[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit
zumindest einer Zylinderreihe und nebeneinander angeordneten, im wesentlichen würfelförmigen
Einzelzylinderköpfen, mit Butzen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben, zumindest
je einem Einlaß- und Auslaßventil, wobei die Ventilschäfte im wesentlichen parallel
zur Zylinderachse ausgerichtet sind und die durch die Ventilschäfte verlaufende Ebene
in einem spitzen Winkel zur Brennkraftmaschinenlängsrichtung verdreht angeordnet ist,
der Einlaßkanal auf der von der Kühlluft angeströmten Seite, etwa mittig zum Zylinderkopf
beginnt und der Auslaßkanal im wesentlichen senkrecht zur Abluftseite ausgerichtet
ist und wobei an den letzten Zylinderköpfen jeder Reihe je ein seitliches Leitblech
vorgesehen ist.
[0002] Eine gattungsgemäße luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit entsprechenden Einzelzylinderköpfen
ist durch die Motorenreihe 924 bis 930 der Tatra-Werke, CSSR, bekannt und in dem Fachbuch
"Luftgekühlte Fahrzeugmotoren von J. Mackerle, Frank'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart,
1964" auf den Seiten 171 bis 173 und 524 bis 528 abgebildet und beschrieben. Die Zylinderköpfe
und die Kühlrippen sind so ausgebildet, daß jeder Zylinderkopf für sich eine Kühleinheit
bildet und im wesentlichen geradlinig durchströmt ist. Der eine Zylinderkopf bildet
dabei, wie auch die seitlichen Leitbleche, lediglich eine Begrenzung für den Luftstrom
zum anderen Zylinderkopf. Eine solche
Hubkolbenbrennkraftmaschine bzw. ein solcher
Zylin- derkopf ist nur für begrenzte Leistungen geeignet, da insbesondere der Bereich
des Auslaßkanals und die zwischen Auslaßkanal und Zylinderrohr liegenden Bereiche
nicht hinreichend gekühlt werden kann. Dies auch deshalb, weil die Butzen für die
Befestigungsanker des Zylinderkopfes am Kurbelgehäuse bis zur Oberkante des Zylinderkopfes
geführt sind.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine
gemäß Gattungsbegriff bzw. deren Zylinderköpfe und deren Kühlung so zu verbessern,
daß höhere Leistungen erreicht werden können, daß eine hohe Festigkeit des Zylinderkopfes
erhalten bleibt, daß eine gute Kühlluftführung mit guter Kühlung der hei-Besten Stellen
erreicht wird und eine kostengünstige Herstellung möglich ist.
[0004] Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung dadurch, daß benachbarte Zylinderköpfe mittels
der Außenkonturen der Gaswechselkanäle in Verbindung mit zwischen den Ventilschäften
angeordneten Zentralbereichen und mit quer zur Zylinderachse ausgerichteten Kühlrippen
einen bzw. je nach Kühlrippengröße mehrere bogen- bzw. S-förmige Kühlluftkanäle in
dem Zylinder abgewandten Zylinderkopfabschnitt bilden und daß der dem Zylinder zugewandte
Deckplattenabschnitt des Zylinderkopfes am Umfang im wesentlichen auf der Abluftseite
und auf der dem Einlaßventilschaft gegenüberliegenden Seite mit Kühlrippen versehen
ist und die Butzen für die Befestigungsschrauben aufweist. Der erfindungsgemäße Zylinderkopf
ist zwar einstückig ausgebildet, kann aber in einem dem Zylinder abgewandten Zylinderkopfabschnitt
(fin section) und in den Deckplattenabschnitt (deck section) unterteilt werden. Der
Deckplattenabschnitt ist so dick ausgebildet, daß genügende Festigkeit erzielt wird
und eine insgesamt stabile gleichmäßige Dichtung zum Zylinderrohr erreicht wird. Mit
dem Deckplattenabschnitt enden auch die Butzen für die Befestigungsschrauben des Zylinderkopfes,
so daß der darüberliegende dem Zylinder abgewandte Zylinderkopfabschnitt durch die
Gaswechselkanäle und Kühlrippen sowie einen Zentralbereich bestimmt wird. Die durch
die Ventilschäfte führende Ebene ist vorzugsweise um 30° zur Längsrichtung der Brennkraftmaschine
verdreht. Dadurch, daß der Einlaßkanal, in etwa hakenförmig gekrümmt, vom Ventil zur
Mitte des Zylinderkopfes reicht und der Auslaßkanal im wesentlichen rechtwinklig zur
Abluftseite auf dem kürzesten Wege zur dieser geführt ist, ergibt sich - blickt man
von oben auf zwei Zylinderköpfe - ein bogen- bzw. S-förmiger Kühlluftkanal. In diesem
Kühlluftkanal wird die Kühlluft mehrmals umgelenkt und bewirkt daher einen sehr guten
Wärmeübergang. Weiterhin ist dieser Kühlkanal, der je nach Größe der Kühlrippen in
mehrere bogen- bzw. S-förmige Abschnitte unterteilt sein kann, sehr groß ausgebildet,
da auch keine Butzen für die Befestigungschrauben stören. Gemäß den Patentansprüchen
2 und 3 gibt es im Bereich des Auslaßventils bzw. des Auslaßkanals auch im Deckplattenabschnitt
einen Kühlluftstrom der aus einem geradlinig herangeführten Teilluftstrom und einem
Teilluftstrom über spitzwinklig angeordnete Schräg-Rippen im Deckplattenabschnitt
besteht. Der Teilluftstrom über die Schräg-Rippen wird vom Hauptluftstrom abgezweigt.
[0005] Durch Anordnung weiterer V-Rippen und Parallel-Rippen im Deckplattenabschnitt auf
der Abluftseite gemäß Patentanspruch 4 und Anordnung von Sperrblechen auf der Abluftseite
gemäß Anspruch 8 wird erreicht, daß die Teile des bogen- bzw. S-förmigen Hauptkühlluftstromes
auch zu der Abluftseite in den Bereich unterhalb des Auslaßkanal zum Deckplattenabschnitt
geführt wird. Zu diesem Zweck ist auch die Außenkontur des dem Zylinder abgewandten
Zylinderkopfabschnitts gegenüber den Kühlrippen unterhalb des Auslaßkanals zurückgenommen,
so daß ein hinreichend großer Luftstrom zu diesen Rippen gelangen kann. Dazu trägt
auch die Verlängerung und Abbiegung der Sperrbleche entlang der Oberkante der Zylinderköpfe
gemäß Anspruch 9 bei sowie die Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 10 und 11. Durch
die Abwinklung der Sperrbleche auf der Abluftseite und durch Wahl eines geeigneten
Durchströmabstands zur Auslaßkanalkontur, zum nächsten Sperrblech und zu dem den Zylindern
zugwandten Rand der Zylinderköpfe wird sichergestellt, daß die Kühlluft bis zum Verlassen
der Zylinderköpfen exakt und dosiert geführt wird. Zu diesem Zweck weisen auch die
Sperrbleche im Bereich der Deckplattenabschnitt zwischen zwei Zylinderköpfen Ausnehmungen
auf, durch die der zwischen den Deckplattenabschnitten geführte Luftstrom austreten
kann.
[0006] Versuche haben gezeigt, daß der Zentralbereich zwischen den
Gaswechselkanälen einstückig massiv ohne Unterbrechung mit dem Zylinderkopf hergestellt
werden kann und daß die dort angeordnete Einspritzdüse hinreichend gekühlt ist, da
aufgrund der beschriebenen guten Kühlung keine weitere Kühlung erforderlich ist. Falls
wider Erwarten der Zentralbereich weiter gekühlt werden müßte, so besteht durchaus
die Möglichkeit dort auch Kühlrippen oder Kanäle für Kühlmittel vorzusehen. Es könnte
auch ein Einschnitt zwischen Auslaßkanal und Zentralbereich oder Zentralbereich und
Einlaßkanal vorgesehen sein.
[0007] Da der Hauptkühlluftkanal zwischen den Zylinderköpfen bogen- bzw. S-förmig ausgeführt
ist, wird gemäß Patentanspruch 12 vorgeschlagen, daß auch die seitlichen Leitbleche
Aufweitungen haben, die der Führung durch je einen weiteren Zylinderkopf entsprechen.
Sie sind weiterhin in vorteilhafter Weise mit dem entsprechenden Teil des Sperrbleches
einstückig verbunden.
[0008] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 einen Seitenansicht eines luftgekühlten Zylinderkopfes gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung Abluftseite mit Sicht auf den Flansch des Auslaßkanals
eines Zylinderkopfes gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch seitliche Leitbleche und Sperrbleche auf der Abluftseite
und durch Zylinderköpfe gemäß der Linie III-III in Fig. 5 mit eingezeichneten Strömungspfeilen
für Kühl- und Abluft,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Zylinderkopfes gemäß Fig. 1 mit Schnitt durch ein angebautes
Sperrblech auf der Abluftseite und Pfeilen für Kühl- und Abluft und
Fig. 5 eine Ansicht mehrerer Zylinderköpfe gemäß Fig. 2 mit angebauten und abgebauten
Sperrblechen auf der Abluftseite.
[0009] In den Fig. 1 bis 5 ist mit 1 allgemein ein Einzelzylinderkopf einer luftgekühlten
Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, der in seiner Außenform im wesentlichen würfelförmig
ausgebildet ist und einen mit 2 bezeichneten Einlaßkanal und einen mit 3 bezeichneten
Auslaßkanal aufweist, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Zylinderkopfes 1
erstrecken. Der Einlaßkanal 2 und der Auslaßkanal 3 werden von nicht dargestellten
Einlaßventilen beherrscht, die die Kanäle an ihrem dem nicht dargestellten Zylinder
zugewandten Ende begrenzen. Die zylinderköpfe 1 werden, ebenfalls nicht dargestellt,
jedoch in den Fig. 1, 3 und 4 skizziert von Kühlluft angeströmt, die auf der Eintrittsseite
des Einlaßkanales zugeführt wird und die Zylinderköpfe auf der AuslaBkanalseite verläßt.
[0010] Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist die durch die nicht dargestellte Ventilschäfte
der Ventile verlaufende Ebene in einem Winkel von 30° zur Brennkraftmaschinenlängsrichtung
verdreht angeordnet. Der Einlaßkanal 1 beginnt mittig zum Zylinderkopf und führt,
in einen Drallkanal übergehend, auf die Außenseite des Zylinderkopfes. Der Auslaßkanal
3 ist auf dem kürzesten Wege nach außen geführt und mündet daher zur Mitte des Zylinderkopfes
versetzt senkrecht zur Abluftseite des Zylinderkopfes 1. Zwischen dem EinlaBkanal
2 und Auslaßkanal 3 ist, wie ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich, ein Zentralbereich
4 vorgesehen, der im Ausführungsbeispiel der Erfindung massiv und einstückig mit dem
Zylinderkopf hergestellt ist. Durch diese Ausgestaltung der Zylinderköpfe entsteht
in Verbindung mit dem benachbarten Zylinderkopf ein bogen- bzw. S-förmiger Kühlluftkanal
5, in dem die Kühlluft mehrfach abgelenkt und daher optimal ausgenutzt wird. Der Zylinderkopf
hat, wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, einen Deckplattenabschnitt
6, der einem nicht dargestellten Zylinder zugewandt ist und im wesentlichen mit geringer
Verrippung massiv ausgeführt ist, und einen dem Zylinder abgewandten Zylinderkopfabschnitt
7. Der Zylinderkopfabschnitt 7 weist Kühlrippen 8 auf, die im wesentlichen senkrecht
zur Zylinderachse ausgerichtet sind und von den Kanälen 2 und 3 bzw. dem Zentralbereich
4 bis zur würfelförmigen Außenkontur der Zylinderköpfe reichen. Der
Deckplattenabschnitt 6 weist an seinen Ecken Butzen 9 für Befestigungsschrauben auf,
die in Fig. 5 dargestellt sind. Der Deckplattenabschnitt 6, was insbesondere aus den
Fig. 1 und 4 ersichtlich ist, weist auf der dort dargestellten, dem Einlaßkanal 2
gegenüberliegenden Seite Schräg-Rippen 8a auf, die in einem spitzen Winkel zur Zylinderachse
ausgerichtet sind. Zwischen diesen Schräg-Rippen 8a und dem nicht dargestellten Zylinder
ist, was zusätzlich auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine Rinne 10 vorgesehen,
in der Rinnen-Rippen 8b angeordnet sind. Die Rinne 10 ist im Anschluß an die Schräg-Rippen
und die Rinnen-Rippen erweitert, so daß die vereinigten Teilluftströme, wie aus Fig.
4 ersichtlich, abströmen können. Je nach gewünschter Größe der Kühlluftströme durch
die seitlichen Rippen des Deckplattenabschnittes kann der benachbarte Zylinderkopf
auf der benachbarten Seite eine angepaßte Ausnehmung aufweisen.
[0011] Der Deckplattenabschnitt 6 weist auf der Abluftseite spitzwinklig zur Zylinderachse
und V-förmig unter den Auslaßkanal 3 weisende V-Rippen 8c auf, an die sich parallel
zur Zylinderachse ausgerichtete Parallel-Rippen 8d anschließen.
[0012] Wie aus den Fig. 3 und 4 weiterhin ersichtlich, teilt sich die ankommende Kaltluft
(umrandete Pfeile) in einen Hauptluftstrom auf, der den bogen- bzw. S-förmigen Kühlluftkanal
durchströmt, und in einen Teilluftstrom der den Deckplattenabschnitt seitlich durchströmt.
Die Kühlluft erwärmt sich an den Wandungen des Zylinderkopfes und tritt als erwärmte
Luft aus (fett durchgezogene Pfeile).
Zwischen jeweils zwei Zylinderköpfen ist auf der Abluftseite ein mit 11 bezeichnetes
Sperrblech vorgesehen, das, siehe
Fig. 5, seitliche und zu dem den Zylindern zugewandten Rand der Zylinderköpfe einen
Durchströmabstand aufweist, wodurch die Kühlluftmenge gedrossel wird und auch zwecks
guter Kühlwirkung den Zylinderkopf vollständig auch auf der Abluftseite umströmt.
Zwischen zwei Zylinderköpfen weist das Sperrblech 11 eine Ausnehmung 13 auf, durch
die der von den seitlichen Rippen des Deckplattenabschnittes 6 kommende Kühlluftstrom
austreten kann. Das Sperrblech 11 ist im Bereich der Oberkante der Zylinderköpfe rechtwinklig
umgebogen und folgt der oberen Kontur der Zylinderköpfe (Fig. 4). Dadurch wird der
bogen- bzw. S-förmige. Kühlluftkanal nach oben begrenzt und Kühlluft auch zu den Kühlrippen
des Deckplattenabschnitts 6 auf der Abluftseite unterhalb des Auslaßkanals 3 geführt.
[0013] Zur seitlichen Begrenzung der Kühlluftströme am Ende je einer Zylinderreihe sind
Leitbleche 14 vorgesehen, die so geformt sind, daß sie die Außenkontur eines benachbarten
Zylinderkopfes und je ein Teil des entsprechenden Sperrblechs ersetzen, damit der
bogen- bzw. S-förmige Kühlluftkanal erhalten bleibt.
[0014] Durch diese Ausgestaltung der zylinderköpfe ergibt sich insgesamt eine sehr gute
Kühlluftführung und eine sehr gute Ausnutzung der Kühlluft, so daß der Zentralbereich
massiv ausgeführt werden kann und in einer Bohrung 15 im Zentralbereich, an verbrennungstechnisch
optimaler Stelle eine Einspritzdüse einer selbstzündenden Dieselbrennkraftmaschine
eingesetzt werden kann, ohne daß Überhitzungen der Einspritzdüse auftreten.
1. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einer Zylinderreihe und
nebeneinander angeordneten, im wesentlichen würfelförmigen, mit Kühlrippen (8) versehenen
Einzelzylinderköpfen (1), mit Butzen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben, zumindest
je einem Einlaß- und Auslaßventil, wobei die Ventilschäfte im wesentlichen parallel
zur zylinderachse ausgerichtet sind und die durch die Ventilschäfte verlaufende Ebene
in einem spitzen Winkel zur Brennkraftmaschinenlängsrichtung verdreht angeordnet ist,
der Einlaßkanal (2) auf der von der Kühlluft angeströmten Seite, etwa mittig zum Zylinderkopf
(1) beginnt und der Auslaßkanal (3) im wesentlichen senkrecht zur Abluftseite ausgerichtet
ist und wobei an den letzten Zylinderköpfen jeder Reihe je ein seitliches Leitblech
(14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Zylinderköpfe (1) mittels
der Außenkonturen der Gaswechselkanäle (2, 3) in Verbindung mit zwischen den Ventilschäften
angeordneten Zentralbereichen (4) und mit quer zur Zylinderachse ausgerichteten Kühlrippen
(8) einen bzw., je nach Kühlrippengröße, mehrere bogen- bzw. S-förmige Kühlluftkanäle
(5) im dem Zylinder abgewandten Zylinderkopfabschnitt (7) bilden und daß der dem Zylinder
zugewandte Deckplattenabschnitt (6) des Zylinderkopfes (1) am Umfang im wesentlichen
auf der Abluftseite und auf der dem Einlaßventilschaft gegenüberliegenden Seite mit
Kühlrippen versehen ist und die Butzen (9) für Befestigungsschrauben aufweist.
2. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der dem Einlaßventilschaft gegenüberliegenden Seite des Deckplattenabschnitts
(6) angeordnete Schräg-Rippen (8a) im mittleren Bereich des Zylinderkopfes (1) angeordnet
und in einem spitzen Winkel zur zylinderachse ausgerichtet sind und daß zwischen diesen
und dem dem Zylinder zugewandten Rand des Zylinderkopfes (1) von der Zuluftseite bis
zu den Schräg-Rippen (8a) eine quer zur Zylinderachse verlaufende Rinne (10) bzw.
darin angeordnete Rinnen-Rippen (8b) vorgesehen sind, wobei sich die Luftströmung
durch die Rinne (10) bzw. diesen Kühlrippen mit den Luftströmen der Schräg-Rippen
(8a) in Abluftrichtung vereinigen.
3. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (1) auf der dem Einlaßventilschaft benachbarten
Seite im Deckplattenabschnitt (6) der Rinne (10) bzw. den Rinnen-Rippen (8b) und den
Schräg-Rippen (8a) räumlich angepaßte Ausnehmungen aufweist.
4. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen auf der Abluftseite am Umfang des Deckplattenabschnittes
(6) aus spitzwinklig zur zylinderachse und V-förmig unter den Auslaßkanal (3) weisenden
V-Rippen (8c) bestehen, an die sich parallel zum Zylinder ausgerichtete im wesentlichen
bis zum Zylinder reichende Parallel-Rippen (8d) anschließen, wobei die V- und Parallel-Rippen
(8c und 8d)gegenüber den Kühlrippen (8) bzw. der Außenkontur des dem Zylinder abgewandten
Zylinderkopfabschnitts vorstehend ausgebildet sind.
5. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zentralbereich (4) massiv ohne Kühlrippen ausgeführt ist.
6. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im Zentralbereich (4) weitere Kühlmittel, wie Kühlrippen, Kanäle für Kühlmittel
insbesondere Kühlöl bzw. ein trennender Einschnitt zwischen Zentralbereich (4) und
Auslaßkanal (3) bzw. Einlaßkanal (2) vorgesehen sind.
7. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Zentralbereich (4) zwischen den Ventilschäften etwa
parallel zu den Ventilschäften eine Bohrung (15) für die Einspritzdüse einer selbstzündenden
Dieselbrennkraftmaschine vorgesehen ist.
8. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der Abluftseite die bogen- bzw. S-förmigen Kühlluftkanäle
(5) begrenzende Sperrbleche (11) vorgesehen sind, die einen Durchströmabstand (12)
zur Auslaßkanalkontur, zum nächsten Sperrblech (11) und zum den Zylindern zugewandten
Rand der zylinderköpfe (1) sowie eine Ausnehmung (13) zwischen den Zylinderköpfen
(1) aufweisen, die ausgehend von dem den Zylindern zugewandten Rand bis in den Deckplattenabschnitt
(6) reicht.
9. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrbleche (11) im Bereich der Oberkante der Zylinderköpfe (1) etwa rechtwinklig
umgebogen sind, der oberen Kontur der Zylinderköpfe folgend entgegen der Kühlluftströmung
verlaufen und den bogen- bzw. S-förmigen Kühlluftkanal (5) nach oben begrenzen.
10. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß entlang der Oberkante der Zy-linderköpfe (1) ein die bogen- bzw. S-förmigen Kühlluftkanäle (5) abdeckende, mehrere
Köpfe übergreifende Luftleitplatte vorgesehen ist.
11. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Luftleitplatte als Unterteil eines Ventiltriebteile aufnehmenden Gehäuses
ausgebildet ist.
12. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Leitbleche (14) an den letzten Zylinderköpfen
(1) in Strömungsrichtung der Kühlluft derart verformt sind, daß Kühlluftkanäle entstehen,
die den Kühlluftkanälen zwischen zwei Zylinderköpfen in etwa entsprechen, wobei das
einem Einlaßventilschaft benachbarte Leitblech in diesem Bereich und das am anderen
Ende einer Zylinderreihe angeordnete Leitblech im Bereich des Auslaßkanals je eine
Ausweitung aufweisen und daß an die Leitbleche (14) die jeweiligen Sperrblechteile
angeformt sind, die dem jeweiligen Abluftbereich entsprechen.
13. Luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrbleche (11) und die Leitbleche (14) im Bereich
der Abluftseite an ihren Rändern etwa um 90° abgewinkelt sind, so daß diese Ränder in Richtung auf die Zylinderköpfe
(1) weisen.