DE1224094B

DE1224094B - Cylinder head for air-cooled gasoline or diesel internal combustion engines

Info

Publication number: DE1224094B
Application number: DEM47517A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Siegfried Meurer; Georg Dusold
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1960-12-24
Filing date: 1960-12-24
Publication date: 1966-09-01

Description

Zylinderkopf für luftgekühlte Otto- oder Diesel-Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für luftgekühlte Otto- oder Diesel-Brennkraftmaschinen mit stehenden oder liegenden Zylindern und mit hängenden Ventilen, der im Bereich des Ein- und Auslaßventilkanals und des Ventilsteges zusätzlich durch Öl gekühlt ist, das in eine diesen Bereich umschließende Kammer eingeführt wird.Cylinder head for air-cooled gasoline or diesel internal combustion engines The invention relates to a cylinder head for air-cooled Otto or diesel internal combustion engines with standing or lying cylinders and with hanging valves in the area the inlet and outlet valve channel and the valve web are additionally cooled by oil is inserted into a chamber enclosing this area.

Bei Maschinen der vorgenannten Art konnte eine Kühlung durch Frischluft in nur ungenügendem Maße an dem Teil des Zylinderkopfes durchgeführt werden, der vom Ventilsteg, den benachbarten Wandungen des Aus- und Einlaßkanals, der Einspritzdüse und der Glühkerze begrenzt wird. Dieser Bereich des Zylinderkopfes und insbesondere der Ventilsteg ist aber gerade wegen seiner unmittelbaren Nähe zum Brennraum besonders hohen Wärmebeanspruchungen ausgesetzt und auf der anderen Seite wegen der seitlichen Abdeckung durch Düsenpfeife und Glühkerze für die Frischluft schwer zugänglich. Die Unterbringung von Kühlrippen im genannten Bereich zwecks Erzielung einer besseren Luftführung ist aus gußtechnischen Gründen kaum durchführbar, so daß sich in nachteiliger Weise immer wieder Rißbildungen am Ventilsteg und den benachbarten Wandteilen zeigten. Es ist zwar eine luftgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, bei der zwischen den Ventilen ein Kühlkanal mit Kühllamellen vorgesehen ist. Wegen des sehr engen Zwischenraumes zwischen diesen Lamellen tritt jedoch hier eher eine Luftstauung als eine Kühlwirkung durch Luftführung ein.In the case of machines of the aforementioned type, cooling by means of fresh air could be used be carried out to an insufficient extent on the part of the cylinder head which from the valve web, the adjacent walls of the outlet and inlet channels, the injection nozzle and the glow plug is limited. This area of the cylinder head and in particular however, the valve web is special precisely because of its close proximity to the combustion chamber exposed to high thermal loads and on the other hand because of the lateral Cover by nozzle pipe and glow plug for the fresh air difficult to access. The placement of cooling fins in the area mentioned in order to achieve a better For reasons of casting technology, air routing is hardly feasible, so that it is more disadvantageous Way repeatedly showed cracks on the valve web and the adjacent wall parts. Although an air-cooled internal combustion engine is known in which between the valves a cooling channel with cooling fins is provided. Because of the very narrow space between these lamellas, however, there is more of an air stagnation than a cooling effect through air duct.

Es ist außerdem bekannt, den Ventilsteg von wassergekühlten Brennkraftmaschinen dadurch zu kühlen, daß das Kühlmittel durch besondere, durch die Kühlmittelräume hindurchgeführte und innerhalb dieser Räume mündende Rohre dicht an die zu kühlende Ventilstegwand herangeführt wird. Ferner wird bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen eine erhöhte Kühlwirkung an heißen Maschinenstellen mittels erhöhter Durchflußgeschwindigkeit dadurch erreicht, daß das Kühlmittel gezwungen wird, durch von besonderen Rippen gebildete Verengungen hindurchzuströmen.It is also known, the valve web of water-cooled internal combustion engines to cool by the fact that the coolant through special, through the coolant spaces pipes passed through and opening within these spaces close to the pipes to be cooled Valve web wall is brought up. Furthermore, in liquid-cooled internal combustion engines an increased cooling effect at hot machine points by means of an increased flow rate achieved in that the coolant is forced through by special ribs constrictions formed to flow through it.

Eine bekannte Brennkraftmaschine ist mit je einem Kühlöl und Schmieröl enthaltenden Kühlkreislauf versehen, wobei nach dessen Verzweigung der eine Kühlstrom um die Zylinderlaufbüchsen herumläuft und der andere Kühlstrom um die Ventildurchbrechungen herum und zwischen ihnen hindurchgeführt wird. Eine solche Kühlung ist aber baulich benfalls sehr aufwendig und verlangt zusätzliche Lei-# zngen und zusätzliche Ventileinbauten. Auch enthält Giese Ausführung keine Anleitung für die Kühlung des besonders gefährdeten Ventilsteges und dessen benachbarte Wandungen.A known internal combustion engine is each with a cooling oil and a lubricating oil provided containing cooling circuit, after its branching of a cooling stream runs around the cylinder liners and the other cooling flow around the valve openings around and between them. However, such cooling is structural Also very expensive and requires additional cables and additional valve fittings. Also, Giese execution does not contain any instructions for the cooling of the particularly endangered Valve web and its adjacent walls.

Ferner ist eine Kühlvorrichtung von eingekapselten Ventilen und ihrem Antriebsgestänge bei luftgekühlten Explosionsmotoren bekannt, bei welcher ein mit Kühlflüssigkeit gefüllter Raum Verwendung findet. Dieser Raum weist aber in seiner halben Höhe eine durchgehende, waagerechte Wand bzw. einen entsprechenden Steg auf, so daß die in diesem Raum befindliche Kühlflüssigkeit in Ruhe verharren und nur schleppend die Wärme von den Wänden aufnehmen wird.Further is a cooling device of encapsulated valves and their Drive linkage in air-cooled explosion engines known, in which a with Coolant-filled space is used. But this space shows in its halfway up a continuous, horizontal wall or a corresponding walkway, so that the coolant in this room remain at rest and only will slowly absorb the heat from the walls.

Bei einer anderen bekannten Zylinderkopfkühlung erstreckt sich diese nur auf die Kühlung des oberen Teiles der Ventilkammer und der einzelnen dort untergebrachten Steuerorgane. Auch benötigt diese Kühleinrichtung in nachteiliger und aufwendiger Weise eine zusätzliche Ölpumpe.In another known cylinder head cooling system, this extends only on the cooling of the upper part of the valve chamber and the individual housed there Control organs. This cooling device is also required in a disadvantageous and complex manner Way an additional oil pump.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Kühlen und Schmieren der Ventilschäfte von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der lediglich jeder Ventilschaft durch Umströmen der Ventilführung mittels aus der Maschinen-Schmierölanlage hergeleiteten Öles gekühlt bzw. geschmiert wird. Eine Kühlung des Ventilsteges und der anschließenden Wandflächen wird aber mit dieser Vorrichtung nicht ermöglicht.Finally, there is a device for cooling and lubricating the valve stems known from internal combustion engines, in which only each valve stem by flow the valve guide is cooled by means of oil derived from the machine lubricating oil system or is lubricated. A cooling of the valve web and the adjoining wall surfaces but is not made possible with this device.

Um die vorerwähnten Mängel zu beseitigen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, das Öl in bekannter Weise dem Schmierölkreislauf zu entnehmen und durch eine Spritzvorrichtung auf die zu kühlenden Flächen auftreffen zu lassen und sowohl die hohle Kipphebelwelle als auch das Kipphebellager mit je einer Bohrung zu versehen, aus der ein Druckölstrahl auf die zu kühlenden Flächen in der Kammer austritt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an Stelle der einen Bohrung im Kipphebellager und in der Kipphebelwelle zwei oder mehrere nebeneinanderliegende Bohrungen vorgesehen. Auf diese Weise werden der Ventilsteg und die diesem benachbarten Flächen der Wandungen der mit Öl gefüllten Kammer unter Nutzbarmachung der bereits vorhandenen Kipphebelschmierung stets mit frischem Kühlmittel in wirksamer Weise bestrichen, ohne daß ein baulicher Mehraufwand und zusätzliche Platzbeanspruchung erforderlich werden. Es wird sich nämlich der Kühlmittelinhalt der Kammer bei dauernder Zuführung von gekühltem Öl und gleichzeitiger Beaufschlagung der heißesten Wandteile in steter Umwälzung befinden, wobei mit dem abfließenden Öl auch die vorhandene Wärme dauernd abgeführt und durch gekühltes frisches Öl laufend ersetzt wird.In order to eliminate the aforementioned shortcomings, according to the present Invention proposed to take the oil in a known manner from the lubricating oil circuit and hit the surfaces to be cooled by a spray device and both the hollow rocker arm shaft and the rocker arm bearing each with a bore to be provided, from which a pressure oil jet on the surfaces to be cooled in the chamber exit. In a further embodiment of the invention, instead of one bore in the rocker arm bearing and two or more adjacent ones in the rocker arm shaft Holes provided. In this way, the valve web and those adjacent to it Surfaces of the walls of the chamber filled with oil, making use of the already existing rocker arm lubrication always with fresh coolant in an effective manner painted without additional structural effort and additional space requirements will be required. Namely, the coolant content of the chamber will increase with continuous Supply of cooled oil and simultaneous application of the hottest wall parts are in constant circulation, with the draining oil also the existing Heat is continuously dissipated and continuously replaced by cooled, fresh oil.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.Further details of the invention emerge from the following Description and the drawing.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einer Dieselmaschine mit Fremdzündung in Schnittdarstellungen beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf, F i g. 2 einen Teilquerschnitt und F i g. 3 einen gegenüber F i g. 1 um 90° versetzten Längsschnitt.In the drawing, the invention is on a diesel engine with spark ignition illustrated in sectional views, for example, namely FIG. 1 a longitudinal section through a cylinder head, F i g. 2 a partial cross-section and F i g. 3 one opposite F i g. 1 longitudinal section offset by 90 °.

In den Zeichnungen ist mit 1 der Zylinderkopf, 2 der Maschinenzylinder, 3 der den Brennraum 4 enthaltende Arbeitskolben in seiner oberen Totpunktlage bezeichnet. Das zu dem Auslaßkanal 5 gehörige Auslaßventil 6 ist in bekannter Weise in der Ventilpfeife 7 geführt. In ebenfalls üblicher Art ist im Einlaßkanal 8 das Einlaßventil 9 in der Ventilpfeife 10 untergebracht. Zwischen den beiden Ventilsitzen befindet sich der gemeinsame Ventilsteg 11, von dem aus der Wandteil 12 mit seiner Außenfläche 13 in die Auslaßventilpfeife 7 und der Wandteil 14 mit seiner Außenfläche 15 in die Einlaßventilpfeife 10 übergeht. Mit 16 ist der Ventilschaft des Auslaßventils 6 und mit 17 der des Einlaßventils 9 benannt. Diese Wandteile 12 und 14 bilden mit den Wandungen 18 und 19, die sich zum Teil aus den Pfeifen 20 und 21 der Einspritzdüse 22 und der Glühkerze 23 zusammensetzen, die erfindungsgemäße Kammer 24, deren Boden von dem Ventilsteg 11 gebildet wird.In the drawings, 1 is the cylinder head, 2 is the machine cylinder, 3 denotes the working piston containing the combustion chamber 4 in its top dead center position. The outlet valve 6 belonging to the outlet channel 5 is in a known manner in the valve pipe 7 led. In a likewise conventional manner, the inlet valve 9 is in the inlet channel 8 in the valve pipe 10 housed. Is located between the two valve seats the common valve web 11, from which the wall part 12 with its outer surface 13 into the outlet valve pipe 7 and the wall part 14 with its outer surface 15 in the inlet valve whistle 10 passes over. At 16 is the valve stem of the exhaust valve 6 and named with 17 of the inlet valve 9. These wall parts 12 and 14 form with the walls 18 and 19, some of which are made up of the pipes 20 and 21 of the injection nozzle 22 and the glow plug 23 assemble the chamber 24 according to the invention, the bottom is formed by the valve web 11.

Oberhalb bzw. im Bereich dieser Kammer 24, die also zu dem Kipphebel 25 hin offen ist, befindet sich die Mündung 26 einer als Einspritzrohr 27 gestalteten Ölspritzvorrichtung. Die Mündung 26 dieses Düsenrohres 27 ist so gerichtet, daß der austretende Ölstrahl 28 insbesondere auf den Ventilsteg 11 trifft, um damit gerade diese heißeste Stelle des Zylinderkopfes mit Kühlmittel zu beaufschlagen. An Stelle eines Ölstrahles 28 können auch zwei oder mehrere Ölstrahlen für die Kühlung des Ventilsteges 11 bzw. der Wand der Kammer 24 herangezogen werden.Above or in the area of this chamber 24, that is to say that of the rocker arm 25 is open, the mouth 26 is designed as an injection tube 27 Oil spray device. The mouth 26 of this nozzle tube 27 is directed so that the exiting oil jet 28 hits in particular the valve web 11 in order to thereby to apply coolant to this hottest part of the cylinder head. Instead of one oil jet 28, two or more oil jets can also be used for cooling of the valve web 11 or the wall of the chamber 24 can be used.

Außer der Öleinspritzung durch das Einspritzrohr 26, 27 wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Welle 29 des Kipphebels 25 hohl auszubilden und diesen Hohlraum 30 mittels Zuführung 31 an den Schmierkreislauf der Maschine anzuschließen. Die Hohlwelle 29 erhält dann eine Bohrung 32 und das Kipphebellager 33 eine Bohrung 34, wobei diese beiden Bohrungen 32 und 34 im wesentlichen in Richtung zum Ventilsteg 11 hin bzw.-zu den diesem Steg benachbarten Flächen 13,15 gerichtet sind, so daß austretende Ölstrahlen 35, 36 wiederum insbesondere die Flächen 13 des Wandteiles 12 des Auslaßkanals 5 und den Ventilsteg 11 beaufschlagen. Eine großflächige Beaufschlagung des Ventilsteges 11 und der benachbarten Wandflächen 13 und 15 wird erhalten, wenn statt der einen Bohrung 34 zwei oder mehrere Bohrungen vorgesehen sind, so daß das Kühlmittel fächerförmig austritt und die erwähnten Wandflächen in einem größeren Bereich benetzt werden. Eine solche Kühlung ist insbesondere für Maschinen mit liegenden Zylindern vorteilhaft.In addition to the oil injection through the injection pipe 26, 27 according to FIG the invention proposed to form the shaft 29 of the rocker arm 25 and hollow to connect this cavity 30 by means of feed 31 to the lubrication circuit of the machine. The hollow shaft 29 then receives a bore 32 and the rocker arm bearing 33 has a bore 34, these two bores 32 and 34 essentially in the direction of the valve web 11 are directed towards or -to the surfaces 13,15 adjacent to this web, so that emerging oil jets 35, 36 in turn in particular the surfaces 13 of the wall part 12 of the outlet channel 5 and the valve web 11 act upon it. A large area exposure of the valve web 11 and the adjacent wall surfaces 13 and 15 is obtained when instead of the one bore 34 two or more bores are provided so that the Coolant emerges in a fan shape and the wall surfaces mentioned in a larger one Area to be wetted. Such cooling is particularly important for machines with lying Cylinders advantageous.

Bei Maschinen mit stehenden Zylindern wird sich die Kammer. 24 mit Kühlmittel anfüllen und die mit etwa 3 atü austretenden Ölstrahlen 28, 35 und 36 werden bis zum Ventilsteg 11 und den unteren Flächen 13 und 15 vordringen und dabei gleichzeitig das Kühlmittel in der Kammer 24 so weit umwälzen, daß kreisende Kühlmittelströme entstehen, die auch für eine Kühlung der Einspritzdüse 22 und der Glühkerze 23 sorgen werden. Hierbei werden die Ölstrahlen 35 und 36 im Rhythmus der Kipphebelbewegung um etwa 5° schwenken, so daß auf diese Weise unter Bildung von Ölströmungen eine Umwälzung des Kühlmittels in der Kammer 24 stattfinden wird.For machines with upright cylinders, the chamber will be. 24 with Fill with coolant and the oil jets 28, 35 and 36 emerging at about 3 atmospheres will penetrate to the valve web 11 and the lower surfaces 13 and 15 and thereby at the same time circulate the coolant in the chamber 24 so that circulating coolant flows arise, which also ensure that the injection nozzle 22 and the glow plug 23 are cooled will. Here, the oil jets 35 and 36 are in the rhythm of the rocker arm movement Swivel about 5 ° so that in this way, with the formation of oil flows, a Circulation of the coolant in the chamber 24 will take place.

Claims

Claims: 1. Cylinder head for air-cooled gasoline or diesel internal combustion engines with standing or lying cylinders and with hanging valves in the area the inlet and outlet valve channel and the valve web are additionally cooled by oil is, which is introduced into a chamber enclosing this area, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the oil is in a known manner the lubricating oil circuit taken from the machine and through a spray device (26, 27, 32) to the is sprayed on cooling surfaces, and that both the hollow rocker arm shaft (29) and the rocker arm bearing (33) each have a bore (32, 34) from which a Pressurized oil jet emerges on the surfaces to be cooled in the chamber (24).

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that two or more adjacent bores are provided in place of a bore (34) in the rocker arm bearing. Considered publications: German Patent Nos. 383 384, 435112, 698 247, 927 608, 968 013; French Patent No. 975 412; U.S. Patent Nos. 2148,702, 2,568,729, 2627319.