DE2824132C2

DE2824132C2 - Zylinderkopf für eine luftgekühlte Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2824132C2
Application number: DE2824132A
Authority: DE
Inventors: Fritz Ing. Graz Freyn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1982-04-29
Also published as: ATA403277A; FR2393941B1; JPS545115A; US4216746A; AT365743B; JPS5820383B2; FR2393941A1; DE2824132A1

Description

ίο Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderk ipf für eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit bezüglich der Zylinderachse senkrecht und parallel angeordneten Kühlrippengruppen und Luftleitflächen, wobei im unteren Bereich des Zylinderkopfes unterhalb des je quer zur LuftströmungSRjhtung liegenden Einlaß- und d^a.s Auslaßkanals, in der Strömungsrichtung der Kühlluft von vorne nach hinten durchgehende senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und im oberen Bereich des Zylinderkopfes zwischen den Ventilführungen eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufende Kuhlrippen und in der Höhe des Einlaß- und des Auslaßkanales auf der Zuströmseite zu beiden Seiten der parallel /ur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe senkrecht zur Zylinderachse verlaufende. bis zu den Kanalwandungen reichende Kuhlrippengruppen angeordnet sind und wobei weiters auf der Abströmseite eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlripoen und auf der Zuströmseite Leitflachen vorgesehen sind, die seitliche Ausströmöff-

JO nungen für einen Teil der Kühlluft bilden und ferner über dem Zylinderkopf eine weitere Leitfläche vorgesehen ist. die sich über die, in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, vor und hinter dem Einlaß- und Auslaßkanal angeordneten Kühlrippen erstreckt.

Bei bekannten Ausführungen dieser Art sind u a. aus konstruktiven Grunden der Ein- und der Auslaßkanal quer /ur Kurbi-Iwetlen.ichsi.· angeordnet. Die Kühlluft wird d.ibei von einem Schwungradgebläse geliefert und parallel zur Kurbelwellenachse über den /u kühlenden Zylinderkopf geblasen. Dabei erweisen sich die quer zum Kühlluftstrom liegenden tin- und -Xuslaßkanäle als Hindernis für die Kühlluft, so daß die im Windschatten der Kanalwandungen liegenden Zylinderkopfpartien nur mangelhaft gekühlt werden. Zudem ist die an die Rückseite des Zylinderkopfes gelangende Kühlluft bereits stark erwärmt, wodurch bei dem auf der Abströmseite der Kühlluft liegenden Teil des Zvlinderkopfes nur mehr eine abgeschwächte Kuhlwirkung eintritt. Motoren dieser Bauart sind daher häufig mit Kühlungsschwierigk.iten des Zylinderkopfes beruftet. Eine gewisse Verbesserung dieser Verhältnisse kann mit einer aus der DE-OS 19 30 148 bekannten' Zylinderkopf-Konstruktion erreicht werden. Der Zylinderkopf gemäß dieser DC-C)S 19 30 148 weist in der Hohe des Ein· und Auslaßkanals auf der Ziiströniscite der Kuhlluft eine parallel /ur Zylinderachse verlaufende Kuhlrippengruppc und /u deren beider. Seiten jeweils eine Gruppe senkrecht /ur Zylinderachse verlaufender Kühlrippen auf. die bis /u den Kanalw andungen reichen Auf der Abströmseite ist eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufender Kühlrippen vorgesehen und auf der Zuströmseite sind Leitflachen angeordnet, die seitliche Ausströmöffnungen für einen Teil der Kühlluft bilden und die vor den Kanalwandungen des Einlaß* und Auslaßkanales enden, Über dem Zylinderkopf ist eine weitere Leitfläche vorgesehen, die sich über die, in Sirömüngsrichiung der Kühlluft gesehen, vor und hinter dem Einlaß- bzw, Äuslaßkanal angeordneten Kühlrip*

pen erstreckt und die mit den Kühlrippen zusammengegossen ist.

Diese Konstruktion ist jedoch mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, daß durch die einstückige Ausbildung des Zylinderkopfes und der über diesem angeordneten Uiiftlfit ftucho die Herstellung des Zylinderkopfes erschwert wird. Infolge der relativ großen Kühlluftkanäle auf der Abströmseite und des Fehlens seitlicher Luftleiiflächen hinter dem Einlaß- bzw. Auslaßkanal wird dieser Bereich nur mangelhaft gekühlt.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der Grundkonstruktion der angeführten bekannten Ausführungen, die gegenannten Nachteile zu vermeiden und eine Lösung anzugeben, die gleichzeitig gute Kühlungsverhältnisse und leichte Herstellung des Zylinderkopfes is ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leitfläche über dem Zylinderkopf im, hinsichtlich der .^c.trömungsrichtung der Kühlluft, vorderen Teil des Zylinderkopfes mit den obersten senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen der beiden seitlichen Kuhlrippengruppen durch Einhaltung eines Abslandes einen Luftkanal bildet, der zwischen den Ventüführungen und über den Einlaß- und Auslaßkanal hinwegführt und im hinteren Teil des Zylinderkopfes in mehrere Luftkanäle übergeht, die durch die dortige parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe und die hier höchstens einen geringen Abstand aufweisende Leitflache gebildet sind, und daß sich die Luftleitflachen an den Seiten des Zylinderkopfes bis an dessen Rückseite erstrecken und dort eine Abströmöffnung bilden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht eine gezielte Führung von Kühlluftströmen, wodurch am ganzen Zylinderkopf eine wesentlich gleichmäßigere Kuhlwirkung erreicht wird. Durch die gleichmäßige Kühlung k.inn der Kuhlluftaufwand und damit die Leistungsaufnahme des Gebläses kleiner gehalten werden. Außerdem werden durch gute thermozentrische Kühlung Verformungen von Zylinder und Zylinderkopf infolge Wärmespannungen vermieden, was sich sehr günstig auf den Verschleiß und die Lebensdauer der Maschine auswirkt. Durch die erfindungsgemäße Überführung von KUhllutt über den Ein- und Auslaßkanal hinweg können diese selbst und auch der. bezüglich der Strömunginchtung der Kühlluft, hintere Te¹I des Zylinderkopfes gi' gekühlt werden. Infolge der im Bereich der Ventilfünrungen und des hinteren Teiles des Zyiinderkopfes nahe den Kühlrippen angeordneten Luftlcitfläche und der bis an die Rückseite des Zylinderkopfcs sich erstreckenden seitlichen Luftleitflächirn wird die Luftströmung in diesem kühlungsmäßig sonvt kritischen Bereich intensiviert, woraus eine deutlich bessere Wärmeabfuhr resultiert.

Fm weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der leichten Gießbarkeit des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes, wobei die drei Zugrichtungen der Gußkerne nach beiden Seiten und nach oben der Herstellung sehr entgegenkommen.

In Ausgestaltung der Erfindung können die Leitflächen in der Hohe des Einlaß- bzw. Auslaßkanals und in Sifömiingsriehtung der Kühlluft vof diesen öffnungen aufweisen, welche die Ausströmöffnungen für einen Teil der Kühlluft bilden. Die Anordnung von seitlichen Ausströmöffnungen vor den hinderlichen Kanalwandüngen ermöglicht es, daß ein Teil der bereits erhitzten Luft ins Freie austreten kann. Im weiteren ist die Herstellung dieser Ausströmöffnungen einfach und sie können den Erfordernissen der Kühlung leicht angepaßt werden.

Erfindungsgemäß kann weiterhin der Querschnitt der Ausströmöffnungen z. B. über Schieber in Abhängigkeit von einer Motorbeiriebsgröße. vorzugsweise der Temperatur der austretenden Kühlluft, veränderbar sein. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer einfachen und betriebssicheren Regelung des Kühüuftstromes vor allem dann, wenn die Brennkraftmaschine nicht nur stationär mit einer einzigen Motordrehzahl, sondern mit mehreren Drehzahlen betrieben werden soll. Eine zu intensive aber auch zu schwache Kühlung — beides ist für den Kraftstoff-Verbrauch und die Betriebssicherheit von Nachteil — wird dadurch vermieden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Leitfläche über dem Zylinderkopf gemeinsam mit den Kipphebel-Lagerböcken mit den zu deren Festlegung am Zylinderkopf vorgesehenen Schrauben befestigt und weist im Bereich der Ventilfuhrungen und der Kipphebel in in sich bekannter Weise cine Vertiefung auf und bildet zusammen m:t einc-f Deckel und einer Dichtung einen dicht abgeschlossenen K pphebeikasicn. Die gleichzeitige Verwendung der über dem Zylinderkopf angeordneten Lufileitfläche als Leitfläche und als Unterteil für den notwendigen Kipphebclkasten vereinfacht u d verbilligt die Konstruktion. Die Benutzung der Befestigungselemente fur die Kipphebel-Lagerbocke zur Festlegung der Luftleitfläche am Zylinderkopf ergibt eine weitere Vereinfachung und Verbilligung sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können am Auslaß- und/oder am Einlaßkanal im Bereich der über diese hinwegführenden l.uftkanale in an sich bekannter Weise Kühlrippen angeordnet sein. Als Vorteil dieser Ausgestaltung ist die damit erreichbare vernesserte Kuhlwirkung vor allem am heißeren Auslalikan.ii /u nennen. Durch die bessere Wärmeabfuhr an d'eser im allgemeinen gegenüber den übrigen Zylinderkopfteilen deutlich heißeren Stelle wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Zylinderkopf erreicht.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen horizontalen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie 1-1 in F i g. 2,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie H-Il in Fig. 1.

F i g. 3 einen Vertikalschnitt nach der Linie IH-III in Fig. 1.

Fig.4 eine Seitenansicht entsprechend dem Pfeil IV in F i g. 1.

F'ig ί einen Vertikalschnitt nach der Linie V-V in Fi g. 1 jnd

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in F1 g. 2.

Di; in der folgenden Beschreibung verwendeten Begriffe »vorne« und »hinten« bzw. »vorderer« Teil und »hinterer« Teil stellen eine Lageangabe bezüglich der Strömungsrichtung der Kuhlluft dar.

Der. in Ströinungsnchtung der Kühlluft gesehen, vordere Teil des Zylinderkopfes 1 trägt in der Mittelcbene eine Gruppe 4 von parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen suwic zu beuten Seiten je eine Gruppe 5, 6 von senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen, die in der Höhe des Einlaßkanals 7 und des Auslaßkanals 8 in die Kanalwandungen 9 10 übergehen, Die beiden äußeren Rippen der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Rippengruppe 4 sind nach unten zum Zylinderkopf!^-

den hin verstärkt, um den Wärmefluß vom Zylinderkopfboden in die senkrecht /ur Zylinderachse verlaufenden Kippengruppen 5, 6 zu erleichtern. Die im unteren Bereich des Zylindcrkopfcs 1 angeordnete senkrecht /ur Zylinderachse verlaufende Kühlrippcngruppc U umgibt den Zylinderkopf ohne Unterbrechung. Die parallel /ur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe 4 reicht bis in den Bereich der Ventilführungen 12, 13. Bei genügend großem Abstand der Ventilführungen kann eine Rippe auch über den Vcntilstcg 14 bis zum hinteren Teil des Zylinderkopfes 1 durchgehend ausgeführt sein. Der hintere Teil des Zylinderkopfes 1 trägt im oberen Bereich und in der Hohe des Einlaß- und Auslaßkanalcs 7, 8 eine parallel zur Zylinderachse verlaufende Rippengruppc 15. die im unteren Bereich des Zylindcrkopfcs in eine am Einlaß- und Auslaßkanal angesetzte senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Rippe 16 übergeht. Der mittlere vordere Teil der obersten Rippe der senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Rippengruppe 11 sowie die Rippe 16 sind zu ihrem Ansatz hin ebenfalls aus Gründen der besseren Wärmeleitung zu den parallel zur Zylinderachse • verlaufenden Rippengruppen 4 und 15 verstärkt ausgeführt.

Der Zylinderkopf I ist von Luftleitflächen umgeben, die im Beispiel als Lcitbleche ausgeführt sind. Das auf der Zuströmscite vorgesehene Luftleilblech 17 ist am vorderen Teil des Zylinderkopfes 1 in einem Abstand von den Kühlrippengruppcn 4, 5,6 zu beiden Seiten des Zylinderkopfes 1 jedoch an die Kühlrippengruppen 5,6, 11 anliegend angeordnet. An das Luftleitblech 17 schließen seitlich die Leilbleche 18,19 an. in denen in der Hohe des Einlaß· und Auslaßkanales 7, 8 vor diesen öffnungen 20,21 als Drosselstcllen vorgesehen sind. Die Leilbleche 18, 19 setzen sich bis zur hinteren Seite des Zylinderkopfes 1 fort, wo sie mit einem Abstand von den Kühlrippengruppcn 11,15 zueinander gebogen sind und eine öffnung 22 fur die austretende Kühlluft freilassen. -Über dem Zylinderkopf 1 ist ein weiteres Luftleitblech 23 angeordnet.das zusammen mit den Lcitblechen 17, 18. 19 den Zylinderkopf umschließt. Das Luftleitblech 23 erstreckt sich über die vor und hinter dem Einlaß- b/w. Auslaßkanal 7, 8 angeordneten Kühlrippengruppcn 4, 5, 6, 15 und bildet im vorderen Teil des Zylindi-rkopfcs 1 mit den obersten senkrecht zur Zy!'nderachsc verlaufenden Kühlrippen der Kühlrippengruppen 5, 6 durch Einhaltung eines Abstandes 24 einen Luftkanal 25. Im Bereich der Ventilführungen 12, 13 und der Kipphebel 27, 28 weist das Luftleitblech 23 eine Vertiefung 26 auf. Es liegt dort auf den für die Kipphcbel-Lagerbocke 29, 30 und die Ventilführungen 12, 13 am Zylinderkopf 1 vorgesehenen Angüssen 31,32 auf und ist in nicht näher dargestellter Weise gemeinsam mit den Kipphebel-Lagerböcken 29,30 mit den zu deren Festiegungam Zylinderkopf 1 vorgesehenen Schrauben befestigt. Im Bereich des Einlaß- bzw. Auslaßkanales 7,8 nahe den Anschlußflächen 33, 34 für Ansaug- bzw. Auspuffrohr ist die ursprüngliche Höhe des Luftleitbleches 23 erhalten, so daß über den Einlaß- und Auslaßkanal 7, 8 je ein Luftkanal 35, 36 hinwegführt.

Ein- und Auslaßkanal 7, 8, vorzugsweise der Auslaßkit· rial 8. können Kühlrippen 37 tragen. Im hinteren Teil des Zylinderkopfcs 1 weist das Luftleitblcch 2.3 im Bereich seiner Vertiefung 26 keinen oder nur e'ncn geringen Abstand zu der dort parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppc 15 auf. wodurch der Luftkanal 25 in mehrere, der Anzahl der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen entsprechende Luftkanüle 38 übergeht. Der Rand des Luftleitbleches 23 ist am hinteren Ende des Zylinderkopfcs wieder auf die ursprüngliche Höhe hochge/.ogen, so daß ein trogförmigcs Gebilde entsteht, dessen rundum laufender Rand eine ebene Fläche ergibt. Auf diesen Rand wird unter Beilage einer geeigneten Dichtung 39 ein Deckel 40 aufgesetzt und in nicht näher dargestellter Weise befestigt, der zusammen mit dem trogformig ausgebildeten Luftleilblech 23 einen dicht abgeschlossenen Kipphebc!kasien41 bildet.

Mit Hilfe der crfindungsgcm;ißcn Anordnung von Kuhirippcfigruppcri und Lui'.lei'.bieehen geschieht Hie Kühlung des Zylinderkopfes wie in der Folge beschrieben:

Der Zylinderkopf 1 wird mit Kühlluft von einem Geblase, bei Einzylindermotoren vorzugsweise als Schwungradgebläse ausgebildet, über einen Zuluftschacht 2 angeblasen. Der Luftstrom, angedeutet durch die Pfeile 3. wird durch die Kühlrippengruppcn 4, 5, 6 und 11 in mehrere Tcilstrome 4', 5', 6' und 11' geteilt. Der „.ijftstrom 1Γ wird, geführt durch die Kühlrippcngruppe 11 und die seitlichen Leitblechc 18, 19. im unteren Bereich bis an die Rückseite des Zylinderkopfes 1 gelenkt, wobei der untere Teil des Zylinderkopfes gekühlt wird. Die Luftstrome 5' und 6' werden an den Wandungen 9, 10 des Einlaß- bzw. Auslaßkanales 7, 8 nach außen abgelenkt und treten erwärmt durch die in den seitlichen Luftleitblechcn 18, 19 vorgesehenen Öffnungen 20, 21 ins Freie aus. Von den Kühlluftströmen 5', 6' spalten sich Teilströme 5", 6" ab. die über die obersten der senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen der Kühlrippengruppen 5, 6 und über die Luftkanäle 35,36 an die Rückseite des Zylinderkopfes I gelangen, wobei Einlaß- und Auslaßkanal 7, 8 gekühlt werden. In der folgenden, vom Luftleilblech 23 und der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe 15 bewirkten nach unten gerichteten Strömung werden die seitlichen Bereiche des hinteren Teiles des Zylinderkopfes 1 gekühlt, dann tritt die erwärmte Luft durch die Abströmöffnung 22 ins Freie aus. Der Teilluftstrom 4'. gebildet durch die parallel zur Zylinderachse veriaufende Kühlrippengruppe 4 und das Luftleitblech 23. kühlt den obersten Bereich des Zylinderkopfes I, tritt unter Erhöhung der Geschwindigkeit und intensiver Kühlwirkung zwischen den Ventilführungen 12, 13 hindurch und gelangt, geführt von der Luftleitfläche 23 und der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe 15 in einer nach unten gerichteten Strömung an den hinteren mittleren Teil des Zyliniderkopfes 1, von wo er ebenfalls über die Abströmöffnung 22 erwärmt ins Freie austritt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zylinderkopf für eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit bezüglich der Zylinderachse senkrecht und parallel angeordneten Kühlrippcngruppen und Luftleiiflächen, wobei im unteren Bereich des Zylinderkopfes unterhalb des je quer zur Luftströmungsrichtung liegenden Einlaß- und des Auslaßkanales, in der Strömungsrichtung der Kühlluft von vorne nach hinten durchgehende senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und im oberen Bereich des Zylinderkopfes zwischen den Ventilführungen eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und in der Höhe des Einlaß- und des Auslaßkanales auf der Zuströmseite zu beiden Seiten der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe senkrecht zur Zylinderachse verlaufende, bis zu den Kanalwandungen reichende Kühlrippengruppen angeordnet sind und wobei weiters auf der Abströmseite eine Gruppe pa'. !IeI zur Zylinderachse verlaufende K:ihlrii)iien and auf der Zusirömseite Leitflachen vorgesehen sind, die seiiüjhe Ausströmöffnungen ' für einen Teil der Kühlluft bilden und ferner über dem Zylinderkopf eine weitere Leitfläche vorgesehen ist. die sich über die, in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, vor und hinter dem Einlaß- und Auslaßkanal angeordneten Kühlrippen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflache (23) über dem Zylinderkopf (1) im, hinsichtlich der Sirömungsrichtung der Kühlluft, vorderen Teil des Zylinderkopfes mit den obersten senkrecht /ur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen der beiden seitlichen Kühlrippengrjppcn ,j, 6) durch Einhaltung eines Abstandes (24)onen Luftkanal (25) bildet, der /wischen den Vcntilführunge· (12, 13) und über den Einlaß- und Auslaßkanal (7, 8) hinwegführt und im hinteren Teil des Zylinderkopfes (1) in mehrere Luftkanäle (38) übergeht, die durch die dortige parallel /ur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe (15) und die hier höchstens einen geringen Abstand aufweisende Leitfläche (23) gebildet sind und daß sich die Luftleitflächen (18,19) an den Seiten des Zylinderkopfes bis an dessen Rückseite erstrekken und dort eine Abströmöffnung (22) bilden.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (18, 19) in der Hohe des F.inlaß bzw. Auslaßkanals (7; 8) und in Stromungsrichtung der Kuhlluft vor diesen Öffnungen aufweisen, welche die Ausströmöffnungen (20, 21) für einen Teil der Kühlluft bilden.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ausströmöffnungen (20, 21) über Schieber in Abhängigkeit von ciror Motorbetriebsgröße, vorzugsweise der Temperatur der austretenden Kuhlluft, veränderbar ist

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (23) über dem Zylinderkopf (1) gemeinsam mit den Kipphebell.agerböckcn (29, 30) mit den zu deren Festlegung am Zylinderkopf (1) vorgesehenen Schrauben befestigt ist und im Bereich der Ventilführungcn (12, 13) und der Kipphebel (27, 28) in an sich bekannter Weise eine Vertiefung (26) aufweist und zusammen mit einem Deckel (40) und einer Dichtung (39) einen dicht abgeschlossenen Kipphcbelkasten (41) bildet,

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Au.slaßkanal (8) und/oder Einlaßkanal (7) im Bereich der über diese hinwegführenden Luftkanale (35, 36) in an sich bekannter Weise Kühlrippen (37) angeordnet sind.