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Luftgekühlter Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft
einen einteiligen luftgekühlten Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen, welcher Ventile
für den Ein- und Auslaß und einen Kühlkanal über dem Steg zwischen dem Ein- und
Auslaßventil enthält.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Zylinderkopfboden des Zylinderkopfes
von Biegespannungen durch die Befestigungsschrauben zu entlasten, und zwar auf eine
Art und Weise, bei der die Kühlung des Steges zwischen dem Ein- und Auslaßventil
in besonders vorteilhafter Weise möglich ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß oberhalb des Kühlkanals ein starker biegesteifer Rahmen vorgesehen ist, an dem
die Befestigungsschrauben angreifen und der eine Durchtrittsöffnung für die Kühlluft
frei läßt. Die Bohrungen für die Befestigungsschrauben sind durch den Rahmen hindurchgeführt,
so daß sich die Schraubenmuttern bzw. die Köpfe der Schraubenbolzen gegen den Rahmen
abstützen.
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Bei einem bekannten Zylinderkopf hat man die auf dem Umfang und auf
der Oberfläche desselben befindlichen senkrechten Kühlrippen so mit den Flanschen
für den Ein- und Auslaß zusammengegossen, daß eine gewisse Versteifung des Zylinderkopfes
erreicht wird. Diese Versteifung ist jedoch nicht ausreichend. Sie dient auch nicht
zum Angriff der Befestigungsschrauben und läßt keine zentrale CSffnung für den Zutritt
von Kühlluft zum Steg zwischen den Ventilen frei. Im Gegensatz hierzu
geht
die neue Erfindung von einem Zylinderkopf aus, der über dem Steg zwischen dem Ein-
und Auslaßventil einen Kühlkanal aufweist. Ein solcher ist bei dem bekannten Zylinder
nicht vorhanden. Ein solcher Steg ist auch nicht vorhanden bei einem bekannten Zylinderkopf,
der in seiner Mitte .lediglich eine Gewindebohrung zur Aufnahme einer Zündkerze
oder eines Einspritzventils aufweist. Dieser Zylinderkopf hat zwar am oberen Ende
seiner Kühlrippen eine ringförmige Angußfläche, die zum Angriff der Befestigungsschrauben
dient. Diese Angußfläche dient aber weder der Aufgabe der neuen Erfindung noch kann
sie dieser Aufgabe gerecht werden, weil sie nicht die Merkmale eines biegungssteifen
Rahmens aufweist.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Abb. i zeigt einen-luftgekühlten Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen
von der Seite gesehen; Abb. 2 zeigt den Zylinderkopf nach Abb. i von oben; Abb.
3 zeigt einen Schnitt nach der Linie III-III in Abb. i ; Abb. q. zeigt einen Schnitt
nach der Linie IV-IV in Abb. i ; Abb. 5 und 6 zeigen Schnitte nach den Linien V-V
bzw. VI-VI in Abb. i.
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Der in den Abbildungen dargestellte Zylinderkopf ist ein solcher für
eine Viertakt-Dieselmaschine, die mit einer vom Arbeitszylinder getrennten Brennkammer
arbeitet. Sie ist mit i bezeichnet. Die Brennkammer i ist mit dem Arbeitszylinder
über einen durch den Zylinderkopfboden 2 hindurchgeführten Schußkanal 3 verbunden.
Neben der Brennkammer enthält der Zylinderkopf noch die Ventile für den Ein- und
Auslaß. Die Ventile selbst sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Jedoch
sind aus der Abb. ¢ die in der Zylinderbodenfläche liegenden Öffnungen q. und 5
für den Ein- bzw. Auslaß zu erkennen, die von den Ventilen gesteuert werden. An
die Öffnungen q. und 5 schließen sich die Pfeifen 6 und 7 für den Ein- bzw. Auslaß
an. Die Pfeifen 6 und 7 sind nach der von der Brennkammer i abgewandten Seite des
Zylinderkopfes zu umgebogen und münden an dieser Seite aus. Der Zylinder weist die
Besonderheit auf, daß bei ihm in einem Abstand vom Zylinderkopfboden 2 ein mit den
Pfeifen 6 und 7 und auch mit der Wandung 8 der Brennkammer i zusammengegossener
starker Rahmen 9 vorgesehen ist, über den der Zylinderkopfboden 2 gegen den Zylinder
gespannt wird. Die Bohrungen io für die Befestigungsschrauben sind durch den Rahmen
9 geführt, so daß sich die Schraubenmuttern ii bzw. die Köpfe der Schraubenbolzen
gegen den Rahmen 9 abstützen. Der Rahmen 9 ist so stark ausgebildet, daß er alle
durch die Befestigungsschrauben hervorgerufenen mechanischen Beanspruchungen aufnimmt,
so daß der Zylinderkopfboden unverspannt gegen den Zylinder gedrückt wird. Die Zylinderkopfdichtung
erfährt rundum eine gleichbleibende spezifische Flächenpressung. Um eine gute Verbindung
zwischen dem Rahmen 9 und dem Zylinderkopfboden 2 herzustellen, sind noch besondere
Abstützungen 12 für den Rahmen 9 vorgesehen.
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Die Fernhaltung von Biegespannungen im Zylinderkopfboden 2 durch den
Rahmen 9 ist insbesondere vorteilhaft für den zwischen den Öffnungen q. und 5 vorhandenen,
hohen Betriebstemperaturen ausgesetzten Steg 13, der, wie die Erfahrung gezeigt
hat, sehr leicht reißt, so daß der Zylinderkopf unbrauchbar wird. Der Steg 13 ist
jedoch nicht allein gefährdet. So muß dem ganzen zwischen, der Brennkammer i und
den Ventilen liegenden Teil desZylinderkopfbodens inbezugauf dieKühlungbesondere
Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es ist deshalb, damit die Erfindung vollendet ist,
der Rahmen 9 so steif ausgeführt, daß er eine Durchtrittsöffnung 14 für Kühlluft
bilden kann und auch bildet, welch letztere zwecks intensiver Kühlung des Steges
13 (und im vorliegenden Beispielsfalle auch des Teiles des Zylinderkopfbodens 2
zwischen der Brennkammer i und den Ventilen) von außen herangeführt wird, durch
die Öffnungen: 14 strömt und in Richtung auf den Zylinderkopfboden 2 zu gegen den
Steg 13 und dessen unmittelbare Umgebung bläst, dort umgelenkt wird und durch Kanäle
im Zylinderkopf nach den Seiten abströmt. Um eine zweckentsprechende Gestaltung
der Durchtrittsöffnung 14 zu erhalten, kann der Rahmen 9 mit einer den übrigen Teil
des Zylinderkopfbodens 2 überdeckenden Platte 15 zusammengegossen sein, die über
dem zwischen der Brennkammer i und den Ventilen liegenden Teil des Zylinderkopfbodens
die Eintrittsöffnung 14 für Kühlluft aufweist.
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Bei dem dargestellten Zylinderkopf sind die Brennkammer i und die
Ventile für den Ein- und Auslaß im Dreieck zueinander angeordnet. Demzufolge bilden
die Brennkammer i und die Pfeifen 6 und 7 für den Ein- und Auslaß drei nach den
Außenseiten des Zylinderkopfes austretende Kühlluftkanäle 16, 17 und 18, die unten
durch den Zylinderkopfboden-2 und oben durch den Rahmen 9 begrenzt werden. Von der
gegen den Zylinderkopf geblasenen Kühlluft strömt ein großer Teil durch die Öffnung
14 ein und bläst gewissermaßen in senkrechter Richtung gegen den Steg 13, so daß
dieser außerordentlich gekühlt wird, und zwar von Kühlluft, die vorher keine Erwärmung
an anderen Teilen des Zylinderkopfes erfahren hat. Der Rahmen 9 hat also die vorteilhafte
Doppelwirkung - und in letzterer ist das Wesen der Erfindung zu sehen -, daß er
den Zylinderkopfboden 2, insbesondere dessen Steg 13, von mechanischen Beanspruchungen
entlastet und die Möglichkeit einer günstigen Kühlluftführung für den Steg 13 schafft.
Der Steg 13 wird somit in zweifacher Hinsicht entlastet, so daß er eher imstande
ist als bisher, den an ihn gestellten Forderungen während des, Betriebes der Brennkraftmaschine
zu entsprechen.
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Da die Auslaßpartie des. Zylinderkopfes am meisten erwärmt wird, ist
der Querschnitt des zwischen den Pfeifen 6 und 7 liegenden Kühlluftkanals 16 größer
als der Querschnitt eines der beiden anderen Kühlluftkanäle 17 und 18. Zwecks Verbesserung
der Kühlung der gefährdeten . Teile
des Zylinderkopfbodens 2 sind
in den drei Luftkanälen 16, 17 und 18 auf dem Zylinderkopfboden 2 stehende Kühlrippen
angeordnet. Die Kühlrippen i9 und ao in den einander gegenüberliegenden Kanälen
17 und 18 sind im Bogen.über den Steg 13 hinweg zum Kühlkanal 16 zwischen den Pfeifen
6 und 7 und durch diesen Kanal hindurchgeführt. Zur Verbesserung der Kühlung der
Pfeife 7 für den Auslaß ist diese an ihrer Wand 21, die zur Begrenzung der Kühlluftkanäle
16 und 18 dient, mit Kühlrippen 22 und 23 besetzt. Im Kühlluftkanal 18 sind mehr
Kühlrippen angeordnet als im Kühlluftkanal 17. Zur Verbesserung der Kühlung der
Brennkammer z hat diese in bekannter Weise an ihrer Wand 8, die zur Begrenzung der
Kühlluftkanäle 17 und 18 dient, Kühlrippen 24.
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Bei dem in den Abbildungen dargestellten Zylinderkopf ist die Brennkammer
i in der Anblaserichtung des Hauptkühlluftstromes angeordnet. Die gegen die Brennkammer
i blasende Kühlluft wird durch eine entsprechende Führung von Leitrippen 25 und
26 in Höhe des Rahmens 9 an beiden Seiten des Zylinderkopfes vorbeigeleitet. Dadurch
besteht die Möglichkeit, daß die aus den Kühlluftkanälen 17 und 18 austretende Kühlluft
ebenfalls durch eine entsprechende Führung der Leitrippe 25, wie bei 27 dargestellt
ist, getrennt von der Kühlluft, die gegen die Brennkammer i bläst, an den Seiten
des Zylinderkopfes vorbei abgeleitet wird. Zur weiteren Verbesserung der Kühlung
der Pfeife 7 für den Auslaß ist dieselbe dort, wo die Kühlluft aus der Hauptanblaserichtung
gegen die Brennkammer i vorbeiströmt, noch mit Kühlrippen 28 besetzt. Eine weitere
Verbesserung der Kühlung der Pfeife 7 für den Auslaß ist dadurch hergestellt, daß
oberhalb des Rahmens 9 ein Teilkühlluftstrom um die Pfeife 7 herum nach der Seite
des Zylinderkopfes geführt wird. Es ist zu diesem Zweck im Rahmen 9 oben eine Vertiefung
2 j eingearbeitet.
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Über dem Zylinderkopf befindet sich bei der zusammengebauten Brennkraftmaschine
eine auf dem Zylinderkopf befestigte Schale zur Umhüllung und Lagerung der Kipphebel,
die zur Betätigung der Ventile dienen. Die Kipphebel werden über Stoßstangen betätigt,
die von einer im Kurbelgehäuse liegenden Nockenwelle aus angetrieben werden und
durch Öffnungen 32 des Zylinderkopfes bis in die Schale hinein hochgeführt sind.
Die nach der von der Brennkammer i abgewandten Seite des Zylinderkopfes herausgeführten
Pfeifen 6 und 7 sind an ihrer Mündung je mit einem Flansch 30 bzw. 31 versehen,
der zum Anschluß von Rohrleitungen dient. Der Zylinderkopf ist vorzugsweise ein
solcher für eine Brennkraftmaschine, bei der mehrere Zylinder in einer oder mehreren
Reihen angeordnet sind. In Abb.4 ist strichpunktiert angedeutet, wie die Zylinderköpfe
solcher Brennkraftmaschinen aneinandergrenzen. Zur Heranführung des Kühlluftstromes
an den Zylinderkopf bzw. die Zylinderköpfe sind diese selbstverständlich in bekannter
Weise noch mit Kühlluftleitblechen umgeben.
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Die Erfindung ist nicht auf den in den Abb. i bis 6 dargestellten
Zylinderkopf beschränkt. Sie ist bei allen Zylinderköpfen mit Vorteil anwendbar,
die einen hohen Temperaturen ausgesetzten Steg oder mehrere solcher Stege aufweisen,
wie dies z. B. bei Viertakt-Brennkraftmaschinen, die mehr als je ein Ventil für
den Ein- und Auslaß oder bei, Zweitakt-Brennkraftmaschinen, die ein Ventil und eine
Brennkammer im Zylinderkopf haben, der Fall ist.
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Die Erfindung ist hauptsächlich bei luftgekühlten Zylinderköpfen aus
Leichtmetall anwendbar. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, daß die Erfindung auch
vorteilhaft für Zylinderköpfe ist, die aus einem anderen Werkstoff bestehen.
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Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände
der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Patentanspruch i) losgelöster
Schutz nicht begehrt ist.