DE1137264B

DE1137264B - Cylinder head of an air-cooled internal combustion engine

Info

Publication number: DE1137264B
Application number: DED29311A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erwin Eisele
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1958-11-07
Filing date: 1958-11-07
Publication date: 1962-09-27

Description

Zylinderkopf einer luftgekühlten Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf den Zylinderkopf einer luftgekühlten Brennkraftmaschine, insbesondere einer luftverdichtenden Viertakteinspritzbrennkraftmaschine, mit einem im Zylinderkopf hängend angeordneten Einlaßventil mit dem Einlaßkanalflansch auf der einen und mit einem hängend angeordneten Auslaßventil mit dem Auslaßkanalflansch auf der anderen zur Kurbelwellenachse parallelen Zylinderkopfseite, wobei beide Ventile in Richtung der quer zum Zylinder und lotrecht zur Kurbelwellenachse verlaufenden Kühlluftströmung hintereinanderliegen, und zwar das Auslaßventil hinter dem Einlaßventil, ferner die Achsen des Ein-und Auslaßkanales in der Nähe des Einlaß- und des Auslaßkanalflansches seitlich neben einer durch beide Ventilachsen gelegten Ebene liegen und von da an sowohl bogenförmig zu dieser Ebene als auch bogenförmig etwa in Richtung der Zylinderachse hingeführt sind.Cylinder head of an air-cooled internal combustion engine The invention relates to the cylinder head of an air-cooled internal combustion engine, in particular an air-compressing four-stroke injection engine, with one in the cylinder head hanging inlet valve with the inlet channel flange on one side and with a hanging outlet valve with the outlet channel flange on the other cylinder head side parallel to the crankshaft axis, with both valves in direction the cooling air flow running transversely to the cylinder and perpendicular to the crankshaft axis one behind the other, namely the outlet valve behind the inlet valve, furthermore the axes of the inlet and outlet channels in the vicinity of the inlet and outlet channel flanges laterally next to a plane laid through both valve axes and from there on both arcuate to this plane and arcuate approximately in the direction of the cylinder axis are led there.

Mit Zylinderköpfen der beschriebenen Art läßt sich eine geordnete und sehr starke Drallbewegung der Verbrennungsluft im Zylinder der Brennkraftmaschine erzeugen, so daß eine insbesondere für Dieselmaschinen günstige Aufbereitung des Luft-Brennstoff-Gemisches stattfindet und hohe Leistungen erzielt werden. Um den günstigen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine nun nicht durch ungenügende Kühlung des Zylinderkopfes, insbesondere durch ungenügende Wärmeabfuhr von der heißesten Stelle des Zylinderkopfes am Steg zwischen den Ventilen zu beeinträchtigen, sieht die Erfindung vor, die Achsen des Einlaß- und des Auslaßkanales in an sich bekannter Weise auf einander entgegengesetzte Seiten der durch die Ventilachsen gelegten Ebene zu legen. Mit dieser sehr geringen Aufwand erfordernden Anordnung läßt sich von dem auf der einen Seite des Einlaßkanales vorbeiströmenden Kühlluftstrom ein Teilstrom abzweigen und mühelos über den Steg zwischen den beiden Ventilen hinwegführen, so daß die heißeste Stelle des Zylinderkopfes ausreichend gekühlt wird. Die Anordnung besonderer Kühlrippen, welche einen Teil der Kühlluft auffangen und schräg über den Steg leiten, wie sie bei einem bekannten Zylinderkopf vorgesehen ist, ist nicht notwendig, denn diese Kühlrippen verhindern, daß große Teile des Auslaßkanales vom Kühlluftstrom erfaßt werden. Sie verhindern ferner, daß das Kipphebelgehäuse als Einheit mit dem Zylinderkopf gegossen werden kann, weil die Kokillen zwischen den Rippen nach oben herausgezogen werden müssen. Ein Zylinderkopf, mit dem das Kipphebelgehäuse aus einem Stück besteht, hat aber den Vorteil, daß der Zylinderkopf sehr steif ausgebildet werden kann und ein hohes Widerstandsmoment gegen Verbiegen erhält. Weiterhin hat die lediglich durch die bestimmte Lage der Kanäle erzielte Führung eines Kühlluftstromes über den Ventilsteg hinweg den Vorteil, daß eine starke Verrippung insbesondere des Auslaßkanales stattfinden kann und daß diese Rippen schräg gelegt werden können. Die Kokillen können gut gezogen werden und außerdem wird die Kühlluft durch die schrägen Rippen auf die Stegfläche gedrückt. Die schrägen Rippen ziehen aus der Brennraumfläche des Zylinderkopfes, wo ihre Füße liegen, die Wärme heraus.With cylinder heads of the type described, an orderly and very strong swirling movement of the combustion air in the cylinder of the internal combustion engine generate, so that a particularly favorable preparation of the diesel engines Air-fuel mixture takes place and high performance can be achieved. To the favorable efficiency of the internal combustion engine is now not due to insufficient cooling of the cylinder head, in particular due to insufficient heat dissipation from the hottest To affect the position of the cylinder head on the web between the valves the invention, the axes of the inlet and outlet channels in known per se Point on opposite sides of the plane laid by the valve axes to lay. With this arrangement, which requires very little effort, can be of a partial flow of the cooling air flow flowing past on one side of the inlet duct branch off and lead effortlessly over the bridge between the two valves, see above that the hottest part of the cylinder head is sufficiently cooled. The order special cooling fins, which catch part of the cooling air and diagonally across guide the web, as provided in a known cylinder head, is not necessary, because these cooling fins prevent large parts of the outlet channel from Cooling air flow are detected. They also prevent the rocker arm housing as Unit with the cylinder head can be cast because the molds between the Ribs must be pulled out upwards. A cylinder head with which the rocker arm housing consists of one piece, but has the advantage that the cylinder head is very rigid and has a high section modulus against bending. Still has the guidance of a cooling air flow achieved only by the specific position of the channels over the valve web the advantage that a strong ribbing in particular of the outlet channel can take place and that these ribs can be placed obliquely. The molds can be pulled well and also the cooling air is through the oblique ribs pressed onto the bridge surface. The sloping ribs pull out of the The area of the combustion chamber of the cylinder head, where your feet are, the heat out.

Bei einem anderen bekannten luftgekühlten Zylinderkopf für eine in ein Motorrad einzubauende gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit zwei parallel nebeneinander stehenden Zylindern befinden sich die Einlaßventile - in Fahrtrichtung gesehen -hinten, die Auslaßventile vorn. Um die Einlaßventile beider Zylinder von nur einem Vergaser aus mit Brennstoff und Luft versorgen zu können, laufen die Einlaßkanäle aufeinander zu und besitzen an der Rückseite des Zylinderkopfes zwischen den beiden Zylindern einen gemeinsamen Einlaßkanalflansch. Um die Einlaßkanäle kurz zu halten, sind die Einlaßventile nach der Maschinenlängsachse zu zusammengerückt angeordnet worden. Bei jedem Zylinder liegt das Auslaßventil dem Einlaßventil diametral gegenüber. Dadurch sind die Auslaßkanalflansche in den freien Fahrtwind gerückt, denn bei Motorrädern mit stehenden Zylindern herrschen in der Maschinenlängsachse wegen des Vorderrades, des Kotflügels am Vorderrad und wegen des vorderen Rahmens nicht die besten Luftkühlungsbedingungen. Der Einlaßkanal des Zylinderkopfes ist auch nicht derart bogenförmig geführt, daß die Verbrennungsluft einen Drall um die Zylinderlängsachse erfährt, weil dies bei gemischverdichtenden Maschinen, bei denen die Gemischaufbereitung außerhalb des Zylinders im Vergaser erfolgt und bei denen lediglich auf eine gute Füllung Wert zu legen ist, nicht notwendig ist. Die nicht parallele Lage der Auslaßkanalflansche zur Kurbelwellenachse erlaubt die Zufuhr großer Kühlluftmengen in den Raum zwischen den beiden Auslaßkanälen, sie ist aber nicht bei Reihenmaschinen anwendbar, weil dort die Kühlung der angrenzenden Zylinder beeinträchtigt werden würde.In another known air-cooled cylinder head for an in A motorcycle to be installed mixture-compressing internal combustion engine with two in parallel Adjacent cylinders are the inlet valves - in the direction of travel seen -back, the exhaust valves in front. To the intake valves of both cylinders from To be able to supply only one carburetor with fuel and air, the inlet ducts run towards each other and have at the back of the cylinder head between the two Cylinders have a common intake port flange. To keep the inlet ducts short, the inlet valves are arranged to be moved together according to the longitudinal axis of the machine been. In each cylinder, the exhaust valve is diametrically opposite the intake valve. As a result, the exhaust duct flanges are moved into the free airstream, as in motorcycles with upright cylinders prevail in the machine's longitudinal axis because of the front wheel, the fender on the front wheel and because of the front frame not the best air cooling conditions. The inlet port of the cylinder head is also not arched in such a way that the combustion air experiences a twist around the cylinder's longitudinal axis, because this is the case with mixture-compressing machines in which the mixture preparation takes place outside the cylinder in the carburetor and where only a good one Filling is important, is not necessary. The non-parallel position of the exhaust duct flanges to the crankshaft axis allows the supply of large amounts of cooling air into the space between the two outlet channels, but it cannot be used with in-line machines because there the cooling of the adjacent cylinders would be impaired.

Da die Auslaßkanäle vor dem Einlaßkanal liegen, wird der Kühlluftstrom gleich vorn am Zylinderkopf stark erwärmt, so daß das Wärmegefälle zu den zu kühlenden übrigen Partien des Zylinderkopfes nur noch gering und die Kühlung nicht mehr so gut ist. Würde bei diesem Zylinderkopf die Kühlluft lotrecht zur Ebene des Auslaßkanalflansches anströmen, wird durch die Lage der Kanalachsen auf entgegengesetzten Seiten einer durch die Ventilachsen gelegten Ebene kein zusätzlicher Luftstrom über den Ventilsteg geleitet. Das müssen nach wie vor die dort angeordneten Kühlrippen besorgen, die schräg zum Fahrtwind stehen.Since the outlet ducts are in front of the inlet duct, the cooling air flow is directly at the front of the cylinder head is strongly heated, so that the heat gradient to the to be cooled other parts of the cylinder head only slightly and the cooling no longer so good is. With this cylinder head, the cooling air would be perpendicular to the plane of the exhaust port flange flow, becomes due to the position of the canal axes on opposite sides of a through the valve axes, no additional air flow over the valve web directed. That still has to be done by the cooling fins arranged there stand at an angle to the airstream.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes können zur Führung des Kühlluftstromes Luftleitbleche vorgesehen sein, welche in an sich bekannter Weise einen Teil des Kühlluftstromes durch den Raum über dem Steg zwischen den beiden Ventilen leiten. Ferner kann auf der dem Eintritt des Kühlluftstromes in den Raum über dem Steg zwischen den beiden Ventilen gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes in an sich bekannter Weise die Einspritzdüse oder bei Vor- bzw. Wirbelkammermaschinen die Vorkammer oder Wirbelkammer angeordnet sein.In a further embodiment of the subject matter of the invention, for guidance of the cooling air flow air baffles can be provided, which in per se known Way part of the cooling air flow through the space above the web between the two Direct valves. Furthermore, on the entry of the cooling air flow into the room over the web between the two valves on the opposite side of the cylinder head in a manner known per se, the injection nozzle or in antechamber or vortex chamber machines the antechamber or vortex chamber can be arranged.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen Fig.1 und 2 einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit darauf angeordnetem Zylinderkopf, ferner einen Schnitt durch den Einlaßkanal und durch den Auslaßkanal in einer Draufsicht auf den Zylinderkopf, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf etwa entsprechend Fig.2, jedoch mit anderer Anordnung der Luftleitbleche, und Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf mit gegenüber Fig. 1 geänderter Lage des Einlaß- und des Auslaßkanales.In the drawing, the subject matter of the invention is shown in exemplary embodiments shown. 1 and 2 show a longitudinal section through a cylinder with thereon arranged cylinder head, also a section through the intake port and through the exhaust port in a plan view of the cylinder head, FIG. 3 is a plan view on a cylinder head roughly corresponding to FIG. 2, but with a different arrangement of the Air baffles, and FIG. 4 is a plan view of a cylinder head with opposite Fig. 1 changed position of the inlet and outlet channels.

Gemäß den Fig.1 und 2 sitzt auf dem luftgekühlten Zylinder 1, der mit Kühlrippen 2 versehen ist, der Zylinderkopf 3, der ebenfalls mit Kühlrippen 2 ausgestattet ist. Im Zylinderkopf 3 ist das hängende Einlaßventil 4 und das hängende Auslaßventil5 angeordnet. Die Mittellängsachsen durch die Schäfte 6 der Ventile 4, 5 verlaufen parallel zur Zylinderlängsachse 7. Die Ebene 8, die durch die Mittellängsachsen der Ventilschäfte 6 gelegt ist, bildet - in Draufsicht auf den Zylinderkopf 3 gesehen -mit der Kurbelwellenachse 9 und damit mit den Zylinderkopflängsseiten 10,11 einen Winkel von 90°. Der Einlaßflansch 12 für den Einlaßkanal 13 liegt an der Zylinderkopflängsseite 10 und der Auslaßflansch 14 für den Auslaßkanal 15 liegt an der Zylinderkopflängsseite 11. In der Nähe des Einlaßflansches 12 liegt die Achse 16 des Einlaßkanales 13 seitlich neben der Ebene 8 versetzt um die Strecke 17, während in der Nähe des Auslaßflansches 14 die Achse 18 des Auslaßkanales 15 ebenfalls seitlich neben der Ebene 8 versetzt um die Strecke 19 liegt, jedoch auf der entgegengesetzten Seite.According to Figures 1 and 2 sits on the air-cooled cylinder 1, the is provided with cooling fins 2, the cylinder head 3, which is also provided with cooling fins 2 is equipped. In the cylinder head 3 is the hanging inlet valve 4 and the hanging one Outlet valve5 arranged. The central longitudinal axes through the shafts 6 of the valves 4, 5 run parallel to the cylinder longitudinal axis 7. The plane 8 passing through the central longitudinal axes the valve stems 6 is placed, forms - seen in plan view of the cylinder head 3 -with the crankshaft axis 9 and thus with the cylinder head long sides 10,11 one 90 ° angle. The inlet flange 12 for the inlet channel 13 is located on the longitudinal side of the cylinder head 10 and the outlet flange 14 for the outlet channel 15 is located on the longitudinal side of the cylinder head 11. In the vicinity of the inlet flange 12, the axis 16 of the inlet channel 13 lies laterally next to level 8 offset by distance 17 while near the outlet flange 14, the axis 18 of the outlet channel 15 is also offset laterally next to the plane 8 is around the route 19, but on the opposite side.

Vom Einlaßflansch 12 aus nimmt die Achse 16 einen bogenförmig nach dem Ventilsitz 20 für das Einlaßventil4 hin fallenden Verlauf, derart, daß die Sohle 21 des Einlaßkanales 13 in der Nähe des Ventilsitzes 20 zur Zylinderkopfebene einen zwischen 25° und 45° betragenden Winkel 22 einschließt, und daß ferner die durch den Einlaßkanal 13 strömende Verbrennungsluft in Pfeilrichtung 23 in den Zylinderl einströmt und dort kreisende Bewegungen um die Zylinderlängsachse 7 beschreibt.From the inlet flange 12, the axis 16 follows an arcuate shape the valve seat 20 for the inlet valve 4 falling course, such that the sole 21 of the inlet channel 13 in the vicinity of the valve seat 20 to the cylinder head plane between 25 ° and 45 ° amounting angle 22 includes, and that further through the inlet channel 13 flowing combustion air in the direction of arrow 23 in the cylinder flows in and describes circular movements about the cylinder longitudinal axis 7 there.

Von dem Ventilsitz 24 des Auslaßventils 5 aus führt die Achse 18 des Auslaßkanales 15 bogenförmig aufsteigend nach dem Auslaßflansch 14.From the valve seat 24 of the exhaust valve 5, the axis 18 of the The outlet channel 15 ascends in an arc after the outlet flange 14.

Durch den bogenförmig fallenden Verlauf des Einlaßkanales 13 und den bogenförmig ansteigenden Verlauf des Auslaßkanales 15 wird durch die Wände 25, 26 des Einlaß- und des Auslaßkanales über dem Steg 27 am Zylinderkopf zwischen den beiden Ventilen 4, 5 ein breiter kanalartiger Durchlaß für den Kühlluftstrom geschaffen, der die heißeste Stelle des Zylinderkopfes gut kühlen kann. Damit eine große Menge Kühlluft den kanalartigen Durchlaß über dem Steg 27 erreicht, ist der Querschnitt des Einlaßkanales und des Auslaßkanales in Flanschnähe, wie in Fig.1 beim Einlaßkana113 mit 28 angedeutet, schmalhoch ausgebildet. Zur Unterstützung der Kühlluftströmung ist an der Wand 26 des Auslaßkanales 15 das gegen den in Pfeilrichtung 29 verlaufenden Luftstrom gerichtete Luftleitblech 30 vorgesehen, welches einen großen Teil der Kühlluft über den Steg 27 leitet, wo die Kühlluft auf die lediglich durch den Flansch 31 angedeutete Einspritzdüse trifft, diese ebenfalls gut kühlt, und dann in Richtung des Auslaßkanales umgelenkt wird.By the arc-shaped falling course of the inlet channel 13 and the The curve of the outlet channel 15, which rises in an arc, is defined by the walls 25, 26 of the inlet and outlet channels over the web 27 on the cylinder head between the two valves 4, 5 created a wide channel-like passage for the cooling air flow, which can cool the hottest part of the cylinder head well. With that a large amount Cooling air reaches the channel-like passage above the web 27, is the cross section of the inlet channel and the outlet channel in the vicinity of the flange, as in Fig. 1 for inlet channel 113 indicated at 28, narrow-high. To support the cooling air flow is on the wall 26 of the outlet channel 15 against the one extending in the direction of arrow 29 Air flow directed air baffle 30 is provided, which a large part of the Cooling air passes over the web 27, where the cooling air only passes through the flange 31 indicated injection nozzle hits, this also cools well, and then in the direction of the outlet channel is deflected.

Statt des Luftleitbleches 30 in Fig. 2 kann auch, wie aus Fig. 3 näher hervorgeht, das Luftleitblech 32 vorgesehen sein, welches den Strom der Kühlluft zum großen Teil durch den kanalartigen Durchlaß zwischen den Ventilen 4, 5 über den Steg 27 leitet.Instead of the air baffle 30 in FIG. 2, as shown in more detail in FIG. 3 it can be seen, the air baffle 32 may be provided, which the flow of cooling air largely through the channel-like passage between the valves 4, 5 over the web 27 leads.

Die Ebene 8, die in Fig. 2 lotrecht zur Kurbelwellenachse 9 steht, kann ferner, wie aus Fig. 4 hervorgeht, unter einem spitzen Winkel 33 zur Kurbelwellenachse 9 stehen. Auch durch diese Anordnung läßt sich eine sanft gekrümmte Strömung der Kühlluft über den Steg 27 hinweg zwischen den beiden Ventilen 4, 5 erzielen.The plane 8, which in FIG. 2 is perpendicular to the crankshaft axis 9, can also, as can be seen from FIG. 4, be at an acute angle 33 to the crankshaft axis 9. With this arrangement, too, a gently curved flow of the cooling air over the web 27 between the two valves 4, 5 can be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Cylinder head of an air-cooled internal combustion engine, in particular an air-compressing four-stroke injection internal combustion engine, with a Inlet valve arranged hanging in the cylinder head with the inlet port flange the one and with a hanging outlet valve with the outlet channel flange on the other side of the cylinder head parallel to the crankshaft axis, both Valves in the direction of the cylinder and perpendicular to the crankshaft axis Cooling air flow one behind the other, namely the outlet valve behind the inlet valve, furthermore the axes of the inlet and outlet ducts in the vicinity of the inlet and the Exhaust duct fiansches laterally next to a plane laid through both valve axes and from there on both arcuate to this plane and arcuate approximately in the direction of the cylinder axis are led, characterized in that the axes of the inlet and outlet channels in a manner known per se on opposite sides of the valve axes laid level.

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that that air baffles (30, 32) are provided for guiding the cooling air flow, which in a manner known per se part of the cooling air flow through the space above the Guide the web (27) between the two valves (4, 5).

3. Cylinder head according to the claims 1 and 2, characterized in that on the entry of the cooling air flow in the space above the web (27) between the two valves (4, 5) opposite Side of the cylinder head (3) in a known manner, the injection nozzle or at Pre-chamber or vortex chamber machines the pre-chamber or vortex chamber is arranged. Considered publications: German patent application L10822Ia / 46C4 (published on July 2, 1953); Swiss Patent No. 251988; British patents No. 613,387, 630,339; U.S. Patent No. 2,330,779.