DE102004034524A1

DE102004034524A1 - Gegossener Zylinderkopf mit Kühlkanal

Info

Publication number: DE102004034524A1
Application number: DE200410034524
Authority: DE
Inventors: Lothar Bauer
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse, das zumindest einen Zylinder mit Kolben aufweist, wobei der Zylinderkopf (1), aus Gussmaterial hergestellt, mediumgekühlt ist und je Zylinder einen ringförmigen Kühlmittelraum (3) sowie Kühlmittelführungen aufweist, wobei der Zylinderkopf (1) eine den oder die Zylinder brennraumseitig abschließende Brennraumplatte (2) aufweist, an die Gaswechselkanäle (4) angeschlossen sind, die von Gaswechselventilen beherrscht sind, deren Schäfte im Zylinderkopf (1) geführt sind, und wobei der einem oder mehreren Zylindern zugeordnete Zylinderkopf einen beim Gießen hergestellten Kühlkanal (6) aufweist, der den Zylinderkopf (1) durchdringt und Öffnungen (10) in gegenüberliegenden Seitenwänden des Zylinderkopfes (1) bewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse, das zumindest einen Zylinder mit Kolben aufweist, wobei der Zylinderkopf, aus Gussmaterial hergestellt, mediumgekühlt ist und je Zylinder einen ringförmigen Kühlmittelraum sowie Kühlmittelführungen aufweist, und wobei der Zylinderkopf eine den oder die Zylinder brennraumseitig abschließende Brennraumplatte aufweist, an die Gaswechselkanäle angeschlossen sind, die von Gaswechselventilen beherrscht sind, deren Schäfte im Zylinderkopf geführt sind.

Ein derartiger Zylinderkopf ist aus der EP 1 008 733 A2 bekannt. In diesem Dokument ist ein ölgekühlter Zylinderkopf beschrieben, der sich zwar in der Praxis bewährt hat, aber aufgrund seiner längs des Zylinderkopfes geführten Kühlmittelleitungen, die als Bohrungen ausgeführt sind, eines hohen fertigungstechnischen Aufwandes bedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Zylinderkopf so zu verbessern, dass der Fertigungsaufwand und damit die Kosten verringert werden und dass trotzdem zumindest eine gleich gute Kühlung und damit gleich große Belastbarkeit gegeben ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der einem oder mehreren Zylindern zugeordnete Zylinderkopf einen beim Gießen hergestellten Kühlkanal aufweist, der den Zylinderkopf durchdringt und Öffnungen (10) in gegenüberliegenden Seitenwänden des Zylinderkopfes aufweist.

Für die Erfindung spielt es zunächst keine Rolle, um welches Gussmaterial es sich handelt. Bei Brennkraftmaschinen hat sich aber Grauguss, Sphäroguss und Vermikularguss bewährt, so dass die Hauptzielrichtung auf diese Gussmaterialien gerichtet ist.

Da der Kühlkanal vorzugsweise mittels eines Gießkerns hergestellt ist, der an seinen, den Hauptströmungsquerschnitt verlängernden Enden in der Gießform geführt ist, sind in den Seitenwänden des Zylinderkopfes Öffnungen vorgesehen, die auch dem Putzen bzw. Entsanden nach dem Gießvorgang dienen. Insbesondere bei sogenannten Blockzylinderköpfen, d. h. Zylinderköpfen, die einstückig mehrere Zylinder abdecken, führt der Kühlkanal entlang des Zylinderkopfes, so dass die Öffnungen in den Stirnflächen des Zylinderkopfes münden.

In einer weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Gießkern und damit der Kühlkanal je Zylinder zumindest einen der Brennraumplatte abgewandten Gießkernanschluss aufweist, der im Bereich der Führungen der Gaswechselventilschäfte an die das Gussmaterial beim Gießen umschließende Gießform angeschlossen ist. Dadurch wird die Führung des Gießkerns während des Gießens verbessert und das Putzen und Entsanden weiter erleichtert.

Der Kühlkanal weist in Bereichen größerer Gussmaterialanhäufungen Erweiterungen auf, um zu große Wandstärken zu vermeiden und eine gleichmäßige Kühlung im Zylinderkopf zu bewirken.

Der Kühlkanal ist vorzugsweise außerhalb der der Brennraumplatte abgewandten Wände der Gaswechselkanäle und vorzugsweise oberhalb deren Einmündungen in die Brennraumplatte angeordnet. In diesem Bereich ist ein zentraler Durchgang durch den Zylinderkopf für einen oder mehrere Zylinder gegeben und es lassen sich von dort alle bevorzugt zu kühlenden Stellen des Zylinderkopfes erreichen und Leitungen oder Bohrungen zu anderen Kühlräumen im Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse anschließen.

Wird der Kühlkanal im Bereich der Führungen der Gaswechselventilschäfte angeordnet, so können Erweiterungen im Kühlkanal die Ventilschäfte umspülen und diese besonders gut kühlen.

Die durch den Gießkern und Gießkernanschlüsse hervorgerufenen Öffnungen im Kühlkanal werden vorzugsweise durch Schraub- und/oder Blechverschlussstopfen dichtend verschlossen.

Es ist aber auch möglich, an eine Öffnung, vorzugsweise an eine Öffnung in der Seitenwand, ein ein Thermostatventil beinhaltendes Gehäuse anzuschließen oder das Kühlkanalende so auszubilden, dass ein Thermostatventil eingesetzt werden kann.

Die Verbindung zwischen dem Kühlkanal und den übrigen Kühlräumen des Zylinderkopfes wird durch geeignete Kühlmittelleitungen, insbesondere Bohrungen, bewerkstelligt, wobei vorzugsweise im Bereich der seitlichen Kühlkanalenden Kühlmittelbohrungen zu den ringförmigen Kühlmittelräumen oder zu Kühlräumen im Bereich der Zylinder im Zylinderkurbelgehäuse vorgesehen sind. Es können auch an beliebigen Zwischenstellen entlang des Kühlkanals Kühlmittelleitungen bzw. -bohrungen zwischen dem Kühlkanal und den ringförmigen Kühlmittelräumen vorgesehen sein.

Es ist auch möglich, zwischen dem Kühlkanal und Kühlmittelleitungen oder Bohrungen im Steg zwischen den Gaswechselventilen, Kühlmittelleitungen oder Kühlmittelbohrungen vorzusehen, um die Stegbohrungen an den Kühlkanal anzuschließen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf mit Schnitt durch einen Kühlkanal und einen Gaswechselkanal,
2 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf mit Schnitt durch den Kühlkanal zwischen den Gaswechselkanälen eines Zylinders,
3 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf in einem Endbereich des Kühlkanals mit Schnitt durch Kühlmittelbohrungen zwischen dem Kühlkanal und einem ringförmigen Kühlmittelraum,
4 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf im gegenüberliegenden Endbereich des Kühlkanals mit Schnitt durch weitere Kühlmittelbohrungen zwischen dem Kühlkanal und Kühlmittelräumen in einem nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuse und
5 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf und den Kühlkanal in einem Zwischenbereich zwischen zwei Zylindern mit Schnitt durch andere Kühlmittelbohrungen zwischen dem Kühlkanal und einem ringförmigen Kühlmittelraum.
In den 1 bis 5 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 allgemein ein Zylinderkopf bezeichnet, der als Blockzylinderkopf ausgebildet ist und mehrere nicht dargestellte Zylinder in einem ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuse abdeckt. Der Zylinderkopf 1 weist eine mit 2 bezeichnete, den Zylindern zugewandte Brennraumplatte auf, in der pro Zylinder je ein ringförmiger Kühlmittelraum 3 eingearbeitet ist, deren Größen und Abmessungen Kühlmittelräumen um die Zylinder im Zylinderkurbelgehäuse angepasst sind. Von der Brennraumplatte 2 ausgehend ist in 1 ein mit 4 bezeichneter Gaswechselkanal dargestellt, der als Einlasskanal ausgebildet ist. Der Gaswechselkanal 4 und die übrigen nicht dargestellten Gaswechselkanäle sind mittels ebenfalls nicht dargestellter Gaswechselventile brennraumseitig verschließbar, wobei die Gaswechselventilschäfte in Führungen 5 im Zylinderkopf gehalten sind. Außerhalb des Gaswechselkanals 4, und zwar oberhalb deren Einmündung in die Brennraumplatte 2, ist ein mit 6 bezeichneter Kühlkanal vorgesehen, der entlang des Zylinderkopfes 1 geführt ist und unter Zuhilfenahme eines Gießkerns beim Gießen hergestellt worden ist. Dies bedeutet, dass an den gegenüberliegenden Seitenwänden am Rohling des Zylinderkopfes 1 Öffnungen 10 entstehen, die auch als Putzöffnungen dienen und später durch Verschlussstopfen abgedichtet werden.
Wie 1 zu entnehmen ist, hat der Kühlkanal 6 im Bereich der Führungen 5 für die Gaswechselventilschäfte Erweiterungen 7, so dass Gussanhäufungen vermieden und die Kühlung verbessert wird. 2 zeigt, dass zwischen den Gaswechselkanälen eines Zylinders im Bereich des Steges eine mit 8 bezeichnete Stegbohrung vorgesehen ist, die etwa parallel zur Brennraumplatte 2 eingearbeitet ist und an den ringförmigen Kühlmittelraum 3 anschließt. Von der Oberseite des Zylinderkopfes ist eine mit 9 bezeichnete Schrägbohrung eingearbeitet, die den Kühlkanal 6 durchdringt und mit der Stegbohrung 8 verbunden ist. Dadurch wird der Kühlkanal 6 auch an die Stegbohrung 8 angeschlossen. Oberhalb der von dem Kühlkanal 6 zur Stegbohrung 8 führenden Schrägbohrung 9 ist eine Öffnung 10 vorgesehen, die von einem Gießkernanschluss stammt, der vom Gießkern auf der der Brennraumplatte 2 abgewandten Seite zu der Gießform führt.
Im Bereich des einen stirnseitigen Endes des Zylinderkopfes 1 sind, wie in 4 dargestellt, an den Kühlkanal 6 drei Steigbohrungen 11 angeschlossen, die den darunter angeordneten ringförmigen Kühlmittelraum 3 mit dem Kühlkanal 6 verbinden.
Wie in 3 dargestellt, sind auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfs 1 am Ende des Kühlkanals 6 Endbohrungen 12 vorgesehen, die eine Strömungsverbindung des Kühlmittels vom Kühlkanal 6 zu Kühlräumen im Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine sicherstellen.
Weiterhin können, wie in 5 dargestellt, auch an Zwischenstellen zwischen dem Kühlkanal 6 und einem ringförmigen Kühlmittelraum 3 Zwischenbohrungen 13 vorgesehen sein.
Der dargestellte Zylinderkopf kann sowohl bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Ölkühlung als auch bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit wässriger Kühlflüssigkeit benutzt werden, so dass durch den Kühlkanal 6 und die entsprechenden Bohrungen und Kühlräume wässrige Flüssigkeit aus einem getrennten Kreislauf oder Kühlöl bzw. Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine fließen kann.

1: Zylinderkopf
2: Brennraumplatte
3: ringförmiger Kühlmittelraum
4: Gaswechselkanäle
5: Führungen
6: Kühlkanal
7: Erweiterungen
8: Stegbohrungen
9: Schrägbohrungen
10: Öffnungen
11: Steigbohrungen
12: Endbohrungen
13: Zwischenbohrungen

Claims

Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse, das zumindest einen Zylinder mit Kolben aufweist, wobei der Zylinderkopf (1), aus Gussmaterial hergestellt, mediumgekühlt ist und je Zylinder einen ringförmigen Kühlmittelraum (3) sowie Kühlmittelführungen aufweist, und wobei der Zylinderkopf (1) eine den oder die Zylinder brennraumseitig abschließende Brennraumplatte (2) aufweist, an die Gaswechselkanäle (4) angeschlossen sind, die von Gaswechselventilen beherrscht sind, deren Schäfte im Zylinderkopf (1) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der einem oder mehreren Zylindern zugeordnete Zylinderkopf (1) einen beim Gießen hergestellten Kühlkanal (6) aufweist, der den Zylinderkopf (1) durchdringt und Öffnungen (10) in gegenüberliegenden Seitenwänden des Zylinderkopfes aufweist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (6) mittels eines Gießkerns hergestellt ist, der an seinen, den Hauptströmungsquerschnitt verlängernden Enden in einer Gießform geführt ist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkern je Zylinder zumindest einen der Brennraumplatte (2) abgewandten Gießkernanschluss aufweist, der im Bereich der Führungen (5) der Gaswechselventilschäfte an die Gießform angeschlossen ist.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (6) in Bereichen größerer Gussmaterialanhäufungen Erweiterungen (7) aufweist.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (6) außerhalb der der Brennraumplatte (2) abgewandten Wänden der Gaswechselkanäle (4) und oberhalb deren Einmündungen in die Brennraumplatte (2) angeordnet ist.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (6) nahe an den Führungen (5) der Gaswechselventilschäfte angeordnet ist.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Gießkern und die Gießkernanschlüsse hervorgerufenen Öffnungen (10) mittels Schraub- und/oder Blechverschlussstopfen dichtend verschlossen sind.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der seitlichen Kühlkanalenden und/oder an Zwischenstellen zwischen dem Kühlkanal (6) und den ringförmigen Kühlmittelräumen (3) sowie Kühlräumen im Zylinderkurbelgehäuse Kühlmittelleitungen, insbesondere Bohrungen (Steigbohrungen (11), Endbohrungen (12), Zwischenbohrungen (13)), vorgesehen sind.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an eine Öffnung (10), vorzugsweise am seitlichen Kühlkanalende, ein ein Thermostatventil beinhaltendes Gehäuse angeschlossen ist.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (10) vorzugsweise am seitlichen Kühlkanalende zur Aufnahme eines Thermostatventils ausgebildet ist.