DE1950704A1

DE1950704A1 - Zylinderkopf fuer eine luftgekuehlte Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1950704A1
Application number: DE19691950704
Authority: DE
Inventors: Otto Dr-Ing Herschmann
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1969-10-08
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1971-04-22
Also published as: DE1950704B2; AT314275B; GB1301165A; FR2061432A5; DE1950704C3

Description

Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkolbenhrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Ventilen zur Steuerung des G-aswechsels.

Bei der Entvacklung luftgekühlter Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit spezifisch hoher Leistung werden die dem Brennraum nahegelegenen Maschinenteile thermisch immer höher belastet. Vor allem bietet der Zylinderkopf wegen seiner komplizierten Gestalt zahlreiche Schwierigkeiten bezüglich seiner !Festigkeit. Ein Hauptproblem stellen die infolge örtlicher Temperaturdifferenzen auftretenden Wärmespannungen dar. Um die Temperaturdifferenzen möglichst klein zu halten, werden die am Zylinderkopf vorgesehenen Kühlrippen nach Möglichkeit in ihrer Gestaltung, Anzahl und ihren Abständen voneinander dem örtlichen Wärmeanfall entsprechend angepaßt. An einigen kritischen stellen des Zylinderkopfes ist es jedoch wegen der beengten Raumverhältnisse oder aus fertigungstechnischen Gründen nicht möglich, eine genügende Anzahl von Kühlrippen vorzusehen· Von diesen Stellen mit großer Werkstoffanhäufung wird die Wärme durch die Wäi?m«- leitfähigkeit des Zylinderkopfwerkstoffes an dl« Außenfläöhe

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des Zylinderkopfes abgeleitet. Bei luftgekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit mehreren Ventilen zur Steuerung des G-aswechsels ist besonders die Stegzone zwischen den Ventilen thermisch hoch beansprucht.

. Es ist bekannt (daitsche Patentschrift 322 811)_? ein Auslaßventil von Verbrennungskraftmaschine*! zu kühlen_s indem der hohle Ventilkörper mit Wasser gefüllt und durch eine Leitung mit einem Kühler verbunden ist. Bei Betriebstemperatur beginnt das Wasser im Ventil schnell zu sieden« Die entstehenden Blasen steigen in die Höhe und durch die Leitung in den mit Kühlrippen versehenen Kühler und kondensieren« Das Kondensat wird dem Ventil wieder zugeführt.

Ferner ist bekannt (deutsche Patentschrift 407 643)Ί den hohlen Ventilkörper eines Ventils für eine Brennkraftmaschine teilweise mit Quecksilber zu füllen, das bei Berührung mit ö@m erhitzten Teil des Ventiles verdampft und im kühleren Ventil teil kondensiert. Dabei kann die Wirksamkeit, und Betriebsfähigkeit des ' Ventils durch eine Zwischenschicht aus einem Amalgam oder eine Legierung von Quecksilber in Form ein^a zus^änmöiihäiigeiddon Über-*· zuges gesteigert werden» ~-~) -

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, örtliche Temperaturspitzen im Zylinderkopf abzubauen und durch Wärmespannungen gefährdete Stellen intensiv zu kühlen. Sie wird bei einem Zylinderkopf der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereiche der Stegzone zwischen den Ventilen ein allseitig geschlossener, bis nahe an den Brennraum heranreichender Hohlkörper eingesetzt ist, der in an sich bekannter Weise zum Teil mit einem bei Betriebstemperatur siedenden Medium gefüllt ist und dessen brennraumfernes Ende Kühlvorrichtungen aufweist, die durch die Kühlluft beaufschlagt werden*

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Hohlkörpers in der Stegzone ist es möglich, der kritischen Stelle des Zylinderkopfes die Wärme wirksam zu entziehen und die auftretende Spitzentemperatur herabzusetzen. Dabei läßt sich der Hohlkörper auf einfache Weise in eine leicht herzustellende Bohrung des Zylinderkopfes einsetzen. Der zum Teil gefüllte und allseitig geschlossene Hohlkörper ist betriebssicher und wartungsfrei. Bei auftretenden Beschädigungen läßt er^gich leicht auswechseln. Da der Hohlkörper gegenüber dem,Zylinderkopf ein besonderes Teil ist, kann sein Werkstoff entsprechend seiner

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Sunktion ausgewählt werden. Hierfür können.- die Wärmeleitfählg- _: keit, die Eestigkeit.seigenschaften und; die Beständigkeit gegenüber dem-.eingefüllten Medium aussclilaggebeiid sein. ■' '_-" ■-

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist gemäß, einer" Ausgestaltung der "-'Erfindung der Hohlkörper im Zylinderkopf eingegcss-en. Dies.-kann in_: der Weise geschehen.-, daß dei* gefüllte imd-go- . schlossens Hoh'tkorper in die "Gießform eingebra.cbi; v.'iro!. ils '<:&w . jedoch-Ipedingt durcri das einzufüllende Medium "auch a-reo-_,π:ϋ31_£τ. sein, nur einen Teil des Hohlkörpers in den 'Sylindencöo/- e:Lii"ugießen. und den-anderen Teil, der die Kühlvorrichtungen au:/- . weist,, nach dem_ ?üllen des .eingegossenen Teiles mit diesei-i. .'e-st su "verbinden.." Die Verbindung kann in geeigneter Weise durch eine ."■Schraubverbindung, durch Schweißen," Löten, oder de.i'gl. herge-

stellt werden*¹

Um zu vermeiden,-'-daß sieh "Dampfblasen an tiefer gelegenen Stel- . len des Hohlkörpers ansammeln und die 'Wärmeüberbragung behindern, ist .vorgesehen, daß sich der Hohlkörper tfuin brennräuui.rörneiiE^;x!ü hin erweitert, ferner erzielt man dadurch eitie gröi3cve. Obei'r'l.loho rlie der Ivühiiuft ausgesetzt iBt," ohne die 3tegsone selbst v.m aehv au schwächen«." '. ■-. :■-.'■"" .-" " - - -

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Wegen, einer besseren Wärmeübertragung zur Luftseite hin und aus wirtschaftlichen Gründen kann es zweckmäßig sein, die Wandungen des^Hohlkörpers dünn auszubilden, damit sie, selbst bei Überschreiten zulässiger Temperaturen, nicht durch den mit steigender Temperatur zunehmenden Innendruck zerstört werden, wird ferner vorgeschlagen, an dem Hohlraum ein Druckbegrenzungsventil vorzusehen.- Im BedarfsSLl kann durch seine Anschlußöffnung die Flüssigkeit in dem Hohlkörper ergänzt werden.

Bei niedrigen Temperaturen besteht die Gefahr, daß die Flüssigkeit während des Stillstandes'der Maschine gefriert und der. Hohlkörper beschädigt wird. Dies kann in vorteilhafter Weise dadurch vermieden werden, daß der Hohlkörper mit einer niedrig gefrierenden Flüssigkeit gefüllt ist. Zu diesem Zwecke können Frostschutzmittel- wie sie bei wassergekühlten Brennkraftmaschinen bekannt sind- verwendet werden. - '·

Eine besonders raumsparende Konstruktion ergibt sich, wenn der Hohlkörper in seinem brennraumfernen Teil in Richtung der Kühl-Juft von liohren durchsetzt ist. Die Rohre vergrößern die von der KJIhU. ul't beaufschlagte Oberfläche des Hohlkörpers, an der der Dampf Kondensieren kann. Es entsteht dadurch ein schnellerer

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Wärmeaustausch und damit eine intensivere Kühlung der Stegzone. Die Kühlwirkung kann ferner noch dadurch gesteigert werden, daß am brennraumfernen' Teil des Hohlkörpers Kühlrippen vorgesehen werden.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Abbildung zeigt einen teilweisen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.

Mit 1 ist der Zylinderkopf einer luftgekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet. Er weist zwei Ventile 2 auf, die in Ventilführungen 3 geführt sind. Die Ventile 2 beherrschen Gaswechselkanäle 4, an dessen Mündungen Ventilsitzringe 5 in den Zylinderkopf 1 eingesetzt sind. Im Bereiche der Stegzone 6- zwischen den Ventilen 2 ist ein allseitig geschlossener, bis nahe an den Brennraum 10 heranreichender Hohlkörper 7 eingelassen, der zum Teil mit einem bei Betriebstemperatur siedenden Medium gefüllt ist. Der Hohlkörper 7 besteht aus einem Teil 9, der bis nahe an den Brennraum 10 heranreicht, und einem brennraumfernen Seil 11, der Kühlvorrichtungen aufweist. Mach dem füllen des Teiles 9 wird er mit dem. Teil 11 durch eine Schweii3naht 12 fest verbunden. Der Hohlkörper 7 kann in den Zylinderkopf 1 eingegossen oder in eine entsprechende Bohrung eingesetzt sein.

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Es ist jedoch auoli möglich, nur den Teil 9 des Hohlkörpers 7 in den Zylinderkopf 1 einzugießen und nachträglich mit dem Teil 11 zu verbinden. DieKühlvorrichtungen des Teiles 11 des Hohlkörpers 7 bestehen aus Kühlrippen 13 und Rohren 14, die in Strömungsrichtung der Kühlluft angeordnet sind.

Bei Erreichen der Verdampfungstemperatur des Mediums 8 steigen von dem brennraumnahen Ende des Hohlkörpers 7 Dampfblasen auf. Der Dampf kondensiert in dem kühleren Teil 11 des Hohlkörpers 7, schlägt sich an den kühlen Wandungen des Teils 11 bzw. der Rohre 14 nieder, und das Kondensat wird wieder den heißeren Zonen im Bereiche der Stegzone 6 zugeführt.

Der Teil 9 des Hohlkörpers 7 erweitert sich zum Teil 11 hin, 'so daß die Dampfblasen sich frei nach außen bewegen können. Der Zylinderkopf 1 schließt den Zylinder 15 nach oben hin ab. Sowohl am Zylinderkopf 1 als auch am Zylinder 15sind in üblicher Weise Kühlrippen 16 angeordnet. ·

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Claims

/ma klo KLOCKNER-HUMBOLOT-OEUTZA6-K0Ln Patentansprüche

1. ) Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkölbenbrennkraftmaschine mit mehreren "Ventilen zur Steuerung des G-aswechsels, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereiche d^:er Stegzone (6) zwischen den "Ventilen (2) ein allseitig, geschlossener, bis nahe an den Brennraum heranreichender Hohlkörper "(-7) eingesetzt ist, der in an sich bekannter Weise zum Teil mit einem bei Betriebstemperatur siedenden Medium (8) gefüllt ist und dessen brennraumfernes Ende (11) 'Kühlvorrichtungen' (13, 14) aufweist, die durch die Kühlluft beaufschlagt werden»

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (7) im Zylinderkopf (1) eingegossen ist..

3· Zylinderkopf nach Anspruch 1 o-der 2, -dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (7) aus einem im Zylinderkopf eingegossenen Teil (9) und einem anderen Teil (11) besteht, der nach dem Füllen des eingegossenen Teiles (9) ■ mit diesen fesi. verbunden wird und die Kühlvorrichtungen/(13, 14) aufweist.

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4. Zylinderkopf nach "einem, der Ansprüche 1 Ms 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hohlkörper (7) zum brennraumfernen Ende (11) hin erweitert.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper'(7) ein Druckbegrenzungsventil aufweist.

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper mit einer niedrig gefrierenden Flüssigkeit (8) gefüllt ist.

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (7) in seinem brennraumfernen Teil (11) in Richtung der Kühlluft von Rohren (14) durchsetzt ist« ■

8. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am brennraumfernen Teil (11) des Hohlkörpers (7) Kühlrippen (13) vorgesehen sind.

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