AT414157B - CYLINDER HEAD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
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AT 414 157 BAT 414 157 B
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest zwei in Richtung der Zylinderachse übereinander angeordneten, durch eine Trennwand voneinander getrennten Kühlmittelräumen, und zwar einem dem Zylinderkopfboden benachbarten unteren Kühlmittelraum und einem an diesen anschließenden oberen Kühlmittelraum, wobei das Kühlmittel vom oberen Kühlmittelraum zum unteren Kühlmittelraum strömt, mit einem in einen Brennraum mündenden Bauteil, wobei im Bereich des Bauteiles zumindest eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Kühlmittelräumen ausgebildet ist.The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine, with at least two superimposed in the direction of the cylinder axis, separated by a partition coolant spaces, namely the cylinder head bottom adjacent lower coolant space and adjoining this upper coolant space, the coolant from the upper coolant space to the lower Coolant chamber flows, with a component opening into a combustion chamber, wherein at least one flow connection between the two coolant spaces is formed in the region of the component.
Aus der AT 005 939 U1 ist ein Zylinderkopf mit zwei übereinander liegenden Kühlmittelräumen bekannt, welche im Bereich einer Aufnahmehülse für eine Einspritzeinrichtung über einen durch Hülse und Zylinderkopf gebildeten Ringraum miteinander strömungsverbunden sind. Das Kühlmittel strömt vom oberen Kühlmittelraum in den unteren Kühlmittelraum, wodurch thermisch kritische Bereich des Zylinderkopfbodens gekühlt werden können.From AT 005 939 U1 a cylinder head with two superimposed coolant chambers is known, which are fluidly connected to each other in the region of a receiving sleeve for an injection device via an annular space formed by sleeve and cylinder head. The coolant flows from the upper coolant space into the lower coolant space, whereby thermally critical area of the cylinder head floor can be cooled.
In der EP 0 845 592 A1 wird ein Kühlelement für eine Einspritzdüse gezeigt, wobei das Kühlmittel über Kühlkanäle innerhalb des Kühlelementes zur Düsenkuppe und wieder von dieser weggeleitet wird. Dieses Kühlelement dient ausschließlich zur Kühlung der Düsenspitze. Eine Kühlung von thermisch kritischen Bereichen im Zylinderkopfboden kann damit nicht bewirkt werden.In EP 0 845 592 A1, a cooling element for an injection nozzle is shown, wherein the coolant is passed via cooling channels within the cooling element to the nozzle tip and back away from it. This cooling element is used exclusively for cooling the nozzle tip. A cooling of thermally critical areas in the cylinder head floor can not be effected.
Weiters sind aus den Veröffentlichungen DE 28 25 298 A1 und JP 63-012816 A Zylinderköpfe für Brennkraftmaschinen bekannt, welche zwei in Richtung der Zylinderachse übereinander angeordnete Kühlmittelräume aufweisen, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Bei der DE 28 25 298 A1 ist dabei zwischen einem Oberteil und einem Unterteil des Zylinderkopfes eine Aufnahmebuchse für eine ein Einspritzventil umgebende Dichthülse angeordnet, welche die Strömungsverbindung zwischen den Kühlmittelräumen herstellt. Bei der JP 63-12816 A erfolgt die Strömungsverbindung über ein in eine Verbindungsbohrung eingesetztes Einsatzrohr.Furthermore, from the publications DE 28 25 298 A1 and JP 63-012816 A cylinder heads for internal combustion engines are known, which have two superimposed in the direction of the cylinder axis coolant spaces, which are separated by a partition wall. In DE 28 25 298 A1, a receiving bush for an injection valve surrounding a sealing sleeve is arranged between an upper part and a lower part of the cylinder head, which produces the flow connection between the coolant spaces. In JP 63-12816 A, the flow connection takes place via an insert tube inserted into a connection bore.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Zylinderkopf der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise verbesserte Kühlung von thermisch kritischen Bereichen zu erreichen.The object of the invention is to achieve in a cylinder head of the type mentioned in the simplest possible way improved cooling of thermally critical areas.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Bauteil zumindest im Bereich der Trennwand von einem Kühleinsatz umgeben ist, und die Strömungsverbindung zwischen den beiden Kühlmittelräumen innerhalb des Kühleinsatzes ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Kühleinsatz doppelwandig, vorzugsweise als Blechpressteil ausgebildet ist und die Strömungsverbindung zumindest Abschnittsweise zwischen einer inneren und einer äußeren Wand des Kühleinsatzes gebildet ist.According to the invention this is achieved in that the component is surrounded by a cooling insert at least in the region of the partition, and the flow connection between the two coolant spaces is formed within the cooling insert, wherein it is preferably provided that the cooling insert is double-walled, preferably formed as a sheet metal stamping and the Fluid communication is at least partially formed between an inner and an outer wall of the cooling insert.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Zylinderkopf im Bereich des Zylinderkopfbodens einen Butzen zur Aufnahme des Bauteiles aufweist, dessen Höhenerstreckung in Richtung der Zylinderachse geringer ist als die Höhe des an den Zylinderkopfboden grenzenden unteren Kühlmittelraumes, wobei vorzugsweise der Kühleinsatz anschließend an den Butzen im Zylinderkopf angeordnet ist.It can be provided that the cylinder head in the region of the cylinder head floor has a slit for receiving the component whose height extent in the direction of the cylinder axis is less than the height of the adjacent cylinder head bottom lower coolant space, preferably the cooling insert then arranged on the slug in the cylinder head is.
Der Kühlmittelstrom erfolgt von dem Zylinderkopfboden weiter entfernteren oberen Kühlmittelraum in den dem Zylinderkopfboden benachbarten unteren Kühlmittelraum. Der Kühleinsatz weist dabei im Bereich des oberen Kühlmittelraumes radiale Öffnungen auf, über welche das Kühlmittel vom oberen Kühlmittelraum in den Kühleinsatz einströmen kann. Weiters ist vorgesehen, dass der Kühleinsatz zumindest eine axiale Öffnung in den unteren Kühlmittelraum in Richtung der Zylinderkopfdecke aufweist, wobei vorzugsweise die axiale Öffnung als Düse ausgebildet ist. Das Kühlmittel strömt über die Düse in den unteren Kühlmittelraum, wobei thermisch kritische Bereiche des Zylinderkopfbodens gekühlt werden. Eine besonders gute Kühlung des Zylinderkopfbodens lässt sich erreichen, wenn eine Vielzahl von Düsen, vorzugsweise gleichmäßig über den vorzugsweise zylindrischen Mantel des Kühleinsatzes verteilt angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Düsen durch Ondulierungen der äuße- 3The coolant flow takes place from the cylinder head bottom more distant upper coolant space in the lower cylinder head space adjacent the lower coolant space. The cooling insert has radial openings in the region of the upper coolant space, through which the coolant can flow from the upper coolant space into the coolant insert. It is further provided that the cooling insert has at least one axial opening in the lower coolant space in the direction of the cylinder head cover, wherein preferably the axial opening is formed as a nozzle. The coolant flows via the nozzle into the lower coolant space, wherein thermally critical regions of the cylinder head floor are cooled. A particularly good cooling of the cylinder head floor can be achieved if a plurality of nozzles, preferably distributed uniformly over the preferably cylindrical shell of the cooling insert. It is particularly advantageous if the nozzles by Ondulierungen the äuße- 3
AT 414 157 B ren und/oder inneren Wand des Kühleinsatzes gebildet sind, wobei vorzugsweise die Ondulierungen im Blechpressverfahren hergestellt sind.AT 414 157 B ren and / or inner wall of the cooling insert are formed, wherein preferably the ondulierungen are produced in the sheet metal press method.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die radialen Öffnungen im Bereich des oberen Kühlmittel-5 raums Eintrittsöffnungen und die axialen Öffnungen Austrittsöffnungen sind, wobei der Kühlmittelstrom vom oberen Kühlmittelraum durch die radialen Eintrittsöffnungen innerhalb des Kühleinsatzes und durch die axialen Austrittsdüsen in den unteren Kühlmittelraum gelangt, so dass nach dem Austreten des Kühlmittels aus den axialen Öffnungen thermisch kritische Bereiche des Zylinderkopfbodens umströmt werden. 10It is particularly advantageous if the radial openings in the region of the upper coolant space are inlet openings and the axial openings are outlet openings, the coolant flow from the upper coolant space passing through the radial inlet openings within the cooling insert and through the axial outlet nozzles into the lower coolant space that after the escape of the coolant from the axial openings thermally critical areas of the cylinder head floor are flowed around. 10
Um unabhängig von der Ausrichtung der radialen Öffnungen des Kühleinsatzes ein unbehindertes Einströmen in den Kühleinsatz zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass im Bereich der radialen Öffnungen des Kühleinsatzes zwischen Kühleinsatz und Zylinderkopf ein Ringraum ausgebildet ist. Das Kühlmittel strömt über einen den oberen Kühlmittelraum darstellenden, vorzugs-15 weise durch eine Bohrung gebildeten Kühlmittelzuführkanal in den Ringraum und wird durch diesen gleichmäßig über die radialen Öffnungen des Kühleinsatzes verteilt.In order to ensure unimpeded inflow into the cooling insert irrespective of the orientation of the radial openings of the cooling insert, it is provided that an annular space is formed in the region of the radial openings of the cooling insert between the cooling insert and the cylinder head. The coolant flows into the annulus via a coolant supply channel, which represents the upper coolant space, preferably through a bore, and is distributed uniformly through the latter via the radial openings of the cooling insert.
Eine einfache Fertigung des Kühleinsatzes ist möglich, wenn der Kühleinsatz zweiteilig ausgeführt ist und aus einem die äußere Wand bildenden ersten Teil und einem die innere Wand 20 bildenden zweiten Teil besteht, wobei vorzugsweise die beiden Teile fest miteinander verbunden sind.A simple manufacture of the cooling insert is possible if the cooling insert is made in two parts and consists of a first part forming the outer wall and a second part forming the inner wall 20, wherein preferably the two parts are firmly connected.
Um Leckagen im Bereich des Butzens zu vermeiden, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass der Kühleinsatz im Bereich des Butzen axial abgedichtet ist, wobei vorzugsweise zwischen 25 dem zweiten Teil und dem Butzen ein Dichtungsring angeordnet ist.In order to avoid leaks in the region of the Butzens, it is provided in the invention that the cooling insert is axially sealed in the region of the Butzen, wherein preferably between the second part and the Butzen a sealing ring is arranged.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der Kühleinsatz radial an seinen dem Butzen abgewandten Ende bezüglich des Zylinderkopfes abgedichtet ist, wobei vorzugsweise zwischen dem ersten Teil und dem Zylinderkopf ein Dichtungsring in einer vorzugsweise durch den ersten Teil 30 gebildeten Ringnut angeordnet ist.Furthermore, it can be provided that the cooling insert is sealed radially at its end facing away from the slug with respect to the cylinder head, wherein preferably between the first part and the cylinder head, a sealing ring is arranged in a preferably formed by the first part 30 annular groove.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der untere Kühlmittelraum, der obere Kühlmittelraum und vorzugsweise auch ein Aufnahmeschacht für den Bauteil durch einen einzigen Wassermantelkern geformt sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der untere Kühlmittelraum durch 35 einen einteiligen Wassermantelkern gebildet ist, welcher vorzugsweise auch den Aufnahmeschacht und besonders vorzugsweise auch den Butzen zur Aufnahme des Bauteiles formt.It when the lower coolant space, the upper coolant space and preferably also a receiving shaft for the component are formed by a single water jacket core is particularly advantageous. It is preferably provided that the lower coolant space is formed by a one-piece water jacket core, which preferably also forms the receiving shaft and particularly preferably the slug for receiving the component.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 40 Es zeigen Fig. 1 ein in einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf eingesetztes Kühlelement in einem Längsschnitt gemäß der Linie I - I in Fig. 2, Fig. 2 das Kühlelement in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1 und Fig. 3 das Kühlelement in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1. 45 Ein Zylinderkopf 2 für eine Brennkraftmaschine weist einen unteren Kühlmittelraum 4 und einen oberen Kühlmittelraum 6 auf, wobei die Kühlmittelräume 4, 6 durch eine Trennwand 8 voneinander getrennt sind. Der untere Kühlraum 4 grenzt an den Zylinderkopfboden 10.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a cooling element inserted into a cylinder head according to the invention in a longitudinal section along line I-I in FIG. 2, FIG. 2 shows the cooling element in a section according to line II-II in FIG. 1 and FIG Cooling element in a section along the line III-III in Fig. 1. 45 A cylinder head 2 for an internal combustion engine has a lower coolant chamber 4 and an upper coolant chamber 6, wherein the coolant chambers 4, 6 are separated by a partition 8 from each other. The lower cooling space 4 adjoins the cylinder head floor 10.
Im Bereich des Zylinderkopfbodens 10 ist ein Butzen 12 zur Aufnahme eines in den Brennraum so 14 mündenden Bauteil 16 vorgesehen, dessen Höhe h geringer ist, als die lichte Höhe H des unteren Kühlmittelraumes 4, in Richtung der Zylinderachse 18 gemessen. Vom Brennraum 14 aus betrachtet, endet dabei der Butzen 12 oberhalb der Auflagefläche 20 des Zylinderkopfes 2 für den Bauteil 16. 55 Der im Aufnahmeschacht 25 des Zylinderkopfes 2 angeordnete Bauteil 16 ist von einem Kühl-In the area of the cylinder head floor 10, a slug 12 is provided for receiving a component 16 opening into the combustion chamber 14, the height h of which is lower than the clear height H of the lower coolant space 4, measured in the direction of the cylinder axis 18. Viewed from the combustion chamber 14, the slug 12 ends above the contact surface 20 of the cylinder head 2 for the component 16. 55 The component 16 arranged in the receiving shaft 25 of the cylinder head 2 is separated from a cooling element.
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