DE3323593C2 - Cylinder head for an air-cooled diesel engine - Google Patents

Cylinder head for an air-cooled diesel engine

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DE3323593C2 DE19833323593 DE3323593A DE3323593C2 DE 3323593 C2 DE3323593 C2 DE 3323593C2 DE 19833323593 DE19833323593 DE 19833323593 DE 3323593 A DE3323593 A DE 3323593A DE 3323593 C2 DE3323593 C2 DE 3323593C2
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    • F02F2001/248—Methods for avoiding thermal stress-induced cracks in the zone between valve seat openings

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für luftgekühlte Dieselmotoren und löst das Problem der Wärmeableitung aus den thermisch am höchsten belasteten Bereichen des Zylinderkopfes und verhindert Rißbildungen in diesen Bereichen. Der Zylinderkopf (1) vom Wannentyp weist Kühlrippen auf, die vorwiegend an den Wänden (2) des Kopfes angeordnet sind. Der Bereich der Brücke (5) mit der Einspritzdüse (8) ist vom Umfangsgebiet des Bodens (3) durch Dilatationsfugen (6, 7) getrennt, die vom Boden (3) ausgehen und im Axialschnitt durch die Brücke mit der Bodenebene einen spitzen Winkel ( α) bilden, wobei sie zu den Wänden (2) des Kopfes gerichtet sind. Die Achse des Zylinders führt durch ein Dreieck, dessen Eckpunkte die Schnittpunkte der Ventilachsen und der Einspritzdüse (8) mit der Bodenebene bilden. Die Entfernung der Dilatationsfugen (6, 7) vergrößert sich im Querschnitt der Brücke (5) in Richtung vom Boden aus.The invention relates to a cylinder head for air-cooled diesel engines and solves the problem of heat dissipation from the thermally most heavily loaded areas of the cylinder head and prevents cracks from forming in these areas. The pan-type cylinder head (1) has cooling fins which are mainly arranged on the walls (2) of the head. The area of the bridge (5) with the injection nozzle (8) is separated from the circumferential area of the floor (3) by expansion joints (6, 7) which extend from the floor (3) and form an acute angle ( α), whereby they are directed towards the walls (2) of the head. The axis of the cylinder leads through a triangle, the corner points of which form the intersection of the valve axes and the injection nozzle (8) with the floor plane. The distance of the expansion joints (6, 7) increases in the cross section of the bridge (5) in the direction from the ground.

Description

verhindern auch das Entstehen von Rissen an den Fugenenden, weil sich die Fugen in den Richtungen des intensivsten Wärmeabflusses erstrecken.also prevent the formation of cracks at the joint ends, because the joints extend in the directions of the most intense heat dissipation.

Zur Verbesserung der Wärmeableitung von der Brükke 5 sind die Ventile 9,10 gegenüber der Zylinderachse derart versetzt, daß das Mitteigebiet des Kopfes 1 freibleibt. Die Einspritzdüse 8 sitzt derart im Bereich der Brücke 5 zwischen den Ventilen 9,10, daß die Zylinderachse durch ein Dreieck führt, dessin Eckpunkt die Achsenschnittpunkte der Ventile 9,10 und der Einspritzdüse 8 mit der Ebene des Bodens 3 bilden. Bei einer Strömungsrichtung 5 der Kühlluft ist der durch den Schnittpunkt der Achse des Saugventils 9 mit der Bodenebene definierte Eckpunkt dieses Dreiecks gegen die Richtung S orientiert. Der durch den Schnittpunkt der Achse der Einspritzdüse 8 mit der Bodenebene definierte Eckpunkt Hegt in der Projektion in der zur Strömungsrichtung S senkrechten Ebene den Wänden 2 am nächsten. Dabei vergrößert sich der Querschnitt der durch die Dilatationsfugen 6, 7 begrenzten Brücke in Richtung des Saugventils 9. Auch diese Maßnahmen verbessern die Wärmeableitung aus den thermisch am ;»öchsten belasteten Bereichen des Kopfes 1.In order to improve the dissipation of heat from the bridge 5, the valves 9, 10 are offset with respect to the cylinder axis in such a way that the central region of the head 1 remains free. The injection nozzle 8 is seated in the area of the bridge 5 between the valves 9, 10 that the cylinder axis passes through a triangle, the corner point of which forms the intersections of the axes of the valves 9, 10 and the injection nozzle 8 with the plane of the base 3. In the case of a flow direction 5 of the cooling air, the corner point of this triangle defined by the intersection of the axis of the suction valve 9 with the floor plane is oriented against the direction S. The corner point defined by the intersection of the axis of the injection nozzle 8 with the floor plane lies closest to the walls 2 in the projection in the plane perpendicular to the flow direction S. The cross section of the bridge delimited by the expansion joints 6, 7 increases in the direction of the suction valve 9. These measures also improve the heat dissipation from the thermally most exposed areas of the head 1.

Aus technologischen Gründen haben bei der Bearbeitung des Brennraumteils 4 die Dilatationsfugen 6, 7 einen veränderlichen Abstand zur Brennraumachse. Gemäß F i g. 2 verläuft die eine Dilatationsfuge 6 gerade und unsymmetrisch (schräg) zur Zylinderachse. Die zweite Dilatationsfuge 7 folgt einem Kreisbogen, dessen Mitte neben der Mitte des Brennraumteils 4 liegt und der die Einspritzdüse 8 teilweise umgibt.For technological reasons, the expansion joints 6, 7 have one when machining the combustion chamber part 4 variable distance to the axis of the combustion chamber. According to FIG. 2, the one dilatation joint 6 runs straight and asymmetrical (oblique) to the cylinder axis. The second dilatation 7 follows an arc of a circle Located in the middle next to the middle of the combustion chamber part 4 and which partially surrounds the injection nozzle 8.

In F i g. 1 und 3 sind zwei Ausführungsbeispiele der Dilatationsfugen 6, 7 und 6', T dargestellt Die Dilatationsfugen 6', T haben nach dem Axialschnitt gemäß einen geradlinien Verlauf und die Dilatationsfugen 6, 7 sind nach dem Axialschnitt gemäß Fig.! abgekröpft Zur Erfüllung der oben angeführten Anforderungen sind die geeignetsten (für den gegebenen Typ des Kopfes) Winkel zwischen den Dilatationfugen 6', 7' und der Ebene des Bodens 3 des Kopfes 1 größer als 60°; für die Dilatationsfugen 6, 7 gilt dies für den unteren Teil, ihr oberer Teil bildet mit der Ebene des Bodens 3 des Kopfes 1 den Winkel im Bereich von 30 bis 60°.In Fig. 1 and 3, two exemplary embodiments of the expansion joints 6, 7 and 6 ', T are shown. The expansion joints 6', T have a straight course after the axial section according to FIG. cranked To meet the above requirements, the most suitable (for the given type of head) angles between the dilatation joints 6 ', 7' and the plane of the bottom 3 of the head 1 are greater than 60 °; for the dilatation joints 6, 7 this applies to the lower part; their upper part forms an angle in the range from 30 to 60 ° with the plane of the base 3 of the head 1.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

5050

5555

6060

Claims (7)

1 2 Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für einen Patentansprüche: luftgekühlten Dieselmotor mit Kühlrippen, einer im Be reich der Brücke zwischen den Ventilen angeordneten1 2 The invention relates to a cylinder head for a patent claim: air-cooled diesel engine with cooling fins, one arranged in the area of the bridge between the valves 1. Zylinderkopf für einen luftgekühlten Dieselmo- Einspritzdüse, einem BrennraumteiL mit Blecheinlagen tor mit Kühlrippen, einer im Bereich der Brücke 5 ausgefüllten Dilatationsfugen, die im Zylinderkopfbozwischen den Ventilen angeordneten Einspritzdüse, den ausmünden und mit der Bodenebene einen spitzen einem Brennraumteil, mit Blecheinlagen ausgefüll- Außenwinkel bilden, und bei dem die Kühlrippen auch ten Dilatationsfugen, die im Zylinderkopfboden aus- außen an den einen wannenförmigen Freiraum begrenmünden und mit der Bodenebene einen spitzen Au- zenden Wänden des Zylinderkopfes angeordnet sind,
ßenwinkel bilden, und bei dem die Kühlrippen auch 10 Einen derartigen Zylinderkopf zeigt die DE-AS außen an den einen wannenförmigen Freiraum be- 12 67 028. Die mit Blecheinlagen ausgefüllten Dilatagrenzenden Wänden des Zylinderkopfes angeordnet tionsfugen in Gestalt einer ringförmigen Nut weist dasind, dadurchgekennzeichnet, bei einen in Umfangsrichuing innen oder außen verlaufenden schmalen Spalt auf. Die Dilatationsfugen verlau-1. Cylinder head for an air-cooled diesel engine injection nozzle, a combustion chamber part with sheet metal inserts with cooling fins, a dilatation joint filled in the area of the bridge 5, the injection nozzle located in the cylinder head boom between the valves, which open out and with the floor level a pointed combustion chamber part filled with sheet metal inserts. Form outer angles, and in which the cooling fins also th dilation joints, which in the cylinder head base open out to the outside of a trough-shaped free space and are arranged with the base plane of a pointed outer wall of the cylinder head,
Form ßenwinkel, and in which the cooling fins also 10. The DE-AS shows such a cylinder head on the outside of the one tub-shaped free space. with a narrow gap running in the circumferential direction inside or outside. The expansion joints leave — daß im Boden (3) der Bereich der Brücke (5) von 15 fen senkrecht zum Boden, aus dem sie ausgehen. Bei dem Umfangsgebiet des Bodens (3) durch die luftgekühlten Dieselmotoren ist jedoch die Wärmeab-Dilatationsfugen (6,7; 6', T) getrennt ist, führung von thermisch besonders hochbelasteten Berei-- That in the ground (3) the area of the bridge (5) of 15 fen perpendicular to the ground from which they go out. In the circumferential area of the floor (3) by the air-cooled diesel engines, however, the heat-dissipating expansion joints (6,7; 6 ', T) are separated, leading to areas that are particularly thermally stressed. — daß die Zylinderachse (O) durch ein Dreieck chen nicht ausreichend, so daß Rißbildungen auftreten führt, dessen Eckpunkte (A, B, C) die Schnitt- können.- That the cylinder axis (O) by a triangle is not sufficient, so that cracks occur, the corner points (A, B, C) of which can cut. punkte eier Achsen der Ventile (9, 10) und der 20 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zy-points eier axes of the valves (9, 10) and the 20 The invention is based on the object of a cy- Einspritzdüse (8) mit der Bodenebene bilden, linderkopf der eingangs geschilderten Art dahingehendForm injection nozzle (8) with the ground plane, to this effect, Linderkopf of the type described above ur.d zu verbessern, daß die Wärmeabfuhr aus den thermischur.d to improve that the heat dissipation from the thermally — daß sich die Abstände der Dilatationsfugen (6, besonders hochbelasteten Bereichen intensiviert und ei-7; 6', T) von der Einspritzdüse (8) mit zuneh- ne hohe und gleichmäßige Werkstoffqualität unter Vermender Entfernung vom Boden (3) vergrößern. 25 meidung von Zusammensetzungsänderungen im Bereich der Dilatationst-gen gewährleistet wird.- That the distances between the dilatation joints (6, particularly highly stressed areas) intensify and increase ei-7; 6 ', T) from the injection nozzle (8) with an increasingly high and uniform material quality while decreasing the distance from the floor (3). 25 avoidance of changes in composition in the area of the dilatation rods is guaranteed. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch ge- Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einkennzeichnet, daß der Querschnitt der durch die Di- richtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Palatationsfugen (6, 7; 6', T) abgegrenzten Brücke (5) tentanspruchs 1 gelöst2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the cross section of the bridge (5) delimited by the di- direction through the characterizing features of the palatation joints (6, 7; 6 ', T) tentanspruchs 1 solved sich in der Richtung zum Saugventil (9) vergrößert 30 Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitereincreases in the direction of the suction valve (9). The subclaims contain additional useful ones 3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder Ausbildungen.3. Cylinder head according to one of claims 1 or embodiments. 2, dadurch gekennzeichnet, da£ Jie Dilatationsfugen Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Zylin-(6, 7; 6', 7') in der Ebene -des Bodens (3) eine verän- derkopfes für luftgekühlte Dieselmotoren wird eine inderliche Entfernung von der Ach. = des Teiles (4) des tensive Wärmeabfuhr aus thermisch stark belasteten Brennraums haben, der im Boden (3) des Kopfes (1) 35 Bereichen erzielt, so daß Rißbildungen wirksam verhingebildetist den werden können. Außerdem wird eine hohe und2, characterized in that the expansion joints. The inventive design of a cylinder (6, 7; 6 ', 7') in the plane of the floor (3) a changeable head for air-cooled diesel engines means that an indefinite distance from the axle . = of the part (4) of the intense heat dissipation from the thermally heavily loaded combustion chamber, which has 35 areas in the bottom (3) of the head (1) so that cracking can be effectively prevented. It also gets a high and 4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gleichmäßige Werkstoffqualität im Bereich der Dilatadadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine DiIa- tionsfugen erzielt4. Cylinder head according to one of claims 1 to 3, uniform material quality in the area of the dilata thereby characterized in that at least one expansion joint is achieved tationsfuge (6, 7; 6', T) im Schnitt abgewinkelt ist Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbei-station joint (6, 7; 6 ', T) is angled in section. wobei der untere Fugenabschnitt mit der Bodenebe- 40 spiele des Zylinderkopfes nach der Erfindung anhandwherein the lower joint section with the floor example 40 of the cylinder head according to the invention based on ne (3) einen Winkel von mindestens 60° und der der Zeichnung beschrieben. Es zeigtne (3) describes an angle of at least 60 ° and that of the drawing. It shows obere Abschnitt einen Winkel von 30 bis 60° bildet F i g. 1 einen Querschnitt des Zylinderkopfes;upper section forms an angle of 30 to 60 ° F i g. 1 shows a cross section of the cylinder head; 5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch ge- Fig.2 eine Bodenansicht des Zylinderkopfes nach kennzeichnet, daß der durch den Schnittpunkt der Fig. 1;5. Cylinder head according to claim 1, characterized in Fig.2 a bottom view of the cylinder head indicates that the through the intersection of Fig. 1; Achse des Saugventils (9) mit der Bodenebene defi- 45 F i g. 3 eine Variante der Dilatationsfugen-Anord-The axis of the suction valve (9) with the floor level is defined 45 F i g. 3 a variant of the expansion joint arrangement nierte Dreiecks-Eckpunkt (B) gegen die Strömungs- nung im Zylinderkopf im Axialschnitt gemäß derned triangle corner (B) against the flow in the cylinder head in axial section according to richtung (S) der Kühlluft orientiert ist und daß der Schnittlinie II1-III nach F i g. 2.direction (S) of the cooling air is oriented and that the section line II1-III according to F i g. 2. durch den Schnittpunkt der Achse der Einspritzdüse Der Zylinderkopf i vom Wannentyp hat Wände 2, diethrough the intersection of the axis of the injector. The pan-type cylinder head i has walls 2 which (8) mit der Bodenebene definierte Eckpunkt (C) in aus der Bodenplatte nach oben herausragen und die an(8) the corner point (C) defined with the floor plane protrude upwards from the base plate and the der Projektion in der zur Strömungsrichtung (S) 50 ihren Außenseiten Kühlrippen tragen. Im Boden 3 desthe projection in the direction of flow (S) 50 carry cooling fins on their outer sides. In the bottom 3 of the senkrechten Ebene den Wänden (2) am nächsten Kopfes 1 ist ein Teil des Rotationsbrennraums gebildetpart of the rotary combustion chamber is formed in the vertical plane of the walls (2) closest to the head 1 liegt. (der größere Teil des Brennraums befindet sich in demlies. (the greater part of the combustion chamber is in the 6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, nicht dargestellten Kolben).6. Cylinder head according to one of claims 1 to 5, not shown piston). dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungslinie zu- Im Bereich der Brücke 5 zwischen dem Saugventil 9characterized in that the mouth line to- In the area of the bridge 5 between the suction valve 9 mindest einer der Delatationsfugen (7) im Boden (3) 55 und dem Auspuffventil 10 ist die Kraftstoffeinspritzdüseat least one of the delatation joints (7) in the base (3) 55 and the exhaust valve 10 is the fuel injection nozzle geradlinig zwischen den Ventilöffnungen (9,10) ver- 8 untergebracht. Der Bereich der Brücke 5 ist von demhoused in a straight line between the valve openings (9, 10). The area of the bridge 5 is from that läuft. Umfangsgebiet des Bodens 3 durch Dilatationsfugen 6,runs. Perimeter area of the floor 3 through expansion joints 6, 7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7 getrennt, welche im Querschnitt eine V-Form und dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungslinie zu- gleichbleibende Fugenweite haben. Die Dilatationsfumindest einer der Delatationsfugen (6) im Boden (3) eo gen 6,7 münden im Boden 3 aus und sind mit vergösse· bogenförmig zwischen den Ventilöffnungen (9, 10) nen Blecheinlagen gefüllt.7. Cylinder head according to one of claims 1 to 6, 7 separately, which in cross section has a V-shape and characterized in that the confluence line have a constant joint width. The dilation minimum one of the delatation joints (6) in the floor (3) eo 6,7 open out in the floor 3 and are sealed with arcuate between the valve openings (9, 10) NEN sheet metal inserts filled. verläuft und die Öffnung der Einspritzdüse (8) teil- Zur wirksamen Wärmeableitung aus dem Bereich derruns and the opening of the injection nozzle (8) partially For effective heat dissipation from the area of the weise mit einem sich gleichmäßig ändernden Ab- Brücke 5 zwischen den Ventilen 9, 10 in die Wände 2 stand umgibt. bilden die Dilatationsfugen 6,7 einen spitzen Winkel zurwise with a uniformly changing Ab-Bridge 5 between the valves 9, 10 in the walls 2 stand surrounds. the expansion joints 6.7 form an acute angle to 65 Ebene des Bodens 3, so daß die Abstände zwischen den65 level of the bottom 3, so that the distances between the Dilatationsfugen 6, 7 und der Kraftstoffdüse 8 in Richtung vom Boden 3 aus anwachsen. Die Winkel zwischen den Dilatationsfugen 6, 7 und der Ebene des Bodens 3Expansion joints 6, 7 and the fuel nozzle 8 grow in the direction from the bottom 3. The angles between the expansion joints 6, 7 and the level of the floor 3
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