DE102010016099B4

DE102010016099B4 - Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010016099B4
Application number: DE102010016099.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Knollmayr Christof
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: CN101846011A; US20100242869A1; AT506468A2; AT506468B1; AT506468A3; DE102010016099A1

Abstract

Zylinderkopf (10) einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug mit mehreren Zylindern, mit zumindest einem Auslasskanal pro Zylinder, wobei im Zylinderkopf (10) ein Kühlmittelmantel (1) angeordnet ist, welcher einen Kühlmittelsammelkanal (5) aufweist, der sich längs des Zylinderkopfes (10) über den Auslasskanälen erstreckt, wobei der Kühlmittelsammelkanal (5) mit den den Auslasskanal zumindest teilweise umgebenden Kühlräumen (7) verbunden ist, welche mit zumindest einer Übertrittsöffnung (3, 24) in einer Zylinderkopfdichtungsebene (15) strömungsverbunden sind, wobei in der Zylinderkopfdichtungseben (15) pro Zylinder zumindest eine erste Übertrittsöffnung (3) und zumindest eine zweite Übertrittsöffnung (24) zur Strömungsverbindung mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderblockes angeordnet sind, und wobei die Kühlmittelströmung im Wesentlichen in Querrichtung zwischen den ersten und den zweiten Übertrittsöffnungen (3, 24) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelsammelkanal (5) und pro Zylinder zumindest eine erste Übertrittsöffnung (3) auf einer Auslassseite (11) und zumindest eine zweite Übertrittsöffnung (24) auf einer Einlassseite (12) des Zylinderkopfes (10) angeordnet sind, wobei die Einlassseite (12) und die Auslassseite (11) auf unterschiedlichen Seiten einer durch die Zylinderachsen (13) verlaufenden Motorlängsebene (14) angeordnet sind, und wobei der Kühlmittelsammelkanal (5) direkt mit einem Heizungskreislauf des Fahrzeuges verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, mit zumindest einem Auslasskanal pro Zylinder, wobei im Zylinderkopf ein Kühlmittelmantel angeordnet ist, welcher einen Kühlmittelsammelkanal aufweist, der sich längs des Zylinderkopfes über den Auslasskanälen erstreckt, wobei der Kühlmittelsammelkanal mit den den Auslasskanal zumindest teilweise umgebenden Kühlräumen verbunden ist, welche mit zumindest einer Übertrittsöffnung in einer Zylinderkopfdichtungsebene strömungsverbunden sind, wobei in der Zylinderkopfdichtungsebene pro Zylinder zumindest eine erste Übertrittsöffnung und zumindest eine zweite Übertrittsöffnung zur Strömungsverbindung mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderblockes angeordnet sind, und wobei die Kühlmittelströmung im Wesentlichen in Querrichtung zwischen den ersten und den zweiten Übertrittsöffnungen erfolgt.
Die DE 40 36 810 C1 beschreibt einen Gleichstrom-Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einem diagonal verlaufenden Deck, welches einen den Ventiltrieb aufnehmenden, ölführenden Bereich von einem darunter liegenden, wasserführenden Bereich trennt. Das Wasser wird im Querstromprinzip oberhalb jedes Zylinders durch den Zylinderkopf geführt und in einem innerhalb des ölführenden Bereiches angeordneten, in Längsrichtung verlaufenden Sammelkanal abgeführt.
Aus der JP 2006- 83 770 A ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt, welcher einen Kühlmittelmantel aufweist. Unterhalb der Auslasskanäle ist dabei ein erster Kühlraum und oberhalb der Auslasskanäle ein zweiter Kühlraum angeordnet. Das Kühlmittel strömt von einer Übertrittsöffnung der Zylinderkopfdichtungsebene in den ersten Kühlraum, umströmt die Auslasskanäle zumindest teilweise und strömt im Bereich einer die Zylinderachsen beinhaltenden Motorlängsebene nach oben in den zweiten Kühlraum und verlässt den Kühlmittelmantel über eine Kühlmittelaustrittsöffnung. Die Übertrittsöffnung und der Kühlmittelaustritt befinden sich an unterschiedlichen Stirnseiten des Zylinderkopfes, so dass der Kühlmittelmantel im Wesentlichen in Längsrichtung durchströmt wird.
Die EP 0 244 735 A2 beschreibt einen Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte Reihen-Brennkraftmaschine, welche in seinem Kühlmantel eine Rohrleitung enthält, die von einer Kühlmittel-Austrittsöffnung für den Anschluss einer Heizvorrichtung ausgehend in den Kühlmantel freiliegend hineinragt. Über die Rohrleitung kann die Heizvorrichtung des Fahrzeuges direkt mit dem Kühlmantel des Zylinderkopfes verbunden werden.
Die DE 32 40 198 A1 offenbart eine flüssigkeitsgekühlte, temperaturgeregelte Brennkraftmaschine mit einem in die Maschine integrierten Heizungs-Rücklaufkanal, welcher in einem Zylinderkopf aus Leichtmetall angeordnet ist. Dadurch soll eine rasche Erwärmung des aus der Heizung rückfließenden Kühlmittels in der Warmlaufperiode der Brennkraftmaschine erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Zylinderkopf thermisch kritische Bereich optimal zu kühlen und eine rasche Aufheizung des Fahrzeuginnenraumes zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Kühlmittelsammelkanal und pro Zylinder zumindest eine erste Übertrittsöffnung auf einer Auslassseite und zumindest eine zweite Übertrittsöffnung auf einer Einlassseite angeordnet sind, wobei die Einlassseite und die Auslassseite auf unterschiedlichen Seiten einer durch die Zylinderachsen verlaufenden Motorlängsebene angeordnet sind, und wobei der Kühlmittelsammelkanal direkt mit einem Heizungskreislauf des Fahrzeuges verbunden ist, wobei vorzugsweise vom Kühlmittelsammelkanal die Vorlaufleitung des Fahrzeugheizkreislaufes abzweigt.
Eine besonders rasche Aufheizung des Heizungskreislaufes wird erreicht, wenn der Kühlmittelsammelkanal pro Zylinder mit einem die Auslasskanäle zumindest teilweise umgebenden auslassseitigen Kühlraum strömungsverbunden ist.
Um eine ausreichende Kühlung von thermisch kritischen Bereichen auf der Außenseite zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass auf der Auslassseite pro Zylinder zumindest eine erste Übertrittsöffnung zur Strömungsverbindung mit einem Kühlmittelmantel des Zylinderblockes angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass pro Zylinder zumindest eine zweite Übertrittsöffnung zur Strömungsverbindung mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderblockes auf der Einlassseite angeordnet ist. Somit kann die Kühlmittelströmung im Wesentlichen in Querrichtung zwischen den ersten und den zweiten Übertrittsöffnungen erfolgen, wobei vorzugsweise jede erste Übertrittsöffnung eine Druckquelle und jede zweite Übertrittsöffnung eine Drucksenke darstellt.
Alternativ dazu oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelmantel an zumindest einer Stirnseite des Zylinderkopfes mindestens eine Kühlmittelöffnung aufweist, wobei die Kühlmittelströmung im Wesentlichen in Längsrichtung des Zylinderkopfes zwischen ersten Übertrittsöffnungen und der Kühlmittelöffnung erfolgt, wobei vorzugsweise jede erste Übertrittsöffnung eine Druckquelle und die Kühlmittelöffnung eine Drucksenke darstellt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Kühlmittelmantel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in einer Schrägansicht;
2 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in 3; und
3 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in 2.

Die 2 und 3 zeigen einen Zylinderkopf 10, welcher einen überwiegend auf der Auslassseite 11 des Zylinderkopfes 10 angeordneten Kühlmittelmantel 1 aufweist. Auslassseite 11 und Einlassseite 12 des Zylinderkopfes 10 befinden sich auf unterschiedlichen Seiten einer durch die Zylinderachsen 13 verlaufenden Motorlängsebene 14. Der Kühlmittelmantel 1 des Zylinderkopfes 10 ist in 1 explizit dargestellt. Er weist einen seitlichen Kühlmittelsammelkanal 5 auf, welcher sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes 10 oberhalb der Auslasskanäle erstreckt. Pro Zylinder ist in der Zylinderkopfdichtungsebene 15 des Zylinderkopfes 10 eine erste Übertrittsöffnung 3 im Bereich jeweils einer, durch die Zylinderachse 13 verlaufenden ersten Motorquerebene 16 zwischen jeweils zwei Auslasskanälen angeordnet. Von jeder ersten Übertrittsöffnung 3 geht eine in der ersten Motorquerebne 16 angeordnete erste Kühlquerpassage 4 im Bereich der Ventilbrücke 18 zwischen zwei nicht weiter dargestellten Auslassmündungen aus. Vor der Motorlängsebene 14 spaltet sich die erste Kühlquerpassage 4 in zwei Teilkühlpassagen 6, 7 auf, wobei jede Teilkühlpassage 6, 7 den jeweiligen Auslasskanal im Bereich der Auslassmündungen in einem Winkel von etwa 180° umgibt.
Der Kühlmittelmantel 1 kann quer durchströmt oder längs durchströmt sein. Im Falle der Querströmung sind auf der Einlassseite 12 zweite Übertrittsöffnungen im Bereich der ersten Motorquerebenen 16 angeordnet. Die Lage der zweiten Übertrittsöffnungen ist in 1 mit Bezugszeichen 24 angedeutet. Das Kühlmittel gelangt über die ersten Übertrittsöffnungen 3 vom Zylinderblock in den Kühlmittelmantel 1, durchströmt die auslassseitigen Kühlräume 7 um die Auslasskanäle und gelangt über Verbindungskanäle 21 zwischen zwei Zylindern auf die Einlassseite 12 in einlassseitige Kühlräume 22, von welchen das Kühlmittel über die zweiten Übertrittsöffnungen 4 in den Kühlmittelmantel des Zylinderblockes zurückfließt.
Anstelle der zweiten Übertrittsöffnungen 24 oder zusätzlich zu den zweiten Übertrittsöffnungen 24 kann im Bereich zumindest einer Stirnseite des Zylinderkopfes 10 der Kühlmittelmantel 1 zumindest eine Kühlmittelöffnung 23 aufweisen, wodurch eine Längsströmung im Kühlmittelmantel 1 realisiert werden kann. Das Kühlmittel gelangt über die ersten Übertrittsöffnungen 3 in den Kühlmittelmantel 1 und verlässt diesen wieder durch die Kühlmittelöffnung 23.
Der über den Auslasskanälen, das heißt auf der der Zylinderkopfdichtungsebene 15 abgewandten Seite der Auslasskanäle, auf der Auslassseite 11 angeordnete Kühlmittelsammelkanal 5 ist pro Zylinder über zumindest eine Strömungsverbindung 8 mit den auslassseitigen Kühlräumen 7 verbunden. An einer Stirnseite des Zylinderkopfes 10 weist der Kühlmittelsammelkanal 5 einen Anschluss 9 zur Verbindung mit einem Heizungskreislauf eines Fahrzeuges auf. Das im Kühlmittelmantel 1 des Zylinderkopfes 10 aufgewärmte Kühlmittel kann somit direkt über den Kühlmittelsammelkanal 5 in den nicht weiter dargestellten Heizungskreislauf des Fahrzeuges überströmen, wodurch eine rasche Aufheizung des Fahrzeuginnenraumes gewährleistet ist.

Claims

Zylinderkopf (10) einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug mit mehreren Zylindern, mit zumindest einem Auslasskanal pro Zylinder, wobei im Zylinderkopf (10) ein Kühlmittelmantel (1) angeordnet ist, welcher einen Kühlmittelsammelkanal (5) aufweist, der sich längs des Zylinderkopfes (10) über den Auslasskanälen erstreckt, wobei der Kühlmittelsammelkanal (5) mit den den Auslasskanal zumindest teilweise umgebenden Kühlräumen (7) verbunden ist, welche mit zumindest einer Übertrittsöffnung (3, 24) in einer Zylinderkopfdichtungsebene (15) strömungsverbunden sind, wobei in der Zylinderkopfdichtungseben (15) pro Zylinder zumindest eine erste Übertrittsöffnung (3) und zumindest eine zweite Übertrittsöffnung (24) zur Strömungsverbindung mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderblockes angeordnet sind, und wobei die Kühlmittelströmung im Wesentlichen in Querrichtung zwischen den ersten und den zweiten Übertrittsöffnungen (3, 24) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelsammelkanal (5) und pro Zylinder zumindest eine erste Übertrittsöffnung (3) auf einer Auslassseite (11) und zumindest eine zweite Übertrittsöffnung (24) auf einer Einlassseite (12) des Zylinderkopfes (10) angeordnet sind, wobei die Einlassseite (12) und die Auslassseite (11) auf unterschiedlichen Seiten einer durch die Zylinderachsen (13) verlaufenden Motorlängsebene (14) angeordnet sind, und wobei der Kühlmittelsammelkanal (5) direkt mit einem Heizungskreislauf des Fahrzeuges verbunden ist.
Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kühlmittelsammelkanal (5) eine Vorlaufleitung des Heizkreislaufes angeschlossen ist.
Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelsammelkanal (5) pro Zylinder mit einem die Auslasskanäle zumindest teilweise umgebenden auslassseitigen Kühlraum (7) strömungsverbunden ist.
Zylinderkopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede erste Übertrittsöffnung (3) eine Druckquelle und jede zweite Übertrittsöffnung (24) eine Drucksenke darstellt.