DE2113840A1

DE2113840A1 - Zylinderkopfgestaltung von Verbrennungsmotoren mit Wasserkuehlung fuer Pressguss

Info

Publication number: DE2113840A1
Application number: DE19712113840
Authority: DE
Inventors: Antonin Dipl-Ing Richter
Original assignee: Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel
Current assignee: Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1971-10-14
Also published as: SE359614B; DE2113840B2; FR2087819A5; DE2113840C3; NL7103836A; GB1305884A

Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. Π. Γ ';7. T 2". sen,¹ DIpl-'.no. ι·.?-'''"' -CHT

Dr.-lnrj. :.. '- ■ ~. * 2 jr. München 22, Sloinodorfstr. 10

233-l6.8o4p(l6.8O5H) 23. 3. 1971

Ustav pro vyzkum motorovych vozidel, PRAG (Tschechoslowakei)

Zylinderkopfgestaltung von Verbrennungsmotoren mit Wasserkühlung für Preßguß

Aus der Patentliteratur sind kompakte, durch Preßguß hergestellte Zylinderköpfe bekannt, die insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit einer anspruchsvollen Wasserkühlung einen außerordentlich komplizierten Formguß darstellen.

Die Kompliziertheit dieses Formgusses entsteht unter anderem durch eine übliche Krümmung der Ansaugkanäle und Auspuffkanäle, gegebenenfalls durch die Form des Verbrennungsraums, sowie auch durch die verschiedensten Formen der für eine vollkommene Kühlung des Verbrennungsraums und der Auspuffkanäle notwendigen Hohlräume, insbesondere an der Stelle der Basisfläche des Zylinderkopfs.

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Es ist naheliegend, daß diese Forderungen gerade bei durch Preßguß hergestellten Zylinderköpfen außerordentlich schwer sind, bei denen die Bedingung besteht, diese Haupthohlräume ohne Anwendung von beliebigen Formkernen herzustellen , bloß mit Hilfe der üblichen Formxerungsvrerkzeuge, die sich senkrecht zur Fache der durch Preßguß hergestellten Zylinderköpfe bewegen. Es handelt sich vorerst um Hohlräume für die Kühlflüssigkeit, bei denen die Bedingung besteht, daß sie gegenseitig geeignet verbunden und gut abgedichtet sein müssen für den notwendigen Kreislauf der Kühlflüssigkeit, und daß sie gleichzeitig genügenden Zutritt der Flüssigkeit zujden am meisten thermisch beanspruchten Stellen des Zylinderfc kopfs ermöglichen. Zur Abdichtung dieser Hohlräume, die meistenteils von der oberen Seite des Zylinderkopfes offen sind, ist es bekannt, ungeteilte Verschlußstopfen und - zur Abdichtung der an den Seiten offenen Hohlräume - regelmäßig die Flanschen der Ansauge- und Auspuffrohrleitungen zu benützen.

Zu einer außerordentlichen Komplikation kommt es bei durch Preßguß hergestellten flachen Zylinderköpfen für moderne Fremdzundungsmotoren, bei denen zwar ein Verbrennungsraum entfällt, die jedoch dafür mit schraubenförmig gekrümmten Ansaugekanälen«, gegebenenfalls auch Auspuff kanälen, versehen sind. Die gekrümmten Ansaugkanäle dienen dazu, das Kraftstoffgemisch in eine intensive kreisende Bewegung zu versetzen, zum " Zweck einer vollkommenen Verbrennung des Gemisches, und die gekrümmten Auspuffkanäle dienen zur leichteren Entleerung der Zylinder ο Das Problem wird normalerweise so gelöst, daß der durch Preßguß hergestellte Zylinderkopf aus schon angeführten Gründen geteilt ist, wobei die beiden Teile entweder mittels besonderen Verbindungsbolzen oder durch Klebemittel verbunden -werden«, Diese Methode der Lösung garantiert jedoch nicht eine auf die Dauer verläßliche dichtende Verbindung der Berührungs-

flächen der Zylinderköpfe, abgesehen davon, daß sie technologisch sehr anspruchsvoll ist.

Eine andere Methode des Preßgusses der Zylinderköpfe mit schraubenförmigen Kanälen besteht darin, daß in die vorgepreßten unteren Zweige der Ansaugkanäle, gegebenenfalls auch der Auspuffkanäle, nachträglich formierte Einlagen eingepreßt werden, die gleichzeitig die Punktion der Ventilsitze übernehmen. Ein Nachteil einer solchen Gestaltung besteht darin, daß diese Einlagen mit Rücksicht auf den Ventilsitz, mit dem sie ein Stück bilden, aus einem anderen Material als der Zylinderkopf hergestellt werden müssen, was mit Rücksicht auf die verschiedene, insbesondere die thermische Dehnbarkeit der beiden Verbindungsteile die Anwendung eines speziellen und teueren Materials für die formierten Einlagen bedingt.

Die vorliegende Erfindung, die in der Zeichnung veranschaulicht ist, beseitigt die angeführten Nachteile durch eine vervollkommnete Gestaltung des Zylinderkopfes eines OHV Motors mit schraubenförmigen Kanälen, die einen Preßguß ohne Unterteilung des Zylinderkopfes und ohne Benützung von kompakten Formkernen ermöglicht.

Die Vervollkommnung besteht vorerst darin, daß zur Gestaltung des kugelförmigen Hohlraums mit schraubenförmigen Krümmungen bei beiden Kanälen in den durch Preßguß hergestellten Zylinderkopf nachträglich von oben gegen die senkrechten Zweige des Ansaugkanals, beziehungsweise auch des Auspuffkanals, vorformierte Einlagen eingepreßt werden, die die Herstellung der erwähnten schraubenförmigen Krümmung der Kanäle im Raum der Nabe der Ventilführung ermöglichen. Ein Vorteil der so angeordneten formierten Einlagen besteht darin, daß sie aus derselben Metallegierung wie der Zylinderkopf angefertigt werden, so daß die Schwierigkeiten entfallen, die durch die

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früher angewandten formierten Einlagen aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedener Dehnbarkeit bedingt sind, •welche in die vertikalen Zweige der Kanäle von unten eingepreßt wurden.

Ein weiteres Neuheitskennzeichen besteht in einer zweckdienlicheren Verteilung der formierten Hohlräume für das Kühlwasser, die in Verbindung mit der entsprechenden Verteilung der Naben für die Befestigungsschrauben des Zylinderkopfs und die Befestigungsschrauben für den Zapfen der Kipphebelblöcke eine optimale Ausnützung des inneren Raums k des Zylinderkopfs ermöglichen. Durch eine zweckdienliche Abschließung dieser Hohlräume mittels spezieller Stopfen und mittels deren gegenseitiger Verbindung durch ein System von gebohrten Längskanälen und Querkanälen ist dann der notwendige Kreislauf des Wassers mit einer wirkungsvollen Kühlung des ganzen Zylinderkopfs erreicht.

Eine beispielsweise Durchführung der neuen Gestaltung eines durch Preßguß hergestellten Zylinderkopfs eines OHV Motors mit Wasserkühlung, bei der wegen einer besseren Füllung und Entleerung der Zylinder nicht nur die Ansaugkanäle, sondern auch die Auspuffkanäle schraubenförmig gekrümmt sind, ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt des Zylinderkopfs in der Ebene B-B der Fig. 2;

Fig. 2 die obere Hälfte - eine Ansicht von oben in der Richtung des Richtungspfeils a der Fig. 1 die untere Hälfte - einen Längsschnitt in der Ebene A-A der Fig. 1;

Fig. 3 die obere Hälfte - eine Ansicht von der linken

Seite in der Richtung des Richtungspfeils b in Fig.2;

Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene E-E der Fig. 5;

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Fig. 5 die obere Hälfte - einen Längsschnitt in der Ebene D-D der Pig. 1,

die untere Hälfte - eine Ansicht von unten in der Richtung des Richtungspfeils c in Pig. 4;

Pig. 6 die obere Hälfte - einen Längsschnitt in der Ebene P-P der Pig. 5

die untere Hälfte - einen Längsschnitt in der Ebene H-H der Pig. 2.

1 Ein durch Preßguß hergestellter Zylinderkopf in dem in

Schraubenlinien gekrümmte Ansaugkanäle 2, sowie auch Auspuffkanäle 3_a zum Beispiel an eine Seite des Zylinderkopfs münden, ist von sämtlichen sechs Seiten, das heißt von der unteren und von der oberen Seite, von beiden Seitenflächen und von beiden Stirnflächen, mit Hohlräumen für Kühlwasser versehen. Alle diese Hohlräume, die noch näher bezeichnet werden sollen, werden durch ein System von Pormungsdornen gebildet, die beim Preßguß des Zylinderkopfs geradlinig bzw. senkrecht in sämtliche sechs Zylinderkopfflächen eingeschoben werden.

Die Ansaug- und Auspuffkanäle 2, 3 werden im gegebenen Fall durch mäßig abgeschrägte Pormungsdorne geformt, von denen die senkrechten bei der Formung durch die ganze Zylinderkopfhöhe hindurchgehen. Dadurch werden senkrechte Zweige H der beiden Kanäle und die vorverformten Hohlräume 5 gebildet (siehe in Fig. 2 - strichpunktiert eingezeichnet), in die nach Ausreiben die formierten Einlagen 6 eingepreßt werden. Die waagerechten Kanalzweige 7 werden durch Formungsdorne gebildet, die bei der Formung zum Aufsitzen auf die senkrechten Formungsdorne kommen.

Ein allmählicher Krümmungsübergang aus den waagerechten Zweigkanälen 7 in die senkrechten Zwigkanäle 4 wird dabei einesteils durch einen inneren kugelförmigen Hohlraum 8 der

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formierten Einlage 6, die in Bezug zur Ventilachse um ein Maß 9 versetzt ist - siehe Fig. 3 -, andernteils durch eine schraubenförmige Krümmung 10 - siehe Fig. 5 - rings um eine Nabe 11 der Ventilführung gebildet. Die formierten Einlagen 6, die in die Mitte des Schnittpunkts der Achsen der waagerechten und der senkrechten Kanalzweige reichen, sind zum Zweck der gleichen Dehnbarkeit aus derselben Metallegierung hergestellt, wie der Zylinderkopf, wobei sie auf ihrem äußeren Umfang mit einer ringförmigen Aussparung versehen sind, und mit Vorteil in die ausgeriebenen Zylinderkopfhohlräume eingepreßt werden, schon mit im vorhinein eingepreßter Ventilführung 13·

Die senkrechten Haupthohlräume für das Kühlwasser, die von der oberen Seite des Zylinderkopfs gebildet sind, bilden einesteils kreisringförmige Haupthohlräume 14, die im Raum der Ansaugkanäle 2 und der Auspuffkanäle 3 desselben Zylinders angebracht sind, und andernteils kreisringförmige Haupthohlräume 15 j die im Raum der angrenzenden Ansaugkanäle 2 angebracht sind. Einen Vorteil dieser kreisringförmigen Hohlräume bildet der Umstand₃ daß deren mittlerer Teil durch seine Nabe im ersten Fall die öffnungen 16 für die Kipphebelblöcke und im zweiten Fall den öffnungen 17 für die Befestigungsschrauben des Zylinderkopfs begrenzt. Die ausmündenden kreisförmigen Querschnitte dieser beiden Hohlräume werden dicht mit kreis- * ringförmigen Blechstopfen 18, 19 abgeschlossen (Fig. 4 und 6), die nach Einpressen die beiden Durchmesser bzw. die äußere und die innere Kontur der kreisförmigen öffnungen abdichten.

Zwischen den waagrechten Zweigen der Ansaugkanäle 2 und der Auspuffkanäle 3 sind dann senkrecht Hohlräume 20 für Kühlwasser formiert_s die dicht durch kreisförmige Blechstopfen 21 abgeschlossen sind (siehe Fig. 4) In den Räumen zwischen den offenen Hohlräumen 22 für Zündkerzen, welche Hohlräume von der rechten Seite geformt sind_a sind senkrechte offene Hohlräume 23 gebildet _s die als ein ölraum dienen, in welchen

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Verbindungsöffnungen 24 - siehe Pig. 2 - für die Ventilstoßstangen münden.

Von der linken Seite sind die oberen Hohlräume 25 und die unteren Hohlräume 26, sowie auch die Seitenhohlräume 27, die für das Kühlwasser formiert sind, bei der Mortage des Motors durch nicht eingezeichnete Planschen der Ansauge- und Auspuffrohrleitung abgeschlossen. Die Hohlräume 28, 29 für das Kühlwasser, die in beiden Stirnflächen des Zylinderkopfs formiert sind, werden dann dicht durch ovale Blechstopfen 30 abgeschlossen,

Schließlich ist auf der unteren Aufsitzfläche des Zylinderkopfs entlang seiner ganzen Länge an der Stelle unterhalb der Hohlräume 22 für die Zündkerzen ein durchlaufender Hohlraum 31 für das Kühlwasser formiert, der am besten aus der teilweisen Ansicht auf die untere Fläche des Zylinderkopfs auf Fig. 5 ersichtlich ist (untere Hälfte).

Alle beschriebenen Hohlräume für das Kühlwasser sind dann gegenseitig durch ein System von gebohrten Kanälen verbunden, von denen die Kanäle 32, 33 als Längskanäle und die Kanäle 34, 35 als Querkanälejausgeführt sind. Zu den angeführten gebohrten Kanälen gehören auch die senkrecht geformten Verbindungsöffnungen 36, '37, 38 und 39. Dieses System sämtlicher Verbindungskanäle bildet eine vollkommene Verbindung sämtlicher Kühl-Hohlräume und ermöglicht mit Hilfe der Zuleitung und Ableitung vom Zylinderkopf den notwendigen Kreislauf des Kühlwassers.

Die beispielsweise dargestellte und beschriebene Gestaltung des Zylinderkopfs für die OHV Verbrennungsmotoren ist nicht auf diesen Typ der Motoren beschränkt, sondern sie kann in einer konstruktiven Modifikation auch für die Gestaltung des Zylinderkopfs von Verbrennungsmotoren des Typs OHC verwendet werden, ohne daß dadurch die Grenzen des hier geltend gemachten Schutzbereichs überschritten würden.

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Claims

- 8 -" Patentansprüche

1.JZylinderkopfgestaltung von Verbrennungsmotoren mit Wasserkühlung und mit in Schraubenlinien gekrümmten Ansaugkanälen und Auspuffkanälen in Preßguß, bei der die Haupthohlräume für das Kühlwasser ohne Anwendung von kompakten Kernen nur mit üblichen Formungsdornen erzeugt sind, die sich geradlinig bzw. senkrecht zu den Flächen des Gußkopfs bewegen, gekennzeichnet dadurch, daß in den durch Preßguß hergestellten Zylinderkopf (1) von oben gegen die senkrechten- Kanalzweige (4) der Ansaugkanäle (2) und der h Auspuffkanäle (3) vorformierte Einlagen (6) eingepreßt sind, die in die Mitte des Schnittpunkts der beiden waagerechten Kanalzweige (7) und der senkrechten Kanalzweige (4) der Kanäle (2, 3) reichen, deren innerer Querschnitt einesteils einen allmählichen Krümmungsübergang vom waagerechten Kanalzweig (7) in den senkrechten Kanalzweig (4) der beiden Kanäle und andernteils einen kugelförmigen Hohlraum (8) mit einer schraubenförmigen Krümmung (10) rings um eine Nabe (11) der Ventilführung bildet.

2. Zylinderkopfgestaltung für Preßguß nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die formierten Einlagen (6) aus derselben Metallegierung wie der Zylinderkopf (1) hergestellt " sind, wobei sie auf ihrem äußeren Umfang mit einer ringförmigen Aussparung (12) für Kühlwasser versehen sind, und im Innern im vorhinein Ventilführungen (13) eingepreßt sind, mit denen gemeinsam die formierten Einlagen (6) in die Zylinderköpfe eingepreßt werden.

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3. Zylinderkopfgestaltung für Preßguß nach Anspruch I₃ gekennzeichnet dadurch, daß die kreisringförmigen Haupthohlräume (14, 15) für das Kühlwasser, die von der oberen Seite des Zylinderkopfs offenstehen, mit ihren Naben einesteils mit den öffnungen (17) für die Befestigungsschrauben des Zylinderkopfs, andernteils mit den Öffnungen (16) für die Befestigungsschrauben des Zapfens der Kipphebelblöcke übereinstimmen, wobei deren ausmündende Querschnitte eine kreisringförmige Form besitzen, die dicht durch kreisringförmige Blechstopfen (19, 18) abgeschlossen ist, die nach Einpressen den inneren und den äußeren Durchmesser der beiden kreisringförmigen Öffnungen abdichten.

4„ Zylinderkopfgestaltung für Preßguß nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hohlräume (28, 29) für das Kühlwasser, die nach den Seiten der beiden Stirnflächen offenstehen, durch ovale eingepreßte Blechstopfen (30) abgeschlossen sind,

5. Zylinderkopfgestaltung für Preßguß nach den Patentansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß sämtliche Hohlräume für das Kühlwasser gegenseitig durch ein System von ■Verbindungskanälen verbunden sind, die aus gebohrten Längskanälen (32, 33) und gebohrten Querkanälen (34, 35) bestehen, und die durch mittels Preßguß verfertigte Verbindungsöffnungen (36 bis 39) ergänzt sind, welche mit Hilfe einer Zuleitung und Ableitung vom Zylinderkopf den notwendigen Kreislauf des Kühlwassers bewirken.

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