange tubes 14 are straight and, starting from a lateral flange surface 15 of the cylinder head 1, are pushed into the valve chamber 13. The gas exchange tubes 14 have wall openings 14 ′ in the region of the valve spaces 13.
A gas-filled, annular gap 16 is provided between the gas exchange tubes 14 and the cylinder head 1, which serves for thermal insulation. The gas exchange tubes 14 open into a common manifold 17 and are firmly connected to this. To reduce the heat losses in the exhaust gas, this manifold 17 is surrounded by an insulation layer 26, which can be formed, for example, by air between a double jacket or by its own insulating material. To assemble the gas exchange tubes 14, a flange 18 is provided which is rigidly connected to them and which is attached to the cylinder.
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screw head l is screwed on.
The combustion chamber plate 19 of the lower part 3 has cooling channels 20 around thermally highly stressed parts, such as valve seat rings 12, injection nozzles 23, etc., which are produced, for example, by machining.
A flow guide tube 21 can be inserted between valve seat ring 12 and gas exchange tube 14 in valve chamber 13.
For heat insulation, a gas-filled annular space 22 is provided in the area of the valve guide 10 between the upper part 2 and lower part 3.
A seal 18 ′ is provided on the lateral flange surface 15 between the cylinder head 1 and the flange surface 18. With 23 a central injection nozzle is designated.
The upper part 2 of the cylinder head 1 is closed off at the top by the valve cover 24. Oil passage channels 25 are provided for draining the oil from the upper part 2 of the cylinder head 1.
In the exemplary embodiment shown, the invention is shown based on a two-stroke internal combustion engine with four exhaust valves in the cylinder head. However, the invention can also be applied to one or more intake valves in the cylinder head.