DE1950704C3

DE1950704C3 - Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1950704C3
Application number: DE19691950704
Authority: DE
Inventors: Otto Dr.-Ing. 7060 Schorndorf 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: 1981-07-16
Also published as: GB1301165A; AT314275B; DE1950704B2; FR2061432A5; DE1950704A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Ventilen zur Steuerung des Gaswechsels, bei dem die Stegzone zwischen den Ventilen durch ein zusätzliches Kühlmittel gekühlt wird.

Bei der Entwicklung luftgekühlter Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit spezifisch hoher Leistung werden die dem Brennraum nahegelegenen Maschinenteile thermisch immer höher betastet Vor allem bietet der Zylinderkopf wegen seiner komplizierten Gestalt zahlreiche Schwierigkeiten bezüglich seiner Festigkeit. Ein Hauptproblem stellen die infolge örtlicher Temperauirdifferenzen auftretenden Wärmespannungen dar. Um die Temperaturdifferenzen möglichst klein zu halten, werden die am Zylinderkopf vorgesehenen Kühlrippen nnch Möglichkeil in ihrer Gesialtung. 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 Wärmeleitfähigkeit des Zylinderkopfwerkstoffes an die Außenfläche des Zylinderkopfes abgeleitet. Bei luftgekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit mehreren Ventilen zur Steuerung des Gaswechsels ist besonders die Stegzone zwischen den Ventilen thermisch hoch beansprucht.

Es ist bekannt (DE-AS 12 24 094) zur Stegkühlung eines luftgekühlten Zylinderkopfes ein Teil des Zylinderkopfbodens im Stegbereich durch einen gerichteten Schmierölstrahl zusätzlich zu kühlen. Das Schmieröl

ίο tritt mit Druck aus einer Düse aus und trifft in eine Mulde auf dem Zylinderkopfboden, wo es mit dem aus den Lagerstellen der Kipphebel austretenden Schmieröl zusammen in der Mulde eine Strömung bildet, die das Kühlmittel umwälzt Diese zusätzliche Kühlung vermag zwar eine große Wärmemenge aus dem Zylinderkopfboden abzuführen, aber nicht die Temperaturspitze im Steg nennenswert abzusenken. Diese zusätzliche Kühlung besitzt auch durch das Auffangen des Spritzöls in einer Mulde eine zu geringe Strömungsgeschwindigkeit um wirksam kühlen zu können.

Es ist ferner eine zusätzliche Kühlung des Ventilsteges eines luftgekühlten Zylinderkopfes bekannt (FR-PS 15 62 679), bei der im Stegbereich über dem Zylinderkopfboden ein öldichter Raum vorgesehen ist An diesen Raum ist der Schmierölkreislauf des Motors durch Zu-und Abflußleitungen angeschlossen. Der Raum liegt zwar über dem Ventiisteg aber auch über dem an dieser Stelle sehr dicken Zylinderkopfboden. Auch hier hat der dicke Zylinderkopfboden eine gute wärmeverteilende Wirkung, vermag aber nicht die hohe Temperaturspitze im Steg nennenswert abzusenken, weil zu viel Wärme aus dem dicken Boden in den Kühlkanal nachfließt. Nachteilig ist auch die zusätzliche Verlegung von Ölleitungen entlang den Außenflächen der Maschine,

J5 die bei Beschädigungen leicht die Ölversorgung unterbrechen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stegzone intensiv zu kühlen, um örtliche Temperaturspitzen und Wärmespannungen im tTylinderkopf abzubauen, ohne zusätzliche Leitungen für ein zusätzliches Kühlmittel vorsehen zu müssen. Sie wind bei einem Zylinderkopf der eingangs beschriebenen Art erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß zur zusätzlichen Kühlung der Stegzone ein bis nahe an den Brennraum heranreichender Hohlkörper eingesetzt ist, der mit einem bei Betriebstemperatur siedenden Medium gefüllt ist und dessen brennraumfernes Ende Kühlvorrichtungen aufweist, die durch 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 allseilig geschlossene Hohlkörper ist betriebssicher und wartungsfrei. Bei auftretenden Beschädigungen läßt er sich leicht auswechseln. Da der Hohlkörper gegenüber

μ dem Zylinderkopf ein besonderes Teil ist, kann sein Werkstoff entsprechend seiner Funktion gewählt werden. Hierfür können die Wärmeleitfähigkeit, die Festigkeitseigenschaften und die Beständigkeit gegenüber dem eingefüllten Medium ausschlaggebend sein.

h'> Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Hohlkörper im Zylinderkopf eingegossen. Dies kann in der Weise geschehen, daß der gefüllte und geschlossene Hohlkör-

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per in die Gießform eingebracht wird. Es kann jedoch, bedingt durch das einzufüllende Medium, auch zweckmäßig sein, nur einen Teil des Hohlkörpers in den Zylinderkopf einzugießen und den anderen Teil, der die Kühlvorrichtungen aufweist, nach dem Füllen des ^r> eingegossenen Teiles mit diesem erst zu verbinden. Die Verbindung kann in geeigneter Weise durch eine Schraubverbindung, durch Schweißen, Löten oder dergl. hergestellt werden.

Um zu vermeiden, daß sich Dampfblasen an tiefer gelegenen Stellen des Hohlkörpers ansammeln und die Wärmeübertragung behindern, ist vorgesehen, daß sich der Hohlkörper zum brennraumfernen Ende hin erweitert. Ferner erzielt man dadurch eine größere Oberfläche, die der Kühlluft ausgesetzt ist, ohne die is Stegzone selbst zu sehr zu schwächen.

Wegen einer besseren Wärmeübertragung zur Luftseite hin und aus wirtschaftlichen Gründen kann es zweckmäßig sein, die Wandungen der Hohlkörper dünn auszubilden. Damit sie bei Oberschreiten zulässiger Temperaluren nicht durch den mit steigender Temperatur zunehmenden Innendruck' zersJört werden, wird ferner vorgeschlagen, an dem Hohlkörper ein Druckbegrenzungsventil vorzusehen. Im Bedarfsfall kann durch seine AnschluBöffnung die Flüssigkeit ?s 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 jo 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 Kühlluftströmung von Rohren durchsetzt ist Die Rohre vergrößern die von der Kühlluft beaufschlagte Oberfläche des Hohlkörpers, an der der Dampf kondensieren kann. Es entsteht dadurch ein schnellerer Wärmeaustausch und damit eine intensivere Kühlung der Stegzone. Die Kehlwirkung kann ferner noch dadurch gesteigert werden, daß am brennraumfernen Teil des Hohlkörpers Kühlrippen vorgesehen werden.

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 heranreichenden Hohlkörper 7 eingelassen, der zum Teil mit einem bei Betriebstemperatur siedenden Medium 8 gefüllt ist. Der Hohlkörper 7 besteht aus einem TeiJ 9, der bis nahe an den Brennraum 10 heranreicht, und einem brennraumfernen Teil 11, der Kühlvorrichtungen aufweist. Nach dem Füllen des Teiles 9 wird er ;nit dem Teil 11, beispielsweise durch eine Schweißnaht J 2, fest verbunden. Der Hohlkörper 7 kann in den Zylinderkopf 1 eingegossen oder in eine entsprechende Bohrung eingesetzt sein. Es ist jedoch auch möglich, nur den Teil 9 des Hohlkörpers 7 in den Zylinderkopf 1 einzugießen und nachträglich mit dem Teil 11 zu verbinden. Die Kühlvorrichtungen 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. Sowohi am Zylinderkopf 1 als auch am Zylinder 15 sind in üblicher Weise Kühlrippen 16 angeordnet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit mehreren Ventilen zur Steuerung des Gaswechsels, bei dem die Stegzone zwischen den Ventilen durch ein zusätzliches Kühlmittel gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Kühlung der Stegzone (6) ein bis nahe an den Brennraum heranreichender Hohlkörper (7) eingesetzt ist, der mit einem bei Betriebstemperatur siedenden Medium (8) gefüllt ist und dessen brennraumfernes Ende (11) Kühlvorrichtungen (13, 14) aufweist, die durch Kühlluft beaufschlagt werden.

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

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, 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 diesem fest verbunden wird und die Kühlvorrichtungen (13,14) aufweist.

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

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 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, da3 der hohlkörper (7) in seinem brennraumfernen Teil (11) in Richtung der Kühlluftströmung 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.