DE970668C - Zylinderkopf fuer eine geblaeseluftgekuehlte, ventilgesteuerte Viertaktbrennkraftmaschine, insbesondere Einspritzbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Zylinderkopf für eine gebläseluftgekühlte, ventilgesteuerte Viertaktbrennkraftmaschine, insbesondere Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf einem im wesentlichen aus einer unteren Platte und einem durch zwei säulenartige Zwischenwände mit dieser verbundenen, als Ölfangschale ausgebildeten Oberteil bestehenden Zylinderkopf für eine gebläseluftgekühlte, ventilgesteuerte Viertgktbrennkraftmaschine, insbesondere Ein-spritzbrennkraftmaschine mit an der Kühdluftzuführungsseite schräg angeordneten Einspritzdüse und einem Brennraum im Kolben. Bei diesem Zylinderkopf sind die Ventilstoßstangen an der Abluftseite angeordnet, und die Zwischenwände nehmen die nach einer Seite des Zylinderkopfes führenden Ventilkanäle sowie die Bohrungen für die Befestigungsschrauben auf.
• Im Sinne der Erreichung des Zieles einer optimalen Steifigkeit eines solchen Zylinderkopfes sind Maßnahmen, welche die Kühlung des letzteren verbessern, besonders wirksam. Aufgabe der Erfindung ist, die Kühlung des Zylinderkopfes zu verbessern. Die Kühlung hat dabei nicht nur die Aufgabe, die plastische Verformung einzelner besonders stark aufgeheizter Stellen des Zylinderkopfes zu verhindern, sondern sie soll allgemein die Temperatur der tragenden Querschnitte so niedrig halten, daß die Festigkeit der für solcheZylinderköpfeverwendeten Leichtmetallegierungen den Wert behält, welcher eine aus bekannten Gründen erwünschte, möglichst knappe Bemessung der einzelnen Querschnitte erlaubt.
• Es ist bekannt, darß bei luftgekühlten Zylinderköpfen von ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen die am meisten durch hohe Temperaturen gefährdete Stelle im Steg zwischen den Ventilen zu. suchen ist. Bei luftgekühlten Motoren mit einer im Zylinderkopf angeordneten Vor- oder Wirbelkammer ist dieser Steg besonders gefährdet, weil die Kammer als der Ort höchster Wärmeentwicklung den Kopf an sich stark aufheizt und weil außerdem der an der Anströmseite der Kühlluft liegende Brennkammeraufbau dieser Luft den freien Zugang zur Stegpartie sperrt.
• Um die Kühlung der Stegpartie zwischen den Ventilen zu verbessern, hat man die Stegpartie mit eng stehenden und im wesentlichen parallel zur Achse des Zylinders verlaufenden entsprechend langen Kühlrippen besetzt. Einer solchen Gestaltung lag die Absicht zugrunde, mit der durch das Rippenpaket bedingten Vergrößerung der wärmeableitenden Flächen eine Herabminderung der Stegtemperatu:r zu erreichen. Demgegenüber beweist die Praxis, daß diese Temperaturen bei den bekannten Zylinderköpfen trotzdem bedenklich nahe am Erweichungspunkt des verwendeten Leichtmetallwerkstoffes verblieben.
• Neuere, unserer Erfindung zugrunde liegende Erkenntnisse. haben gezeigt, daß der Wegfall des lZippenpaketes an der Stegpartie eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse der Kühlluft an dieser Stelle ergibt, so daß damit die Temperatueean uni das erforderliche Maß gesenkt werden. Mit der Beseitigung des Rippenpaketes an der Stegpartie ist die Möglichkeit geschaffen, die Strömungsquerschnitte für die Kühlluft an der im Betrieb ani meisten gefährdeten Stelle eines Zylinderkopfes so zu vergrößern, daß Staubteilchen, welche bisher immer die Gefahr des Verstopfens der engen Querschnitte in einem Rippenpaket mit sich bracht,#n, nunmehr ohne die Möglichkeit des Festsetzers durchgeblasen werden- In den als Strömungskanal dienenden Raum .hineinragende, kurze, senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Rippen dienen als Leitflächen, so daß für eine über den ganzen Querschnitt möglichst gl-eichinäßig-e Verteilung der Strömungsfäden der Kühlluft gesorgt und die fahr örtlicher Stagnationen der Kühlluft beseiti"t ist.
• Wenn bisher an Kiililluftquerschnitten von Zylinderköpfen waagerecht verlaufende Rippen z. B. zwischen zwei Ventilkanälen angeordnet wurden, so erstreckten sich diese nicht auf den gesamten Kühlluftweg von der Anblasseite bis zur Abluftseite und ließen außerdem keinen ausreichend großen, rippenfreien Ouerschiiitt frei, um mit den Maßnahmen gemäß der Erfindung verglichen werden zu können. Zylinderköpfe mit schräg stehenden Ventilen. können nicht zum Vergleich herangezogen werden, da die Nachteile dieser Bauarten im Hinblick auf die Brennraumgestaltung und den. Fertigungsaufwand beim Gegenstand der Erfindung auf jeden Fall vermieden werden sollen. Andere Ausführungen von Verrippungen zeigen zwar eine Besetzung des oberen Teiles eines Kühlluftquerschnittes an Zylinderköpfen mit senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Rippen. Der untere Teil der Stegpartie weist jedoch das übliche, aus parallel zur Zylinderachse stehenden Rippen zusammengesetzte Paket auf. Abgesehen von dem völligen Fehlen eines freien Strömungsquerschnittes und der dadurch bedingten. Behinderung des Kühlluftflusses sowie der großen Anfälligkeit gegen Verstopfen der Rippen, kann die letztgenannte Gestaltung auch keine Anregung im Sinne der Erfindung geben. Es fehlt dort die Erkenntnis, daß das Kühlproblem bei einem gebläsegekühlten Zylinderkopf dadurch befriedigend zu lösen ist, daß an den besonders temperaturgefährdeten Stellen ein freier, nur kurze Leitrippen enthaltender Kühlluftkanal vorgesehen wird, der im übrigen auch bei staubhaltiger Luft eine ausreichende Kühlwirkung gewährleistet und günstige bauliche Abmessungen des Kopfes erlaubt.
• Die zu der erfindungsgemäßen Gestaltung eines Zylinderkopfes gehörende Einbeziehung der Bohrungen für die Ventilstoßstangen in die Wände der Ventilkanäle unterstützt die vorstehend erläuterte Forderung in günstiger Weise. Die Stoßstangen können in einem möglichst großen gegenseitigen Abstand angeordnet werden, was die Schaffung eines freien Querschnittes für den Durchstrom der Kühlluft erleichtert.
• Entsprechend den geschilderten Förderungen, die an einem Zylinderkopf der eingangs genannten Art zu stellen sind sowie den Erkenntnissen, welche die Erfüllung dieser Forderungen möglich machen, besteht diie Erfindung ausschließlich darin, an diesem Zylinderkopf fälgende Merkmale zu kombinieren a.) Der Raum zwischen den Zwischenwänden der Oberseite der unteren Begrenzungsplatte und der Unterseite des Oberteiles ist mit mehreren Reihen von aus den Zwischenwänden herauswachsenden Leitrippen besetzt, die sich senkrecht zur Zylinderachse nur so weit erstrecken, daß sieeinen von Rilr per freien Querschnitt für den Durchtritt der Kühlluft übriglassen, welcher von der Oberseite der unteren Platte bis zur Unterseite des Oberteile reicht und sich in Strömungsrichtung der Kühlluft von der Anblasseite bis zur Abluftseite des Zylinderkopfes erstreckt.
• b) die Durchgangsbohrungen für die Ventilstoßstangen sind in die den Ein- bzw. den Auslaßkanal enthaltenden Zwischenwände verlegt.
• Mit dieser erfindungsgemäßen Kombination von Merkmalen wird es auch möglich, den gegenseitigen Abstand der Zylinder eines luftgekühlten ?Motors auf das bei wassergekühlten Maschinen übliche Maß zu verringern, womit sich der Vorteil ergibt, einen Motor mit gleichem Triebwerk und gleichem Kurbelgehäuse wählweise in wassergekühlter oder Itiftgekühlter Ausführung zu liefern.
• Schließlich bringt die erfindungsgemäße Lösung des Kühlproblems auch die Möglichkeit mit sich, am ganzen Zylinderkopf nur mit sehr kurzen Rippen auszukommen., womit sich gießtechnische Aufwände wesentlich herabsetzen lassen oder aber warenfestere Werkstoffe verwendbar werden, die infolge ihrer schwierigeren Vergießbarkeit für die bisher an Zylinderköpfen notwendigen langen, dünnen Rippenformen nicht in Frage ka.inen. Fig. i zeigt einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes längs der Linie I-I der Fig. 3 ; Fig. 2 zeigt den Zylinderkopf in Seitenansicht sowie ebenfalls. teilweise geschnitten, und Fig. 3 stellt eine geschnittene Draufsicht auf den Kopf dar.
• Der Aufbau des Zylinderkopfes ist folgender: Mit i ist die untere Platte bezeichnet, welche den Zylinderraum abschließt, wenn der Zylinderkopf auf einen nicht dargestellten Zylinder aufgesetzt ist. 2 bezeichnet den oberen Teil des Zylinderkopfes, der gleichzeitig als Ölfangschale dient. Durch die säulenartigen Wände 3 werden Platte i und Oberteil 2 miteinander verbunden. Die Bohrung 4 dient zum Einsetzen einer Einspritzdüse oder eines Brennkammeraufbaues, mit 5 ist-der Ansaugkanal, mit 5' der Auslaßkanal bezeichnet. In den Bohrungen 6 sind die Befestigungsschrauben für den Zylinderkopf geführt und durch. die Bohrung 4 dient zum Einsetzen eimer Einspritzdüse. Mit 5 ist der Ansaugkanal, mit 5' der Au.slallkanal bezeichnet. In den Bohrungen 6 sind die Befeistigungssahrauben für den Zylinderkopf geführt, und durch die Bohrungen 7 hindurch erstrecken sich die Stoßstangen für die Ventilbetätigung. Die Bohrungen 6 und 7 sind in die Zwischenwände 3, zu denen auch die Wände der Ventilkanäle 5, 5' gehören, einbezogen.
• Die vom nicht dargestellten Gebläse gelieferte Kühlluft umströmt die in die Bohrung 4 einzusetzende, ebenfalls nicht gezeigte Einspritzdüse und gelangt dann weiter in den Raum g. Die an der Anströmseite liegenden Leitrippen 8 sind an ihren Emden so geformt, daß bereits zwischen dem Einspritzventil und den Rippen ein freier Raum verbleibt, in welchem sich kein Staub ablagern kann. Außerdem sind die anblasseitigen Enden der Zwischenwände 3 als Schneiden ausgebildet und so weit auseinandergerückt, daß aus dem in Pfeilrichtung ankommenden Kühlluftstrom ein möglichst großes Luftvolumen herausgeschnitten wird., welches unter Umspülung der Einspritzdüse, geführt durch die als Leitflächen wirkenden Rippenansätze 8, den Raum 9 mit einer dessen Querschnitt (s. Fig. i). entsprechenden hohen Geschwindigkeit durchströmt, womit die gewünschte Intensivierung der Kühlung erzielt ist.
• Die Trennwand io im Raum 9 verhindert die Wärmestrahlung von Auslaßkanal5' zum Einlaßkana.l 5, so daß eine Verminderung des einströmenden Luftgewichtes vermieden, wird. Die Gestaltung dieser Trennwand als dünne Platte hat überdies den Vorteil, daß ihr wärmeleitender Querschnitt sehr gering ist und däß keine nennenswerte Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse durch sie erfolgt. Der Wärmeschutz der den Einlaßkana.l5 durchströmenden Luft kann durch Auskleidung von Einlaßkanal 5 Lind Auslaßkanal 5' mit wärmeisolierenden, metallischen oder keramischen Stoffen noch weiter verbessert werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Im wesentlichen aus einer unteren Platte und einem durch zwei säulenartige Zwischenwände mit dieser verbundenen, als Ölfangschale ausgebildeten Oberteil bestehenden Zylinderkopf für eine gebläseluftgekühlte, ventilgesteuerte Viertaktbrennkraftmaschine, insbesondere Einr spritzbrennkraftmaschine mit an der Kühlluftzuführungsseite schräg angeordneter Einspritzdüse und einem Brennraum im Kolben, bei dem die Ventilstoßstangen an der Abluftseite angeordnet sind und .die Zwischenwände die nach einer Seite des Zylinderkopfes führenden. Ventilkanäle sowie die Bohrungen für die Befestigungsschrauben aufnehmen, gekennzeichnet durch die Kombination folgernder Merkmale: a) der Raum zwischen den Zwischenwänden (3) der Oberseite der unteren Platte (i) und der Unterseite des Oberteiles (2) ist mit mehreren Reihen von aus den Zwischenwänden herauswachsenden Leitrippen besetzt, die sich senkrecht zur Zylinderachse nur so weit erstrecken, daß sie einen von Rippen freien Querschnitt (9) für den Durchtritt der Kühlluft übriglassen, welcher von, der Oberseite der unteren Platte (i) bis zur Unterseite des Oberteiles (2) reicht und sich in Strömungsrichtung der Kühlluft von der Anblasseite bis zur Abluftseite des Zylinderkopfes erstreckt; b) die Durchgangsbohrungen (7) für die Ventilstoßstangen sind in den den Ein- bzw. Auslaßkanal (5 bzw. 5') enthaltenden Zwischenwänden (3) in die Nähe der Kanäle verlegt.
2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise in der Mitte des zwischen den Zwischenwänden (3) vorhandenen Raumes (9) eine Trennwand (io) geringer Dicke, vorzugsweise aus wärmeisolierendem Werkstoff angeordnet ist.
3. 3. Zylinderkopf nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal und der Auslaßkanal oder einer von beiden, mit einer wärmeisolierenden Schicht ausgekleidet ist.
4. 4. Zylinderkopf nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, d,aß die Leitrippen (8) nur an einer der beiden säulenartigen Wände (3) angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 753 o78, 749 023 633 36o, 361 ooo ; deutsche Patentanmeldung K 8950 I a/46 e4; schweizerische Patentschrift Nr. 233 261; französische Patentschriften Nr. 836 832, 8o6 3o6; B ü.s s i en, : »Automobiltechnisches Handbuch« (16. Auflage), S. 1256; »Der Hirth-Motor«, Werkzeitschrift der Hirth-Motoren G. m. b. H., Jahrgang 3, Nr. 2 (19q.0), S. 6.