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Zylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen
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liegen und mit Öffnungen an den Zwischenwänden, die etwa an der Übergangsstelle von denEintrittsleitwän- den zu den Gaskanalwänden angeordnet sind, wodurch Verbindungskanäle zwischen den äusseren Kühlluftkanälen und den inneren Kühlluftkanälen gebildet sind, dadurch gekennzeichent, dass mindestens zwei Verbin- dungskanäle derart über Kreuz angeordnet sind, dass der eine davon von einem der inneren zu einem der äusseren Kühlluftkanäle führt, wobei mindestens ein Teil eines inneren Kühlluftteilstromes nach Erwär- mung an der Zündkerze oder der Einspritzdüse oder gegebenenfalls der Brennkammer mit der eingesetzten Einspritzdüse an eine äussereLängsseite des Zylinder kopfes abgeleitet wird,
und dass der andere davon von einem äusseren Kühlluftkanal zum mittleren Kühlluftkanal führt, wobei mindestens ein Teil eines äusse- renKühlluftstromes den mittlerenKühlluftstrom vorEintritt in dieStegpartie erreicht. Zweckmässigerweise sind neben der Ausgestaltung der Wände und der Kühlrippen, gegebenenfalls im Verein mit den Einbauten, zur Führung der Kühlluftströme durch die Verbindungskanäle an den Kühlrippen Aussparungen und zwischen den Kühlrippen Führungsnasen vorgesehen. Das hat gegenüber der Möglichkeit, die zwingenden Kühlluftführungen als besondere Bauteile oder aber als Ausgestaltungen an z. B. den Kühlluftleitblechen usw. anzuordnen, den Vorteil, dass sie zusätzlich Wärme aus dem Boden des Zylinderkopfes abführen.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, im eigentlichen Zylinderkopf mindestens einen von zwei im wesentlichen überKreuz gerichteten Kühlluftkanälen anzuordnen, u.zw. vorzugsweise derart,. dass dieser von der angeblasenen Stirnfläche innerhalb einer vorderen Zylinderkopfbefestigungsschraube ausgeht, nach aussen gerichtet ist und an einer seitlichen Aussenwand austritt und/oder an einer seitlichen Aussenwand beginnt, nach innen gerichtet ist und an der hinteren Stirnfläche innerhalb einer hinteren Zylinderkopfbefestigungsschraube austritt und/oder etwa an der vorderen Stirnfläche aussermittig beginnt, schräg zur Mitte, gegebenenfalls sogar nach abwärts, gerichtet und zwischen den Ventilkanälen durchgeführt ist.
AlleKühlluftkanäle sollen erfindungsgemäss dermassen gerichtet und zugänglich sein, dass sie in montiertemZustand derBrennkraftmaschine zu reinigen sind, gegebenenfalls dass die Reinigung durch verschliessbare Öffnungen in den Luftleitblechen erfolgen kann.
Einzelne Einbauten verbindende Kühlrippen, insbesondere die zwischen den Ventilkanälen, also an Stellen, die hohe Temperaturunterschiede gegeneinander aufweisen, sollen erfindungsgemäss dachförmig ausgebildet sein, d. h. mit einem als stumpfer Winkel oder Bogenstück geformten Querschnitt. Durch derartige Rippen ist eine gute Elastizität erreicht, so dass sich in ihnen Spannungen von einem Einbauteilauf
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mässig sein, Einbauten, wie Ventile, Einspritzdüse, Brennkammer, Zündkerze usw., derartig asymme- trisch und/oder aussermittig anzuordnen, dass den thermischen Bedingungen besser Rechnung tragende, ungleich grosse Durchströmquerschnitte entstehen, so dass der gewünschten Strömung entsprechend, Kanäle, insbesondere Verbindungskanäle, ausgebildet werden können, worunter in erster Linie zu verstehen ist,
dass die Grössen für Luftvolumen, Querschnittsfläche, bestrichene Oberfläche, Strömungsgeschwindigkeit, Temperaturgefälle usw. den vorliegenden Verhältnissen anpassbar sind.
In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes gezeigt. Dabei sind die Zylinderköpfe in zu den Kühlrippen parallelliegenden Schichten zerlegt gedacht, wobei die von Kühlrippen gebildeten Schichten mit grossen Buchstaben, und die dazwischenliegenden Schichten mit kleinen Buchstaben bezeichnet sind.
Als erstes Ausführungsbeispiel ist ein Zylinderkopf dargestellt, in dem in Anblaserichtung vorne eine Wirbelkammer und dahinterliegend ein Aus-und ein Einlassventil angeordnet sind. Es zeigen Fig. l einen Längsschnitt durch die Zylinderachse, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Ventilachsen, u. zw. die rechte Hälfte 2a in Blickrichtung des Kühlluftstromes und die linke Hälfte 2b in dem Kühlluftstrom entgegengesetzter Richtung, Fig. 2c einen Schnitt durch die Zwischenwände und die in diesen befindlichen Verbindungskanäle, die Fig. 3, 4 und 5 Schnitte durch Schichten in Ebenen senkrecht zur Zylinderachse.
Dabei ist in Fig. 3 ein Schnitt durch die Schicht f mit Ansicht auf die Rippe F, in Fig. 4 ein Schnitt durch die Schicht g mit Ansicht auf die Rippe G und in Fig. 5 ein Schnitt durch die Schicht h mit Ansicht auf die Uppe H dargestellt, wobei auch die die Fig. 2c ergebende Schnittebene eingezeichnet ist. In den Fig. 6-9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes für eine einsetzbare Einspritzdüse dargestellt, wobeiFig. 6 einen Längsschnitt durch die Zylinderachse, die Fig. 7-9 Schnitte nach den Schichten d bzw. f bzw. g der Fig. 6 und Fig : 10 einen Schnitt einer etwas abgeänderten Ausführungsform gemäss Fig. 9 zeigt.
Der Zylinderkopf besteht im wesentlichen aus einem Zylinderkopfboden l, der sich zwischen der Verbren- mingsraumdecke 2 und der Rippe F befindet, einer oben liegenden plattenförmigen Begrenzung 3 parallel
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zu den Kühlrippen, die durch den Rand 4 als Ölfangschale 5 ausgebildet ist, dazwischen in Richtung der Zylinderachse stehenden Wänden, von denen eine Wand 6 eine Brennkammer 7 und zum Teil die Bohrungen 8 und 9 für eine Einspritzdüse und für eine Glühkerze aufnimmt, einer Wand 10, die den Einlasskanal 11 umgibt, einer Wand 12, die in einer Bohrung 13 eine Zylinderkopfbefestigungsschraube aufnimmt, und aus die Wände verbindende und umgebende Kühlrippen.
In der Wand 10 befinden sich eine Bohrung 14 zur Aufnahme einer Zylinderkopfbefestigungsschraube und eine Bohrung 15, durch die eine Ventilstossstange
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Der Kühlluftstrom trifft in Richtung der Pfeile 16 frontal auf den Zylinderkopf und wird in Höhe der Kühlrippen A, B, C und D derart gespalten, dass er an den seitlich angeordneten Kühlrippen vorbeiströmt.
In der Schicht e ist im Fleisch des Zylinderkopfbodens 1 ein Kanal 17 angeordnet, in den kalte Luft eintritt, die durch intensive Kühlwirkung stark erhitzt wird, bevor sie an den Seiten ausströmen und zwischen den Kühlrippen E und F nach hinten abfliessen kann. Darunter ist in der Schicht d mit einer seitlichen Einströmöffnung der Kanal 18 angeordnet, der schräg nach hinten zur Mittellinie gerichtet ist. Durch die-
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tritt, nachdem sie im Fleisch des Zylinderkopfoodens 1, insbesondere unter dem Auslassventilkanal stark erhitzt worden ist, in der Mitte nach hinten aus. Zwischen den Rippen D und E befindet sich hinter der
Einströmöffnung desKanals 18 eineSperrnase 19, die zumindest einen ausreichenden Teil der Luft zwingt, in den Kanal 18 einzuströmen.
In der Schicht f ist der Kühlluftstrom 16 in einen äusseren Strom 20, der durch einen Verbindungskanal 71 zwischen den Wänden 12 und 19 nach innen geführt ist, und einen inneren Strom 21, der zwischen den Wänden 12 und 6 einströmt, aufgeteilt. Sie vereinigen sich am Ende des Verbindungskanals 71 zwischen der Wand 6 der Brennkammer 7 und der Wand 10 des Ventilkanals und kühlen gemeinsam als Teilstrom 22 die heisseste Stelle an der Oberfläche des Zylinderkopfbodens 1. Aus dem Zylinderkopfboden 1 erstreckt sich hinter der Wand 6 eine senkrechte Rippe 23, die in Richtung des Teilstromes 22 nach hinten verläuft und von diesem ebenfalls eine intensive Kühlung erfährt.
In der Schicht g ist die Wand 6 mit der Wand 12 verbunden, so dass in dieser Lage nur ein kalter Teilstrom 24 ausserhalb der Wand 12 strömen kann, der durch die Nase 25 und in einen Verbindungskanal 72 geführt, ebenfalls zur Mitte zu an die heisseste Stelle abgelenkt wird, wo er sich mit dem darunterliegenden Teilstrom 22 vereinigen kann. Die kalte, von aussen an die heissesten Stellen in der Mitte geführte Luftmenge kann noch durch einen Teil des Teilstromes 26 in der Schicht h vergrössert werden, der durch die Aussparung 27 und durch die Nase 28 in die Schicht g abgelenkt und ebenfalls in den Verbindungskanal 72 geführt ist.
Durch die Ablenkung der Teilströme 20 und 24 und eines Teiles von 26 durch die Verbindungskanäle 71 bzw. 72 von aussen nach innen geht an der Aussenfläche der Wand 10 Luft verloren, die d durch ersetzt wird, dass in der Schicht h ein Teilstrom 29 zwischen den Wänden 6 und 10 einerseits und der Wand 12 anderseits in einem Verbindungskanal 73 von innen nach aussen geführt ist, der durch die Aussparung 30 in den Rippen H und G-auch in die Schichten zwischen den Rippen G und H bzw. G und F einströmen kann, so dass dadurch die Teilströme in sich und der Gesamtluftstrom ausgeglichen sind. Zwischen der Wand 6 und der Wand 10 strömen dann die aus der unteren Lage kommenden Teilströme 24 und teilweise 26.
Es tritt : n den Schichten eine mehrfache Verzweigung und Vereinigung von Teilströmen auf, die sich der Höhe nach teilweise in den Verbindungskanälen 71, 72 bzw. 73 überkreuzen, so dass verhältnismässig kalte Luft an die gefährdetsten Stellen geführt wird und angewärmte Luft im Austausch an weniger intensiv zu kühlenden Stellen geleitet und von dort abgeführt wird. Durch die Ausbildung der Rippen und der Verbindungskanäle 71, 72, 73 und durch die Anordnung der Nase 25 und 28 und der Aussparungen 27 und 30 erfolgt eine zwingende Führung der Teilströme.
Die Ausbildung ist fernerhin derart, dass im wesentlichen in allen zur Stromrichtung senkrecht stehenden Schnittebenen für die einzelnen Teilströme und für den Gesamtluftstrom der Strömung entsprechende Querschnitte zur Verfügung stehen, damit eine unerwünschte Drosselung und Behinderung der Teilströme vermieden ist, keine toten Räume entstehen, in denen die Kühlluft stagnieren kann, und grobe Beschleunigungen und Verzögerungen des Kühlluftstromes vermieden sind, damit der Leistungsbedarf zur Erzeugung des Kühlluftstromes niedrig bleibt.
Dabei kann natürlich die Luftgeschwindigkeit im engsten Querschnitt zwischen der Wand 6 und der Wand 10 grösser seir, weil für die Kanalquerschnitte weniger Platz zur Verfügung steht und weil an dieser Stelle durch erhöhte Luftgeschwin- digkeit die Kühlung verbessert wird, was durchaus erwünscht ist.
Die Rippe 23 ist am Fuss verhältnismässig breit ausgebildet und geht mit grossem Abrundungsradius in den Zylinderkopfboden 1 über, damit hohe Festigkeit und gute Wärmeleitung gewährleistet sind. Ebenfalls ist aus diesen Gründen der Übergang vom Zylinderkopfboden 1 in die Wände 10 stark abgerundet.
Durchgehende Rippen 31 und 32 sind dachförmig ausgebildet, weil sich dadurch eine elastischere Ver-
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bindung zwischen den beiden, die Ventilkanäle aufnehmenden Wände ergibt, so dass sich Wärmespan- nungen und dadurch verursachte Verformungen leichter ausgleichen können.
In den Fig, 6, 7, 8 und 9 ist in analogerweise einAusführungsbeispiel eines Zylinderkopfes dargestellt, in dem ausser den Ventilen eine, in die. Bohrung 41 einsetzbare Einspritzdüse angeordnet ist. Statt derEin- spritzdüse kann in diesem Fall auch eine Fremdzündeinrichtung untergebracht sein. Im Zylinderkopfbo- den 1 ist eine Bohrung 42 vorgesehen, in die Bohrungen 43 schräg einmünden, so dass kalte Luft durch die Öffnung 44 an sehr heisse und gefährdete Stellen strömen kann.
In der Schicht d strömen die Kühlluftteil- ströme 45 und 46, wobei der heisseStrom 46 in einem Verbindungskanal 74 nach aussen geführt ist, wogegen in der Schicht f durch einen äusseren Teilstrom 47, der in einem Verbindungskanal 75 zwischen den
Wänden 12 und 10 durcheineFührungsnase 50 nach innen geleitet ist, eine intensive Kühlung der Stellen zwischenDüsenbohrung 41 und Wand 10 erfolgt und ausserdem ein Teilstrom kalter Luft in die Öffnung 44 der Bohrung 43 eingeblasen wird. Die vereinigten Ströme eines Teiles von 47 und 48 strömen dann zwischen den Wänden 10 nach hinten und kühlen gleichzeitig dieZylinderkopfbodenoberseitedurch dieRippe 23, die in diesemFalle im engsten Querschnitt zu dessen Vergrosserung unterbrochen ist.
Der Teilstrom 45 gelangt durch die Aussparung 49 hinter die Nase 50 zwischen die Kühlrippen F und G. In der Schicht g geht der Teilstrom 51 durch die Aussparung 52 in der Rippe G nach unten, während der Teilstrom 53 zwischen der Wand 12 und der Düse bzw. der Befestigungsschraube für die Düsenhalterung, die durch die Bohrung 54 geht, durch einen Verbindungskanal 76 nach aussen und nach hinten abgeführt ist. Ein anderer Teilstrom 55 kann um die Düse herum in die Durchtrittsquerschnitte zwischen den Wänden 10 strömen. Auch hier findet eine Verzweigung, Vereinigung und Überkreuzung von Teilströmen durch die Verbindungskanäle 74, 75, 76 mit dem erfindungsgemässen Effekt statt.
Durch die Ausgestaltung der Nasen in den Zwischenschichten und der Aussparungen in den Kühlrippen lässt sich die zwingende Führung der Teilströme bewerkstelligen. Fig. 10 zeigt eine Variante durch Anordnung der Kühlluftströmungskanäle 61, 62 und 63 im Zylinderkopfboden 1.
Es liegt durchaus im Rahmen der Erfindung, dass die Massnahmen auch bei Zylinderköpfen mit in jeder beliebigen Lage stehenden Rippen anwendbar sind.
Einbauten, wie Ventile, Einspritzdüse, Brennkammer, Zündkerze usw. sind derartig asymmetrisch oder aussermittig anzuordnen, dass im Bereich von Einlasskanal einerseits und Auslasskanal anderseits ungleich grosse Durchströmquerschnitte entstehen, um gegebenenfalls den thermischen Bedingungen besser Rechnung tragen zu können, z.
B. den Einlass-oder den Auslasskanal erforderlichenfalls durch eine Vergrö- sserung derkühlluftdurchströmung in höherem Masse kühlen zu können, dass die Kanäle für die Teilströme nicht nur in den Zwischenschichten, sondern auch in den die Kühlrippen aufnehmenden Lagen ausgebildet sind, dass der Kanal 43 beispielsweise auch im Fleisch zwischen der Befestigungsschraube für die Düsenhalterung und der Düse selbst und durch mehrere, übereinanderliegende Schichten hindurchgeführt ist und dass statt der aus dem Boden der obersten Kühlrippen und ihren hochgezogenen Seitenwänden ausgebildeten Ölfangschale, auch eine andere aus einem besonderen Bauteil gebildete Ölfangschale vorgesehen sein kann.
Um die Kühlungsverhältnisse zu verbessern und damit den Zylinderkopf thermisch höher belastbar zu machen, was eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine ermöglicht, können die dargestellten erfindungsgemässen Massnahmen einzeln, teilweise oder zusammen und in beliebiger Anzahl und beidseitig symmetrisch oder nur einseitig angeordnet sein.
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