DE1205772B

DE1205772B - Air-cooled internal combustion engine

Info

Publication number: DE1205772B
Application number: DEK40129A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hertling; Christian Steer
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1960-03-10
Filing date: 1960-03-10
Publication date: 1965-11-25

Description

Luftgekühlte Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit einem zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse eingespannten, mit querverlaufenden Kühlrippen versehenen Zylinder, bei dem im Bereich jeder Spannschraube zwischen den Kühlrippen Stege angeordnet sind, die zusammengenommen jeweils eine über die Höhe des der Kühlluft ausgesetzten Teiles des Zylinders durchlaufende Säule bilden, wobei diese Säule einen Kühllaftdurchtritt zwischen Schraube und Zylinderbüchse frei läßt.Air-cooled internal combustion engine The invention relates to an air-cooled engine Internal combustion engine with a clamped between the cylinder head and the crankcase, cylinder with transverse cooling fins in the area of each clamping screw between the cooling fins webs are arranged, which together each have one column running through the height of the part of the cylinder exposed to the cooling air form, with this column a cooling air passage between screw and cylinder liner releases.

Zylinder der vorstehend näher beschriebenen Art sind bekannt. Die im Bereich jeder Spannschraube angeordnete Säule hat den Zweck, der beim Anziehen der Spannschraube auftretbnden Verformung des Zylinders entgegenzuwirken. Wenn die Säule einen Kühlluftdurchtritt zwischen Schraube und Zylinderbüchse frei läßt, so wird weitgehend erreicht, daß der Zylinder unter dem Einfluß der Erwärmung während des Betriebes rund bleibt. Diesem Gedanken folgend hat man die Säule in bezug auf die Längsmittelachse des Zylinders außen neben der Spannschraube angeordnet. i Wenn man Zylinder mit außerhalb der Spannschrauben angeordneten Säulen bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen verwendet, bei denen die Kühlrippen von oben gesehen wegen des heute üblichen kleinen Zylinderabstandes im wesentlichen ein Viereck bilden, so liegen die Säulen benachbarter Zylinder sehr nahe beieinander und stören damit den freien Durchtritt der Kühlluft zwischen den Zylindern. Die größte Menge der zwischen den Zylindern durchströmenden Kühlluft muß die Kühlluftdurchtritte zwischen den Schrauben und den Zylinderbüchsen passieren. Dies hat zur Folge, daß die Schrauben im Kühlluftstrom stehen und aus diesem Grunde zu stark gekühlt werden.Cylinders of the type described in more detail above are known. the in the area of each clamping screw arranged column has the purpose of tightening to counteract the deformation of the cylinder occurring with the clamping screw. If the Column leaves a passage for cooling air between the screw and the cylinder liner, so is largely achieved that the cylinder is under the influence of heating during of the company remains round. Following this thought, one has the column in relation to the longitudinal center axis of the cylinder is arranged on the outside next to the clamping screw. i if one cylinder with columns arranged outside of the tensioning screws for multi-cylinder ones Internal combustion engines used in which the cooling fins seen from above because of the today the usual small cylinder spacing essentially form a square, so the columns of neighboring cylinders are very close to each other and thus interfere with the free passage of the cooling air between the cylinders. The largest amount of between The cooling air flowing through the cylinders must allow the cooling air passages between the Screws and the cylinder liners. As a result, the screws stand in the flow of cooling air and are therefore cooled too much.

Dies gilt gleichermaßen für beide Enden der Zy- linderreihe, an denen in bekannter Weise je ein im wesentlichen ebenes, parallel zum Kühlluftstrom verlaufendes, eng an die Kühlrippen herangerücktes Leitt' -ch tritt, und für Einzylindermotoren, bei denen beiderseits des Zylinders derartige Leitbleche angeordnet werden, wie gleichfalls allgemein bekannt.This applies equally to both ends of the cylinder row, at each of which a substantially flat guide runs parallel to the cooling air flow and is moved close to the cooling fins in a known manner, and to single-cylinder engines in which such guide plates are arranged on both sides of the cylinder become, as is also well known.

Es ist üblich, die Schrauben zur Befestigung des Zylinders als Dehnschrauben auszubilden. Dehnschrauben sind nach ihrem Anziehen bis nahe an die Streckgrenze beanprucht. Wenn nunmehr während des Betriebes der Brennkraftmaschine zwischen der Zylinderbüchse und den Befestigungssehrauben große Erwärmungsunterschiede auftreten, in dem Sinne, daß die Schrauben kälter bleiben als die Zylinderbüchse, so werden die Schrauben durch die größere Dehnung der Zylinderbüchse zusätzlich beansprucht, was zu ihrer Zerstörung führen kann.It is common to use the screws for fastening the cylinder as expansion screws to train. After tightening, expansion screws are close to the yield point claims. If now during the operation of the internal combustion engine between the Cylinder liner and the fastening screws, large differences in heating occur, in the sense that the screws remain colder than the cylinder liner, so will the screws are additionally stressed by the greater expansion of the cylinder liner, which can lead to their destruction.

So vorteilhaft Zylinder der hier in Rede stehenden Art gegenüber solchen Zylindern sind, die keine im Bereich der Spannschrauben angeordneten Säulen aufweisen, so hat die Erfahrung mit solchen Zylindem, wie vorstehend angedeutet wurde, doch gezeigt, daß sie noch einer Verbesserung bedürfen. Diese Verbesserung bezieht sich aber nicht allein im Hinblick auf die vorgeschilderten Umstände. Es sind auch noch andere Umstände von Bedeutung, nach denen eine Verbesserung der Zylinder zweckmäßig erscheint.So advantageous cylinders of the type in question here over such Are cylinders that have no columns arranged in the area of the clamping screws, so the experience with such cylinders, as indicated above, has showed that they still need improvement. This improvement is related but not only with regard to the circumstances described above. There are still other circumstances of importance after which it is advisable to improve the cylinders appears.

Einleitend wurde darauf hingewiesen, daß die Säulen der Verformung des Zylinders beim Anziehen der Spannsqhrauben entgegenwirken sollen. Die Säulen würden dies in idealer Weise tun, wenn die Spannschrauben - konstruktiv gesehen - durch den Schwerpunkt gerichtet sein könnten, den die tragende Masse des Zylinders jeweils im Bereich der Spannschrauben hat. Weil die Spannschrauben in bezug auf die Längsmittelachse des Zylinders aber immer außerhalb dieses Schwerpunktes liegen, ergeben sich beim Anziehen der Spannschrauben noch Verspannungsmomente, welche immer noch eine Verformung des Zylinders verursachen. Grob gesehen nimmt die Lauffläche des Zylinders über die Länge desselben eine gewellte Form an, die sehr schädlich ist. Bei dem Vorhaben, den Zylinder zu verbessern, muß also auch diesen Gesichtspunkten Rechnung getragen werden.In the introduction it was pointed out that the pillars should counteract the deformation of the cylinder when the clamping screws are tightened. The columns would do this in an ideal way if the tensioning screws - from a structural point of view - could be directed through the center of gravity, which the load-bearing mass of the cylinder has in each case in the area of the tensioning screws. Because the tensioning screws are always outside this center of gravity with respect to the longitudinal center axis of the cylinder, tightening of the tensioning screws still results in tensioning moments which still cause the cylinder to deform. Roughly speaking, the running surface of the cylinder takes on a corrugated shape over its length, which is very harmful. The project to improve the cylinder must therefore also take these aspects into account.

Die Erfindung besteht nunmehr darin, daß erstens zu beiden Seiten jeder Spannschraube je eine Säule steht, und zwar in Umfangsrichtung (Wanderrichtung eines Uhrzeigers) betrachtet: jeweils vor und nach jeder Spannschraube, und daß zweitens jede Säule an ihrem vom Zylinderkopf abgewandten Ende unmittelbar an die Zylinderlaufbüchse angegossen ist, nicht also mittelbar, wie dies beim ausschließlichen Anzießen der Säulen an die Kühlrippen der Fall ist, die ihrerseits an die Laufbüchse angegossen sind.The invention now consists in the fact that, firstly, there is a column on both sides of each clamping screw, namely in the circumferential direction (direction of travel of a clockwise): before and after each clamping screw, and secondly, that each column is directly attached to the end facing away from the cylinder head Cylinder liner is cast, not indirectly, as is the case when the columns are exclusively tightened to the cooling fins, which in turn are cast onto the liner.

Die Erfindung besteht nicht in dem erst- oder zweitgenannten Merkmal als solchem, wohl aber in deren Vereinigung bei einem Zylinder für Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art.The invention does not consist in the first or second mentioned feature as such, but probably in their combination in a cylinder for internal combustion engines of the type mentioned at the beginning.

Durch die Erfindung erhalten die Säulen benachbarter Zylinder einen so großen Abstand voneinander, daß zwischen ihnen ein unmittelbarer Luftzutritt zu dem Raum zwischen den Zylindern gebildet wird, wodurch noch nicht erwähnte Kühlluft -nach den rückseitigen Zylinderwänden gelangen kann und diese ausreichend kühlt. Dies wirkt einem Unrundwerden der Zylinder sehr stark entgegen. Die Spannschrauben liegen bei der vorgeschlagenen Zweiteilung der Säulen großenteils im Windschatten. Die Spannschrauben sind damit vor einer allzu starken direkten Kühlung durch die Kühlluft geschützt, so daß sie während des Betriebes der Brennkraftmaschine eine Temperatur annehmen, die der Temperatur der Zylinderlaufbüchse in etwa entspricht. Die zusätzliche Beanspruchung der Spannschrauben durch eine größere Wärmedehnung der Zylinderlaufbüchse wird dadurch vermieden. Die Stützsäulen lenken die Luftströmung gewissermaßen gleichmäßig um, so daß an ihnen nur noch eine geringe Wirbelbildung der Kühlluft auftritt. Auch die Strömungsverhältnisse der Kühlluft werden demnach wesentlich verbessert. Die neue Art der Ausführung der Säulen erlaubt auch ein vorteilhaft nahes Heranführen der Kühlluftleitbleche an die Kühlrip - pen des Zylinders. Dadurch, daß die Säulen an ihren vom Zylinderkopf abgewandten Enden an die Zylinderwand angegossen sind, leiten sie einen Teil der Spannkraft der Spannschrauben zuerst an der Stützfläche des Zylinders in die Wand der Zylinderbüchse ein. Dadurch werden im Bereich der Stützfläche des Zylinders Gegenmomente erzeugt, welche eine Einschnürung der Bohrung der Zylinderbüchse verhindern. Durch die Erfindung wird also auch erzielt, daß die Bohrung des Zylinders in höherem Maße ihre zylindrische Form behält, wenn die Spannschrauben angezogen werden. Diese Wirkung wird am besten erreicht, wenn jede Säule bezüglich der Zylinderlängsmittelachse radial außerhalb der Stützfläche 1?i--gt, über die sich der Zylinder gegen das Kurbelgehäuse abstützt und vor dieser Stützfläche an die Laufbüchse herangeführt ist, so daß die Säule keine eigene Stützfläche hat. Auf diese Weise werden die von den Spanschrauben erzeugten Kräfte in der Nähe des Zylinderkopfes am besten auf die zwischen Zylinderkopf und Zylinder befindliche Dichtfläche übertragen. Dabei kann die dem Zylinderkopf zugewandte obere Fläche des Flansches, im Längsschnitt durch den Zy- linder gesehen, leicht kegelig abgedreht sein, so daß der dabei entstehende Spalt zwischen der oberen Fläche des Flansches und der entsprechenden Gege.nfläche des Zylinderkopfes radial nach außen zunimmt.The invention gives the columns of adjacent cylinders such a large distance from one another that direct air access to the space between the cylinders is formed between them, whereby cooling air not mentioned can reach the rear cylinder walls and cool them sufficiently. This counteracts the cylinder becoming out of round very strongly. With the proposed division of the columns into two parts, the tensioning screws are largely in the slipstream. The clamping screws are thus protected from excessive direct cooling by the cooling air, so that during operation of the internal combustion engine they assume a temperature which approximately corresponds to the temperature of the cylinder liner. This avoids the additional stress on the clamping screws caused by a greater thermal expansion of the cylinder liner. The support columns divert the air flow evenly, so to speak, so that only a slight vortex formation of the cooling air occurs on them. The flow conditions of the cooling air are accordingly also significantly improved. The new method of execution of the pillars also allows advantageous standing close out the Kühlluftleitbleche the Kühlrip - pen of the cylinder. Because the columns are cast onto the cylinder wall at their ends facing away from the cylinder head, they first introduce part of the clamping force of the clamping screws into the wall of the cylinder liner on the support surface of the cylinder. As a result, counter torques are generated in the area of the cylinder's support surface, which prevent the bore of the cylinder liner from constricting. The invention also ensures that the bore of the cylinder retains its cylindrical shape to a greater extent when the clamping screws are tightened. This effect is best achieved when each column is radially outside the support surface 1? I - gt with respect to the cylinder longitudinal center axis, via which the cylinder is supported against the crankcase and is brought up to the liner in front of this support surface, so that the column does not have its own support surface Has. In this way, the forces generated by the clamping screws in the vicinity of the cylinder head are best transferred to the sealing surface between the cylinder head and the cylinder. The upper surface of the flange facing the cylinder head, seen in the longitudinal section through the cylinder , can be turned slightly tapered so that the resulting gap between the upper surface of the flange and the corresponding counter surface of the cylinder head increases radially outward.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erflndung beispielsweise dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is for example shown.

Ab b. 1 zeigt einen Querschnitt durch zwei Zy- linder einer mehrzylindrigen luftgekühlten Brennkraftmaschine, bei welcher die Kühlluft quer zur Zy- linderreihe von der Seite her gegen die Zylinder geblasen wird; A b b. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in A b b. 1, in A b b. 2 ist der Schnitt nach A b b. 1 durch die Linie IJ angedeutet, A b b. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III in Abb. 2. From b. 1 shows a cross section through two cylinders of a multi-cylinder air-cooled internal combustion engine in which the cooling air transversely to the row-relieving ZY is blown forth from the side opposite the cylinder; A b b. 2 shows a section along the line II-II in A b b. 1, in A b b. 2 is the section according to A b b. 1 indicated by the line IJ, A b b. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2.

Die Zylinder der Brennkraftmaschine sind solche, die zwischen den Zylinderkopf 1 und das Kurbelgehäuse 2 mit Hilfe von Spannschrauben 3 eingespannt sind. Auf ihrem Umfang sind die Zylinder mit querverlaufenden Kühlrippen 4 versehen. Sie sitzen auf den Laufbüchsen 5 der Zylinder. Im Bereich jeder Spannschraube 3 sind zwischen den Kühlrippen 4 Stege angeordnet, die zusammengenommen über die Spannstrecke des Zylinders durchlaufende Säulen bilden, die Kühlluftdurchtritte 6 zwischen den Spannschrauben 3 und den Laufbüchsen 5 frei lassen. Wie insbesondere die A b b. 2 zeigt, sind die Säulen jedes Zylinders an ihrem vom Zylinderkopf 1 abgewandten Ende 7 an die Zylinderwand, also an die Laufbüchse 5 angegossen. Die Säulen, die mit 8 bezeichnet sind, sind als Doppelsäulen ausgebildet. Die Säulenteile sind so angeordnet, daß sich jeweils zwischen zwei Säulenteilen die Spannschraube 3 befindet. Die Säulenteile und die Spannschraube haben, wie insbesondere die Ab b. 1 erkennen läßt, etwa gleich große Entfernung von der Längsmittelachse des Zylinders. Sie liegen gewissermaßen auf einem Radius, der in A b b. 1 mit 9 bezeichnet ist. Die Anordnung der Säulen 8 ist weiterhin so getroffen, daß sie in bezug auf die Entfernung von der Zylinderlängsmittelachse außerhalb der Stützfläche 10 liegen, über die sich der Zylinder gegen das Kurbelgehäuse 2 abstützt. Sie sind vor dieser Stützfläche an die Laufbüchse 5 herangeführt, so daß sie keine eigene Stützfläche haben. An ihrem dem Zylinderkopf 1 zugewandten Ende sind die Säulen 8 an einem den oberen Rand des Zylinders umgebenden Flansch 11 angegossen. Dabei ist die obere Seite 12 des Flansches 11, im senkrechten Längsschnitt des Zylinders gesehen, leicht kegelig abgedreht, so daß die obere Seite 12 des Flansches 11 nach außen, also mit wachsendem Abstand von der Längsmittelachse des Zylinders, etwas abfällt. Es ist dies nicht besonders dargestellt, weil die Neigung der Fläche 12 nur ganz geringfügig ist. Durch diese Neigung wird etwa erreicht, daß die durch die Spannschraube 3 in den Zylinder eingeleiteten Kräfte weitgehend gleichmäßig auf die obere Fläche 12 verteilt werden. An Stelle der Neigung können natürlich auch äquivalente Mittel treten. So ist es z. B. denkbar, daß zwischen Zylinder und Zy- linderkopf eine Dichtung gelegt ist, die in der Nähe der Lauffläche des Zylinders etwas dicker ausgeführt ist als an ihrem äußeren Rand. The cylinders of the internal combustion engine are those that are clamped between the cylinder head 1 and the crankcase 2 with the aid of clamping screws 3. The cylinders are provided with transverse cooling fins 4 on their circumference. They sit on the liners 5 of the cylinders. In the area of each clamping screw 3 , 4 webs are arranged between the cooling ribs, which together form columns running through the clamping section of the cylinder, which leave cooling air passages 6 between the clamping screws 3 and the liners 5 free. As in particular the A b b. 2 shows, the columns of each cylinder are cast onto the cylinder wall, that is to say onto the liner 5, at their end 7 facing away from the cylinder head 1. The columns, which are designated with 8 , are designed as double columns. The column parts are arranged in such a way that the clamping screw 3 is located between each two column parts. The column parts and the clamping screw have, as in particular the Ab b. 1 shows that the distance from the longitudinal center axis of the cylinder is approximately the same. In a sense, they lie on a radius that is shown in A b b. 1 is denoted by 9. The columns 8 are also arranged in such a way that, with respect to the distance from the cylinder longitudinal center axis, they lie outside the support surface 10 , via which the cylinder is supported against the crankcase 2. They are brought up to the liner 5 in front of this support surface, so that they do not have their own support surface. At their end facing the cylinder head 1 , the columns 8 are cast onto a flange 11 surrounding the upper edge of the cylinder. The upper side 12 of the flange 11, seen in the vertical longitudinal section of the cylinder, is slightly tapered so that the upper side 12 of the flange 11 slopes slightly outwards, that is to say with increasing distance from the longitudinal center axis of the cylinder. This is not particularly shown because the slope of the surface 12 is only very slight. As a result of this inclination, it is achieved, for example, that the forces introduced into the cylinder by the clamping screw 3 are largely evenly distributed over the upper surface 12. In place of the inclination, of course, equivalent means can also be used. So it is z. B. conceivable that linder head between the cylinder and ZY a seal is laid, that of the cylinder is slightly thicker in the vicinity of the tread than at its outer edge.

Durch diese Anordnung wird einer Verforrnung der Zylinderbüchse entgegengewirkt, indem sich die Spannkraft der Schraube 3, die zu Beginn der Anspanung etwa in Richtung der im Abstand a eingezeichneten Vektoren Pl, P (A b b. 2) auf den Zylinderkörper wirkt, mit zunehmender Anspannung allmählich in die Richtung der im Abstand b verlaufenden Vektoren P2, P (A b b. 2) verlagert.This arrangement counteracts deformation of the cylinder liner by the tension of the screw 3, which acts on the cylinder body at the beginning of tensioning approximately in the direction of the vectors Pl, P (A b b. 2) drawn in at distance a, with increasing tension gradually shifted in the direction of the vectors P2, P (A b b. 2) running at the distance b.

Im ersten Stadium der Anspannung wird die Laufbüchse 5 elastisch zusammengedrückt, während die noch unbefasteten Säulen 8 ihre Länge nicht verändern. Die Folge davon ist eine lokale Aufweitung des Zylinderdurchmessers im mittleren Bereich der Zylinderlänge.In the first stage of tension, the liner 5 is elastically compressed, while the columns 8 , which are not yet secured, do not change their length. The consequence of this is a local widening of the cylinder diameter in the middle area of the cylinder length.

Mit zunehmender Verlagerung des Vektors Pl, etwa um die Strecke a + b nach P, durch stärkeres Anziehen der Schraube 3, kann die Formänderung des Zylinders zum Verschwinden gebracht werden; sobald nämlich die elastische Zusammendrückung der nun auch druckbeanspruchten Säulen 8 dasselbe Maß angnommen hat wie die Zusammendrückung der Laufbüchse 5. With increasing displacement of the vector P1, approximately by the distance a + b to P, by tightening the screw 3 more strongly, the change in shape of the cylinder can be made to disappear; as soon as the elastic compression of the columns 8, which are now also under pressure, has assumed the same degree as the compression of the liner 5.

Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt ist.Regarding the following patent claims it is noted that a protection separate from the main idea of the invention (claim 1) is not desired for the subjects of the subclaims.

Claims

Claims: 1. Air-cooled internal combustion engine with a cylinder clamped between the cylinder head and the crankcase and provided with transverse cooling fins, in which webs are arranged between the cooling fins in the area of each clamping screw, which together each run through a section of the cylinder that is exposed to the cooling air column form, said column linder bushing a cooling air passage between the screw and ZY can be free, d a d u rch g e k hen -zeichne t that a column per (8) is on both sides of each clamping screw (3), namely, in Viewed circumferentially, in each case before and after each clamping screw, and that each column is cast directly onto the cylinder liner (5) at its end facing away from the cylinder head (1).

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that each column (8) with respect to the cylinder longitudinal center axis lies radially outside of the support surface (10) via which the cylinder is supported against the crankcase (2) and in front of this support surface on the liner (5) is brought up so that the column does not have its own support surface. 3. Internal combustion engine according to claims 1 and 2, characterized in that all columns (8) and clamping screws (3) are at the same distance from the longitudinal center axis of the cylinder. 4. Internal combustion engine according to claims 1 to 3, characterized in that each column (8) at its end facing the cylinder head (1) is cast onto a flange (11) surrounding the upper edge of the cylinder. 5. Internal combustion engine according to claims 1 to 4, characterized in that the cylinder head (1) facing upper surface (12) of the flange (11), seen in a longitudinal section through the cylinder, is slightly tapered so that the resulting Gap between the upper surface of the flange and the corresponding mating surface of the cylinder head increases radially outward. Considered publications: German Patent Specifications No. 936 833, 942 058.