Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 einzelne Zylinderkopf bildet dabei, wie auch die seitlichen Leitbleche, lediglich eine Begrenzung für den Luftstrom zum anderen Zylinderkopf. Eine solche Hubkolbenbrennkraftmaschine bzw. ein solcher Zylinderkopf ist nur für begrenzte Leistungen geeignet, da insbesondere der Bereich des Auslaßkanals und die zwischen
Auslaßkanal und Zylinderrohr liegenden Bereiche nicht hinreichend gekühlt werden können. Dies auch deshalb, weil die Butzen für die Befestigungsschrauben des Zylinderkopfes am Kurbelgehäuse bis zur Oberkante des Zylinderkopfes geführt sind.
Aus der FR-A-2 223 561 ist der Einzelzylinderkopf einer luftgekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei dem die Kühlluft durch in jeden Zylinderkopf separat eingearbeitete Kühlluftkanäle zur Abluftseite geführt wird. Ein Zusammenwirken bezüglich der Kühlluftführung mit benachbarten Zylinderköpfen wird durch fast vollständig geschlossene und einstückig mit dem Zylinderkopf gefertigte Kühlkanalaußenwände verhindert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine bzw. deren Zylinderköpfe und deren Kühlung so zu verbessern, daß höhere Leistungen erreicht werden können, wobei eine hohe Festigkeit des Zylinderkopfes gewährleistet sein soll, und insbesondere eine gute Kühlluftführung mit guter Kühlung der heißesten Stellen des Zylinderkopfes erzielt werden soll.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß benachbarte Zylinderköpfe mittels der Außenkonturen der Gaswechselkanäle in Verbindung mit zwischen den Ventilschaftführungen angeordneten Zentralbereichen und mit im wesentlichen quer zur Zylinderachse ausgerichteten Kühlrippen einen zumindest einbogenförmigen Kühlluftkanal in einem dem Zylinder abgewandten Zylinderkopfdeckbereich in einer im wesentlichen horizontalen Ebene bilden und daß der zylinderseitige Zylinderkopfbodenabschnitt umfangsmäßig im wesentlichen auf der Abluftseite und auf der der Einlaßventilschaftführung gegenüberliegenden vierten Seite mit Kühlrippen versehen ist und die Butzen für die Befestigungsschrauben aufweist.
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf ist einstückig ausgebildet, kann aber in einem dem Zylinder abgewandten Zylinderkopfdeckbereich und in einen Zylinderkopfbodenbereich unterteilt werden. Der Zylinderkopfbodenbereich ist so dick ausgebildet, daß eine genügende Festigkeit erzielt wird und eine stabile sowie gleichmäßige Abdichtung zum Zylinderrohr erreicht wird. Im Bereich des Übergangs vom Zylinderkopfbodenbereich zum Zylinderkopfdeckbereich enden auch die Butzen für die Befestigungsschrauben des Zylinderkopfes, so daß der darüberliegende dem Zylinder abgewandte Zylinderkopfschnitt ausschließlich durch die Gaswechselkanäle und Kühlrippen sowie einen Zentralbereich bestimmt wird. Die durch die Ventilschaftführungen führende Ebene ist vorzugsweise um 30° zur Längsrichtung der Brennkraftmaschine verdreht. Dadurch, daß der in etwa hakenförmig gekrümmte Einlaßkanal vom Ventil zur Mitte der Zuluftseite des Zylinderkopfes reicht und der Auslaßkanal im wesentlichen rechtwinklig zur Abluftseite auf dem kürzesten Wege zu 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 eine sehr gute Wärmeabführung. Weiterhin ist dieser Kühlkanal, der je nach Größe der Kühlrippen in mehrere bogen- bzw. S-förmige Abschnitte unterteilt sein kann, sehr groß ausgebildet, da keine Butzen für die Befestigungsschrauben stören. Gemäß den Patentansprüchen 2 und 3 kühlt im Bereich des Auslaßventils bzw. des Auslaßkanals auch im Zylinderkopfbodenbereich ein Kühlluftstrom; der aus einem geradlinig über einen Kanal und eine Einbuchtung herangeführten Teilluftstrom und einem Teilluftstrom über spitzwinklig angeordnete Schräg-Rippen im Zylinderkopfbodenbereich besteht. Der Teilluftstrom über die Schräg-Rippen wird dabei vom Hauptluftstrom abgezweigt.
Durch die Anordnung weiterer V-Rippen und Parallel-Rippen im Zylinderkopfbodenbereich 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 Auslaßkanals zum Zylinderkopfbodenbereich geführt werden. Zu diesem Zweck ist auch die Außenkontur des dem Zylinder abgewandten Zylinderkopfdeckbereichs 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 der Sperrbleche auf der Abluftseite und durch Wahl eines geeigneten Durchströmabstandes zur Auslaßkanalkontur, zum nächsten Sperrblech und zu dem Zylinderkopfboden sichergestellen, daß die Kühlluft bis zum Verlassen der Zylinderköpfe exakt und dosiert geführt wird. Zu diesem Zweck weisen auch die Sperrbleche im Bereich des Zylinderkopfbodenbereichs zwischen zwei benachbarten Zylinderkopfböden Ausnehmungen auf, durch die der durch die Rinne und die Einbuchtung geführte Luftstrom austreten kann.
Versuche haben gezeigt, daß der Zentralbereich zwischen den Gaswechselkanalen einstückig massiv ohne Unterbrechung mit dem Zylinderkopf hergestellt werden kann und daß die dort angeordnete Einspritzdüse durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zylinderkopfes hinreichend gekühlt ist. Falls bei besonderen Anforderungen der Zentralbereich zusätzlich gekühlt werden muß, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, auch dort Kühlrippen oder Kanäle für Kühlmittel vorzusehen. So könnte beispielweise ein Einschnitt zwischen Auslaßkanal und Zentralbereich oder Zentralbereich und Einlaßkanal vorgesehen sein.
Da der Hauptkühlluftkanal zwischen den Zylinderköpfen bogen- bzw. S-förmig ausgeführt ist, wird gemäß Patentanspruch 12 vorgeschlagen, da auch die seitlichen Leitbleche Ausweitungen haben, die der Führung durch je einen weiteren Zylinderkopf entsprechen. Sie sind weiterhin in vorteilhafter Weise mit dem entsprechenden Teil des Sperrbleches einstückig verbunden.
Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnungsbeschreibung, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Es zeigen:
In den Figuren ist mit 1 allgemein ein Einzelzylinderkopf einer luftgekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, der in seiner Außenform im wesentlichen würfelförmig ausgebildet ist und jeweils einen Einlaßkanal 2 und einen Auslaßkanal 3 aufweist, die sich zu der Zuluftseite 16 und der gegenüberliegenden Abluftseite 17 des Zylinderkopfes 1 erstrecken. Der Einlaßkanal 2 und der Auslaßkanal 3 werden von nicht dargestellten Einlaßventilen beherrscht, die die Gaswechsel 2, 3 an ihren zylinderkopfbodenseitigen Enden begrenzen. Die Zylinderköpfe 1 werden, wie in den Fig. 1, 3 und 4 skizziert, von Kühlluft angeströmt, die auf der Zuluftseite 16 zugeführt wird und die Zylinderköpfe 1 auf der Abluftseite 17 verläßt.
Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die durch die Achsen der Ventilschaftführungen 20, 22 verlaufende Ebene in einem Winkel von 30° zur Brennkraftmaschinenlängsrichtung verdreht angeordnet. Der Einlaßkanal 2 beginnt mittig der Zuluftseite 16 und geht zum Einlaßventil hin in einen Drallkanal über. Der Auslaßkanal 3 mündet - auf dem kürzesten Wege vom Auslaßkanal nach außen geführt - senkrecht auf der Abluftseite 17 des Zylinderkopfes 1. Zwischen dem Einlaßkanal 2 und Auslaßkanal 3 ist ein Zentralbereich 4 vorgesehen, der im Ausführungsbeispiel der Erfindung massiv und einstückig mit dem Zylinderkopf hergestellt ist. Durch diese Ausgestaltung des Zylinderkopfes 1 entsteht in Verbindung mit dem jeweils benachbarten Zylinderkopf 1 ein bogen- bzw. S-förmiger Kühlluftkanal 5, in dem die Kühlluft mehrfach umgelenkt wird und daher optimal Wärme abführt. Der Zylinderkopf 1 weist, wie insbesondere aus den Fig. 1, 2 und 4 ersichtlich ist, einen Zylinderkopfbodenbereich 6 sowie einen Zylinderkopfdeckbereich 7 auf. Der Zylinderkopfdeckbereich 7 weist Kühlrippen 8 auf, die senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtet sind und im wesentlichen von den Ein- und Auslaßkanälen 2, 3 bzw. von dem Zentralbreich 4 bis zu den Außenseiten 16, 17, 18, 19 reichen. Der Zylinderkopfbodenbereich 6 weist an seinen Ecken Butzen 9 für Befestigungsschrauben 23 auf (Fig. 5). Der Zylinderkopfbodenbereich 6 weist auf der dem Einlaßkanal 2 gegenüberliegenden Seite 19 Schräg-Rippen 8a auf (Fig. 1, 4), die in einem spitzen Winkel zur Zylinderachse ausgerichtet sind. Unterhalb von diesen Schräg-Rippen 8a ist, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine Rinne 10 vorgesehen, die sich von der Zuluftseite 16 bis zu der Abluftseite 17 erstreckt. In der Rinne 10 sind von der Zuluftseite 16 bis zu den Schräg-Rippen 8a Längs-Rippen 8b angeordnet. Die Rinne 10 ist im Anschluß an die Schräg-Rippen 8a bzw.die Längs-Rippen 8b erweitert, so daß die hier vereinten Teilluftströme (Fig. 4) ungehindet abströmen können. Je nach gewünschter Größe der Kühlluftströme durch die seitlichen Rippen des Deckplattenabschnittes kann der benachbarte Zylinderkopf 1 auf der benachbarten Seite eine angepaßte Einbuchtung 21 aufweisen.
Der Zylinderkopfbodenbereich 6 weist auf der Abluftseite 17 spitzwinklig zur Zylinderachse und V-förmig unter den Auslaßkanal 3 weisende V-Rippen 8c auf, an die sich parallel zur Zylinderachse ausgerichtete und bis zum Zylinderkopfboden reichende Parallel-Rippen 8d anschließen (Fig. 2, 5).
Wie aus den Fig. 3 und 4 weiterhin ersichtlich ist, teilt sich die ankommende kalte Kühlluft (umrandete Pfeile) in einen Hauptluftstrom auf, der den bogen- bzw. S-förmigen Kühlluftkanal 5, 5a, 5b durchströmt, und in einen Teilluftstrom, der den Zylinderkopfbodenbereich seitlich durchströmt. Die Kühlluft erwärmt sich an den Wandungen des Zylinderkopfes 1 und tritt als erwärmte Luft aus (fett durchgezogene Pfeile). Zwischen jeweils zwei Zylinderköpfen 1 sind auf der Abluftseite 17 Sperrbleche 11 vorgesehen, die seitlich zum nächsten Sperrbiech und zylinderkopfbodenseitig einen Durchströmabstand 12 aufweisen, wodurch die Kühlluftmenge gedrosselt wird und zudem zwecks guter Kühlwirkung den Zylinderkopf 1 vollständig auch auf der Abluftseite 17 umströmt. Zwischen zwei Zylinderköpfen 1 weist das Sperrblech 11 eine Ausnehmung 13 auf, durch die der von der Rinne 10 bzw. der gegenüberliegenden Einbuchtung 21 kommende Kühlluftstrom austreten kann. Das Sperrblech 11 ist im Bereich der Oberkante der Zylinderköpfe 1 rechtwinklig umgebogen und folgt der oberen Kontur der Zylinderköpfe 1 (Fig. 4). Dadurch wird der bogen- bzw. S-förmige Kühlluftkanal nach oben begrenzt und Kühlluft auch zu den Kühlrippen 8c, 8d des Zylinderkopfbodenbereichs 6 auf der Abluftseite 17 unterhalb des Auslaßkanals 3 geführt.
Zur seitlichen Begrenzung der Kühlluftströme am Ende je einer Zylinderreihe sind Leitbleche 14a, 14b vorgesehen, die so geformt sind, daß sie die Außenkontur des benachbarten Zylinderkopfes 1 und je einen Teil des entsprechenden Sperrblechs 11 ersetzen, damit der bogen- bzw. S-förmige Kühlluftkanal 5a, 5b weitgehend ähnlich einem Kühlluftkanal 5 erhalten bleibt.
Durch diese Ausgestaltung der Zylinderköpfe 1 ergibt sich insgesamt eine sehr gute Kühlluftführung und eine sehr gute Ausnutzung der Kühlluft, so daß der Zentralbereich 4 massiv ausgeführt werden kann und nur eine Bohrung 15 an verbrennungstechnisch optimaler Stelle zur Aufnahme eine Einspritzdüse einer selbstzündenden Dieselbrennkraftmaschine vorgesehen ist, ohne daß Überhitzungen der Einspritzdüse auftreten.