DEM0018915MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 12. Juni 1953 Bekanntgemacht am 5. April 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf Zylinderköpfe für gebläseluftgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschinea, vorzugsweise Einspritzbrennkraftmaschinen mit schräg sitzender Einspritzdüse oder einem an gleicher Stelle angebrachten Brennkammeraufbau. Derartige Zylinderköpfe bestehen im allgemeinen aus einer unteren Platte, welche über zwei säulenartige Zwischenwände mit einem oberen, als ölfangschale ausgebildeten Teil verbunden ist. Die Einspritzdüse oder ein Brennkammeraufbau, sitzt dabei meist auf der Anströmseite der Kühlluft, während die Ventilstoßstangen und die Mündungen von Ansaug- und Auspuffkanal auf der Abluftseite des Zylinderkopfes angeordnet sind.

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 2p plastische Verformung einzelner besonders stark aufgeheizter Stellen des Zylinderkopfes zu verhindern, sondern soll allgemein, die Temperatur der tragenden Querschnitte so niedrig halten, daß die

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Festigkeit der für solche Zylinderkopf e verwendeten Leichtmetallegierungen den. Wert behält, welcher eine aus bekannten Gründen erwünschte, möglichst knappe Bemessung der. einzelnen Querschnitte erlaubt.

Zylinderköpfe für gebläseluftgekühlte Einspritzbrennkraftmaschinen wiesen bisher üblicherweise einem im Zylinderkopf angeordneten, als Vorkammer oder Wirbelkammer bekannten Verbrennungsraum auf. Gerade diese Bauarten geben jedoch keine brauchbaren Hinweise für eine einwandfreie Lösung des vorstehend erläuterten Kühlproblems. Es ist bekannt, daß bei allen, 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 aber ist dieser Steg ganz 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.

Es ist daher auch schon, eine große Anzahl von Maßnahmen versucht worden, um die Kühlung der Stegpartie zwischen, den Ventilen zu verbessern. Diese bekannten Maßnahmen haben aber alle das Merkmal gemeinsam, daß sie eine Besetzung der Stegpartie mit eng stehenden und im wesentlichen parallel zur Achse des Zylinders verlaufenden entsprechend langen . Kühlrippen vorsehen. Einer solchen Gestaltung lag die Absicht zugrunde, mit der durch das Rippenpaket bedingten Vergrößerung der wärmeableitenden Flächen eine Herabminderung der Stegtemperatur zu erreichen, Demgegenüber beweist die Praxis, daß diese Temperaturen bei den bekannten, in der vorstehenden, Weise gestalteten Zylinderköpfen trotzdem bedenklich nahe am Erweichungspunkt des verwendeten. Leichtmetallwerkstoffes verblieben,

Neuere, unserer¹ Erfindung zugrunde liegende Erkenntnisse haben demgegenüber gezeigt, daß der Wegfall des bisher als unbedingt notwendig betrachteten Rippenpaketes an der Stegpartie eine so wesentliche Verbesserung der StrömungsVerhältnisse der Kühlluft an dieser Stelle ergibt, daß damit überraschenderweise die Temperaturen um das erforderliche Maß gesenkt werden, Mit der die Überwindung eines langjährigen Vorurteils darstellenden, Beseitigung des Rippenpaketes an der Stegpartie ist erstmalig die Möglichkeit geschaffen, die StrömungsquersdHnittei für die Kühlluft an -der im Betrieb am meisten gefährdeten Stelle eines Zylinderkopfes so zu-vergrößerh, daß Staubteilchen, welche bisher immer die Gefahr des Verstopfens der engen Querschnitte"in- einem Rippenpaket mit sich brachten, nunmeKr ohne die -.Möglichkeit des Festsetzens durchgebiäsen werden, Wenn dabei außerdem in den als" Strö'mungskanal dienenden Raum kurze, '-senkrecht- zur Zylinderachse verlaufende Rippen als Leitflächen hineinragen, so ist damit für eine über^?äen^:ganzen Querschnitt möglichst gleichmäßige Verteilung der Strömungsfäden der Kühlluft gesorgt, was die Gefahr örtlicher Stagnationen der Kühlluft beseitigt.

Wenn bisher an Kühlluftquerschnitten von Zylinderköpfen ähnliche, 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 Querschnitt 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 Kuhlluftquerschn.ittes an Zylinderköpfen mit senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Rippen, während jedoch, der untere Teil der Stegpartie das übliche, aus parallel zur Zylinderachse stehenden Rippen zusammengesetzte Paket aufweist. 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 im Rahmen der Erfindung verwertbare Lehre abgeben, weil die Erkenntnis noch völlig fehlt, daß das Kühlproblem bei einem gebläsegekühlten Zylinderkopf nur 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 weiter im Rahmen der erfindungsgemäßen Gestaltung eines Zylinderkopfes liegende 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 Forderungen, die an einem Zylinderkopf der eingangs genannten. Art zu stellen sind sowie den Erkenntnissen, welche die Erfüllung dieser Forderungen möglich machen, besteht die Erfindung darin, an diesem Zylinderkopf folgende Merkmale zu kombinieren:

a.) Der Rlaum zwischen, den Zwischenwänden der Oberseite der unteren Begrenzungsplatte¹ und der Unterseite des Oberteiles ist mit mehreren. Reihen von aus den Zwischenwänden herauswachsenden Kühlrippen besetzt, die sich senkrecht zur Zylinderachse nur so· weit erstrecken, daß sie einen von Rippen freien Querschnitt für den, Durchtritt der Kühlluft übriglassen,' weicher von der Oberseite der unteren Platte bis zur Unterseite des Oberteiles reicht und sich in--Strömungsrichtung der Kühlluft

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von der Anblasseite bis zur Abluftsei te des Zylinderkopfeis erstreckt.

b) die Durchgangsbohrungen für die Ventilstoßstangen sind in die den. Ein- bzw. Auslaßkanal enthaltenden Zwischenwände verlegt, so daß letztere Wände eine, entsprechend große Abmessung im Bereich der Kanäle aufweisen. .

Mit dieser ernndungsgemäßen Kombination von Merkmalen wird es auch möglich, den gegenseitigen

ίο Abstand der Zylinder eines luftgekühlten Motors auf das bei wassergekühlten Maschinen übliche Maß zu verringern, womit sich der grundlegende Vorteil ergibt, einen Motor mit gleichem Triebwerk und Kurbelgehäuse wahlweise in wassergekühlter oder luftgekühlter Ausführung liefern zu können, was eine bisher nicht mögliche Anpassung an verschiedenartigste Betriebsfälle bedeutet.

Schließlich bringt die erfindungsgemäße Lösung des Kühlproblems auch, die Möglichkeit mit sich,

ao am ganzen Zylinderkopf nur mit sehr kurzen Rippen auszukommen, womit sich gießtechnische Aufwände wesentlich herabsetzen lassen oder aber warmfestere Werkstoffe verwendbar werden., die infolge ihrer schwierigeren Vergießbarkeit für die bisher an Zylinderköpfen notwendigen langen, dünnen Rippenformen nicht in Frage kamen.

Fig. ι zeigt einen Schnitteines 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 ι 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 säulemartigen Wände 3 werden Platte 1 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 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 oder einen Brennkammeraufbau und gelangt dann: weiter in den Raum 9. Die an der Anströmseite liegenden Kühlrippen 8 sind an, ihren dortigen Enden so* geformt, daß bereits zwischen dem Einspritzventil bzw. dem Brennkammeraufbau 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 bzw. des Bfennkammeraufbaues geführt durch die in ihrem weiteren Verlauf als Leitflächen wirkenden Rippenansätze 8, den Raum 9 mit einer seinem Querschnitt (s. Fig. 1) entsprechenden hohen Ge-- · schwindigkeit durchströmt, womit die gewünschte Intensivierung der Kühlung erzielt ist. Der Raum 9 ist zweckmäßig so- bemessen, daß die Breite seines von Rippen, 8 frei bleibenden Teiles etwa gleich oder größer ist wie die Ausdehnung dieser aus den Zwischenwänden 3 herauswachsenden Rippen.

Die Trennwand. 10 im Raum 9 verhindert die Wärmestrahlung von, Auslaßkanal 5' zum Einlaßkanal 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 daß keine nennenswerte Beeinträchtigung der Ströniungsverhältnisse.durch sie erfolgt. Der Wärmeschutz der den Einlaßkanal 5 durchströmenden Luft kann durch Auskleidung von Einlaßkanal s und Auslaßkanal 5' mit wärmeisolierenden, metallischen oder keramischen Stoffen noch weiter verbessert werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Zylinderkopf für gebläseluftgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen, vorzugsweise für Einspritzbrennkraftmaschinen mit schräg sitzender an der Kühlluftzuführungsseite angeordneter Einspritzdüse oder Brennkammer und an der Abluftseite angeordneten Ventilstoßstangen., im wesentlichen bestehend aus einer dem Zylinder zugewandten unteren Platte und einem als Ölfangschale ausgebildeten Oberteil, die durch zwei säulenartige Zwischenwände verbunden sind, in welche die nach einer Seite führenden Ventilkanäle und, die Bohrungen für die Befestigungsschrauben einbezogen sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) der Raum zwischen den Zwischenwänden (3) der Oberseite der unteren Platte (1) und der Unterseite des Oberteiles (2) ist mit mehreren Reihen von aus den Zwischenwänden herauswachsenden Kühlrippen 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 (1) 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- und Auslaßkanal (5 bzw. 5') enthaltenden, Zwischenwänden, (3) in die Nähe ersterer Kanäle verleg';.
2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß vorzugsweise in der Mitte des zwischen den Zwischenwänden (3) vorhandenen

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   Raumes (9) eine Trennwand (10) geringer Dicke, vorzugsweise aus wärmeisolierendem Werkstoff angeordnet ist.
3. 3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 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 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (8) nur an einer der beiden säulenartigen Wände (3) angeordnet sind.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche: Patentschriften Nr. 749 023, 862 690.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen