DE1576729B - Zylinderkopf fur luftgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für luftgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen mit auf derselben Seite des Zylinderkopfes ausmündenden Gaskanälen und Ventilführungen für zwei hängend angeordnete Ventile sowie zwei im Abstand nebeneinander verlaufenden, zum Zylinderkopfboden senkrechten Versteifungsrippen, welche die Butzen für die Ventilführungen enthalten und mit seitlich abstehenden, zum Zylinderkopfboden etwa parallelen Kühlrippen versehen sind, und zwischen den Versteifungsrippen angeordneten, ebenfalls vom Zylinderkopfboden abstehenden und etwa in derselben Richtung wie die Gaskanäle verlaufenden Kühlrippen und mit Schraubenbutzen für den Durchtritt der Zylinderkopfbefestigungsschrauben.

Für die Konstruktion solcher bekannter Zylinderköpfe sind in erster Linie die zu beherrschenden thermischen Probleme maßgeblich. Bei einem Zylinderkopf dieser durch die österreichische Patentschrift 213 666 bekanntgewordenen Bauart sind dies insbesondere Kühlprobleme, welche sich durch die Anordnung einer in den Zylinderkopf in Schräglage eingeschraubten Brennkammer ergeben. Der Raum zwischen den beiden Versteifungsrippen ist bei der bekannten Konstruktion durch eine horizontale Trennwand in zwei übereinanderliegende Kanäle unterteilt. Die Brennkammer ist dabei außen mit Querrippen besetzt, welche gegen den oberen Kühlluftkanal gerichtet sind. Es wird daher der an den Wänden der Brennkammer stark aufgeheizte Kühlluftstrom in den oberen Kanal geleitet und von den thermisch hoch beanspruchten Ventilstegen abgelenkt. Für den Durchtritt nur mäßig vorgewärmter Luft in den unteren Kühlluftkanal stehen aber nur sehr kleine Querschnitte zu Verfügung, so daß eine ausreichende Kühlung der Ventilstege des Zylinderkopfes nicht immer gewährleistet ist. Die örtlich sehr unterschiedlichen Temperaturverhältnisse führen außerdem zu beträchtlichen Wärmespannungen innerhalb des Zylinderkopfes.

Es ist auch schon aus der österreichischen Patentschrift 199 943 der Zylinderkopf einer luftgekühlten Brennkraftmaschine bekannt, welcher wie die erstgenannte bekannte Konstruktion eine in den Zylinderkopfboden schräg liegend eingeschraubte Brennkammer aufweist und der mit der Zylinderlaufbuchse unmittelbar verschraubt ist. Die Verbrennungskräfte werden hierbei über den Zylinderkopfboden und das Gewinde unmittelbar auf die Zylinderlaufbuchse übertragen, so daß sich eine durchgehende Versteifung des Zylinderkopfes erübrigt. Infolge der beträchtlichen Verengung der verfügbaren Kühlluftquerschnitte durch die Brennkammer sind aber auch bei dieser bekannten Ausführung keine optimalen Kühlverhältnisse erzielbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnützung der durch die verfügbare Kühlluft gegebenen Möglichkeiten für eine durchdringende Kühlung eine steife und den auf den Zylinderkopf einwirkenden Verformungskräften Widerstand leistende Gestaltung des Zylinderkopfes zu schaffen. Außerdem soll der Zylinderkopf in gleicher Weise sowohl für Einzylindermaschinen als auch für Mehrzylindermaschinen verwendbar sein, ohne daß hierfür besondere Bearbeitungsvorgänge oder zusätzlich anzubringende Teile erforderlich sind.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß in an sich bekannter Weise drei über den Umfang des Zylinderkopfbodens etwa gleichmäßig verteilte Schraubenbutzen vorgesehen sind, deren Verbindungslinien annähernd je durch den Schwerpunkt des zwischen den zwei Schraubenbutzen liegenden Teiles der Zylinderbuchsenauflage hindurchgehen, und daß einer der Schraubenbutzen an der die Mündung der Gaskanäle aufweisenden Seite des Zylinderkopfes mittig zwischen den Versteifungsrippen liegt und die Versteifungsrippen zumindest annähernd in Richtung der Verbindungslinien jeweils eines außermittig gelegenen, mit dem mittig zwischen den Versteifungsrippen angeordneten Schraubenbutzen verlaufen.

Diese Zylinderkopfausbildung hat gegenüber der bekannten Ausführung den Vorteil, daß einerseits beträchtliche Querschnittsteile des Zylinderkopfes zur Kühlluftführung benutzt werden, andererseits aber eine große Widerstandsfähigkeit des Zylinderkopfes gegen Verformungen durch die im Betrieb auftretenden Kräfte erzielt wird. Dabei werden die Erfordernisse einer verstärkten Kühlung der thermisch besonders hoch beanspruchten Zylinderkopfteile zwischen den Ventilen besonders berücksichtigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Versteifungsrippen nur in der Verbin-

dungslinie der außerhalb der Versteifungsrippen liegenden beiden Schraubenbutzen in an sich bekannter Weise mit einem Steg verbunden. Damit werden die durch die besondere Ausbildung der Versteifungsrippen an sich beträchtlich herabgesetzten Biegespannungen noch weiter verkleinert, ohne die guten Kühlverhältnisse zu beeinträchtigen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einen Schnitt nach der Linie I-I der F i g. 2,

Fig.2 einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie H-II der F i g. 1,

F i g. 3 einen weiteren Schnitt nach der Linie III-IIIinFig.2,

Fig.4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 1 und

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4;

F i g. 6 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie VI-VI in Fig. 1, wobei Abwandlungen der Rippenanordnung dargestellt sind,

Fig.7 eine Draufsicht auf ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Zylinderkopfes,

F i g. 8 einen Schnitt entsprechend F i g. 1 durch die abgewandelte Ausführung des Zylinderkopfes nach F i g. 7 und

F i g. 9 eine schematische Darstellung zu den wiedergegebenen Zylinderkopfausführungen.

Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich um den Zylinderkopf einer luftgekühlten, ventilgesteuerten Brennkraftmaschine mit einem Einlaß- und Auslaßventil je Zylinder.

Der plattenähnliche Zylinderkopfboden 1 weist drei etwa gleichmäßig über seinen Umfang verteilte Schraubenbutzen 2 für den Durchtritt der nicht dargestellten Zylinderkopfbefestigungsschrauben auf. Vom Zylinderkopfboden 1 gehen zwei im Abstand nebeneinander verlaufende, senkrechte Versteifungsrippen 3 aus, die sich annähernd über die gesamte Länge des Zylinderkopfes erstrecken. Die Anordnung dieser Versteifungsrippen 3 ist so getroffen, daß eine der drei Schraubenbutzen 2 mittig zwischen den beiden Versteifungsrippen 3 und die beiden anderen Schraubenbutzen 2 in symmetrischer Anordnung außerhalb der beiden Versteifungsrippen 3 liegen und die Versteifungsrippen zumindest annähernd in Richtung der Verbindungslinien jeweils eines außenmittig gelegenen, mit dem mittig zwischen den Versteifungsrippen 3 angeordneten Schraubenbutzen 2 verlaufen. >

Der Zylinderkopfboden 1, die beiden Versteifungsrippen 3 und eine mit diesen einstückig ausgeführte horizontale Deckplatte 4 bilden zusammen einen geschlossenen Kastenrahmen, der einen zentralen Kühlluftkanal 5 einschließt. Innerhalb des Kühlluftkanals 5 ist eine Anzahl paralleler, von Zylinderkopfboden 1 ausgehender, vertikaler Kühlrippen 6 angeordnet. Von den Versteifungsrippen 3 gehen großflächige, horizontale Kühlrippen 7 aus, die sich über die gesamte freie Breite, Länge und Höhe des Zylinderkopfes erstrecken.

Die Versteifungsrippen 3 bilden zugleich die inneren Begrenzungswände 8 der auf derselben Seite des Zylinderkopfes parallel nebeneinander ausmündend angeordneten Gaskanäle 9. Durch diese Maßnahme wird die im Bereich der Gaskanäle 9 für die horizontalen Kühlrippen 7 verfügbare Breite wirksam vergrößert. Die Versteifungsrippen 3 enthalten zugleich auch die Butzen 10 für die Führungen der beiden beiderseits der Längsachse des Zylinderkopfes angeordneten Ventile. Der für den Durchtritt der Kühlluft verfügbare Querschnitt ist daher relativ groß bemessen.

ίο Überdies ergibt sich durch die Vermeidung von Umlenkungen der den Zylinderkopf durchströmenden Kühlluft ein sehr geringer Strömungswiderstand. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der beiden Versteifungsrippen 3 ist eine besonders wirksame Kühlung des thermisch hoch beanspruchten Ventilsteges 11 durch die dort angeschlossenen vertikalen Kühlrippen 6 gewährleistet.

Der Zylinderkopfboden 1 ist, wie die F i g. 4 zeigt, mit einer schrägen, durchgehenden Aufnahmebohrung 12 für die nicht dargestellte Einspritzdüse versehen. Damit erfährt die innerhalb des Querschnittes des zentralen Kühlluftkanals 5 befindliche Einspritzdüse gleichfalls eine besonders wirkungsvolle Kühlung.

Bei der Zylinderkopfkonstruktion gemäß F i g. 1 bis 5 wird eine besondere Biegesteifigkeit durch den geschlossenen Kastenrahmenquerschnitt im Zusammenhang mit dem zum Zylinderkopfboden 1 sich erweiternden, keilförmigen Querschnittsteil 13 der Versteifungsrippen 3 erreicht.

In Abwandlung dieses Konstruktionsprinzips kann der Zylinderkopf auch nach den Fig.7 und8 ausgebildet werden. Bei dieser Ausführung entsteht ein annähernd geschlossener Dreiecksträger, gebildet aus den beiden die Schraubenbutzen 2 verbindenden Versteifungsrippen 3 und einem die beiden Versteifungsrippen 3 an ihrem oberen Ende in der Verbindungslinie der außenliegenden Schraubenbutzen 2 in an sich bekannter Weise verbindenden Steg 16 (Fig.7).

Die obere Begrenzung des Zylinderkopfes wird abweichend von der Ausführung nach F i g. 1 durch eine auf die Versteifungsrippen aufgesetzte, eigene Deckplatte 17 (Fig. 8), z.B. die Grundplatte des Kipphebelgehäuses, gebildet, die ebenfalls zur weiteren Versteifung und Luftführung dient.

Im Bereich des erweiterten Teiles des von den Versteifungsrippen begrenzten Kühlluftquerschnittes können zusätzliche Kühlrippen angebracht sein. Die linke Bildhälfte der F i g. 6 zeigt eine Ausführung, bei der diese zusätzlichen Kühlrippen 14 horizontal verlaufen und an die Versteifungsrippen 3 angeschlossen sind. Bei der in der rechten Bildhälfte der F i g. 6 dargestellten Ausführung ist hingegen eine zusätzliche vertikale Kühlrippe 15 am Zylinderkopfboden 1 angeordnet, welche etwa parallel zu der in diesem Bereich nach außen abgewinkelten Versteifungsrippe 3 verläuft.

Wie F i g. 9 zeigt, liegen die Versteifungsrippen annähernd in der Verbindungslinie 2-2 der Schraubenbutzen 2 und geht diese Verbindungslinie annähernd durch den Schwerpunkt 19 des zwischen den beiden Schrauben befindlichen stark umrandeten Teiles der Zylinderbüchsenauflagefläche 18 hindurch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Zylinderkopf für luftgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen mit auf derselben Seite des Zylinderkopfes ausmündenden Gaskanälen und Ventilführungen für zwei hängend angeordnete Ventile sowie zwei im Abstand nebeneinander verlaufenden, zum Zylinderkopfboden senkrechten Versteifungsrippen, welche die Butzen für die Ventilführungen enthalten und mit seitlich abstehenden, zum Zylinderkopfboden etwa parallelen Kühlrippen versehen sind, und zwischen den Versteifungsrippen angeordneten, ebenfalls vom Zylinderkopfboden abstehenden und etwa in derselben Richtung wie die Gaskanäle verlaufenden Kühlrippen, und mit Schraubenbutzen für den Durchtritt der Zylinderkopfbefestigungsschrauben, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise drei über den Umfang des Zylinderkopfbodens (1) etwa gleichmäßig verteilte Schraubenbutzen (2) vorgesehen sind, deren Verbindungslinien annähernd je durch den Schwerpunkt (19) des zwischen den zwei Schraubenbutzen (2) liegenden Teiles der Zylinderbuchsenauflage (18) hindurchgehen, und daß einer der Schraubenbutzen (2) an der die Mündung der Gaskanäle (9) aufweisenden Seite des Zylinderkopfes mittig zwischen den Versteifungsrippen (3) liegt und die Versteifungsrippen (3) zumindest annähernd in Richtung der Verbindungslinien jeweils eines außermittig gelegenen, mit dem mittig zwischen den Versteifungsrippen (3) angeordneten Schraubenbutzen (2) verlaufen.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsrippen (3) nur in der Verbindungslinie der außerhalb der Versteifungsrippen (3) liegenden beiden Schraubenbutzen (2) in an sich bekannter Weise mit einem Steg (16) verbunden sind.