EP0123101B1 - Culasse pour moteur à combustion interne alternatif à refroissement par air - Google Patents

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EP0123101B1
EP0123101B1 EP84102773A EP84102773A EP0123101B1 EP 0123101 B1 EP0123101 B1 EP 0123101B1 EP 84102773 A EP84102773 A EP 84102773A EP 84102773 A EP84102773 A EP 84102773A EP 0123101 B1 EP0123101 B1 EP 0123101B1
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cylinder
cooling
cylinder head
fins
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EP0123101A3 (en
EP0123101A2 (fr
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Wilhelm Vosmeyer
Roderick Cole
Pavel Jan Slezak
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Khd Canada Inc Deutz R & D Devision
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Khd Canada Inc Deutz R & D Devision
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/28—Cylinder heads having cooling means for air cooling
    • F02F1/30—Finned cylinder heads
    • F02F1/32—Finned cylinder heads the cylinder heads being of overhead valve type

Definitions

  • the invention relates to an air-cooled reciprocating piston internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a generic air-cooled reciprocating internal combustion engine with corresponding single cylinder heads is known from the engine series 924 to 930 of the Tatra-Werke, CSSR, and in the specialist book "Air-cooled vehicle engines by J. Mackerle, Frank'sche Verlagbuch Kunststoff, Stuttgart, 1964" on pages 171 to 173 and 524 to 528 shown and described.
  • the cylinder heads and the cooling fins are designed in such a way that each cylinder head forms a cooling unit and is flowed through in a substantially straight line.
  • the individual cylinder head like the side baffles, is only a limitation for the air flow to the other cylinder head.
  • Such a reciprocating piston internal combustion engine or such a cylinder head is only suitable for limited outputs, since in particular the area of the exhaust port and the area between
  • the object of the present invention is to improve a generic air-cooled reciprocating piston internal combustion engine or its cylinder heads and their cooling in such a way that higher outputs can be achieved, high strength of the cylinder head should be ensured, and in particular good cooling air guidance with good cooling of the hottest points of the cylinder head is to be achieved.
  • adjacent cylinder heads by means of the outer contours of the gas exchange channels in connection with central areas arranged between the valve stem guides and with cooling ribs oriented essentially transversely to the cylinder axis form an at least arc-shaped cooling air channel in a cylinder head cover area facing away from the cylinder in a substantially horizontal plane and that the cylinder-side cylinder head base section is provided circumferentially on the exhaust air side and on the fourth side opposite the inlet valve stem guide with cooling fins and has the slugs for the fastening screws.
  • the cylinder head according to the invention is formed in one piece, but can be divided into a cylinder head cover area facing away from the cylinder and into a cylinder head bottom area.
  • the cylinder head base area is so thick that sufficient strength is achieved and a stable and even seal to the cylinder tube is achieved.
  • the slugs for the fastening screws of the cylinder head also end, so that the cylinder head cut above it, which faces away from the cylinder, is determined exclusively by the gas exchange channels and cooling fins and a central area.
  • the plane leading through the valve stem guides is preferably rotated by 30 ° to the longitudinal direction of the internal combustion engine.
  • the approximately hook-shaped curved inlet duct extends from the valve to the center of the supply air side of the cylinder head and the outlet duct is guided essentially at right angles to the exhaust air side in the shortest way to this, resulting in - if you look at two cylinder heads from above - an arc or S-shaped cooling air duct.
  • the cooling air is deflected several times in this cooling air duct and therefore brings about very good heat dissipation.
  • this cooling channel which, depending on the size of the cooling fins, can be divided into a plurality of curved or S-shaped sections, is very large, since there are no slugs for the fastening screws.
  • a cooling air stream cools in the area of the exhaust valve and the exhaust port, also in the area of the cylinder head; which consists of a partial flow of air coming in a straight line via a duct and an indentation and a partial air flow via oblique ribs arranged at an acute angle in the cylinder head base area.
  • the partial air flow via the inclined ribs is branched off from the main air flow.
  • the arrangement of further V-ribs and parallel ribs in the cylinder head base area on the exhaust air side according to claim 4 and arrangement of locking plates on the exhaust air side according to claim 8 ensures that the parts of the arc-shaped or S-shaped main cooling air flow also to the exhaust air side in the Area below the exhaust port to the cylinder head floor area.
  • the outer contour of the cylinder head cover area facing away from the cylinder is also reduced compared to the cooling fins below the exhaust port, so that a sufficiently large air flow can reach these fins.
  • the extension and bending of the locking plates along the upper edge of the cylinder heads also contribute to this, as well as the configurations of the locking plates on the exhaust side and by choosing one suitable flow distance to the outlet duct contour, to the next locking plate and to the cylinder head base, ensure that the cooling air is guided precisely and in a metered manner until it leaves the cylinder heads.
  • the locking plates in the area of the cylinder head floor area between two adjacent cylinder head floors have recesses through which the air flow guided through the channel and the indentation can escape.
  • the central area between the gas exchange channels can be produced in one piece, solidly and without interruption with the cylinder head, and that the injection nozzle arranged there is adequately cooled by the inventive design of the cylinder head. If the central area also has to be cooled in the event of special requirements, the invention provides for cooling fins or channels for coolant to be provided there as well. For example, an incision could be provided between the outlet duct and the central region or the central region and the inlet duct.
  • the main cooling air duct between the cylinder heads is arched or S-shaped, it is proposed according to claim 12, since the lateral guide plates also have extensions which correspond to the guidance through a further cylinder head. They are also advantageously integrally connected to the corresponding part of the locking plate.
  • 1 generally designates a single cylinder head of an air-cooled reciprocating internal combustion engine, the outer shape of which is essentially cube-shaped and each has an inlet duct 2 and an outlet duct 3, which extend to the supply air side 16 and the opposite exhaust air side 17 of the cylinder head 1.
  • the intake port 2 and the exhaust port 3 are controlled by intake valves, not shown, which limit the gas changes 2, 3 at their ends on the cylinder head bottom side.
  • cooling air flows towards the cylinder heads 1, which is supplied on the supply air side 16 and leaves the cylinder heads 1 on the exhaust air side 17.
  • the plane running through the axes of the valve stem guides 20, 22 is rotated at an angle of 30 ° to the longitudinal direction of the internal combustion engine.
  • the inlet duct 2 begins in the middle of the supply air side 16 and merges with the inlet valve into a swirl duct.
  • the exhaust duct 3 opens out - by the shortest route from the exhaust duct to the outside - vertically on the exhaust side 17 of the cylinder head 1.
  • a central region 4 is provided, which in the exemplary embodiment of the invention is made solid and in one piece with the cylinder head .
  • the cylinder head 1 creates an arc-shaped or S-shaped cooling air duct 5 in connection with the respectively adjacent cylinder head 1, in which the cooling air is deflected several times and therefore optimally dissipates heat.
  • the cylinder head 1 has a cylinder head base region 6 and a cylinder head deck region 7.
  • the cylinder head cover area 7 has cooling fins 8 which are aligned perpendicular to the cylinder axis and essentially extend from the inlet and outlet channels 2, 3 or from the central area 4 to the outer sides 16, 17, 18, 19.
  • the cylinder head base region 6 has slugs 9 for fastening screws 23 (FIG. 5).
  • the cylinder head base region 6 has, on the side opposite the inlet duct 2, 19 inclined ribs 8a (FIGS. 1, 4) which are aligned at an acute angle to the cylinder axis. Below these inclined ribs 8a, as can also be seen from FIG. 2, a channel 10 is provided, which extends from the supply air side 16 to the exhaust air side 17. Longitudinal ribs 8b are arranged in the channel 10 from the supply air side 16 to the inclined ribs 8a. The channel 10 is widened in connection with the oblique ribs 8a or the longitudinal ribs 8b, so that the partial air streams (FIG. 4) combined here can flow freely. Depending on the desired size of the cooling air flows through the lateral ribs of the cover plate section, the adjacent cylinder head 1 can have an adapted indentation 21 on the adjacent side.
  • the cylinder head base area 6 has on the exhaust air side 17 at an acute angle to the cylinder axis and V-shaped under the exhaust port 3 V-ribs 8c, to which parallel ribs 8d aligned parallel to the cylinder axis and reaching to the cylinder head base are connected (FIGS. 2, 5) .
  • the incoming cold cooling air divides (outlined arrows) into a main air flow, which flows through the arc-shaped or S-shaped cooling air duct 5, 5a, 5b, and into a partial air flow, which flows laterally through the cylinder head base region.
  • the cooling air heats up on the walls of the cylinder head 1 and exits as heated air (arrows drawn in bold).
  • locking plates 11 which have a throughflow distance 12 to the side of the next barrier and on the cylinder head base side, as a result of which the amount of cooling air is throttled and also flows around the cylinder head 1 completely on the exhaust air side 17 for a good cooling effect.
  • the locking plate 11 has a recess 13 through which the cooling air flow coming from the channel 10 or the opposite recess 21 can exit.
  • the locking plate 11 is bent at a right angle in the area of the upper edge of the cylinder heads 1 and follows the upper contour of the cylinder heads 1 (FIG. 4).
  • the arc-shaped or S-shaped cooling air duct is limited at the top and cooling air is also guided to the cooling ribs 8c, 8d of the cylinder head base region 6 on the exhaust air side 17 below the exhaust duct 3.
  • baffles 14a, 14b are provided, which are shaped so that they replace the outer contour of the adjacent cylinder head 1 and part of the corresponding locking plate 11, so that the arc-shaped or S-shaped cooling air duct 5a, 5b largely similar to a cooling air duct 5 is retained.
  • This configuration of the cylinder heads 1 results overall in a very good cooling air flow and a very good utilization of the cooling air, so that the central area 4 can be made solid and only one bore 15 is provided at the optimal combustion point for receiving an injection nozzle of a self-igniting diesel internal combustion engine, without that the injector overheats.

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Claims (13)

1. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à.air comportant au moins une rangée de cylindres munis de têtes de cylindre distinctes (1) comportant des nervures de refroidissement (8, 8a, 8b, 8c, 8d) juxtaposées, des élément (9) pour recevoir des vis de fixation et au moins une soupape d'admission et une soupape d'échappement dont les tiges sont alignées de manière pratiquement parallèle à l'axe du cylindre et le pian qui passe par l'axe des moyens de guidage des axes de cylindre (20, 22) fait un angle aigu par rapport à la direction longitudinale du moteur a combustion interne, le canal d'admission (2) étant situé d'un premier côté (10) par rapport a la direction longitudinale du moteur a combustion interne, côté qui, correspondant à l'arrivée de l'air (16), est attaque par l'air de refroidissement et commence sensiblement au milieu de la tête de cylindre (1) et le canal d'échappement (3) est pratiquement perpendiculaire au côté d'échappement (17) qui se trouve de l'autre côté du côte d'alimentation (16) par rapport à la direction longitudinale du moteur a combustion interne et constitue le second côté (17), et sensiblement au niveau des dernières têtes de cylindre (1) de chaque rangée de cylindres, de manière sensiblement parallèle à un troisième et à un quatrième côté (18, 19) des têtes de cylindre (1) qui sont dirigées transversalement par rapport au côté d'arrivée (16) et au côté de sortie d'air (17) en reliant ces côtés on a une tôle de guidage latérale (14a, 14b),
caractérisé en ce que les têtes de cylindre (1) voisines sont en liaison par les contours extérieurs des canaux d'admission et d'échappement (2) avec des zones centrales (4) entre les moyens de guidage (20, 22) des tiges de soupape et des ailettes de refroidissement (8, 8a, 8b) dirigées pratiquement transversalement à l'axe du cylindre avec au moins un canal d'air de refroidissement (5) courbe dans une zone supérieure de tête de cylindre (7) opposée au cylindre dans un plan essentiellement horizontal et en ce que le segment de fond de la tête de cylindre (6) situé du côté du cylindre, comporte à la périphérie, principalement du côté de la sortie d'air (17) et sur le quatrième côté (19), opposé au moyen de guidage (20) des tiges de soupape d'admission, des ailettes de refroidissement et que des loqements sont prévus pour les vis de fixation.
2. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le quatrième côté (19) opposé au moyen de guidage (20) de l'axe des soupapes d'admission dans la zone du fond de la tête de cylindre (6), on a des ailettes inclinées (8a) au milieu de la tête de cylindre et qui font un angle aigu par rapport à l'axe du cylindre de façon que l'air de refroidissement soit dirigé vers le fond (6) de la tête de cylindre et pour avoir jusqu'a la hauteur des nervures inclinées (8a) une gorge (10) allant du côté de l'arrivée d'air (16) jusqu'au côté de l'évacuation d'air (17), la zone partielle de la gorge (10) qui va du côté d'arrivée d'air (16) jusqu'aux ailettes inclinées (8a) comporte des ailettes longitudinales (8b) et l'air de refroidissement qui passe dans la zone partielle de la gorge située du côté de l'évacuation de l'air se réunit à l'air de refroidissement dévié par les ailettes inclinées (8a).
3. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tête de cylindre (1) comporte sur le troisième côté (18) voisin du moyen de guidage de tiges de soupape d'admission (20) dans la zone du fond (6) de la tête de cylindre, une cavité (21) adaptée dans l'espace, à la gorge (10), aux nervures longitudinales (8b) de la gorge (10) et aux nervures inclinées (8a).
4. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des ailettes V (8c) sont prévues du côté de la sortie d'air (17) suivant un angle incliné par rapport à l'axe du cylindre et en ayant une forme de V sous le canal d'échappement (3), suivies par des ailettes parallèles (8d) qui sont parallèles à l'axe du cylindre et s'étendent pratiquement jusqu'au fond (6) de la tête de cylindre, les ailettes en V et les ailettes parallèles (8c, 8d) étant en saillie par rapport aux ailettes de refroidissement (8) de la zone supérieure de la tête de cylindre (7).
5. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone centrale (4) est réalisée de manière massive (pleine) sans comporter de moyen de refroidissement.
6. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par des moyens de refroidissement dans la zone centrale (4).
7. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par un perçage (15) dans la zone centrale (4) entre les moyens de guidage (20, 22) de tiges de sopape pour recevoir l'injecteur d'un moteur à combustion interne de type Diesel à allumage autogène.
8. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tôles de blocage (11) qui délimitent les canaux d'air de refroidissement (5, 5a, 5b) du côté de l'évacuation d'air (17) présentent une distance de passage (12) par rapport à l'orifice du canal d'échappement (3) jusqu'à la tôle de blocage (11) voisine et au fond de la tête de cylindre (6) ainsi qu'une cavité (13) entre les têtes de cylindre voisines (1) au niveau de la gorge (10) et de la cavité (21).
9. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon la revendications 8, caractérisé en ce que les tôles de blocage (11) sont recourbées au niveau de la partie supérieure (7) de la tête de cylindre et recovrent au moins partiellement la tête de cylindre (1) et le canal d'air de refroidissement (5, 5a, 5b) courbé.
10. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon la revendication 9, caractérisé en ce que les têtes de cylindre (1) sont recouvertes du côté des têtes de cylindre par une plaque de guidage d'air recovrant les canaux d'air de refroidissement (5, 5a, 5b) courbes et passant sur plusieurs têtes de cylindre (1).
11. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon la revendication 10, caractérisé en ce que la plaque de guidage d'air est réalisée comme pièce d'un boîtier contenant le mécanisme d'entraînement des soupapes.
12. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les tôles de guidage latérales (14a, 14b) de chaque fois les dernières têtes de cylindre (1) d'une rangée de cylindres sont mises en forme dans la direction d'écoulement de l'air de refroidissement de façon à former des canaux d'air de refroidissement (5a, 5b) qui correspondent dans une large mesure aux canaux d'air de refroidissement (5) entre deux têtes de cylindre voisines (1), la tôle de guidage (14a) voisine d'un des moyens de guidage de tiges de soupapes d'admission (20) étant réalisée au niveau de la tige de soupape d'admission (20) et la tôle de guidage (14b) opposée présentant une extension au niveau du canal d'échappement (3) et en ce que des tôles de blocage sont réalisées sur les tôles de guidage (14a, 14b).
13. Moteur à combustion interne à pistons linéaires à refroidissement à air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tôles de blocage (11) et les tôles de guidage (14a, 14b) sont recourbées du côté de la tête de cylindre au niveau du côté de sortie de l'air (17).
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