DE1950704C3 - Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
Zylinderkopf für eine luftgekühlte HubkolbenbrennkraftmaschineInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
- F02F1/28—Cylinder heads having cooling means for air cooling
- F02F1/30—Finned cylinder heads
- F02F1/32—Finned cylinder heads the cylinder heads being of overhead valve type
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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-
!9 50
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
Claims (8)
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.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19691950704 DE1950704C3 (de) | 1969-10-08 | 1969-10-08 | Zylinderkopf für eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine |
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Family Applications (1)
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-
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- 1970-09-29 GB GB4633270A patent/GB1301165A/en not_active Expired
- 1970-10-07 AT AT904670A patent/AT314275B/de active
Also Published As
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GB1301165A (en) | 1972-12-29 |
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |