DE1082457B

DE1082457B - Cylinder head for air-cooled diesel engines

Info

Publication number: DE1082457B
Application number: DEM39897A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Ludwig Hockel
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1958-12-10
Filing date: 1958-12-10
Publication date: 1960-05-25
Also published as: BE576232A; CH367660A

Description

Zylinderkopf für luftgekühlte Dieselmotoren Die Erfindung bezieht sich auf Zylinderköpfe für luftgekühlte Dieselmotoren mit hängenden Ventilen, im wesentlichen bestehend aus einer unteren, dem Zylinderraum zugewandten Platte und einem Oberteil, die durch Zwischenwände verbunden sind, in welche die Ventilkanäle einbezogen sind und die an der Anströmseite der hauptsächlich senkrecht zur Zylinderachse und im wesentlichen parallel zu einer zwischen den Ventilsitzen verlaufenden Symmetrieebene des Zylinderkopfes eintretenden Kühlluft in Leitwände auslaufen, die einen mit Kühlrippen versehenen Brennraumaufbau unter Freilassung von rippenfreien Spalten umgeben. Die Leitwände begrenzen zwei beiderseits des Brennraumaufbaues liegende Kühllufteinströmkanäle, die sich anfänglich etwa in Kühlluft# anströmrichtung erstrecken und an der Abströmseite des Brennraumaufbaues quer zu ihrem anfänglichen Verlauf etwa zur Zylinderkopfmitte hinführen und in einen mittleren zwischen den Ventilkanälen befindlichen an der Kühlluftaustrittsseite endenden Kühlluftkanal münden. Die sowohl an den Leitwänden angebrachten als auch zwischen den Ventilkanälen befindlichen Kühlrippen erstrecken sich senkrecht zur Zylinderachse und in ihrer Längsausdehnung parallel zur Hauptströmungsrichtung der I[ühlluft.Cylinder head for air-cooled diesel engines The invention relates to focus on cylinder heads for air-cooled diesel engines with overhead valves, im essentially consisting of a lower plate facing the cylinder space and an upper part, which are connected by partition walls, in which the valve channels are included and those on the upstream side of the mainly perpendicular to the cylinder axis and substantially parallel to a plane of symmetry running between the valve seats of the cylinder head entering cooling air run out in baffles, one with cooling fins provided combustion chamber structure with the release of rib-free gaps. the Guide walls delimit two cooling air inflow channels on either side of the combustion chamber structure, which initially extend approximately in the cooling air flow direction and on the downstream side of the combustion chamber structure transversely to its initial course, approximately to the center of the cylinder head and in a middle one located between the valve channels on the Open the cooling air duct ending on the cooling air outlet side. The both on the baffles attached and located between the valve channels extend cooling fins perpendicular to the cylinder axis and parallel to the main flow direction in its longitudinal extension the I [ühlluft.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Kühlung des Teiles der unteren Platte zu verbessern, der die Stegpartie zwischen den Ventilsitzen bildet. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung an einem Zylinderkopf der vorstehend beschriebenen Bauart dadurch gelöst, daß in den beiden quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Partien der Kühllufteinströmkanäle an den Leitwänden Rippen vorgesehen sind, deren Leitflächen abwärts auf die Stelle der unteren Platte. gerichtet sind, an der die Stegpartie zwischen den Ventilsitzen liegt.It is the object of the invention to cool the part of the lower To improve the plate that forms the web section between the valve seats. These The object is according to the invention on a cylinder head as described above Design solved in that in the two running transversely to the main flow direction Parts of the Kühllufteinströmkanäle are provided on the guide walls ribs, the Guide surfaces down to the point of the lower plate. are directed to which the Web part lies between the valve seats.

Die Wirkung dieser Maßnahme kann folgendermaßen erklärt werden: Die K ühlluft für die Kühlung der Stegpartie besteht aus der Luftmenge, die den Brennraumaufbau umströmt. Hierbei ist zwischen der von den Rippen des Brennraumaufbaues direkt erfaßten Luft, die verhältnismäßig stark erwärmt wird, und zwischen dem im wesentlichen durch den rippenfreien, Spalt zwischen dem Brennraumaufbau und den Leitwänden einströmenden Kühlluftanteil, der weniger stark erwärmt wird, zu unterscheiden. Durch die abwärts gerichteten Leitrippen der quer verlaufenden Kühlluftkanalpartien wird der letztgenannte kältere Kühlluftström der Stegpartie zugeleitet.The effect of this measure can be explained as follows: The Cooling air for cooling the web section consists of the amount of air that builds up the combustion chamber flows around. Here is between the directly grasped by the ribs of the combustion chamber structure Air, which is heated relatively strongly, and between the essentially by the rib-free gap flowing in between the combustion chamber structure and the guide walls To distinguish the proportion of cooling air that is less heated. Through the downward directed guide ribs of the transverse cooling air duct sections is the latter colder cooling air flow is fed to the web section.

Damit sich die von dem Brennraumaufbau abströmende stark erwärmte Kühlluft nicht mit dem zur Stegpartie geleiteten kälteren Luftteil mischt, sind die Kühlrippen des Brennraumaufbaues mit ihren Leitflächen vorteilhaft in an sich bekannter Weise geneigt zur Hauptströmungsrichtung der Kühlluft so angebracht, daß die von ihnen erfaßte Kühlluft weg von der Stegpartie in Richtung auf das Oberteil hin geleitet wird. Wie die praktische Erfahrung gezeigt hat, ergibt die bekannte Schrägstellung der Brennkammerrippen allein zwar schon eine gewisse Verbesserung der Kühlung der Stegpartie. Diese Wirkung läßt sich aber darüber hinaus durch gleichzeitige Anwendung von abwärts gerichteten Leitrippen in den quer verlaufenden Kühlluftkanalpartien sehr erheblich steigern.So that the flowing away from the combustion chamber structure was greatly heated Cooling air does not mix with the colder air part directed to the web section the cooling fins of the combustion chamber structure with their guide surfaces are advantageous per se known manner inclined to the main flow direction of the cooling air attached so that the cooling air detected by them away from the web part in the direction of the upper part is directed towards. As practical experience has shown, the known results Inclination of the combustion chamber ribs alone is a certain improvement the cooling of the bridge area. This effect can also be achieved through simultaneous Use of downwardly directed guide ribs in the transverse cooling air duct sections increase very considerably.

Die Ableitung des kälteren Kühlluftstromes zur Stegpartie ist besonders wirksam, wenn sich die rippenfreien Spalte zwischen den Leitwänden und dem Brennraumaufbau in Richtung auf die Wandteile der Zwischenwände erstrecken, die quer zur Hauptströmungsrichtung der Kühlluft verlaufen.The way in which the colder cooling air flow is diverted to the bridge area is special effective when the rib-free gaps are between the guide walls and the combustion chamber structure in the direction of the wall parts of the partition walls that extend transversely to the main flow direction the cooling air.

Der kältere Luftstrom bestreicht eine verhältnismäßig große Oberfläche, wenn die untere Platte an der Stegpartie mit einer oder mehreren Rippen besetzt ist, die sich in einer parallel zur Zylinderachse verlaufenden Ebene erstrecken.The colder air flow covers a relatively large surface, if the lower plate has one or more ribs at the web section which extend in a plane parallel to the cylinder axis.

Der kältere und der wä;rmere Kühlluftstrom werden dadurch voneinander getrennt, daß die parallel zur Zylinderachse verlaufenden Rippen an ihrer der unteren Platte abgewandten Seite in eine Verbindungsrippe zwischen den Ventilkanälen übergehen, die sich in einer senkrecht zur Zvlinderachse verlaufenden Ebene erstreckt.The colder and the warmer cooling air flow are thereby separated from each other separated that the parallel to the cylinder axis extending ribs on its lower The side facing away from the plate merges into a connecting rib between the valve channels, which extends in a plane perpendicular to the cylinder axis.

Damit die erwärmte Kühlluft in den Raum oberhalb der Verbindungsrippe strömen kann, weist dieselbe Öffnungen auf, durch welche die durch die Kühlrippen des Brennratimaufbaues geleitete Kühlluft inRichtung auf das Oberteil strömt. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Zylinderkopf längs der Linie B-B in Fig. 2 und - Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1.In order that the heated cooling air can flow into the space above the connecting rib, it has openings through which the cooling air directed through the cooling ribs of the combustion chamber structure flows in the direction of the upper part. In the drawing, an embodiment of the invention is shown in section, namely, Figure 1 shows a longitudinal section through the inventive cylinder head along the line BB in Figure 2, and -. Fig. 2 is a cross section along the line AA in Fig. 1..

Der Zylinderkopf besteht aus einer unteren Platte 1 und einem Oberteil 2, die durch Zwischenwände 3 und 4 verbunden sind, in, die der Auslaßkanal 5 und der Einlaßkanal 6 einbezogen sind. In den Zwischenwänden 3 befinden sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Durchgangsöffnungen 7 für die nicht dargestellten Befestigungsschrauben. Die Zwischenwände laufen an der Anströmseite der in Richtung des Pfeiles C zuströmenden Kühlluft in Leitwände 8 aus, die einen mit Kühlrippen 9 versehenen Brennraumaufbau 10 unter Freilassung von rippenfreien Spalten 11 umgeben. Der Brennraumaufbau 10 wird im vorliegenden Fall durch zwei nicht dargestellte, in die Verstärkungen 13 eingesehraubte Bolzen auf den Brennraumeinsatz 14 gepreßt, der seinerseits auf dem Schwerinetallring 15 aufliegt. Der Brennraumaufbau 10 kann auch aus einem Stück mit dem Zylinderkopf bestehen, wobei der Brennraumeinsatz 14, der die Verbindung zwischen dem abgeteilten Brennraum 10 und dem nicht dargestellten Zylinderraum bildet, als besonderes Eingußteil gestaltet sein kann. In diesem Fall fallen die Verstärkungen 13 fort. Der Zylinderkopf besteht in der Hauptsache ans Leichtmetall, wobei einzelne hochbeanspruchte Partien aus Schwermetall hergestellt sein können. Die Leitwände 8 begrenzen zwei Kühlluftkanäle 12, die sich anfänglich in Kühlluftanströmrichtung erstrecken und an der Leeseite 17 des Brennraumaufbaues 10 quer in ihrem anfänglichen Verlauf etwa zur Zylinderkopfmitte hin führende Partien 18 aufweisen. Die Kühlluft strömt, abgesehen von den Stellen, an denen sie rch die Kühlrippen 9 abgelenkt oder durch die Wände 19, welche die Partien 18 begrenzen, umgelenkt wird, senkrecht zur Zylinderachse 20 und parallel zu einer zwischen den #7entilsitzen 21 verlaufenden Symmetrieebene, die der Schnittebene B-B entspricht. Die Partien 18 laufen in einen mittleren Kühlluftkanal 22 aus, der zwischen den Ventilkanälen 5 und 6 liegt und an der Kühlluftaustrittsseite 23 endet. Die Leitwände 8 sind mit Kühlrippen 25 besetzt, die sich in ihrer Län-gsausdehnung parallel_ zur Hauptströmungsrichtung C der Kühlluft und in ihrer Querausdehnung senkrecht zur Zylinderachse 20 erstrecken. Das Teil der unteren Platte, das die Stegpartie 24 zwischen den Ventilsitzen 21 bildet, ist mit einer oder mehreren Kühlrippen 26 besetzt, die sich in ihrer Längsausdehnung parallel zur HauptstrÖmungsrichtung der Kühlluft und in ihrer Ouerausdehnung in einer parallel zur Zylinderachse 20 verlaufenden Ebene erstrecken. Die Kühlrippen 26 gehen an ihrer der unteren Platte 1 abgewandten Seite in eine Verbindungsrippe 27 über, die zwischen den Ventilkanälen 5 und 6 angeordnet ist, mit Öffnungen 28 versehen ist und sich in ihrer Längsausdehnung parallel zur Hauptströmungsrichtung der Kühlluft und in ihrer Querausdehnung senkrecht zur Zylinderachse 20 erstreckt. Die Kühlrippen 9 an dem Brennkammeraufbau 10 sind mit ihren Leitflächen schräg zur Hauptströmungsrichtung der Kühlluft geneigt, so daß die von ihnen erfaßte erwärmte Kühlluft weg von der Stegpartie 24 durch die Öffnungen 28 in Richtung auf das Oberteil 2 hingeleitet wird, wie die Pfeile D zeigen. Dieser Teil der Kühlluft strömt durch den zwischen der Verbindungsrippe 27 und dem Oberteil 2 angeordneten mittleren Kühlluftkanal 29 ab. Der Kühlluftkanal 29 ist mit kurzen Rippen 30 versehen, die sich in ihrer Längsausdehnung parallel zur Hauptströmungsrichtung der Kühlluft und in ihrer Querausdehnung in einer senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Ebene nur so weit erstrecken, daß sie einen von Kühlrippen freien nicht dargestellten Raum frei lassen. Die Wände 19, welche die Partien 18 der beiden Kühlluftkanäle 12 begrenzen, sind mit Rippen 31 besetzt, deren Leitflächen, ausgehend von den Kühlrippen 25, abwärts auf eine Stelle 32 der unteren Platte gerichtet sind, an der die Stegpartie 24 liegt. Die rippenfreien Spalte 11 erstrecken sich in Richtung auf die Wände 19, so daß der in denselben auftretende intensive. verhältnismäßig kalte Kühlluftstrom in Richtung der Pfeile E umgelenkt und in die Zwischenräume zwischen den Rippen 26 geleitet wird. Dadurch wird die besonders kühlbedürftige Stelle 32 der Stegpartie 24 mit wenig erwärmter Kühlluft bevorzugt versorgt, während die l#,'-ühlluft, die sich durch Berührung mit dem heißen Brennraumaufbau 10 stark erwärmt, in Richtung der Pfeile D durch den oberen Kühlluftkanal 29 abfließt, wo sie keine besondere Kühlwirkung mehr auszuüben braucht. Bei dein dargestellten AusfÜhrungsbeispiel verlaufen die nicht dargestellten Ventilstoßstangen in den Bohrungen 33. Diese Stellen sind mit Rippen 34 besetzt, die sich in ihrer Längsausdehnung parallel zur Hauptströmungsrichtung der Kühlluft und in ihrer Querausdehnung in einer zur Zylinderachse 20 senkrechten Ebene erstrecken. Der Brennraumaufbau 10 und der Einsatz 14 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weitgehend gegen den, eigentlichen Zylinderkopf wärmeisoliert. Der heiße Einsatz 14 ist durch einen zylindrischen Luftspalt 25 gegen die untere Platte 1 wärmeisoliert und steht im wesentlichen lediglich über den Ring 15 mit der Platte 1 in wärmeleitender Verbindung, wobei die Wärmeableitung durch einen entsprechend ausgebildeten zwischen dem Ring 15 und dem Bund 36 des Einsatzes 14 befindlichen Dichtring gehemmt werden kann. Die bereits erwähnten in die Verstärkungen 13 eingeschraubten nicht dargestellten Bolzen greifen an der nur wenig erwärmten oberen Partie 37 des Brennraumaufbaues an, so daß auch auf diesem Wege keine nennenswerte Wärmeableitung von dem Brennraumaufbau zum Zylinderkopf und insbesondere nicht zu der Stegpartie 24 stattfinden kann.The cylinder head consists of a lower plate 1 and an upper part 2, which are connected by partitions 3 and 4, in which the exhaust port 5 and the intake port 6 are included. In the exemplary embodiment shown, the through openings 7 for the fastening screws (not shown ) are located in the intermediate walls 3. On the upstream side of the cooling air flowing in the direction of arrow C, the partition walls run out into guide walls 8 , which surround a combustion chamber structure 10 provided with cooling fins 9 , leaving rib-free gaps 11 free . In the present case, the combustion chamber structure 10 is pressed onto the combustion chamber insert 14, which in turn rests on the heavy metal ring 15, by two bolts (not shown) which are screwed into the reinforcements 13. The combustion chamber structure 10 can also consist of one piece with the cylinder head, wherein the combustion chamber insert 14, which forms the connection between the divided combustion chamber 10 and the cylinder chamber (not shown), can be designed as a special cast-in part. In this case the reinforcements 13 are omitted. The cylinder head consists mainly of light metal, whereby individual highly stressed parts can be made of heavy metal. The guide walls 8 delimit two cooling air ducts 12, which initially extend in the cooling air inflow direction and on the leeward side 17 of the combustion chamber structure 10 have parts 18 leading transversely in their initial course towards the center of the cylinder head. The cooling air flows, apart from the points at which it is deflected by the cooling fins 9 or deflected by the walls 19 which delimit the parts 18 , perpendicular to the cylinder axis 20 and parallel to a plane of symmetry running between the # 7 valve seats 21, which is the Section plane corresponds to BB. The parts 18 run out into a central cooling air duct 22, which lies between the valve ducts 5 and 6 and ends at the cooling air outlet side 23. The guide walls 8 are covered with cooling ribs 25 , which extend in their longitudinal extent parallel to the main flow direction C of the cooling air and in their transverse extent perpendicular to the cylinder axis 20. The part of the lower plate that forms the web part 24 between the valve seats 21 is covered with one or more cooling ribs 26 , which extend in their longitudinal extent parallel to the main flow direction of the cooling air and in their cross-extent in a plane running parallel to the cylinder axis 20. The cooling fins 26 merge on their side facing away from the lower plate 1 into a connecting rib 27 , which is arranged between the valve channels 5 and 6 , is provided with openings 28 and is parallel to the main flow direction of the cooling air in its longitudinal extent and perpendicular to the cylinder axis in its transverse extent 20 extends. The cooling fins 9 on the combustion chamber structure 10 are inclined with their guide surfaces at an angle to the main flow direction of the cooling air, so that the heated cooling air captured by them is directed away from the web part 24 through the openings 28 in the direction of the upper part 2, as the arrows D show. This part of the cooling air flows off through the central cooling air duct 29 arranged between the connecting rib 27 and the upper part 2. The cooling air duct 29 is provided with short ribs 30 , which extend in their longitudinal extent parallel to the main flow direction of the cooling air and in their transverse extent in a plane perpendicular to the cylinder axis only so far that they leave a free space (not shown) free of cooling ribs. The walls 19, which delimit the parts 18 of the two cooling air ducts 12, are covered with ribs 31 , the guide surfaces of which, starting from the cooling ribs 25, are directed downwards to a point 32 of the lower plate at which the web part 24 lies. The rib-free column 11 extend in the direction of the walls 19, so that the intense occurring in the same. Relatively cold cooling air flow is deflected in the direction of arrows E and directed into the spaces between the ribs 26 . As a result, the point 32 of the web section 24 that is particularly in need of cooling is preferably supplied with less heated cooling air, while the cooling air, which is strongly heated by contact with the hot combustion chamber structure 10 , flows off in the direction of the arrows D through the upper cooling air duct 29, where it no longer needs to exert a special cooling effect. In your exemplary embodiment shown, the valve push rods, not shown, run in the bores 33. These points are occupied by ribs 34, which extend in their longitudinal extent parallel to the main flow direction of the cooling air and in their transverse extent in a plane perpendicular to the cylinder axis 20. In the exemplary embodiment shown, the combustion chamber structure 10 and the insert 14 are largely thermally insulated from the actual cylinder head. The hot insert 14 is thermally insulated from the lower plate 1 by a cylindrical air gap 25 and is essentially only in heat-conducting connection with the plate 1 via the ring 15 , the heat dissipation through a correspondingly formed between the ring 15 and the collar 36 of the insert 14 located sealing ring can be inhibited. The above-mentioned bolts, not shown, screwed into the reinforcements 13 engage the only slightly heated upper part 37 of the combustion chamber structure, so that no significant heat dissipation from the combustion chamber structure to the cylinder head and in particular to the web part 24 can take place in this way either.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Cylinder head for air-cooled diesel engines with hanging valves, essentially consisting of a lower plate facing the cylinder chamber and an upper part, which are connected by partition walls, in which the valve channels are included and which are mainly perpendicular to the cylinder axis on the upstream side and substantially parallel to one between the - incoming cooling air leak extending valve seats plane of symmetry of the cylinder head in baffles surrounding a provided with cooling ribs Brennraumaufban under release of rib-free columns and two limit both sides of the combustion chamber structure lying Kühllufteinströnikanäle which initially about extend in Kühlluftanströmrichtung and the outflow side of the combustion chamber structure transversely to its initial course approximately to the center of the cylinder head and open into a central cooling air channel located between the valve channels and ending on the cooling air outlet side n, with cooling ribs both attached to the guide walls and located between the valve channels extending perpendicular to the cylinder axis and in their longitudinal extent parallel to the main flow direction of the cooling air, characterized in that in the two parts (18) running transversely to the main flow direction (C) the cooling air inflow channels are provided on the guide walls ribs (31) , the guide surfaces of which are directed downwards to the point (32) of the lower plate (1) at which the web section (24) lies between the valve seats (21).

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the cooling fins (9) of the combustion chamber structure (10) extend with their guide surfaces inclined to the main flow direction (C) of the cooling air in a manner known per se, that the cooling air detected by them away from the web part (24) is directed towards the upper part (2). 3. Cylinder head according to claim 1, characterized indicates overall that the rib-free gaps (11) extend between the baffles (8) and the Brennraumatifbau (10) in the direction of the wall parts (19) of the intermediate walls (3), transverse to the Main flow direction (C) of the cooling air. 4. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the lower plate (1) on the web part (24) is occupied in a manner known per se with one or more ribs (26) which extend in a parallel to the cylinder axis (20) Extend level. 5. Cylinder head according to claim 1 to 4, characterized in that the ribs (26) on their side facing away from the lower plate (1) merge into a connecting rib (27) between the valve channels (5, 6) which extend in a perpendicular to Cylinder axis (20) extending plane extends. 6. Cylinder head according to claim 1 to 5, characterized in that the connecting rib (27) has openings (28) through which the cooling air directed through the cooling fins (9) of the combustion chamber structure (10 ) flows in the direction of the upper part (2). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1006 667.