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EP0230017A2 - Zylinderkopf - Google Patents

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Publication number
EP0230017A2
EP0230017A2 EP86117696A EP86117696A EP0230017A2 EP 0230017 A2 EP0230017 A2 EP 0230017A2 EP 86117696 A EP86117696 A EP 86117696A EP 86117696 A EP86117696 A EP 86117696A EP 0230017 A2 EP0230017 A2 EP 0230017A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder head
air
combustion chamber
cooling
cooled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP86117696A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0230017A3 (en
EP0230017B1 (de
Inventor
Lothar Bauer
Ernst-Siegfried Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kloeckner Humboldt Deutz AG filed Critical Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority to AT86117696T priority Critical patent/ATE66722T1/de
Publication of EP0230017A2 publication Critical patent/EP0230017A2/de
Publication of EP0230017A3 publication Critical patent/EP0230017A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0230017B1 publication Critical patent/EP0230017B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4285—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of both intake and exhaust channel
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • 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 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F2001/104—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling using an open deck, i.e. the water jacket is open at the block top face

Definitions

  • the invention relates to an air-cooled cylinder head of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a cylinder head known from DE-PS 24 59 186 has a combustion chamber floor, which is formed on the cooling room side parallel to the combustion chamber side floor surface acted upon by the gas forces.
  • Such a design of the combustion chamber floor with a constant thickness does not counter the gas pressure forces, which constantly change over the combustion chamber diameter, against an individually measured counterforce. It is therefore not possible to exert sufficient influence on the deformations of the combustion floor caused by the gas pressure forces.
  • the seal "cylinder head crankcase and cylinder head cylinder tube” is difficult with such a design.
  • the heat loss through the cylinder head base is the same at all points because of its constant thickness. This means that no influence can be exerted on a differently required heat flow from the combustion chamber into the cylinder head.
  • the object of the invention is to make the air-cooled cylinder head on an internal combustion engine with w open-deck crankcase "so rigid that a secure seal to the crankcase is ensured and the same effective cooling of the thermally highly stressed zones of the cylinder head is ensured at an early stage.
  • the combustion chamber floor of the cylinder head is concave on the cooling chamber side.
  • the combustion chamber floor of the cylinder head is formed on the cooling room side as a wing profile (convex).
  • a wing profile convex
  • Such a design is particularly advantageous in the case of a block cylinder head, since it reduces the molding and casting effort in the production of the cylinder head blank.
  • Claim 4 comprises the combustion chamber floor of the cylinder head on the cooling chamber side a bead-shaped, annular edge. This bead-shaped edge is arranged in the combustion chamber border area, that is to say in the area with which the cylinder head rests on the crankcase or the cylinder tube.
  • the bead-shaped edge of the combustion chamber floor is decoupled from the gas exchange channels leading to a longitudinal side wall of the cylinder head.
  • a cylinder head screw arranged between the gas exchange channels is supported with its head surface on a cylinder head screw pipe, which is only in connection with the inlet channel or is formed by this.
  • the cylinder head screw pipe is formed in the shape of a crescent moon through the inlet duct wall. This measure keeps the strong thermal fluctuations and the resulting thermal expansions, which are caused by the exhaust port, away from the cylinder head mounting.
  • the exhaust duct is completely suspended from the adjacent cylinder head walls and is therefore completely surrounded by the cooling air flow flowing through the cylinder head.
  • a cooling air guide rib is arranged in the web area below the cylinder head cover plate, which redirects the cooling air flow flowing through the cylinder head in the direction of the combustion chamber floor. This measure further intensifies the cooling of the thermally endangered combustion chamber floor.
  • the cooling air is led out of the cylinder head on the longitudinal side wall of the cylinder head, to which the gas exchange channels lead.
  • D uuch covers in the cylinder head side wall or in the seal, which is arranged between the cylinder head side wall and exhaust or intake manifold or through aperture-like openings in the exhaust duct flanges, the cooling air is directed around the exhaust duct and the adjoining exhaust manifold and thus this area is particularly cooled and simultaneously regulates the flow resistance in the cylinder head.
  • claims 14 and 15 are in the combustion chamber floor on the combustion chamber side between the individual cylinders in the Recesses arranged in the cylinder jacket space covered cylinder head floor area. These recesses are either supplied with cooling air via bores leading to the cooling air space of the cylinder head (claim 14) or connected to the liquid-cooled cylinder jacket space via corresponding openings in the cylinder head gasket (claim 15). These measures all contribute to a further improvement in the cooling of the cylinder head and at the same time reduce mechanical stresses in the area of the cylinder head base, since the recesses reduce or prevent the heat flow between adjacent cylinder sections (longitudinal direction of the cylinder head).
  • This arrangement of the liquid line which is also advantageously used as a lubricant line for lubricating the valve train arranged in the cylinder head, enables additional heat dissipation from the thermally highly stressed zones, essentially the exhaust ports and exhaust valve guides.
  • the cylinder head designed according to the previous features is advantageously made of gray cast iron. As a result, with similar mechanical and thermal properties of the cylinder head according to the invention, production which is cheaper and less expensive is made possible.
  • An air-cooled cylinder head 1 which is designed as a gray cast iron block cylinder head for cylinders lying next to one another, has an inlet duct 3 which interacts with an exhaust valve for each cylinder.
  • Exhaust gas duct 2 and intake duct 3 end in connecting flanges 4 and 5, which are arranged on a common longitudinal side wall 6 of the cylinder head 1.
  • the cylinder head 1 is traversed by cooling air transversely to the longitudinal direction, the cooling air entering on the longitudinal side wall 7 opposite the longitudinal side wall 6 provided with the gas exchange channels 2, 3 or their connecting flanges 4, 5.
  • the in the Cylinder head 1 entering cooling air is guided by cooling fins to all areas of the cylinder head.
  • the thermally highly stressed zones of the cylinder head 1 are largely insulated or suspended from adjacent parts of the cylinder head wall.
  • the exhaust duct 2 is accordingly only connected to the cylinder head 1 on the combustion chamber floor and the exhaust valve bore 9 and is otherwise isolated in the cylinder head 1.
  • the crankcase 10 which is designed as an "open-deck crankcase”
  • the cylinder head 1 is via cylinder head screws 11 braced.
  • the cylinder head screws 11 are arranged in zones of the cylinder head 1 which are subject to low thermal stress, in particular none of the cylinder head screw pipes 12 is connected to the exhaust gas duct 2.
  • the arranged between the inlet duct 3 and the outlet duct 2 cylinder head screw 11 a is based exclusively on a crescent-shaped cylinder head screw pipe 12 a formed by the inlet duct wall 13.
  • Push rod openings 14 and 15 are arranged on the air inlet-side longitudinal side wall 7 of the cylinder head 1.
  • An injection nozzle, not shown, is arranged centrally in the cylinder head 1 and the corresponding passage opening 16 is inclined at an obtuse angle to the combustion chamber base plate 8.
  • a concave design of the combustion chamber floor 8 can be seen on the cold room side; the combustion chamber floor runs out into a bead-like edge 17.
  • This bead-shaped edge 17 extends over the entire circumference of each cylinder bore 18 and is arranged in the region outside of the cylinder cooling jacket space 19.
  • An annular groove 20 is provided in the combustion chamber floor 8 of the cylinder head 1 above the cylinder cooling jacket space 19 works.
  • This annular groove 20 is connected to the cylinder cooling jacket space 19 via openings 22 in the cylinder head gasket 21.
  • the cooling liquid which can be any other coolant, for example water or oil, thus flows into the annular groove 20 and intensively cools the combustion chamber floor 8 of the cylinder head 1.
  • a cooling rib 24 is arranged in the web area below the cylinder head cover plate 23, which deflects the cooling air entering from the longitudinal side wall 7 in the direction of the combustion chamber floor of the cylinder head floor 1.
  • the annular groove 20 is separated from the cylinder cooling jacket space 19 by a cylinder head seal 21 which is gas and liquid-tight in the area of the annular groove.
  • the annular groove 20 is air-cooled in this embodiment. The cooling air enters or exits the annular groove 20 via bores 25 on both sides of the cylinder head 1.
  • FIG. 5 shows a wing profile shape of the combustion chamber floor 8 as a further possible embodiment of the combustion chamber floor 8. Furthermore, there is a liquid line 27 that runs over the entire length of the cylinder head 1 arranged at the level of the valve spring supports 28. This liquid line 27, which is primarily charged with oil, which is used at the same time for lubricating the valve train, insofar as it is arranged in the cylinder head, is additionally connected to the inlet channel walls. Passages for the cooling air impinging transversely on the liquid line 27 and the adjoining walls result only in the area of the exhaust gas channels 2, so that the cooling air is effectively guided around the exhaust gas channels 2 and cools them intensively.
  • a recess 29 is made in the cylinder head 1 in the area between two cylinder units. 6, the recess 29 is flushed with cooling air via channels 30. The channels 30 are arranged on both sides of the end faces of the recess 29 and are guided out of the cylinder head 1 on the two longitudinal side walls 6, 7 of the cylinder head 1.
  • the recesses 29 are flowed through by cooling liquid.
  • the cylinder head gasket not shown, is provided with openings in the region of the recesses 29, so that the cooling liquid passes from the cylinder cooling jacket space 19 into the recesses 29.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein luftgekühlter Zylinderkopf (1) vorgestellt, der als Blockzylinderkopf ausgebildet, auf das «Open-Deck-Kurbelgehäuse» (10) einer Brennkrattmaschine aufgesetzt wird. Um eine sichere Abdichtung des Zylinderkopfs (1) zum Kurbelgehäuse (10) zu erreichen, ist der Brennraumboden (8) des Zylinderkopfs (1) besonders steif ausgebildet. Diese Steifigkeit wird dadurch erreicht, daß der Zylinderkopf (1) kühlraumseitig mit einer sich kontinuierlich ändernden Bodenwanddicke im Bereich des Brennraums ausgebildet ist. In bevorzugten Ausbildungen ist der Brennraumboden (8) konkav oder konvex ausgebildet. Weiterhin werden Ausbildungen und Anordnungen vorgeschlagen, mit denen eine wirkungsvolle Kühlung des Brennraumbodens (8) ermöglicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein aus der DE-PS 24 59 186 bekannter Zylinderkopf weist einen Brennraumboden auf, der kühlraumseitig parallel zu der von den Gaskräften beaufschlagten brennraumseitigen Bodenfläche ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausbildung des Brennraumbodens mit konstanter Dicke wird den sich über den Brennraumdurchmesser stetig ändernden Gasdruckkräften keine individuell bemessene Gegenkraft entgegensetzt. Somit kann auf die von den Gasdruckkräften verursachten Verformungen des Brennbodens kein ausreichender Einfluß genommen werden. Speziell bei "Open-Deck-Kurbelgehäusen" ist bei derartiger Ausbildung die Abdichtung "Zylinderkopf-Kurbelgehäuse sowie Zylinderkopf-Zylinderrohr" schwierig. Weiterhin ist der Wärmeverlust durch den Zylinderkopfboden an allen Stellen wegen seiner konstanten Dicke gleich. Somit kann auch kein Einfluß auf einen unterschiedlich geforderten Wärmeabfluß vom Brennraum in den Zylinderkopf genommen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den luftgekühlten Zylinderkopf auf einer Brennkraftmaschine mit wOpen-Deck-Kurbelgehäuse" derart steif zu gestalten, daß eine sichere Abdichtung zum Kurbelgehäuse gewährleistet ist und gleichzeitig eine wirkungsvolle Kühlung der thermisch hochbelasteten Zonen des Zylinderkopfs sichergestellt ist.
  • Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß der Brennraumboden des Zylinderkopfes kühlraumseitig mit einer sich im wesentlichen kontinuierlich ändernden Wanddicke ausgebildet ist, werden den sich über den Brennraumdurchmesser ändernden Beanspruchungen entsprechende Gegenkräfte entgegengesetzt. Durch diese optimierte Kräftebilanz wird der Zylinderkopf speziell im Bereich des Brennraumbodens so steif, daß auch in Verbindung mit einem "Open-Deck-Kurbelgehäuse" eine sichere Abdichtung von Brennraum und diesen umgebenden Kühlraum gewährleistet ist. Weiterhin ist durch die sich ändernde Dicke des Brennraumbodens eine den Anforderungen angepaßte wirkungsvolle Kühlung der thermisch hochbelasteten Zonen des Zylinderkopfs wie z.B. der Bereich der Einspritzdüse und des oder der Auslaßventile ermöglicht.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Brennraumbodens nach Anspruch 2, ist der Brennraumboden des Zylinderkopfs kühlraumseitig konkav ausgebildet.
  • Nach Anspruch 3 ist der Brennraumboden des Zylinderkopfs kühlraumseitig als Tragflügelprofil (konvex) ausgebildet. Derartige Ausbildung ist besonders bei einem Blockzylinderkopf vorteilhaft, da dadurch der Form- und Gießaufwand bei der Herstellung des Zylinderkopfrohlings reduziert wird. Nach einer Weiterbildung gem. Anspruch 4 umfaßt den Brennraumboden des Zylinderkopfs kühlraumseitig ein wulstförmiger, ringförmiger Rand. Dieser wulstförmige Rand ist im Brennraumeinfassungsbereich, also in dem Bereich, mit dem der Zylinderkopf auf dem Kurbelgehäuse bzw. dem Zylinderrohr aufliegt, angeordnet. Somit wird in diesem für die Dichtheit wichtigen Bereich eine sehr verformungsarme Brennraumbodengeometrie erreicht.
  • Nach Anspruch 5 ist der wulstförmige Rand des Brennraumbodens von den zu einer Längs-Seitenwand des Zylinderkopfs führenden Gaswechselkanälen abgekoppelt. Dadurch wird eine gute thermische Isolation von den thermisch sehr unterschiedlich beanspruchten Ein- und Auslaßkanälen erreicht.
  • Nach einer Ausbildung gem. Anspruch 6 ist im Bereich des Brennraumrandes in den Brennraumboden brennraumseitig eine Ringnut eingearbeitet. Diese Ringnut wird gem. Anspruch 7 durch radial von außen zum Zylinderkopfzentrum hin verlaufende Bohrungen oder Kanäle mit Kühlluft durchströmt und sie ist gleichzeitig flüssigkeits- und gasdicht gegenüber dem Kurbelgehäuse abgekoppelt. Nach Anspruch 8 ist es auch vorteilhaft, den Ringraum über Durchbrüche in der Zylinderkopfdichtung mit dem flüssigkeitsgekühlten Zylindermantelraum zu verbinden. In diesem Ausführungsfall entfallen die bei der von Kühlluft durchströmten Version erforderlichen Bohrung im Zylinderkopf. Beiden Ausführungen gemeinsam ist der Vorteil, daß durch diese Ausbildungen eine intensive Kühlung des Brennraumrandes ermöglicht ist. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist es nach Anspruch 9 vorteilhaft, den Brennraumboden kühlraumseitig mit Rippen zu versehen, die in den Brennraumrand auslaufen. Dadurch wird einerseits die wirksame Wärmeübergangsfläche zwischen Metall und Kühlluft vergrößert und andererseits die den Zylinderkopf durchströmende Kühlluft gezielt auf besonders zu kühlende Zonen wie beispielsweise Auslaßventil und Einspritzdüsenpfeife gelenkt. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 stützt sich eine zwischen den Gaswechselkanälen angeordnete Zylinderkopfschraube mit ihrer Kopffläche auf einer Zylinderkopfschraubenpfeife ab, die nur mit dem Einlaßkanal in Verbindung steht bzw. von diesem gebildet ist. Dazu wird die Zylinderkopfschraubenpfeife halbmondförmig durch die Einlaßkanalwand gebildet. Durch diese Maßnahme werden die starken thermischen Schwankungen und dadurch resultierenden Wärmedehnungen, die von dem Auslaßkanal hervorgerufen werden, von der Zylinderkopfbefestigung ferngehalten.
  • Um den Auslaßkanal weiter thermisch von den umliegenden Zonen des Zylinderkopfes zu isolieren, ist der Auslaßkanal vollständig von den benachbarten Zylinderkopfwandungen abgehangen und ist somit von dem durch den Zylinderkopf strömenden Kühlluftstrom vollständig umspült. Als weitere Maßnahme zur Verbesserung der Kühlung des Brennraumbodens ist im Stegbereich unterhalb der Zylinderkopfdeckplatte eine Kühlluftleitrippe angeordnet, die den den Zylinderkopf durchströmenden Kühlluftstrom in Richtung auf den Brennraumboden umleitet. Durch diese Maßnahme wird die Kühlung des thermisch gefährdeten Brennraumbodens weiter intensiviert.
  • Aus dem Zylinderkopf hinausgeführt wird die Kühlluft an der Längs-Seitenwand des Zylinderkopfs, zu der die Gaswechselkanäle hinführen. Duuch Blenden in der Zylinderkopfseitenwand ider in der Dichtung, die zwischen Zylinderkopfseitenwand und Abgas- bzw. Ansaugkrümmer angeordnet ist oder durch blendenartige Öffnungen der Abgaskanalflansche wird die Kühlluft gezielt um den Abgaskanal und den sich daran anschließenden Abgaskrümmer herumgeführt und somit dieser Bereich besonders gekühlt und gleichzeitig der Strömungswiderstand im Zylinderkopf reguliert.
  • Nach Anspruch 14 und 15 sind in dem Brennraumboden brennraumseitig zwischen den einzelnen Zylindern in dem von dem Zylindermantelraum überdeckten Zylinderkopfbodenbereich Ausnehmungen angeordnet. Diese Ausnehmungen werden entweder über zum Kühlluftraum des Zylinderkopfs führende Bohrungen mit Kühlluft beschickt (Anspruch 14) oder über entsprechende Durchbrüche in der Zylinderkopfdichtung mit dem flüssigkeitsgekühlten Zylindermantelraum verbunden (Anspruch 15). Diese Maßnahmen tragen alle zu einer weiteren Verbesserung der Kühlung des Zylinderkopfs bei und bauen zugleich mechanische Spannungen im Bereich des Zylinderkopfbodens ab, da die Ausnehmungen den Wärmefluß zwischen benachbarten Zylinderabschnitten'reduzieren bzw. verhindern (Zylinderkopflängsrichtung).
  • Nach Anspruch 16 ist auf der Abluftseite des Zylinderkopfs in Höhe der Ventilfedernauflagen eine über die gesamte Länge des Zylinderkopfs führende Flüssigkeitsleitung angeordnet, wobei diese Leitung mit den Einlaßkanälen derart verbunden ist, daß die den Zylinderkopf quer zu der Flüssigkeitsleitung durchströmende Kühlluft durch Öffnungen im Bereich zwischen den Aulaßknälen und der Flüssigkeitsleitung entlang der Auslaßkanalwandung zu den Auslaßkanalanschlußflanschen geleitet wird. Durch diese Anordnung der Flüssigkeitsleitung, die zudem vorteilhaft als Schmierstoffleitung zur Schmierung des im Zylinderkopf angeordneten Ventiltriebs genutzt wird, wird eine zusätzliche Wärmeabfuhr von den thermisch hoch beanspruchten Zonen, im wesentlichen den Auslaßkanälen und Auslaßventilführungen, ermöglicht.
  • Der nach den bisherigen Merkmalen gestaltete Zylinderkopf ist vorteilhaft aus Grauguß gefertigt. Dadurch wird bei ähnlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Zylinderkopfs eine herstellungs- und kostenmäßig günstigere Produktion ermöglicht.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen etwa mittigen Schnitt durch einen Zylinderkopf parallel zu der Brennraumbodenplatte des Zylinderkopfs;
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf gem. Schnitt I;
    • Fig. 3 eine Ansicht gem. Schnitt II;
    • Fig. 4 einen verkleinerten Teilschnitt gem. I;
    • Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante des Zylinderkopfs;
    • Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf im Bereich zwischen zwei Zylindern und
    • Fig. 7 eine brennraumseitige Ansicht des Zylinderkopfs gem. den Figuren 5 und 6.
  • Ein luftgekühlter Zylinderkopf 1, der als Graugußblockzylindekopf für nebeneinanderliegende Zylinder ausgebildet ist, weist für jeden Zylinder einen mit einem Auslaßventil zusammenwirkenden EinlaBkanal 3 auf. Abgaskanal 2 und Einlaßkanal 3 enden in Anschlußflansche 4 und 5, die auf einer gemeinsamen Längs-Seitenwand 6 des Zylinderkopfs 1 angeordnet sind. Der Zylinderkopf 1 wird quer zur Längsrichtung von Kühlluft durchströmt, wobei die Kühlluft auf der zu der mit den Gaswechselkanälen 2, 3 bzw. deren Anschlußflanschen 4, 5 versehenen Längs-Seitenwand 6 gegenüberliegenden Längs-Seitenwand 7 eintritt. Die in den Zylinderkopf 1 eintretende Kühlluft wird von Kühlrippen gezielt zu allen Bereichen des Zylinderkopfs geführt. Dabei sind die thermisch hochbelasteten Zonen des Zylinderkopfs 1 weitgehend von angrenzenden Zylinderkopfwandteilen isoliert bzw. abgehangen. Der Abgaskanal 2 ist dementsprechend nur an dem Brennraumboden und der Auslaßventilbohrung 9 mit dem Zylinderkopf 1 verbunden und steht ansonsten isoliert in dem Zylinderkopf 1. Mit dem Kurbelgehäuse 10, daß als "Open-Deck-Kurbelgehäuse" ausgeführt ist, ist der Zylinderkopf 1 über Zylinderkopfschrauben 11 verspannt. Die Zylinderkopfschrauben 11 sind in thermisch gering beanspruchten Zonen des Zylinderkopfes 1 angeordnet, insbesondere steht keine der Zylinderkopfschraubenpfeifen 12 mit dem Abgaskanal 2 in Verbindung. Die zwischen dem Einlaßkanal 3 und Auslaßkanal 2 angeordnete Zylinderkopfschraube 11 a stützt sich ausschließlich auf einer von der Einlaßkanalwandung 13 gebildeten halbmondförmigen Zylinderkopfschraubenpfeife 12 a ab. Stößelstangendurchbrüche 14 und 15 sind auf der lufteintrittsseitigen Längs-Seitenwand 7 des Zylinderkopfs 1 angeordnet. Eine nicht dargestellte Einspritzdüse ist zentral in dem Zylinderkopf 1 angeordnet und die entsprechende Durchtrittsöffnung 16 ist in einem stumpfen Winkel zu der Brennraumbodenplatte 8 geneigt.
  • In der Ansicht nach Fig. 2 ist kühlraumseitig eine konkave Ausbildung des Brennraumbodens 8 zu erkennen; dabei läuft der Brennraumboden in einen wulstförmigen Rand 17 aus. Dieser wulstförmige Rand 17 erstreckt sich über den gesamten Umfang jeder Zylinderbohrung 18 und ist im Bereich außerhab des Zylinderkühlmantelraums 19 angeordnet.
  • Oberhalb des Zylinderkühlmantelraumes 19 ist in den Brennraumboden 8 des Zylinderkopfs 1 eine Ringnut 20 eingearbeitet. Diese Ringnut 20 steht über Durchbrüche 22 in der Zylinderkopfdichtung 21 mit dem Zylinderkühlmantelraum 19 in Verbindung. Somit strömt die Kühlflüssigkeit, die im übrigen ein beliebiges Kühlmittel beispielsweise Wasser oder Öl sein kann, in die Ringnut 20 und kühlt intensiv den Brennraumboden 8 des Zylinderkopfs 1.
  • Weiterhin ist im Stegbereich unterhalb der Zylinderkopfdeckplatte 23 eine KÜhlrippe 24 angeordnet, die die von der Längs-Seitenwand 7 eintretende Kühlluft in Richtung auf den Brennraumboden des Zylinderkopfbodens 1 umlenkt.
  • In Fig. 4 ist eine anders gekühlte Variante der Ringnut 20 dargestellt. Die Ringnut 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine in dem Bereich der Ringnut gasund flüssigkeitsdichte Zyinderkopfdichtung 21 von dem Zylinderkühlmantelraum 19 getrennt. Anstelle der Flüssigkeitskühlung ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Ringnut 20 luftgekühlt. Dabei tritt die Kühlluft über Bohrungen 25 beidseitig des Zylinderkopfs 1 in die Ringnut 20 ein bzw. aus.
  • Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Abgaskanal 2 bis auf die notwendigen Verbindungen mit dem Brennraumboden 8 und dem Bereich der Auslaßventilführungsbohrung 9 vollständig von den übrigen Wandungen des Zylinderkopfs 1 abgehangen ist. Weiterhin sind auf dem Brennraumboden 8 Kühlrippen 26 angeordnet die in den wulstförmigen Rand 17 auslaufen.
  • In Fig. 5 ist als weitere mögliche Ausgestaltung des Brennraumbodens 8 eine Tragflügelprofilform des Brennraumbodens 8 dargestellt. Weiterhin ist eine über die gesamte Länge des Zylinderkopfs 1 führende Flüssigkeitsleitung 27 in Höhe der Ventilfedernauflagen 28 angeordnet. Diese Flüssigkeitsleitung 27, die vornehmlich mit öl beschickt wird, das gleichzeitig zur Schmierung des Ventiltriebs, soweit er im Zyinderkopf angeordnet ist, verwendet wird, ist zusätzlich mit den Einlaßkanalwandungen verbunden. Durchlässe für die quer auf die Flüssigkeitsleitung 27 und die angrenzenden Wandungen auftreffende Kühlluft ergeben sich nur im Bereich der Abgaskanäle 2, so daß die Kühluft wirkungsvoll um die Abgaskanäle 2 herumgeführt wird und diese intensiv kühlt.
  • In den Fig. 6 und 7 ist eine Ausnehmung 29 in den Zylinderkopf 1 im Bereich zwischen zwei Zylindereinheiten eingelassen. In der Ausbildung nach Fig. 6 wird die Ausnehmung 29 über Kanäle 30 mit Kühlluft durchspült. Die Kanäle 30 sind beidseitig der Stirnseiten der Ausnehmung 29 angeordnet und sind an den beiden Längs-Seitenwänden 6, 7 des Zyinderkopfs 1 aus dem Zylinderkopf 1 herausgeführt. In der Ausbildung nach Fig. 7 werden die Ausnehmungen 29 von Kühlflüssigkeit durchströmt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die nicht dargestellte Zylinderkopdichtung im Bereich der Ausnehmungen 29 mit Öffnungen versehen, so daß die Kühlflüssigkeit von dem Zylinderkühlmantelraüm 19 in die Ausnehmungen 29 gelangt.

Claims (16)

1. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Gaswechselventilen je Zylinder, wobei der Brennraumboden (8) des Zylinderkopfs (1) kühlraumseitig mit einer im wesentlichen kontinuierlich ändernden Wanddicke ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Blockzylinderkopf zusammengefaßten Zylinderköpfe (1) einer Zylinderreihe aus Grauguß gefertigt sind, und das der Brennraumboden (8) auf der Brennraumseite zwischen den einzelnen Zylindern in dem von einem Zylinderkühlmantelraum (19) überdeckten Zylinderkopfbereich mit je einer Ausnehmung versehen ist.
2. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraumboden (8) des Zylinderkopfs (1) kühlraumseitig konkav ausgebildet ist.
3. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraumboden (8) des Zylinderkopfs (1) kühlraumseitig als Tragflügelprofil (konvex) ausgebildet ist.
4. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem kühlraumseitigen wulstförmigen Rand (17) des Brennraumbodens (8), dadurch gekennzeichnet, daß der wulstförmige Rand (17) im Brennraumeinfassungsbereich ringförmig den Brennraumboden (8) umfaßt.
5. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wulstförmige Rand (17) von den zu einer Längs-Seitenwand (6) des zylinderkopfs (1) führenden Gaswechselkanälen (2, 3) abgekoppelt ist.
6. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß.im Bereich des Brennraumrandes in den Brennraumboden (8) brennraumseitig eine Ringnut (20) eingearbeitet ist.
7. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (20) über mindestens eine radial von außen zum Zylinderkopfzentrum hin verlaufende Bohrung oder Kanal (25) von Kühlluft durchströmt ist.
8. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (20) über Bohrungen oder Durchbrüche (22) in der Zylinderkopfdichtung (21) mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylindermantelraum (19) verbunden ist.
9. Luftgekühlter Zylinderkopf (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Brennraumboden Kühlrippen 26 aufgesetzt sind, die in den wulstförmigen Rand (17) auslaufen.
10. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit zumindest einer Zylinderkopfschraubenpfeife (12, 12a) zwischen den Gaswechselkanälen (2,3), dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfschraubenpfeife (12 a) halbmondförmig durch eine Einlaßkanalwandung (13) gebildet ist.
11. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (2) vollständig von benachbarten Zylinderkopfwandungen abgehangen ist und allseitig von einem Kühlluftstrom umspült ist.
12. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopffstegbereich eine Kühlluftleitrippe (24) unterhalb der Zylinderkopfdeckplatte (23) angeordnet ist, wobei die Kühlluftleitrippe (24) unter einem derartigen Winkel an der Zylinderkopfdeckplatte (23) angebunden ist, daß die auftreffende Kühlluft in Richtung auf den Brennraumboden (8) gelenkt wird.
13. Luftgekühlter Zylinderkopf (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zylinderkopf (1) durchströmende Luft den Zyinderkopf (1) im Bereich des an einer Längs-Seitenwand (6) angeordneten Abgaskanalanschlußflansches (4) verläßt und allseitig um den Abgaskanalanschlußflansch (4) herumströmt.
14. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (29) über zum Kühlluftraum führende Bohrung oder Kannäle (30) belüftet werden.
15. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (29) über Durchbrüche in der Zylinderkopfdichtung (21) mit dem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkühlmantelraum (19) verbunden sind.
16. Luftgekühlter Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Abluftseite (6) des Zylinderkopfs (1) in Höhe der Ventilfedernauflagen (28) eine über die Gesamtlänge des Zylinderkopfs (1) führende Flüssigkeitsleitung (27) angeordnet ist, wobei diese mit den Einlaßkanälen (3) derart verbunden ist, daß die den Zylinderkopf (1) quer zu der Flüssigkeitsleitung (27) durchströmende Kühlluft durch Öffnungen im Bereich zwischen dem Auslaßkanal (2) und der Flüssigkeitsleitung (27) entlang der Auslaßkanalwandung zu dem Auslaßkanalanschlußflansch (4) geleitet wird.
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