DE2323793A1 - Auslass- und/oder einlasskanal eines zylinderkopfes fuer luftgekuehlte hubkolbenbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Auslaß- und/oder Einlaßkanal eines.Zylinderkopfes für luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschinen Es gibt Zylinderköpfe aus Leichtmetall für luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschinen, bei denen in den Auslaßkanal ein Rohr aus Schwermetall eingesetzt ist. Dieses Rohr hat an seiner Außenseite überall engen Kontakt mit der Wand des Auslaßkanals. Das Rohr hat vornehmlich den Zweck, den Werkstoff im Bereich des Auslaßkanals vor zu hoher thermischer Belastung zu schützen.
• Die vorerwähnte Maßnahme hat hier und da Vorteile erbracht.
• Im Großen und Ganzen ist jedoch zu sagen, daß sich die bekannte Ausführung nicht nennenswert durchgesetzt hat.
• Die Erfindung ist nunmehr ein neuer Vorschlag, der darauf gerichtet ist, zu vermeiden, daß allzuviel Wärme vom Auslaßkanal in die Masse des Zylinderkopfes hineinströmt, und daß die Leichtmetallwand des Auslaßkanals thermisch hoch belastet ist. Der neue Vorschlag kommt einem dringenden Bedürfnis nach, welches insbesondere durch die neuzeitliche Entwicklung von Hochleistungsdieselmotoren entstanden ist. Bei Betriebsdrehzahlen von 3400 Umdrehungen und mehr pro Minute, muß über den Zylindertopf eine verhältnismäßig große Wärmemenge abgeführt werden. Etwa 50 % der abzuführenden Verbrennungswärme gelangen bei der bekannten Ausführung vom Auslaßkanal her in die Masse des Zylinderkopfes und gefährden insbesondere den Steg zwischen dem Ein- und Auslaßkanal, sowie die Auflagezonen derdam Auslaßkanal naheliegenden Zylinderkopfschrauben.
• Die in den Zylinderkopf übergeströmte Wärme wird über die Zylinderkopfkühlrippen an die KUhlluft abgeführt Bei einem gegebenen Zylinderkopfvolumen und einem geforderten Durchschnittsquerschnitt für die Kühl luft, der wegen der Vermeidung einer unzulässigen Verschmutzung bedingt ist, ist die Kühlfläche der Rippen begrenzt. Um mehr Wärme abführen zu können, müßte der Kühlluftdurchsatz vergrößert werden. Dieses erfordert jedoch eine Höhere Kühlleistung, welche die Dieselmotoren als Hilfsleistung aufbringen müssen und die unerwünscht ist.
• Der erfindungsgemäße Vorschlag besteht nunmehr darin, daß das Rohr einen Abstand von der Innenwand des Kanals hat.
• Dadurch wird zunächst der große Vorteil erzielt, daß die Wand des Auslaßkanals keinen unmittelbaren Kontakt mit dem Rohr hat. Die Wärme der Abgase wird daher nicht mehr durch Wärmeleitung in die Wand des Auslaßkanals hineingeleitet. Darüber hinaus ist die Wand des Auslaßkanals auch thermisch besser gesichnrt. Die Bedeutung der hier angeführten Vorteile erkennt man, wenn man sich vor Augen führt, daß bei Hochleistungsdieselmotoren, wenn sie mit voller Füllung und höchster Drehzahl betrieben werden, in der Zeiteinheit eine große Abgasmenge mit hoher Geschwindigkeit den Auslaßkanal durchströmt, insbesondere dann, wenn die Motoren aufgeladen werden. Es herrscht dann im Auslaßkanal das gröBtmögliche Temperaturgefälle in Richtung auf die Masse des Zylinderkopfes zu.
• Eine vorteilhafte einstückige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn sich das Rohr von der Kanalflansch-AuBenseite des Zylinderkopfes her, mit seinem freien, dem Ventilsitz zugerichteten Ende gegen einen in der Nähe des Ventilsitzes angeordneten Vorsprung im Kanal abstützt und über eine Dichtung gegen den Zylinderkopf angezogen ist, wobei das Rohr für den Durchtritt des Ventilschaftes eine diesen mit einem kleinen Spiel umgebende Öffnung hat.
• Gemäß einem weiteren vorteilhaften Gedanken der Erfindung reicht das Rohr bis zu einem als Stahlring in den Zylinderkopf eingesetzten Ventilsitz mit dem es verschweißt und im Bereich der Einführung des Ventilschaftes quergeteilt ist, wobei das Rohr von der Kanalflansch-Außenseite des Zylinderkopfes her übet den dem Ventilsitz zugerichteten Teil des Rohres geschoben und über eine Dichtung gegen den Zylinderkopf angezogen ist. Auf diese Weise wird mit größter Sicherheit verhindert, daß Abgase und Rußteilchen in den Raum zwischen der Wand des Auslaßkanals und der Wand des Rohres eindringen können.
• Für beide vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn das Rohr am Zylinderkopfflansch durch Nasen in seiner Lage fixiert ist.
• Wenn sich das Rohr über die ganze Länge des Kanals erstreckt und im Bereich des Ventilschaftes getrennt ist, so soll gemäß der Erfindung der dem Ventilsitz zugewandte Teil des Rohres die Öffnung für den Durchlaß des Ventilschaftes bzw.
• die in den Kanal mit einem kurzen kegeligen Stück hineinragenden Ventilführung aufweisen, wobei das Rohr auf das kegelige Ende der Ventilführung fest und dicht aufgeschoben ist.
• Durch diesen Vorschlag kann auch im Bereich der Einführung des Ventilschaftes in den Kanal kein Abgas in den Raum zwischen der Wand des Auslaßkanals und der Wand des Rohres eintreten.
• Schließlich ist gemäß der Erfindung noch daran gedacht, zwecks Erhöhung des Abschirmeffektes, das in den Auslaß-und/oder Einlaßkanal eingesetzte Rohr doppelwandig auszubilden. Wird das doppelwandige Rohr aus Chrom-Nickelstahl, der ein geringes Strahlungsvermögen hat, hergestellt, so -ergibt sich der Vorteil, daß im Verhältnis zu einem gewöhnlichen doppelwandigen Stahlrohr nur wenig Strahlungswärme von der Innenwand des Rohres auf dessen Außenwand übertragen wird. Das bedeutet gleichzeitig, daß auch weniger Strahlungswärme auf die Innenwand des Kanals übertragen wird und somit weniger Wärme in die Masse des Zylinderkopfes hineinfließt.
• In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung in den Abb. 1 bis 3 beispielsweise dargestellt.
• Die Abb. 1 bis 3 zeigen jeweils einen Zylinderkopf aus Leichtmetall für luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschinen im senkrechten Längsschnitt.
• Die Abb. 4 zeigt schematisch einen Schnitt nach der Linie III - III in den Abb. 2 und 3, der jedoch nur eine Einzelheit der Zylinderköpfe erkennen läßt.
• Die Abb. 1 zeigt einen Zylinderkopf für einen luftgekühlten Dieselmotor, soweit es zur Erläuterung der Erfindung erforderlich ist, im senkrechten Längsschnitt. Der Längsschnitt ist durch den Auslaßkanal 1 gelegt. Das Auslaßventil ist. mit 2 bezeichnet. Der in der Abb. 1 sichtbare Teil des Zylinderkopfes, der aus Leichtmetall hergestellt ist, ist mit dem Bezugszeichen 3 versehen. In den Auslaßkanal 1 ist ein Rohr 4 eingesetzt, welches von der Innenwand -5 des Aualaßkanals 1 einen Abstand hat. Auf diese Weise entsteht zwischen der Innenwand 5 des Auslaßkanals 1 und der Außenwand 6 des Rohres 4 ein Raum 7, der verhindert, daß die durch den Auslaßkanal nach außen strömenden Abgase einen unmittelbaren Kontakt mit der nasse des Zylinderkopfes haben. Das Rohr 4 ist von der Kanalflansch-Außenseite des Zylinderkopfes 1 her, mit seinem freien, dem Ventilsitz 8 zugerichteten Ende gegen einen in der Nähe des Ventilsitzes angeordneten Vorsprung 9 im Auslaßkanal 1 abgesetzt. Damit an dem Vorsprung 9 keine durchlässige Stelle entsteht, ist das Rohr 4 an der Kanalflansch-Außenseite über eine Dichtung 10 gegen den Zylinderkopf 1 angezogen Im Bereich des Ventilschaftes 11 hat das Rohr 4 für den Durchtritt des Ventilschaftes eine diesen mit einem kleinen Spiel umgebende Öffnung 12. Das Anziehen des Rohres 4 gegen die Kanalflansch-Außenseite geschieht über die Befestigungsschrauben des Auspuffrohres 13 gegen einen Flansch 14 des Rohres 4, der sich an der Dichtung 10 anlegt. Der Ventilschaft 11 ist in bekannter Weise innerhalb des-Zylinderkopfes 3 in einer in den Zylinderkopf 3 eingesetzten Büchse 15 aeführt. Der Ventilsitz 8 wird im Zylinderkopf durch einen in diesen eingesetzten Stahlring 16 gebildet.
• Die Abb. 2 zeigt einen Zylinderkopf für einen luftgekühlten Dieselmotor, der zusammen mit dem Zylinderrohr aus einem Stück hergestellt ist. Der Zylinderkopf und das Zylinderrohr bestehen aus Leichtmetall. Der Zylinderkopf ist mit 17 bezeichnet, 18 ist das Zylinderrohr. Der Längsschnitt nach Abb. 2 verläuft in zwei senkrechten Ebenen. Dies hat zur Folge, daß aus der Abb. 2 zum einen die als Wirbelkammer ausgebildete Brennkammer 19 und zum anderen das Auslaßventil 20 zusammen mit dem Auslaßkanal ersichtlich sind. Auf ihrem äußeren Umfang sind der Zylinderkopf und das Zylinderrohr mit KUhlrippen 22 versehen. Außer den Kühlrippen 22 hat der Zylinderkopf 17 noch weitere Kühlrippen, z.B. zwischen Aus- und Einlankanal die in cer Abb. 2 nicht zu sehen sind. In der Abb. 2 sind jedoch Kühlrippen 23 zu erkennen, welche die Brennkammer 19 umgeben.
• Den Ventilsitz 24 bildet ein in den Zylinderkopf 17 eingesetzter Stahlring 25. Von oben her ist in den Auslaßkanal 21 der Schaft 26 des Auslaßventils 20 und die diesen Schaft umgebende Führungsbüchse 27 hineingeführt. Die Büchse 27 ragt mit einem kurzen, kegeligen Ende 28 in den Auslaß~ kanal 21 hinein.
• In den Auslaßkanal 21 ist ein Rohr 29 eingebaut, welches einen Abstand von der Innenwand 30 des Auslaßkanals 21 hat.
• Auf diese Weise entsteht zwischen der Innenwand 30 des Auslaßkanals 21 und der Außenwand 31 des Rohres 29 ein Hohlraum 32, der verhindert, daß die den Auslaßkanal 21 velassenden Auspuffgase unmittelbaren Kontakt mit der Masse des Zylinderkopfes 17 haben.
• Damit das Rohr 29 ohne Schwierigkeit in den Auslaßkanal 21 eingebaut werden kann, ist das Rohr 29 im Bereich der Einführung des Ventilschaftes 26 quergeteilt. Wie die Abb. 2 zeigt, ist das Rohr 29 von der Kanalflansch-Außenseite des Zylinderkopfes 17 her über den dem Ventilsitz 24 zugerichteten Teil des Rohres 29 geschoben und über eine Dichtung 33 gegen den Zylinderkopf 17 angezogen. Die Teilung des Rohres 29 ist mit 34 bezeichnet. Damit das Rohr 29 in seine richtige Lage fixiert ist, ist dasselbe am Zylinderkopfflansch 35 durch Nasen 36 fixiert. Der dem Ventilsitz 24 zugewandte Teil des Rohres 29 ist mit degeeentilsitz 24 bildenden Stahlring 25 verschweißt. Der dem Ventilsitz 24 zugewandte Teil des Rohres 29 weist eine Öffnung 37 für den Durchlaß des Ventilschaftes 26 bzw. die in den Kanal 21 mit einem kurzen, kegeligen Stück 28 hineinragende Ventilführung 27 auf, wobei das Rohr 29 auf das kegelige Ende 28 der Ventil führung 27 fest und dicht aufgeschoben ist.
• Der Zylinderkopf nach der Abb. 3 unterscheidet sich von dem Zylinderkopf nach der Abb. 2 nur dadurch, daß die beiden Teile des Rohres 38 doppelwandig ausgebildet sind.
• Die Erfindung ist nicht auf Dieselmotoren beschränkt. Sie kann mit Vorteil bei allen Hubkolbenbrennkraftmaschinen angewandt werden, also sowohl bei Einspritzmotoren als auch bei Ottomotoren. Die Erfindung kann auch in einem EinlaBkanal nützlich sein. Dort verhindert sie eine zu starke Erwärmung der Ansaugluft. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Rohr auch in seinem Inneren leichter geglättet werden, als der Werkstoff des Zylinderkopfes, was weiterhin zu einer Füllungsverbesserung beiträgt.

Claims (6)

1. Patentansprüche

   ½) Auslaß- und/oder Einlaßkanal eines Zylinderkopfes aus Leichtmetall. für luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschinen, in den ein Rohr eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4, 29, 38) einen Abstand von der Innenwand (5, 30) des Kanals (1, 21) hat.
2. 2. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rohr (4) von der Kanalflansch-Außenseite des Zylinderkopfes (3) her, mit seinem freien, dem Ventilsitz (8) zugerichteten Ende gegen einen in der Nähe des Ventil sitzes (8) angeordneten Vorsprung (9) im Kanal (1) abstützt und über eine Dichtung (10) gegen den Zylinderkopf (3) angezogen ist, wobei das Rohr (4) für den Durchtritt des Ventilschaftes (11) eine diesen mit einem kleinen Spiel (i2) umgebende Öffnung hat.
3. 3. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (29) bis zu einem, als Stahlring (25) in den Zylinderkopf eingesetzten, Ventilsitz (24) reicht, mit diesem verschweißt ist und im Bereich der Einführung des Ventilschaftes (26) quergeteilt ist, wobei das'Rohr (29) von der Kanalflansch-Außenseite des Zylinderkopfes (17) her über den dem Ventilsitz (24) zugerichteten Teil des Rohres (2g) geschoben und Woher eine Dichtung (32) gegen den Zylinderkopf (17) angezogen ist.
4. 4. Kanal nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (29) am Zylinderkopfflansch (35) durch Nasen (36) in seiner Lage fixiert ist.
5. 5. Kanal nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ventilsitz (24) zugewandte Teil des Rohres (29) die Öffnung (37) für den Durchlaß des Ventilschaftes (26) bzw. die in den Kanal <21) mit einem kurzen, kegeligen Stück t28) hineinragende Ventilführung (27) aufweist und daß das Rohr (29) auf das kegelige Ende (28) der Ventilführung (27) fest und dicht aufgeschoben ist.
6. 6. Kanal nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in diesen eingestzte Rohr (38) doppelwandig ausgebildet ist.

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