AT6342U1 - Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte mehrzylinder-brennkraftmaschine - Google Patents
Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte mehrzylinder-brennkraftmaschine Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für eine flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit einer an ein Feuerdeck grenzenden Kühlraumanordnung (3), welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck (2) ausgebildetes Zwischendeck (4) in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum (5) und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse (6) anschließenden oberen Teilkühlraum (7) unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum (5, 7) durch zumindest eine erste Überströmöffnung (9) miteinander strömungsverbunden sind, wobei zumindest eine erste Überströmöffnung (9) im Bereich einer Aufnahmeöffnung (20) für eine, vorzugsweise zentrale, Kraftstoffeinspritzeinrichtung (11) angeordnet ist, und wobei in den unteren Teilkühlraum (5) zumindest eine, vorzugsweise im Feuerdeck (2) angeordnete Zuflussöffnung (13) pro Zylinder (A, B, C) für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teilkühlraum (7) zumindest eine Abflussöffnung (32) für das Kühlmittel ausgeht, wobei jedem Zylinder (A, B, C) ein unterer Teilkühlraum (5) zugeordnet ist und die unteren Teilkühlräume (5) zumindest zweier benachbarter Zylinder (A, B, C) durch eine Trennwand (12) im Wesentlichen voneinander getrennt sind und im unteren Teilkühlraum (5) das Kühlmittel im Wesentlichen quer zum Zylinderkopf (1) strömt, und wobei sich der obere Teilkühlraum (7) über zumindest zwei Zylinder (A, B, C) erstreckt.
Description
<Desc/Clms Page number 1> Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine flüssigkeitgekühlte Mehrzylin- der-Brennkraftmaschine, mit einer an ein Feuerdeck grenzenden Kühlrauman- ordnung, welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck ausgebildetes Zwischendeck in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum und einen an die- sen in Richtung der Zylinderachse anschliessenden oberen Teilkühlraum unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum durch zumindest eine erste Über- strömöffnung miteinander strömungsverbunden sind, wobei zumindest eine Überströmöffnung im Bereich einer Aufnahmeöffnung für eine, vorzugsweise zentrale, Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet ist, und wobei in den unteren Teilkühiraum zumindest eine, vorzugsweise im Feuerdeck angeordnete Zufluss- öffnung pro Zylinder für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teilkühlraum zumindest eine Abflussöffnung für das Kühlmittel ausgeht, wobei jedem Zylinder ein unterer Teilkühlraum zugeordnet ist und die unteren Teilkühlräume zumindest zweier benachbarter Zylinder durch eine Trennwand im Wesentlichen voneinander getrennt sind und im unteren Teilkühlraum das Kühlmittel im Wesentlichen quer zum Zylinderkopf strömt, und wobei sich der obere Teilkühlraum über zumindest zwei Zylinder erstreckt. Insbesonders bei leistungsstarken Diesel-Brennkraftmaschinen mit hohem Wärmeeintrag reicht ein durchgehender Kühlraum für ein den Zylinderkopf in Längsrichtung durchströmendes Kühlmedium nicht aus, um eine ausreichende Kühlung des Feuerdecks zu gewährleisten. Mangelhafter Wärmeaustrag aus dem Zylinderkopf kann aber zu Verzugserscheinungen, Undichtheiten sowie zu Rissen führen. Aus der CH 614 995 A ist ein Einzelzylinder-Zylinderkopf für eine Diesel-Brennkraftmaschine bekannt, welcher einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum und einen oberen Teilkühlraum aufweist, wobei zwischen dem unteren und oberen Teilkühlraum eine Trennwand angeordnet ist. Die Kühlflüssigkeit wird einerseits über einen Speisestutzen ringförmigen Kühlkanälen um die Ventilsitze und andererseits dem unteren Teilkühlraum zugeführt. Von den Kühlkanälen um die Ventilsitze strömt die Kühlflüssigkeit in einen zentralen Ringraum, der eine Buchse für eine Kraftstoffzuführeinrichtung umgibt. Von dort strömt das Kühlmedium in den oberen Teilkühlraum. Auf diese Weise sollen Feuerdeck und Ventilsitze unabhängig voneinander gekühlt werden. Auch die DE 24 60 972 Al offenbart einen Einzeizylinder-Zylinderkopf mit zwei übereinander angeordneten Kühlflüssigkeitsräumen, welche durch Öffnungen miteinander verbunden sind. Für einen Zylinderkopf für mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine sind diese Konstruktionen allerdings nicht geeignet. <Desc/Clms Page number 2> Aus der US 4, 304, 199 A ist ein Zylinderkopf für mehrere Zylinder einer Diesel- Brennkraftmaschine bekannt, welcher einen durch eine Trennwand in einen un- teren und einen oberen Teilkühlraum getrennten Kühlraum aufweist. Unterer und oberer Teilkühlraum sind über eine sichelförmige Öffnung, welche die Mündung einer Einspritzdüse in Umfangsrichtung teilweise umgibt, miteinander strö- mungsverbunden. Das Kühlmittel strömt über Zuflussöffnungen im Feuerdeck vom Zylinderblock in den unteren Teilkühlraum und von dort über die sichelför- migen Öffnungen weiter in den oberen Teilkühlraum. Der untere Teilkühlraum ist dabei für mehrere benachbarte Zylinder durchgehend ausgeführt, so dass zu- mindest teilweise auch eine Längsströmung entsteht. Insbesondere bei hohem Wärmeeintrag aus dem Brennraum kann aber auch hier ein ausreichender Wär- meaustrag nicht gewährleistet werden. Aus der EP 1 126 152 A2 ist ein Zylinderkopf mit einem unteren und einem obe- ren Teilkühlraum bekannt, wobei der Strömungsübertritt zwischen unterem und oberem Teilkühlraum durch einen ringförmigen Spalt zwischen einer Einspritzdüsenmanschette und einem Zwischendeck gebildet wird, wobei der gesamte Kühlmittelstrom durch diesen Spalt strömt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass eine gezielte Kühlung von thermisch kritischen Bereichen, beispielsweise den Ventilstegen zwischen zwei Auslassventilen, nicht möglich ist und soge- nannte"Hot Spots"nur ungenügend gekühlt werden. Die JP 06-074041 A offenbart einen Zylinderkopf mit einem unteren und einem oberen Teilkühlraum und einer mittig angeordneten Einspritzdüsenmanschette. Direkt anschliessend an die Einspritzdüsenmanschette weist das Zwischendeck eine Überströmöffnung im Bereich der Stege zwischen zwei Auslasskanälen auf. Das in den unteren Teilkühlraum vom Zylinder strömende Kühlmittel strömt radial in Richtung der Zylinderachse und über die einzige Überströmöffnung in den oberen Teilkühlraum, ähnlich wie bei der EP 1 126 152 A2. Es wird zwar der Bereich zwischen den beiden Auslasskanälen gut gekühlt, andere thermisch hoch beanspruchte Bereiche hingegen, wie der Stegbereich zwischen Einlasskanälen und Einspritzeinrichtung, werden nur unzureichend gekühlt. Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise bei einem Zylinderkopf der eingangs genannten Art, die Kühlung zu verbessern. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Überströmöffnung räumlich getrennt von der Aufnahmeöffnung ausgebildet ist und zwischen Aufnahme- öffnung und Überströmöffnung ein definierter Mindestabstand ausbildet ist. Die gegossenen oder die gebohrten Überströmöffnungen werden räumlich getrennt und unabhängig von der Aufnahmeöffnung des Einsatzrohres angeordnet. Dadurch können kritische Bereiche gezielt mit einem Teilkühlstrom beaufschlagt <Desc/Clms Page number 3> werden, so dass auch "Hot Spots" optimal mit Kühlmittel versorgt werden kön- nen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zumindest eine erste Überström- öffnung im Bereich zumindest eines Steges zwischen Einlasskanal und Aufnah- meöffnung und/oder zwischen Auslasskanal und Aufnahmeöffnung angeordnet ist. Eine sehr wirkungsvolle Kühlung lässt sich erzielen, wenn zumindest zwei Überströmöffnungen diametral bezüglich der Aufnahmeöffnung angeordnet sind. Eine ausgeprägte Querströmung im unteren Teilkühlraum lässt sich erzielen, wenn zusätzlich eine zweite Überströmöffnung im Bereich einer Seitenwand des Zylinderkopfes angeordnet ist. Eine gleichmässige Kühlung des Feuerdeckes und eine optimale Kühlung der Bereiche der Stege zwischen den Ein- und Auslasska- nälen lässt sich dadurch erreichen, dass durch die zumindest eine erste Überströmöffnung im Bereich der Aufnahmeöffnung nur eine Teilmenge des Kühimit- tels zwischen unterem und oberen Teilkühlraum, vorzugsweise etwa 20 bis 40% der gesamten unteren und oberen Teilkühiraum passierenden, Kühlmittelmenge übertritt. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den erfindungsgemässen Zylinderkopf in einem Schnitt gemäss der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäss ded Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 den Zylinderkopf in ein Schnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 2. Der einstückig für mehrere Zylinder A, B, C ausgebildete Zylinderkopf 1 weist eine an ein brennraumseitiges Feuerdeck 2 grenzende Kühlraumanordnung 3 auf, welche durch ein Zwischendeck 4 in einen feuerdeckseitigen unteren Teil- kühiraum 5 und einen in Richtung der Zylinderachse 6 anschliessenden oberen Teilkühlraum 7 unterteilt ist. Das Zwischendeck 4 weist pro Zylinder A, B, C zumindest eine erste Überströmöffnung 9 in der Nähe eines Einsatzrohres 10 auf, welches Einsatzrohr 10 der Aufnahme einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 dient. Jede erste Überströmöffnung 9 ist räumlich getrennt von einer Aufnahme- öffnung 20 für das Einsatzrohr 10, wobei ein Mindestabstand a zwischen der ersten Überströmöffnung 9 und der Aufnahmeöffnung 20 ausgebildet ist. Durch diese räumliche Trennung kann das Kühlmittel gezielt den thermisch kritischen Bereichen zugeführt werden. Das Einsatzrohr 10 durchdringt die Aufnahmebohrung 20 des Zwischendeckes 4. Bei der dargestellten Ausführungsvariante sind zusätzlich zweite Übertrittsöffnungen 22 im Bereich einer Seitenwand 1b des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Um auch bei kippender Brennkraftmaschine ein Entlüften und Abströmen von Dampfblasen aus dem unteren Teilkühlraum 5 zu ermöglichen, ist pro Zylinder A, <Desc/Clms Page number 4> B, C zumindest eine Entlüftungsbohrung 8 zwischen der Motorlängsebene 23 und einer Seitenwand 1c des Zylinderkopfes 1, vorteilhafter Weise im Bereich einer die Zylinderachse 6 beinhaltenden Motorquerebene 18, angeordnet. Eine optimale Kühlung der thermisch hoch beanspruchten Bereiche der Stege 30, 31 zwischen Einlasskanal 16 und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 einerseits und dem Auslasskanal 17 und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 andererseits wird erreicht, in dem die ersten Überströmöffnungen 9 genau in diesem thermisch sensiblen Bereich, räumlich getrennt von der Aufnahmebohrung 20, angeordnet sind. Mit 16a, 16b sind die Einlassöffnungen, mit 17a, 17b die Auslassöffnungen bezeichnet. Das Kühlmedium strömt durch Zuflussöffnungen 13 im Bereich der Seitenwand 1c des Zylinderkopfes 1 im Wesentlichen in Querrichtung entsprechend der Pfeile S in den unteren Teilkühlraum 5 (Fig. 3). Dabei werden die Bereiche um die Ventilsitze 14 der Hubventile und um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 umströmt und optimal gekühlt. Vom unteren Teilkühlraum 5 gelangt das Kühlmittel über die ersten Überströmöffnungen 9 und die zweiten Überströmöffnungen 22 in den oberen Teilkühlraum 7 und durchströmt den für alle Zylinder A, B, C einheitlich durchgehend ausgebildeten oberen Teilkühlraum 7 in der Längsrichtung des Zylinderkopfes 1. Durch zumindest eine Abflussöffnung 32 verlässt das Kühlmit- tel wieder den Zylinderkopf 1. Die Abflussöffnung 32 kann beispielsweise an einer Stirnseite 33 des Zylinderkopfes 1 angeordnet sein. Alternativ dazu kann für den oberen Teilkühlraum 7 auch eine Sammelleiste für das austretende Kühlmittel vorgesehen sein. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, sind die unteren Teilkühlräume zweiter benachbarter Zylinder A, B jeweils durch eine Trennwand 12 voneinander getrennt. Die Trennwände 12 sind jeweils im Bereich einer Motorquerebene la im Zylinderkopf 1 angeordnet. Die ersten Überströmöffnungen 9 sind so dimensioniert, dass lediglich eine Kühlmittelmenge zwischen 20 bis 40%, beispielsweise 30%, des gesamten Kühlmittelstromes durch diese ersten Überströmöffnungen 9 strömt. Der Grossteil des Kühlmittels gelangt somit über die zweiten Überströmöffnungen 22 in den oberen Teilkühlraum 7. Dadurch wird im unteren Teilkühlraum 5 eine Querströmung erzeugt und eine optimale Kühlung des Feuerdeckes 2 gewährleistet.
Claims (6)
- ANSPRÜCHE EMI5.1 Zylinderkopf (1)welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck (2) ausgebildetes Zwischendeck (4) in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum (5) und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse (6) anschliessenden oberen Teilkühlraum (7) unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum (5,7) durch zumindest eine erste Überströmöffnung (9) miteinander strömungs- verbunden sind, wobei zumindest eine erste Überströmöffnung (9) im Be- reich einer Aufnahmeöffnung (20) für eine, vorzugsweise zentrale, Kraft- stoffeinspritzeinrichtung (11) angeordnet ist, und wobei in den unteren Teil- kühlraum (5) zumindest eine, vorzugsweise im Feuerdeck (2) angeordnete Zuflussöffnung (13) pro Zylinder (A, B, C)für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teilkühlraum (7) zumindest eine Abflussöffnung (32) für das Kühlmittel ausgeht, wobei jedem Zylinder (A, B, C) ein unterer Teilkühl- raum (5) zugeordnet ist und die unteren Teilkühlräume (5) zumindest zweier benachbarter Zylinder (A, B, C) durch eine Trennwand (12) im We- sentlichen voneinander getrennt sind und im unteren Teilkühlraum (5) das Kühlmittel im Wesentlichen quer zum Zylinderkopf (1) strömt, und wobei sich der obere Teilkühlraum (7) über zumindest zwei Zylinder (A, B, C) er- streckt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überströmöffnung (9) räumlich getrennt von der Aufnahmeöffnung (20)ausgebildet ist und zwi- schen Aufnahmeöffnung (20) und erster Überströmöffnung (9) ein definier- ter Mindestabstand (a) ausbildet ist.
- 2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumin- dest eine erste Überströmöffnung (9) im Bereich zumindest eines Ste- ges (30,31) zwischen Einlasskanal (16) und Aufnahmeöffnung (20) und/oder zwischen Auslasskanal (17) und Aufnahmeöffnung (20) angeord- net ist.
- 3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste Überströmöffnungen (9) diametral bezüglich der Auf- nahmeöffnung (20) angeordnet sind.
- 4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass zusätzlich eine zweite Überströmöffnung (22) im Bereich ei- ner Seitenwand (Ic) des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.
- 5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass durch die zumindest eine erste Überströmöffnung (9) im <Desc/Clms Page number 6> Bereich der Aufnahmeöffnung (20) nur eine Teilmenge des Kühlmittels zwi- schen unterem und oberem Teilkühlraum (5,7), vorzugsweise etwa 20 bis 40% der gesamten, unteren und oberen Teilkühlraum (5,7) passierenden, Kühlmittelmenge übertritt.
- 6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die erste und/oder zweite Überströmöffnung (9,22) gebohrt oder gegossen ist.
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