AT501229B1 - Zylinderkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, mit einer Kühlraumanordnung mit zumindest einem Kühlraum, welcher über zumindest zwei an einer Längsseite angeordnete Kühlmittelwege pro Zylinder über jeweils einer Übertrittsöffnung in der Zylinderkopfdichtfläche mit einem Kühlmittelmantel eines an den Zylinderkopf anschließ-5 baren Zylinderblockes strömungsverbindbar ist, wobei ein erster und zweiter Kühlmittelweg an verschiedenen Seiten einer eine Zylinderachse beinhaltenden Motorquerebene angeordnet sind, wobei ein von einer dritten Überströmöffnung ausgehender dritter Kühlmittelweg zumindest teilweise im Bereich der Motorquerebene angeordnet ist und dass der dritte Kühlmittelweg getrennt vom ersten und zweiten Kühlmittelweg zu zumindest einem Teilkühlraum in einem io thermisch beanspruchten Bereich des Zylinderkopfes führt.

Die DE 102 37 664 A1 offenbart einen Zylinderkopf mit zwei Einströmöffnungen für aus dem Zylinderblock einströmendes Kühlmittel. Zwischen den beiden Auslassventilen wird in Richtung des Zündkerzendomes ein Hauptkühlstrom geführt, während im jeweils linken und rechten 15 Randbereich des Zylinderkopfraumes ein Nebenkühlstrom ausgebildet ist. Zusätzlich zu diesen Vorkehrungen wird durch einen von einem Kühlkanal im Bereich einer Motorquerebene erzeugter Kühlstrom Kühlmittel auf direktem Weg zu einer Heißstelle im Zylinderkopfgehäuse geführt, die im Wandbereich des Brennraumes auf der Höhe des Zündkerzendomes ausgebildet ist. 20 Die DE 102 56 178 A1 zeigt einen Wassermantel für einen Zylinderkopf, wobei der Wassermantel eine Engstelle aufweist, der an einem Unterpfad ausgebildet ist, um Kühlwasser, das durch einen Zentralpfad zwischen zwei Austrittsöffnungen geleitet wird, gleichmäßig fließen zu lassen, wodurch größtenteils der Abschnitt zwischen Austrittsöffnungen, an dem ein Wärmestau auftritt, gleichmäßig gekühlt wird. Das Kühlmittel gelangt dabei über zwei Kühlmittelwege aus dem 25 Zylinderblock in den Zylinderkopf.

Die DE 196 08 576 C1 offenbart einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, wobei ein erster und ein zweiter Kühlmittelweg an verschiedenen Seiten einer eine Zylinderachse beinhaltenden Motorquerebene angeordnet sind. Zusätzlich ist ein von einer 30 dritten Überströmöffnung ausgehender dritter Kühlmittelweg im Bereich der Motorquerebene angeordnet, wobei der dritte Kühlmittelweg zu einem Teilkühlraum in einem thermisch beanspruchten Bereich des Zylinderkopfes führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gezielte Kühlung in temperaturkritischen Bereichen des 35 Zylinderkopfes zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass vom dritten Kühlmittelweg ein, vorzugsweise etwa parallel zur Zylinderachse angeordneter, zu einem oberen Abschnitt der Kühlraumanordnung führender Steigkanal abzweigt. Der Steigkanal erleichtert die gusstechnische Herstellung 40 der Kühlmittelwege durch Gießkerne und dient gleichzeitig als Entgasungskanal für das Kühlmittel. Weiters kann der Steigkanal dazu verwendet werden, um eine definierte Kühlmittelmenge gezielt in den oberen Kühlmittelteilraum zu leiten.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Teilkühlraum einen zentralen Aufnahmeschacht für 45 einen in den Brennraum mündenden Bauteil zumindest teilweise umgibt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Teilkühlraum einen zentralen Aufnahmeschacht für einen in den Brennraum mündenden Bauteil zumindest teilweise umgibt.

Das Kühlmittel wird von der dritten Übertrittsöffnung aus dem Kühlmittelmantel des Zylinderblo-50 ckes kommend über den dritten Kühlmittelweg direkt vom Wassermantel des Zylinderblockes in den Teilkühlraum im Bereich des Steges zwischen Ein- und Auslassventil und/oder im Bereich des Aufnahmeschaftes für den zentralen Bauteil geführt. Dadurch ist es möglich, den thermisch kritischen Bereichen genau definierte Kühlmittelströme zuzuführen und eine ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten. 55 3 AT 501 229 B1

Die Höhe des dritten Kühlmittelweges beträgt mindestens das 0,5- bis 3-fache der Stärke des Feuerdeckes. Dadurch kann eine ausreichende Wärmeabfuhr aus thermisch kritischen Bereichen gewährleistet werden. 5 Eine weitere Verbesserung der Kühlleistung kann bewirkt werden, wenn der Querschnitt des dritten Kühlmittelweges in Strömungsrichtung des Kühlmittels abnimmt. Der Querschnitt kann im Bereich der Überströmöffnung vom Zylinderblock am größten sein, wobei vorzugsweise der dritte Kühlmittelweg im Bereich des Feuerdeckes vor Eintritt in den Teilkühlraum eine düsenartige Verengung aufweist. Die Verengung kann beispielsweise durch eine Ausbuchtung der io Wand des dritten Kühlmittelweges, vorzugsweise an der Kanaldecke des Kühlmittelweges, gebildet sein. Durch die Verengung wird die Kühlmittelströmung beschleunigt und kann darüber hinaus gezielt auf eine heiße Stelle gerichtet werden.

Der Steigkanal kann stromaufwärts oder stromabwärts der Verengung angeordnet sein. 15

Im Rahmen der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass der erste und/oder der zweite Kühlmittelweg über zumindest einen an einen Auslasskanal grenzenden Kühlbereich mit dem oberen Abschnitt der Kühlraumanordnung strömungsverbunden ist. 20 In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Zylinderkopf zwei Kühlräume angeordnet sind, wobei der erste und/oder der zweite Kühlmittelweg in einen ersten Kühlraum und/oder der dritte Kühlmittelweg in einen zweiten Kühlraum mündet, wobei vorzugsweise der erste Kühlraum an das Feuerdeck grenzt und der zweite Kühlraum über dem ersten Kühlraum angeordnet ist. Durch erste und zweite Kühlmittelwege einerseits und den dritten Kühlmittelweg 25 andererseits können die Kühlmittelströme gezielt auf den ersten und den zweiten Kühlraum aufgeteilt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 30 Es zeigen Fig. 1 eine Kühlkanalkernanordnung eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in einer Schrägansicht, Fig. 2 die Kühlkanalkemanordnung in einem Schnitt in einer Querebene gemäß der Linie ll-ll in Fig. 1 und Fig. 3 die Kühlkanalkemanordnung in einer Ansicht von der Seite der Zylinderkopfdichtebene und Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1 oder 3. 35

Die durch die Kühlkanalkemanordnung 40 gebildete Kühlraumanordnung 10 für einen Zylinderkopf 30 einer Brennkraftmaschine weist zumindest einen Kühlraum 10a auf, der erste, zweite und dritte Kühlmittelwege 1, 2, 3 und deren Durchtrittsöffnungen 4, 5, 6 mit einem nicht weiter dargestellten Wassermantel eines Zylinderblockes strömungsverbunden werden kann. Der 40 erste und zweite Kühlmittelweg 1, 2 umströmt dabei nicht weiter dargestellte Auslassventile in einem äußeren Kühlbereich 7, 8. Ein Teil des Kühlmittels, z.B. 15% bis 20% der Kühlmittelmenge, kann über senkrechte Kühlbereiche 7a, 8a in einen oberen Teilkühlraum 9 strömen. Der Rest des Kühlmittels durchströmt den Zylinderkopf 30 in Querrichtung entlang des Feuerdeckes 22 zu jeweils einem Teilkühlraum zwischen zwei Zylindern und in weiterer Folge zur gegenüber-45 liegenden Längsseite des Zylinderkopfes 30, wo die Ansammlung des Kühlmittels längs des Motors hin zu einem Hauptaustritt 31 erfolgt.

Die Kühlmittelströmung des dritten Kühlmittelweges 3 wird direkt zu einem Teilkühlraum 11 geführt, welcher sich im Ausführungsbeispiel einerseits in einen Stegbereich 12 zwischen Ein-50 lassventil und Auslassventil und andererseits in einen dem Feuerdeck benachbarten teilweise ringförmigen Bereich 13 um einen zentralen Aufnahmeschacht für eine Zündkerze oder eine Einspritzeinrichtung erstreckt. Der dritte Kühlmittelweg 3 ist im Wesentlichen im Bereich einer die Zylinderachse 14 beinhaltenden Motorquerebene 15 des Zylinderkopfes angeordnet. Vom dritten Kühlmittelweg 3 zweigt ein im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse 14 ausgebildeter 55 Steigkanal 16 ab und mündet in einen oberen Abschnitt 9 des Kühlraumes 10a. Die Kühlberei-

Claims (11)

1. 4 AT 501 229 B1 che 7, 8; 7a, 8a, der obere Abschnitt 9, sowie der Steigkanal 16 umgeben damit die nicht weiter dargestellten Auslasskanäle, welche durch die Freiräume 17, 18 in den Figuren 1 und 3 erkennbar sind. Über den oberen Abschnitt 9 des Kühlraumes 10 sind die ersten, zweiten und dritten Kühlmittelwege 1,2,3 miteinander verbunden. 5 Fig. 2 zeigt eine Kerndarstellung der Kühlraumanordnung 10 in einem Schnitt in der Motorquerebene 15. Die Höhe h des dritten Kühlmittelweges 3 beträgt das 0,5- bis 3-fache der Stärke s des Feuer-io deckes 22 (Fig. 4) Um das Kühlmittel gezielt auf heiße Stellen zu lenken, kann im Bereich der Kanaldecke 19 des dritten Kühlmittelweges 3 zumindest eine Ausbuchtung 20 vorgesehen sein, welche eine düsenartige Verengung 21 des Kühlmittelweges bildet, durch die die Geschwindigkeit des Kühlmit-15 tels erhöht und auf thermisch kritische Stellen umgelenkt wird. Die Steigkanäle 16 dienen als Entgasungskanäle und als Strömungsverbindung zu dem oberen Teilkühlraum 9. 20 Die Erfindung wurde anhand eines Zyiinderkopfes mit Querstromkühlung erläutert. Sie ist aber ebenso bei Zylinderköpfen mit Längsströmung anwendbar. Patentansprüche: 25 1. Zylinderkopf (30) für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, mit einer Kühlraumanordnung (10) mit zumindest einem Kühlraum (10a), welcher über zumindest zwei an einer Längsseite angeordnete Kühlmittelwege (1, 2) pro Zylinder über jeweils einer Übertrittsöffnung (4, 5) in der Zylinderkopfdichtfläche mit einem Kühlmittelmantel eines an den Zylin- 30 derkopf anschließbaren Zylinderblockes strömungsverbindbar ist, wobei ein erster und zweiter Kühlmittelweg (1, 2) an verschiedenen Seiten einer eine Zylinderachse (14) beinhaltenden Motorquerebene (15) angeordnet sind, wobei ein von einer dritten Überströmöff-nung (6) ausgehender dritter Kühlmittelweg (3) zumindest teilweise im Bereich der Motorquerebene (15) angeordnet ist und dass der dritte Kühlmittelweg (3) getrennt vom ersten 35 und zweiten Kühlmittelweg (1, 2) zu zumindest einem Teilkühlraum (11) in einem thermisch beanspruchten Bereich des Zylinderkopfes (30) führt, dadurch gekennzeichnet, dass vom dritten Kühlmittelweg (3) ein, vorzugsweise etwa parallel zur Zylinderachse (14) angeordneter, zu einem oberen Abschnitt (9) der Kühlraumanordnung führender Steigkanal (16) abzweigt. 40
2. 2. Zylinderkopf (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkühlraum (11) im Bereich zumindest eines Steges (12) zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordnet ist.
3. 3. Zylinderkopf (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkühlraum (11) einen zentralen Aufnahmeschacht für einen in den Brennraum mündenden Bauteil zumindest teilweise umgibt.
4. 4. Zylinderkopf (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die so Höhe (h) des dritten Kühlmittelweges (3) mindestens 0,5- bis 3-mal der Stärke <s) eines an die Zylinderkopfdichtfläche grenzenden Feuerdeckes (22) entspricht.
5. 5. Zylinderkopf (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des dritten Kühlmittelweges (3) in Strömungsrichtung des Kühlmittels abnimmt, 55 wobei vorzugsweise der Querschnitt im Bereich der Überströmöffnung (6) vom Zylinder- 5 AT 501 229 B1 block am größten ist.
6. 6. Zylinderkopf (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlmittelweg (3) im Bereich des Feuerdeckes vor Eintritt in den Teilkühlraum (11) 5 eine düsenartige Verengung (21) aufweist.
7. 7. Zylinderkopf (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (21) durch eine Ausbuchtung (20) der Wand, vorzugsweise der Kanaldecke (19) des dritten Kühlmittelweges (3) gebildet ist. 10
8. 8. Zylinderkopf (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigkanal (16) stromaufwärts der Verengung (21) vom dritten Kühlmittelweg (3) ausgeht.
9. 9. Zylinderkopf (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der 15 Steigkanal (16) stromabwärts der Verengung (21) vom dritten Kühlmittelweg (3) ausgeht.
10. 10. Zylinderkopf (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kühlmittelweg (1, 2) über zumindest einen an einen Auslasskanal grenzenden Kühlbereich (7, 8) mit dem oberen Abschnitt (9) der Kühlraumanordnung 20 (10) strömungsverbunden ist.
11. 11. Zylinderkopf (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (30) zwei Kühlräume angeordnet sind, wobei der erste und/oder der zweite Kühlmittelweg (1, 2) in einen ersten Kühlraum und/oder der dritte Kühlmittelweg in einen 25 zweiten Kühlraum mündet, wobei vorzugsweise der erste Kühlraum an das Feuerdeck grenzt und der zweite Kühlraum über dem ersten Kühlraum angeordnet ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 55