DE1961804B2

DE1961804B2 - Cylinder head attachment for reciprocating internal combustion engines

Info

Publication number: DE1961804B2
Application number: DE19691961804
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich 5060 Bens berg Howe
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1969-12-10
Filing date: 1969-12-10
Publication date: 1972-06-15
Also published as: CS148154B2; DE1961804A1; FR2059340A5; US3699852A; GB1330476A; DE1961804C3; AT311732B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfbefestigung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine in Ein- oder Mehrzylinderbauart mit für jeden Zylinder gesonderten Zylinderköpfen, bei der benachbarte Zylinderköpfe einer Reihe mit ihrem Zylinder und dem Kurbelgehäuse mittels zwischen den Zylinderköpfen angeordneten Dehnschrauben verspannt sind, wobei die Dehnschrauben über eine Brücke auf die Zylinderköpfe.einwirken. The invention relates to a cylinder head attachment for a reciprocating internal combustion engine in one or multi-cylinder design with separate cylinder heads for each cylinder, with adjacent cylinder heads a row with its cylinder and the crankcase by means of between the cylinder heads arranged expansion screws are braced, the expansion screws acting on the cylinder heads via a bridge.

Bei Zylinderköpfen von Hubkolbenbrennkraftmaschinen treten mit steigender thermischer und mechanischer Belastung Festigkeits- und Verformungs-Problome auf, die einer weiteren Steigerung der Belastung und damit einer Leistungssteigerung der Maschine vom Werkstoff her eine Grenze setzen. Bei Leichtmetallzylinderköpfen luftgekühlter Brennkraftmachinen wird die Grenze der Werkstoffestigkeit durch die zum Zwecke der Kühlung zergliederte Bauweise noch weiter herabgesetzt. Hierbei ist die Anordnung der Befestigungsschrauben im Zylinderkopf besonders schwierig, weil die Schraubenkräfte, die den Zylinderkopf mit dem Zylinder und dem Kurbelgehäuse verspannen, starke Verformungen hervorrufen. With cylinder heads of reciprocating piston internal combustion engines occur with increasing thermal and mechanical Load strength and deformation problems, which further increase the load and thus set a limit to an increase in the performance of the machine in terms of material. at Light metal cylinder heads of air-cooled internal combustion engines become the limit of material strength further reduced by the design, which is fragmented for the purpose of cooling. Here is the arrangement the fastening screws in the cylinder head are particularly difficult because the screw forces that Brace the cylinder head with the cylinder and the crankcase, causing severe deformations.

Es ist bekannt, die Befestigungsschrauben für den Zylinderkopf je nach Anzahl alle oder teilweise in der örtlich erweiterten Trennfuge zweier Zylindereinheiten anzuordnen und beide Zylinderköpfe über eine Scheibe oder Lasche zugleich mit dem Zylinderkurbelgehäuse zu verspannen. Nachteilig ist hierbei, daß Höhenunterschiede durch die Fertigungstoleranzen zwischen den beiden Zylindereinheiten nicht ausgeglichen werden, wodurch sich hohe Kantenpressungen und eine zusätzliche Beanspruchung der Schraube durch Biegung ergeben.It is known that the fastening screws for the cylinder head depending on the number all or part of the to arrange locally expanded joint of two cylinder units and both cylinder heads via one To brace disk or bracket at the same time with the cylinder crankcase. The disadvantage here is that Differences in height due to the manufacturing tolerances between the two cylinder units are not compensated for resulting in high edge pressures and additional stress on the Bend result in a screw.

Es ist ferner bekannt, die Schraubenkräfte über eine ballige Scheibe mit entsprechendem Gegenlager zu übertragen. Dieses hat den Nachteil, daß die Schraubenkraft am Rand oder in Randnähe des Zylinderkopfes angreift, wodurch sich, bedingt durch die Form der Fügefläche zwischen Zylinderkopf und Zylinder, ein Kippmoment ergibt, das den Zylinderkopf bei einseitigem Lösen der Befestigungsschrauben kippt. Damit ist der Vorteil eines erleichterten Ein- und Ausbaus von Einzelzylindereinheiten aufgehoben, weil alle Schrauben gelöst werden müssen.It is also known to control the screw forces via a spherical washer with a corresponding counter bearing transferred to. This has the disadvantage that the screw force on the edge or near the edge of the cylinder head attacks, which, due to the shape of the joining surface between the cylinder head and Cylinder, results in a tilting moment that the cylinder head is released when the fastening screws are loosened on one side tilts. This eliminates the advantage of easier installation and removal of individual cylinder units, because all screws have to be loosened.

Es ist schließlich eine luftgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, (deutsche Patentschrift 940 075 und Motorentechnische Zeitschrift, 1968, Heft 4, S. 132 bis 138), bei der die Zylinderkopfbefestigung mittels Dehnschrauben erfolgt, die z. T. in den Gaskanälen angeordnet sind. Dies hat den Nachteil, daß die Schraubenanordnung und die Kanalform aufeinander abgestimmt sein müssen, obwohl die Einlaßkanalform hauptsächlich von der Forderung bestimmt wird, der in den Zylinder einströmenden Luft einen Drall zu erteilen. Andererseits ist die Schraubenauflage etwa in der Höhe des Zylinderkopfbodens angeordnet, dessen Bauhöhe zur Aufnahme des Biegemomentes, hervorgerufen durch die Schraubenkräfte, mit zunehmender thermischer Belastung der Maschine meist nicht ausreicht. Es kommt zu Verformungen, insbesondere im Bereich des Auspuffkanals, die je nach erreichter Temperaturhöhe zu bleibenden Verformungen führen. Ein Nachlassen der Schraubenkraft und Undichtigkeiten zwischen Zylinderkopf und Zylinder sind die Folge.Finally, an air-cooled internal combustion engine is known (German patent specification 940 075 and Motorentechnische Zeitschrift, 1968, No. 4, pp. 132 to 138), in which the cylinder head attachment means Expansion screws takes place, the z. T. are arranged in the gas channels. This has the disadvantage that the The screw arrangement and the channel shape must be matched to one another, although the inlet channel shape is mainly determined by the requirement of the air flowing into the cylinder Grant twist. On the other hand, the screw support is arranged approximately at the level of the cylinder head base, its overall height to absorb the bending moment caused by the screw forces, with increasing thermal load on the machine is usually not sufficient. Deformations occur especially in the area of the exhaust duct, which must remain depending on the temperature level reached Cause deformations. A decrease in screw force and leaks between the cylinder head and cylinders are the result.

Es ist ferner bekannt (schweizerische Patentschrift 251 988), bei einer luftgekühlten Brennkraftmaschine die Befestigungsschrauben für den Zylinderkopf zwischen zwei benachbarten Zylindereinheiten anzuordnen, wobei jedoch für jeden Zylinderkopf eigene Befestigungsschrauben angewendet werden, was zur Folge hat, daß im Bereich der Befestigungsschrauben jeweils der eine Zylinderkopf mit einer Schraubenpfeife in den Bereich des benachbarten Zylinderkopfes übergreift und sich eine zahnförmige Trennfuge zwischen zwei benachbarten Zylindern ergibt. Diese Befestigungsschrauben haben dabei teilweise einen sehr großen Abstand von der Dichtfläche zwischenIt is also known (Swiss patent 251 988) in an air-cooled internal combustion engine to arrange the fastening screws for the cylinder head between two adjacent cylinder units, however, separate fastening screws are used for each cylinder head, which leads to The result is that one cylinder head with a screw whistle in the area of the fastening screws overlaps in the area of the adjacent cylinder head and forms a tooth-shaped parting line between two adjacent cylinders results. Some of these fastening screws have one very large distance from the sealing surface between

Zylinderkopf und Zylinder, was unerwünscht große Biegemomente in den Bereichen des Zylinderkopfes nahe der SchraubenpfeiEen ergibt,Cylinder head and cylinder, which undesirably large bending moments in the areas of the cylinder head close to the screw arrows,

Es ist ebenfalls bekannt (französische Patentschrift 934 637), benachbarte Zylinder mit einem Flansch am Zylinderfuß mittels Spannlaschen am Kurbelgehäuse zu befestigen. Die Spannlaschen werden durch eine im Kräftemittelpunkt angreifende Schraube auf die Flansche der Zylinder gedrückt.It is also known (French patent specification 934 637), neighboring cylinders with a flange on the cylinder base by means of clamping straps on the crankcase to fix. The tensioning straps are opened by a screw acting in the center of the force the flanges of the cylinders pressed.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Schraubenbefestigung des Zylinderkopfes so zu gestalten, daß diese wenig Einfluß auf die Lage und Form der Gaswechselkanäle nimmt und die Schraubenkraft möglichst unmittelbar in die Fügefläche zwischen Zylinderkopf und Zylinder geleitet wird.It is the object of the invention to make the screw fastening of the cylinder head so that this little influence on the position and shape of the gas exchange channels takes and the screw force as directly as possible in the joining surface between the cylinder head and cylinder is directed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Dehnschraube in an sich bekannter Weise eine gesonderte Brücke zugeordnet ist, die jeweils nur auf zwei benachbarte Zylinderköpfe annähernd punktförmig einwirkt und so ausgebildet ist, daß die senkrechte Projektion der Verbindungslinie zweier bneachbarter Brückenauflagepunkte auf die kreisringförmige Fügefläche zwischen Zylinderköpfen und Zylindern zur Flächenmittellinie dieser Fügefläche eine Sehne ist.This object is achieved according to the invention in that each expansion screw is known per se Way a separate bridge is assigned, each only approximating to two adjacent cylinder heads acts punctiform and is designed so that the vertical projection of the connecting line two accessible bridge support points on the circular joining surface between cylinder heads and cylinders to the surface center line of this joining surface is a chord.

Hierdurch ist die Führung der Gaswechselkanäle weitgehend unabhängig von der Schraubenlage. Durch den hochliegenden Kraftangriffspunkt der Brücke wird die Druckverteilung im Zylinderkopf günstiger und die Anpreßkraft der Fügeflächen gleichmäßiger. Außerdem sind die Auflagepunkte der Brücke fast senkrecht über dem Schwerpunkt der Viertel-Fügefläche zwischen Zylinderkopf und Zylinder angeordnet, womit das durch die Schraubenkraft eingeleitete Biegemoment gering wird und bei einseitigem Lösen zweier Dehnschrauben ein Kippmoment verhindert wird. Es ist ein weiterer Gedanke der Erfindung, an den Endzylindern als Gegenlager für die Brücken Hilfsstützen zu verwenden, die bei luftgekühlten Maschinen vorzugsweise aus einer örtlich verstärkten Kühlluftverkleidung gebildet werden.As a result, the routing of the gas exchange channels is largely independent of the screw position. The pressure distribution in the cylinder head is due to the high force application point of the bridge cheaper and the contact pressure of the joining surfaces more even. In addition, the support points are the Bridge almost vertically above the center of gravity of the quarter joint surface between cylinder head and cylinder arranged, so that the bending moment introduced by the screw force is low and with one-sided Loosening two expansion screws prevents a tilting moment. It is another thought of the invention, to use auxiliary supports on the end cylinders as counter bearings for the bridges, which are used in the case of air-cooled Machines are preferably formed from a locally reinforced cooling air cladding.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die von der Brücke übertragenen Schraubenkräfte über ballige Druckflächen und der Flächenpressung entsprechende Zwischenlagen, die plan oder konkav ausgebildet sind, auf den Zylinderkopf zu übertragen. Die balligen Druckflächen gleichen Höhendifferenzen der Brückenauflage aus, während die Zwischenlagen Verschiebungen nach allen Seiten ausgleichen, so daß an die Genauigkeit der Lage zweier Zylindereinheiten keine besonderen Anforderungen gestellt werden. Um einen günstigen Kraftfluß der Schraubenkräfte zu erreichen, insbesondere um die Ausbildung eines Druckkegels, der die Kräfte möglichst gleichmäßig auf die Fügefläche verteilt, zu bewirken, wird vorgeschlagen, daß die Auflagepunkte der Brücke auf dem Zylinderkopf axial möglichst weit von der Fügefläche entfernt, etwa auf dem oberen Zylinderkopfboden, angeordnet sind. Zur Übertragung der Druckkräfte von der Brückenauflage zur Fügefläche dienen vorzugsweise die Wände der GaswechselkanHle oder Stützwände, Rippen und Versteifungen, wobei die letzteren eine dem Luftstrom angepaßte Form aufweisen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In a further embodiment of the invention it is proposed that the screw forces transmitted by the bridge be transmitted to the cylinder head via spherical pressure surfaces and intermediate layers corresponding to the surface pressure, which are planar or concave. The spherical pressure surfaces compensate for differences in height of the bridge support, while the intermediate layers compensate for displacements on all sides, so that no special requirements are placed on the accuracy of the position of two cylinder units. In order to achieve a favorable flow of forces in the screw forces, in particular to create a pressure cone that distributes the forces as evenly as possible over the joining surface, it is proposed that the points of support of the bridge on the cylinder head be as far away axially as possible from the joining surface, for example on the upper cylinder head base, are arranged. The walls of the gas exchange ducts or supporting walls, ribs and stiffeners are preferably used to transmit the pressure forces from the bridge support to the joining surface, the latter having a shape adapted to the air flow.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

A b b. 1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch zwei Zylindereinheiten einer luftgekühlten Brennkraftmaschine, bei dem die zwei Zylinder in Ansicht dargestellt sind;A b b. 1 shows a partial longitudinal section through two cylinder units of an air-cooled internal combustion engine, in which the two cylinders are shown in view;

ίο A b b. 2 zeigt die zwei Zylindereinheiten nach A b b. 1 in Ansicht von oben;ίο A b b. 2 shows the two cylinder units A b b. 1 in view from above;

A b b. 3 zeigt einen Schnitt durch die beiden Zylindereinheiten entsprechend der Linie IH-III in Abb. 1;A b b. 3 shows a section through the two cylinder units according to the line IH-III in FIG Fig. 1;

A b b. 4 zeigt von den in A b b. 1 dargestellten zwei Zylindereinheiten die Dichtfläche zwischen Zylinderkopf und Zylinder und die Lage der Dehnschrauben und Brückenauflagepunkte.
Zwei Zylinder 1,2 mit Zylinderköpfen 3,4 sindA b b. 4 shows of the in A b b. 1, the two cylinder units shown, the sealing surface between the cylinder head and cylinder and the position of the expansion screws and bridge support points.
Two cylinders 1,2 with cylinder heads 3,4 are

so mittels Dehnschrauben 5 über Brücken 6 und Zwischenlagen 7 mit einem Kurbelgehäuse 8 verbunden. Dabei ist jeder Dehnschraube 5 eine gesonderte Brücke 6 zugeordnet, die jeweils nur auf zwei benachbarte Zylinderköpfe 3, 4 annähernd punktförmigso by means of expansion screws 5 over bridges 6 and intermediate layers 7 connected to a crankcase 8. Each expansion screw 5 is a separate one Bridge 6 assigned, each approximately punctiform only on two adjacent cylinder heads 3, 4

as einwirkt. An den Außenseiten der Zylindereinheiten 1, 3 und 2, 4 wird die Schraubenkraft einerseits auf die Zylinderköpfe 3, 4 und andererseits auf die als Kühlluftverkleidungen ausgebildeten Hilfsstützen 9,10 übertragen.as acts. On the outside of the cylinder units 1, 3 and 2, 4, the screw force on the one hand on the cylinder heads 3, 4 and on the other hand on the Transferred auxiliary supports 9, 10 designed as cooling air panels.

Die vorteilhafte Anordnung der Dehnschrauben 5 in der Trennfuge zweier Zylindereinheiten zeigt die mögliche Gestaltungsfreiheit für die Gaswechselkanäle 11, 12, 13, 14, vorzugsweise der Einlaßkanäle 11, 13 und die günstige Verrippung 20 der sehr hei-Ben Innenbereiche des Zylinderkopfes. Die Strömungsrichtung der Kühlluft ist durch Pfeile gekennzeichnet. Hierbei sind die Freiräume IS für die Dehnschrauben S als Durchschnittsquerschnitte für die Kühlluft genügend groß bemessen.The advantageous arrangement of the expansion screws 5 in the parting line between two cylinder units is shown in FIG possible freedom of design for the gas exchange channels 11, 12, 13, 14, preferably the inlet channels 11, 13 and the favorable ribbing 20 of the very hot inner areas of the cylinder head. The direction of flow the cooling air is indicated by arrows. Here are the free spaces IS for the expansion screws S dimensioned to be sufficiently large as the average cross-section for the cooling air.

Die Flächenmittellinie 18 der Fügefläche 16 der Zylinderköpfe und Zylinder verläuft etwa in der Mitte zwischen dem Innen- und Außendurchmesser der Fügefläche 16. Die mittels Brücken 6 übertragenen Schraubenkräfte werden an den mit einem Kreuz gekennzeichneten Brückenauflagepunkten 17 auf den Zylinderkopf übertragen. Die senkrechte Projektion der Verbindungslinie 19 zweier benachbarter Brükkenauflagepunkte 17 schneiden die Flächenmittellinie 18 der kreisringförmigen Fügeflache 16 und bildet zu ihr eine Sehne. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein Kippen des Zylinderkopfes 3, 4 bei einseitigem Lösen oder Anziehen der Dehnschrauben 5 zwecks Ein- oder Ausbau des benachbarten Zylinderkopfes 4, 3 verhindert.The surface center line 18 of the joining surface 16 of the cylinder heads and cylinders runs approximately in the Middle between the inner and outer diameter of the joining surface 16. The transferred by means of bridges 6 Screw forces are applied to the bridge support points 17 marked with a cross Transfer cylinder head. The vertical projection of the connecting line 19 of two adjacent bridge support points 17 intersect the surface center line 18 of the annular joining surface 16 and form her a tendon. This is a tilting of the cylinder head 3, 4 in an advantageous manner with one-sided Loosen or tighten the expansion screws 5 for the purpose of installing or removing the adjacent cylinder head 4, 3 prevented.

Wenn das dargestellte Beispiel Brückenauflagerpunkte 17 zeigt, die in der Projektion paarweise innerhalb und außerhalb der Flächenmittellinie 18 der Fügefläche 16 liegen, so sind selbstverständlich Anordnungen, bei denen alle Brückenauflagerpunkte 17 innerhalb der Flächenmittellinie 18 liegen, in die Erfindung mit eingeschlossen.If the example shown shows bridge support points 17, which in the projection are in pairs within and lie outside the surface center line 18 of the joining surface 16, so are of course arrangements, in which all bridge support points 17 lie within the surface center line 18, into the invention including.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Cylinder head attachment for a reciprocating internal combustion engine in single or multi-cylinder design with separate cylinder heads for each cylinder, with adjacent cylinder heads a row with its cylinder and the crankcase by means of arranged between the cylinder heads Expansion screws "are tensioned, the expansion screws being attached to the cylinder heads via a bridge act, characterized that each expansion screw (5) has a separate bridge in a manner known per se (6) is assigned, each of which is approximately punctiform only on two adjacent cylinder heads (3, 4) acts and is designed so that the vertical projection of the connecting line (19) two adjacent bridge support points (17) ao on the annular joining surface (16) between Cylinder heads (3, 4) and cylinders (1, 2) to the surface center line (18) of this joining surface (16) is a tendon.

2. Cylinder head attachment according to claim 1, characterized in that as a counter bearing for the bridges (6) on the end cylinders auxiliary supports (9,10) are provided.

3. cylinder head attachment according to claim 1 or 2, characterized in that for transmission the clamping forces of the bridge (6) on the cylinder head (3, 4) are convex in a manner known per se Support surfaces and intermediate layers (7) corresponding to the surface pressure are provided.

4. Cylinder head attachment according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the Bridge support points (17) on the cylinder head (3, 4) axially as far as possible from the joining surface (16) removed, for example on the upper cylinder head base (21), are arranged.

5. Cylinder head attachment according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Pressure propagation and distribution of the tension forces introduced by the bridge (6) from the Bridge support points (17) to the joining surface (16) through the walls of the gas exchange ducts (11, 12, 13,14) or by supporting walls, ribs or stiffeners takes place, the latter having a shape adapted to the cooling air flow in the case of air cooling.