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Luftgekühlte Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte
ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, deren Zylinderkopf aus zwei Teilen besteht,
von denen der eine Teil den Zylinder unmittelbar verschließt, und der andere Teil
als Umhüllung des ersten Teiles dient.
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Zylinderköpfe für luftgekühlte Brennkraftmaschinen werden in der Regel
aus Leichtmetall hergestellt. Bei leichtmetallenen Zylinderköpfen hat es sich gezeigt,
daß der Steg zwischen zwei Ventilen sehr gefährdet ist. Bei der starken Erwärmung
während des Betriebes erfährt der Steg eine plastische Druckverformung, derzufolge
er beim Erkalten zum Reißen neigt.
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Neben der thermischen Belastung ist der Steg noch mechanisch durch
die Verbrennungskräfte beansprucht. Es sind Zylinderkopfkonstruktionen bekanntgeworden,
bei denen man versucht hat, mechanische Beanspruchungen vom Steg fernzuhalten, so
daß dieser nur noch nach thermischen Gesichtspunkten ausgebildet zu werden brauchte.
Es sind Zylinderköpfe bekanntgeworden, bei denen eine obere Platte oder ein formsteifer
Bügel die Verbrennungskräfte aufnimmt. Der Zylinderkopf selbst ist dabei so ausgebildet,
daß er neben den Ventilen und einer Brennkammer auch noch die Führung für die Kühlluft
aufweist.
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Es ist weiterhin bekanntgeworden, in den leichtmetallenen Teil eines
Zylinderkopfes eine den Zylinder abdeckende Schwermetaliplatte einzubauen, welche
die Ventilsitze enthält.
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Es hat sich herausgestellt, daß die bisher bekannten zweiteiligen
Zylinderköpfe noch nicht den Anforderungen des Motorbetriebes gerecht werden. Es
ist daher Aufgabe der neuen Erfindung, einen zweiteiligen leichtmetallenen Zylinderkopf
zu verbessern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der eine den Zylinder unmittelbar
verschließende Teil in bekannter Weise die Ventile, jedoch auch die Ventilstutzen
sowie gegebenenfalls eine Brennkammer enthält und Kühlrippen trägt und daß der umhüllende
Teil als Kühlluftführung und zur Lagerung der Organe für die Ventilbetätigung dient,
wobei dieser Teil ebenfalls mit Kühlrippen versehen sein kann.
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Wie vorstehend angedeutet, ist ein zweiteiliger Zylinderkopf bekanntgeworden,
bei dem der eine den Zylinder unmittelbar verschließende Teil die Ventile enthält.
Bei dem bekannten Zylinderkopf enthält der den Zylinder verschließende Teil jedoch
nicht die Ventilstutzen, auch eine Brennkammer ist in diesem Teil des Zylinderkopfes
nicht vorhanden. Bei dem bekannten Zylinderkopf dient der umhüllende Teil auch nicht
als Kühlluftführung, und der den Zylinder unmittelbar verschließende Teil hat demnach
auch keine Kühlrippen. Der umhüllende Teil des bekannten Zylinderkopfes dient nicht
wie derjenige nach der Erfindung zur Lagerung der Organe für die Ventilbetätigung.
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Durch die Erfindung wird eine bessere Aufteilung des gesamten Zylinderkopfes
erzielt. Der den Zylinder unmittelbar verschließende Teil enthält alle mit dem Zylinder
in Verbindung stehenden Teile und Kanäle und ist anderseits von allem übrigen befreit.
Auf diese Weise ergibt sich mehr Freiheit in bezug auf die Verbindung dieses Teiles
mit dem Zylinder.
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Im Rahmen der neuen Erfindung wird es als besonders vorteilhaft angesehen,
wenn sich der den Zylinder unmittelbar verschließende Teil in bekannter Weise mit
einem Außenbund gegen die dem Kurbelraum zugewandte Seite eines Innenbundes des
Zylinders anlegt. Diese hat den großen Vorteil, daß der den gefährdeten Steg enthaltende
Teil des Zylinderkopfes nicht durch Zugschrauben gebogen wird, was dem Steg zusätzlich
schaden würde. Der den Zylinder verschließende Teil des Zylinderkopfes wird durch
die Erfindung rundum gleichmäßig mechanisch belastet.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung stützt sich der umhüllende
Teil des Zylinderkopfes auf der vom Kurbelraum abgewandten Seite gegen den Zylinder,
dabei sind die beiden Zylinderkopfteile durch Schrauben miteinander verbunden und
gegen den Innenbund des Zylinders festgezogen. Dadurch ergibt sich für alle Teile
eine form- und kraftschlüssige Verbindung.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
mit weiteren Merkmalen desselben beispielsweise dargestellt.
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Abb. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch die Längsmittelachse
eines Zylinderkopfes einer luftgekühlten Viertaktbrennkraftmaschine; Abb. 2 zeigt
einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie II-II in Abb.l ;
Abb.
3 zeigt einen Teilschnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie III-III in Abb.
2; Abb. 4 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie IV-IV in Abb.
1; Abb. 5 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch die Längsmittelachse eines
Zylinderkopfes einer luftgekühlten Viertaktbrennkraftmaschine.
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Abb. 6 zeigt einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Abb. 5.
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Der in den Abbildungen dargestellte Zylinderkopf besteht aus zwei
Teilen 1 und 2. Der Teil 1 des Zylinderkopfes verschließt unmittelbar den Zylinder
3, während der Teil 2 des Zylinderkopfes als Umhüllung für den Teil 1 dient. Die
beiden Teile des Zylinderkopfes sind aus Leichtmetall hergestellt. Der Teil 1 des
Zylinderkopfes enthält die Ventile mit den Ventilstutzen sowie eine Brennkammer.
Außerdem trägt der Teil 1 des Zylinderkopfes Kühlrippen.
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Die Ventile sind in den Zylinderkopf nicht eingezeichnet. Deren Ventilsitze
sind jedoch aus den Abbildungen zu erkennen. Der Ventilsitz für das Einlaßventil
ist mit 4 bezeichnet, 5 ist der Ventilsitz für das Auslaßventil. An die Ventilsitze
schließen die Ventilstutzen 6 für das Einlaßventil und 7 für das Auslaßventil an.
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Die Ventile für den Einlaß und für den Auslaß sind mit parallelen
Achsen in einer Ebene a-a (s. Abb. 4) neben der Längsmittelebene des Zylinders hängend
angeordnet, so daß zwischen den Ventilstutzen 6 und 7 ein Kanal 8 für den Durchtritt
der Kühlluft entsteht. In diesem Kanal 8 weist der Teil 1 des Zylinderkopfes Kühlrippen
9 auf, die senkrecht auf dem Steg 10 zwischen den Ventilstutzen 6 und 7 stehen.
Die Ventilstutzen 6 und 7 sind außen noch mit Kühlrippen 11 versehen.
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In dem größeren freien Sektor des Teiles 1 des Zylinderkopfes befindet
sich eine Brennkammer 12. Diese Brennkammer ist also mit den Ventilen für den Ein-und
Auslaß im Dreieck angeordnet. Die Kühlluftführung des Zylinderkopfes ist so, daß
die Brennkammer 12 in Strömungsrichtung der Kühlluft vorn liegt. Die Ventilstutzen
6 und 7 sind nach der Abströmseite der Kühlluft zu abgebogen.
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Der Teil 1 des Zylinderkopfes legt sich mit einem Außenbund 13 gegen
die dem Kurbelraum zugewandte Innenseite 14 eines Innenbundes 15 des Zylinders 3
an. Dabei ist der Außenbund 13 an dem dem Zylinder zugewandten Ende des Zylinderkopfes
angeordnet. Der Innenbund 15 ist an dem dem Zylinderkopf zugewandten Ende des Zylinders
1 angeordnet.
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Der umhüllende Teil t des Zylinderkopfes stützt sich auf der vom Kurbelraum
abgewandten Seite 16 gegen den Zylinder. Dabei sind die beiden Zylinderkopfteile
1 und 2 durch Schrauben 17 und 18 miteinander verbunden und gegen den Innenbund
15 des Zylinders 1 festgezogen. Von den Schrauben 17 sind zwei vorhanden, von den
Schrauben 18 dagegen nur eine. Die beiden Teile des Zylinderkopfes sind also durch
drei Schrauben verbunden, von denen sich je eine zwischen der Brennkammer 12 und
einem Ventilstutzen 6 bzw. 7 und eine. in dem Kühlluftkanal 8 befindet, der zwischen
den beiden Ventilstutzen 6 und 7 hindurchgeführt ist.
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Der umhüllende Teil 2 des Zylinderkopfes dient zur Fübrung der Kühlluft
und zur Lagerung der Organe für die Ventilbetätigung. Entsprechend der bereits erwähnten
Strömungsrichtung der Kühlluft, die in den Abbildungen 1 und 4 durch Pfeile angedeutet
ist, ist die Anordnung von Kühlluftdurchtrittsöffnungen bzw. -kanälen an beiden
Teilen des Zylinderkopfes getroffen. Es ist also im Einklang mit dem Kühlluftkanal
8 des Teiles 1 des Zylinderkopfes der Teil 2 desselben im Bereich der Brennkammer
12 geöffnet, so daß die Kühlluft freien Zutritt zu der Brennkammer 12, den Ventilstutzen
6 und 7, dem Steg 10 und den Kühlrippen 9 und 11 hat. Dementsprechend ist auch der
Teil 2 des Zylinderkopfes im Bereich der abgebogenen Ventilstutzen 6 und 7 geöffnet,
so daß die Kühlluft auf der Rückseite des Zylinderkopfes abströmen kann. In Abb.
1 ist die Eintrittsöffnung des Teiles 2 des Zylinderkopfes mit 19 bezeichnet, 20
ist die Austrittsöffnung für die Kühlluft auf der Rückseite des Zylinderkopfes.
Zur erhöhten Ableitung der Wärme ist der Teil 2 des Zylinderkopfes außen noch mit
Kühlrippen 21 besetzt.
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Zur Lagerung der Organe für die Ventilbetätigung ist der umhüllende
Teil 2 des Zylinderkopfes - an seiner vom Kurbelraum abgewandten Seite mit einer
Wanne 22 zur Aufnahme von Kipphebeln und zur Lagerung dieser Kipphebel versehen.
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Wie insbesondere die Abb. 1 zeigt, ist die Brennkammer 12 mit dem
den Zylinder verschließenden Teil l des Zylinderkopfes lösbar verbunden. Hierzu
dienen gleichzeitig die Schrauben 17. Die Brennkammer 12 ist eine Wirbelkammer,
die mit dem Hals 23 ihres Schußkanals 24 unter Zwischenschaltung einer Dichtung
25 in eine Bohrung 26 des Teiles 1 des Zylinderkopfes eingesetzt ist. Durch die
lösbare Befestigung der Brennkammer wird der Teil 1 des Zylinderkopfes und insbesondere
sein Steg 10 weitgehend thermisch entlastet.
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Der Zylinderkopf nach Abb. 5 unterscheidet sich von dem Zylinderkopf
nach den Abb. 1 bis 4 dadurch, daß bei ihm ein Ventil für den Einlaß und ein Ventil
für den Auslaß in der Längsmittelebene des Zylinders hängend angeordnet sind, so
daß sie, in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, hintereinanderliegen. Dabei
befindet sich eine Brennkammer 27 in Strömungsrichtung der Kühlluft vor den Ventilen.
Die Brennkammer 27 ist lösbar in die Zylinderwand 28 eingesetzt. Die Ventile selbst
sind wiederum nicht eingezeichnet, dafür jedoch die Ventilsitze. Der Ventilsitz
für das Einlaßventil ist mit 29 und der Ventilsitz für das Auslaßventil mit 30 bezeichnet.
Zum Einlaßventil führt der Einlaßstutzen 31, und vom Auslaßventil führt der Auslaßstutzen
32 zum Auspuffrohr. Die Achsen 33 bzw. 34 für das Ein- und Auslaßventil verlaufen
zur Zylindermitte geneigt, so daß sie sich in Richtung auf den Kurbelraum zu einander
nähern. Die Brennkammer 27 und die Ventile sind so angeordnet, daß, in Strömungsrichtung
der Kühlluft gesehen, auf die Brennkammer der Einlaß folgt. Die Stutzen 31 und 32
sind in der Ventilebene entgegengesetzten Seiten der Maschine zu gerichtet.
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Wenn in die dem Zylinder zu gerichtete, die Ventilsitze enthaltende
Wand des Zylinderkopfes eine Schwermetallplatte eingesetzt ist, so ist es besonders
zweckmäßig, wenn die Verbindungsschrauben für die beiden Teile des Zylinderkopfes
bis in die Schwermetallplatte hineingeführt sind. In den Abb. 1 bis 4 ist eine solche
Schwermetallplatte strichpunktiert eingezeichnet.
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Es sei hier erwähnt, daß die Zylinderkonstruktion auch verwendbar
ist für eine Brennkraftmaschine mit oben liegender Nockenwelle. Bei einer solchen
Brennkraftmaschine dient der umhüllende Teil 2 des Zylinderkopfes an seiner vom
Kurbelraum abgewandten Seite zur Lagerung von Kipphebeln, zur Betätigung der Ventile
und zur Lagerung einer Nockenwelle. Sowohl in dem einen als auch in dem anderen
Falle kann
eine mehrzylindrige Maschine so ausgebildet werden, daß
die umhüllenden Teile der Zylinderköpfe zu einem Stück zusammengefaßt sind. Zum
Schluß sei noch erwähnt, daß die Erfindung nichtbeschränkt ist auf eine Viertaktbrennkraftmaschine,
sie ist mit allen ihren Vorteilen auch verwendbar bei einer Zweitaktbrennkraftmaschine
mit Ein- oder Auslaßventilen im Zylinderkopf.
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Für die Gegenstände der nachfolgenden Unteransprüche wird ein vom
Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht beansprucht.