DE1127144B - Cylinder head for air-cooled internal combustion engines - Google Patents

Description

Zylinderkopf für luftgekühlte Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen, bei welchem von der Zylinderkopfwand in Richtung Zylinderlängsachse eine parallel zum Kühlluftstrom verlaufende Mittelrippe absteht, die das Ventilgehäuse trägt und von der auch die hauptsächlichen Zylinderkopfrippen abzweigen.Cylinder head for air-cooled internal combustion engines The invention relates to a cylinder head for air-cooled internal combustion engines in which from the cylinder head wall in the direction of the cylinder longitudinal axis one parallel to the cooling air flow extending central rib protrudes, which carries the valve housing and from which also the branch off the main cylinder head ribs.

Ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Zylinderkopfes, zum Beispiel für einen Dieselmotor, bei dem die Ventilöffnungen so angeordnet sind, daß innerhalb des Zylinderkopfes eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet ist.An object of the invention is to provide a cylinder head, for example for a diesel engine, in which the valve openings are arranged in such a way that ensures a uniform temperature distribution within the cylinder head is.

Es soll auf diese Weise die Belastbarkeit des Zylinderkopfes derjenigen guter wassergekühlter Zylinderköpfe angenähert werden, ohne daß betriebliche Nachteile in Kauf genommen werden müssen, und ohne daß die Fertigung erschwert wird.It aims to increase the resilience of the cylinder head in this way good water-cooled cylinder heads can be approximated without operational disadvantages must be accepted, and without making production difficult.

Zur Lösung des Problemes hat sich die Erfindung eine weitere Aufgabe gestellt, nämlich die Verwirklichung der - für sich bekannten - Dreiventilanordnung bei einem Zylinderkopf der im einleitenden Abschnitt genannten Gattung. Diese Aufgabe ließe sich an sich auch durch Mittel lösen, welche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, doch zeigt die Erfindung eine besonders brauchbare Lösungsform der Aufgabe auf.In order to solve the problem, the invention has a further object posed, namely the implementation of the - known per se - three-valve arrangement in the case of a cylinder head of the type mentioned in the introductory section. This task could in itself also be solved by means which are not the subject of the present Invention, but the invention shows a particularly useful form of solution Task on.

Bei dem bekannten Zylinderkopf der vorliegend interessierenden Gattung waren in der Mittelrippe die Bohrungen für den Schaft des Einlaßventils und des Auslaßventils untergebracht. Dies ergibt zwar die Möglichkeit einer einfacheren Herstellung und eine gute Kühlluftausnützung. Diese Lösung läßt aber eine zur Erzielung hoher Motorleistungen erforderliche gute Aufladung ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit nicht zu. Da nämlich bei dem bekannten Zylinderkopf das Auslaßventil und das Einlaßventil in einer gemeinsamen Ebene innerhalb der erwähnten Mittelrippe liegen, so ist eine genügend große Bemessung des Einlaßquerschnittes nur dann möglich, wenn die Ventilschäfte schräg zur Zylinderachse angeordnet sind. Mit dieser schrägen Anordnung ist aber der schwerwiegende Nachteil verbunden, daß ein offenstehendes, steckengebliebenes Ventil vom Kolben nicht einfach zurückgeschoben werden kann, sondern Kolben- und/oder Ventil-Bruch verursachen wird. Diesen Mängel könnte man zwar beheben, wenn man im Kolben entsprechende Aussparungen vorsähe, die sich aber bei Hochleistungsmotoren verbieten, weil sonst nicht die genügend hohe Verdichtung erreicht werden kann.In the case of the known cylinder head of the type of interest here were the holes for the shaft of the inlet valve and the in the central rib Housed exhaust valve. Although this gives the possibility of a simpler one Production and a good use of cooling air. But this solution leaves one to achieve high engine power required good charging without impairing operational safety not to. There namely in the known cylinder head the exhaust valve and the intake valve lie in a common plane within the mentioned midrib, so is a Sufficiently large dimensioning of the inlet cross-section is only possible if the valve stems are arranged obliquely to the cylinder axis. But with this inclined arrangement the serious disadvantage associated with an open, stuck Valve cannot simply be pushed back by the piston, but piston and / or Will cause valve rupture. These shortcomings could be remedied if you were in the Piston would provide corresponding recesses, but these are in high-performance engines prohibit, because otherwise the sufficiently high compression cannot be achieved.

Hieraus erklärt sich, daß bei der Erfindung alle drei Ventile jeweils zur Zylinderachse parallele bzw. im wesentlichen parallele Schäfte aufweisen, was an sich bekannt ist.From this it is explained that in the invention all three valves respectively have parallel or substantially parallel shafts to the cylinder axis, what is known per se.

Beim Erfindungsgegenstand ist von allen drei Ventilschäften nur der Schaft des Auslaßventils in der Mittelrippe untergebracht, während neuerdings von den beiden Einlaßventilen je eines seitlich von der Mittelrippe angeordnet wird. Auch der Auslaßkanal befindet sich innerhalb der Mittelrippe. Gegebenenfalls sind auch Brennkammer, Glühkerze oder Zündkerze in der Mittelrippe angeordnet. Es ist demnach eine günstige Kühlluftausnutzung gewährleistet, weil alle heißen und daher der Kühlung besonders bedürftigen Teile in der beiderseits vom Kühlluftstrom bespülten Mittelrippe untergebracht sind, von welcher die Kühlrippen abzweigen, deren Ausdehnung durch die Höhe des Zylinderkopfes keine Grenzen gesetzt sind, und die sich auch mit Hilfe einfacher Gießwerkzeuge fertigen lassen. Ein derartiger Zylinderkopf ist im Gegensatz zu dem zu verbessernden Kopf in bezug auf die Mittelrippe symmetrisch wärmebelastet, da sich beiderseits der Mittelrippe kühle Zonen befinden. Deshalb treten ungleichmäßige Spannungen nicht auf. Dennoch steht ein genügend großer Einlaßquerschnitt zur Verfügung, veranlaßt durch die Anordnung von zwei Einlaßventilen.In the subject matter of the invention, only the valve stem is of all three valve stems Shaft of the exhaust valve housed in the central rib, while recently from each of the two inlet valves is arranged one to the side of the central rib. The outlet channel is also located within the central rib. If applicable, are also combustion chamber, glow plug or spark plug arranged in the central rib. It is therefore a favorable utilization of the cooling air is guaranteed because they are all hot and therefore the parts that are particularly in need of cooling are flushed on both sides by the flow of cooling air Central rib are housed, from which the cooling fins branch off, their extent there are no limits due to the height of the cylinder head, and that too can be manufactured with the help of simple casting tools. Such a cylinder head is in contrast to the head to be improved, symmetrical with respect to the midrib Heat stressed, as there are cool zones on both sides of the midrib. That's why uneven tension does not occur. Nevertheless, there is a sufficiently large inlet cross-section available, caused by the arrangement of two inlet valves.

Beim Erfindungsgegenstande ist demnach die Dreiventilanordnung derart verwirklicht, daß erstens alle drei Ventile jeweils zur Zylinderlängsachse parallele bzw. im wesentlichen parallele Schäfte aufweisen, daß zweitens die Mittelrippe zwischen den beiden Einlaßventilen verläuft, und daß drittens die Mittelrippe die Bohrung für den Schaft des Auslaßventils sowie den Auslaßkanal in sich aufnimmt. Dabei besteht die Erfindung nicht in nur einem oder nur zweien der genannten Merkmale, wohl aber in der vollständigen Kombination aller drei Maßregeln bei einem Zylinderkopf der im einleitenden Abschnitt genannten Art.In the subject matter of the invention, the three-valve arrangement is accordingly of this type realizes that, firstly, all three valves are each parallel to the cylinder longitudinal axis or have substantially parallel shafts that, second, the central rib between the two inlet valves and that, thirdly, the central rib, the bore for the shaft of the exhaust valve and the exhaust port. There is the invention not in only one or only two of the features mentioned, but certainly in the complete combination of all three measures in a cylinder head of the Art mentioned in the introductory section.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Zeichnung in Verbindung mit der Beschreibung hervor. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock, längs der Schnittlinie 1-1 der Fig. 3, Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 der Fig. 3, Fig. 3 eine Ansicht von unten auf den Zylinderkopf, Fig. 4 einen Schnitt durch den Zylinderkopf gemäß Linie 4-4 der Fig. 3, wobei ein Teil des Zylinderkopfes weggelassen ist.Further refinements of the invention can be found in the drawing with the description. 1 shows a cross section through the cylinder head and the cylinder block, along the section line 1-1 of FIG. 3, FIG. 2 is a section according to line 2-2 of FIG. 3, FIG. 3 shows a view from below of the cylinder head, Fig. 4 is a section through the cylinder head along line 4-4 of FIG Part of the cylinder head is omitted.

Der Zylinderkopf 10 sitzt auf dem Zylinder 11, und der Kolben 12 kann sich auf bekannte Art darin hin- und herbewegen. Ferner ist ein Auslaßventi113 gezeigt, das in der Auslaßöffnung 14 seinen Sitz hat. Diese steht in Verbindung mit dem Auslaßkanal 15. Zwei Einlaßventile 16 und 17 haben ihren Sitz in ihren Durchlässen 18 bzw. 19, die mit Einlaßkanälen 20 bzw. 21 in Verbindung stehen. Die Einlaß- und Auslaßventile werden in bekannter Weise betätigt.The cylinder head 10 sits on the cylinder 11, and the piston 12 can move back and forth in it in a familiar way. An exhaust valve 113 is also shown, which has its seat in the outlet opening 14. This is in connection with the outlet channel 15. Two inlet valves 16 and 17 are seated in their passages 18 and 19 respectively, which are in communication with inlet channels 20 and 21, respectively. The inlet and outlet valves are operated in a known manner.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstrecken sich die Kühlrippen 22 in den Zylinderkopf-Gußkörper bis weit über die für die Ventilschäfte 23 bzw. 24 vorgesehenen Bohrungen hinaus. Als Führungsmittel für die Ventilschäfte sind Hülsen 25 und 26 im Gußkörper vorgesehen, die die Ventilschäfte umgeben.As can be seen from Fig. 2, the cooling fins 22 extend into the Cast cylinder head bodies far beyond those provided for valve stems 23 and 24, respectively Holes out. Sleeves 25 and 26 are used as guide means for the valve stems provided in the cast body, which surround the valve stems.

Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, liegen die Durchlässe 18 und 19 an einander etwa diametral gegenüberliegenden Stellen des Zylinderkopfes. Die Auslaßöffnung 14 und die Einspritzöffnung 27 liegen einander ebenfalls diametral gegenüber, und zwar so, daß ihre Verbindungslinie gegenüber derjenigen zwischen den Einlaßöffnungen um etwa 90' versetzt ist. Es liegt auf der Hand, daß die Abgase den nahe der Auslaßöffnung liegenden Teil des Zylinderkopfes zwangläufig erhitzen, während sie aus dem Zylinder geschoben werden. In der Nähe der Öffnung 27 bildet sich ebenfalls eine heiße Stelle im Zylinderkopf, während der Eintritt der Kühlluft durch die Einlaßventilöffnungen in diesem Bereich zwei kühle Stellen im Zylinderkopf verursacht. Dadurch, daß jeweils die beiden heißen und kühlen Stellen einander diametral gegenüber und die Paare um 90' zueinander versetzt angeordnet sind, wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Zylinderkopfes erreicht. Bei einer derartigen Zylinderkopfkonstruktion treten daher geringere durch Temperaturschwankungen verursachte, innere Spannungen auf. Je nach dem Verbrennungsverfahren kann die Funktion der Öffnung 27 eine andere sein. Diese Öffnung kann eine Einspritzdüse aufnehmen, eine Verbindung zu einer Vorkammer darstellen oder eine elektrische Zündkerze aufnehmen. Auch lassen sich ohne Schwierigkeit Verbrennungskammern darin unterbringen.As can be seen in particular from FIG. 3, the passages 18 and 19 are located at approximately diametrically opposite points on the cylinder head. The outlet opening 14 and the injection opening 27 are also diametrically opposite one another, in such a way that their connecting line is offset by about 90 'from that between the inlet openings. It is obvious that the exhaust gases inevitably heat the portion of the cylinder head near the exhaust port as they are pushed out of the cylinder. In the vicinity of the opening 27, a hot spot also forms in the cylinder head, while the entry of the cooling air through the inlet valve openings causes two cool spots in the cylinder head in this area. Because the two hot and cool points are diametrically opposed to each other and the pairs are offset by 90 ', a uniform temperature distribution within the cylinder head is achieved. With such a cylinder head construction, therefore, lower internal stresses caused by temperature fluctuations occur. Depending on the combustion method, the function of the opening 27 can be different. This opening can accommodate an injection nozzle, represent a connection to an antechamber or accommodate an electric spark plug. Combustion chambers can also be accommodated in them without difficulty.

In Fig. 1 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 35 in ausgezogenen Linien dargestellt, während die Umrisse einer Vorkammer 36 in strichpunktierten Linien angedeutet sind.In Fig. 1, a fuel injector 35 is in solid line Lines shown, while the outlines of an antechamber 36 in dash-dotted lines Lines are indicated.

Die durch die Durchlässe 18 und 19 einströmende Luft vereinigt sich und bildet einen gleichsinnig umlaufenden Luftwirbel, dessen Richtung in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet ist, wodurch eine gleichmäßige Verteilung von Luft und Brennstoff im Zylinder erreicht wird.The air flowing in through the passages 18 and 19 combines and forms an air vortex rotating in the same direction, the direction of which is shown in FIG indicated by arrows, creating an even distribution of air and fuel is reached in the cylinder.

In Fig. 4 wird die Verspannung zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock erläutert. Ein oberes Befestigungselement 30 ist in. den Zylinderkopf 10 eingesetzt und durch geeignete Mittel dauerhaft in seiner Lage gesichert. In den Zylinderblock 11 ist ein unteres Befestigungselement 31 eingesetzt und durch geeignete Mittel in seiner Lage gesichert. Zwischen den beiden einander zugekehrten Enden der beiden Elemente 30, 31 ist ein spaltförmiger Zwischenraum vorgesehen. Die Größe des erwünschten Zwischenraumes ist bekannt.In Fig. 4, the tension between the cylinder head and cylinder block explained. An upper fastener 30 is inserted into the cylinder head 10 and permanently secured in its position by suitable means. In the cylinder block 11, a lower fastener 31 is inserted and by suitable means secured in its position. Between the two facing ends of the two Elements 30, 31 a gap-shaped space is provided. The size of what you want The space in between is known.

Sodann wird eine in ihrer Stärke dem erwünschten Zwischenraum entsprechende Unterlegscheibe zwischen die einanderzugekehrten Enden der Elemente 30 und 31 eingesetzt. Daraufhin werden die Elemente 30 und 31 mittels einer t7 berwurfmutter 32, die auf ein Außengewinde des Elements 31 angeschraubt ist und sich um einen aus dem Element 31 vorgesehenen Bund 33 dreht, einander angenähert. Die Mutter wird so lange gedreht, bis die einander zugerichteten Enden der Elemente 30 und 31 satt auf der Unterlegscheibe aufliegen.Then a space corresponding in its strength to the desired gap Washer inserted between the facing ends of elements 30 and 31. The elements 30 and 31 are then tightened by means of a t7 union nut 32 that opens an external thread of the element 31 is screwed on and around one of the element 31 provided collar 33 rotates, approached each other. The mother is turned for so long until the facing ends of elements 30 and 31 snugly on the washer rest.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Zylinderkopf für luftgekühlte Brennkraftmaschinen, bei welchem von der Zylinderkopfwand in Richtung Zylinderlängsachse eine parallel zum Kühlluftstrom verlaufende Mittelrippe absteht, die das Ventilgehäuse trägt und von der auch die hauptsächlichen Zylinderkopfrippen abzweigen, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihm die - für sich bekannte - Dreiventilanordnung derart verwirklicht ist, daß alle drei Ventile jeweils zur Zylinderlängsachse parallele Schäfte aufweisen, und daß die Mittelrippe zwischen den beiden Einlaßventilen (16, 17) verläuft und die Bohrung für den Schaft des Auslaßventils (13) sowie den Auslaßkanal (15) in sich aufnimmt. PATENT CLAIMS: 1. Cylinder head for air-cooled internal combustion engines, in which one parallel from the cylinder head wall in the direction of the cylinder longitudinal axis to the cooling air flow extending center rib protrudes, which carries the valve housing and from which the main cylinder head ribs branch off, characterized by that with him the - known per se - three-valve arrangement is realized in such a way, that all three valves each have shafts parallel to the longitudinal axis of the cylinder, and that the central rib runs between the two inlet valves (16, 17) and the bore for the shaft of the outlet valve (13) and the outlet channel (15) in takes up. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - bei Verwendung für Dieselmotoren - in der Mittelrippe außerdem eine Öffnung (27) für die Einspritzdüse und/oder Brennkammer und Glühkerze bzw. - bei Verwendung für Ottomotoren - eine Öffnung für die Zündkerze untergebracht ist, und zwar vorzugsweise - in Kühlluftströmungsrichtung gesehen - vor dem Auslaßventil (13). 2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that - at Use for diesel engines - there is also an opening (27) in the center rib for the injection nozzle and / or combustion chamber and glow plug or - when used for gasoline engines - An opening for the spark plug is accommodated, specifically preferably - in the cooling air flow direction seen - in front of the outlet valve (13). 3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen für die Schäfte (23, 24) der Einlaßventile aus je einer mit ihren Enden in der Zylinderkopfwand und im Ventilgehäuse steckenden und die glatten Kühlrippen (22) durchquerenden Führungshülse (25, 26) bestehen.3. Cylinder head according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the guides for the shafts (23, 24) of the inlet valves one each with its ends in the cylinder head wall and one in the valve housing and the smooth cooling fins (22) traversing guide sleeve (25, 26) exist.