DE102010041105B4

DE102010041105B4 - Kühlmittelmantel für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102010041105B4
Application number: DE102010041105.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruffing; Frank Rütten; Dr. Gutzer Ulrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2030-09-22
Also published as: EP2619433A1; EP2619433B1; CN103080520A; CN103080520B; DE102010041105A1; WO2012038033A1; US10634088B2; US20130192546A1

Abstract

Kühlmittelmantel (1) für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, wobei der Zylinderkopf eine Gaswechseleinlassseite (ES) mit zwei Gaswechseleinlassventilen (2) und eine Gaswechselauslassseite (AS) mit zwei Gaswechselauslassventilen (3) aufweist, wobei zwischen den Gaswechselventilen (2, 3) einlassseitig ein Brennstoffeinspritzventil (4) und auslassseitig eine Zündvorrichtung (5) vorgesehen ist, wobei sich der Kühlmittelmantel (1) als ein erster Teilkühlmittelmantel (6) auslassseitig, vom Kurbelgehäuse kommend zwischen den Gaswechselauslassventilen (3) und anschließend radial außen um die Zündvorrichtung (5) und das Brennstoffeinspritzventil (4) und weiter in Richtung Einlassseite (ES) und dem Kurbelgehäuse erstreckt, wobei der Zylinderkopf gaswechselauslassseitig (AS) einen Gaswechselauslasskanal (9) aufweist, wobei ein zweiter und ein dritter Teilkühlmittelmantel (7, 8) vorgesehen sind, die sich beidseitig benachbart zu dem ersten Teilkühlmittelmantel (6), vom Kurbelgehäuse kommend weitgehend um den Gaswechselauslasskanal (9) herum erstrecken und in Richtung Gaswechseleinlassseite (ES) in den ersten Teilkühlmittelmantel (6) übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite und der dritte Teilkühlmittelmantel (7, 8) ausgehend von dem Gaswechselauslasskanal (9) beidseitig der Gaswechselventile (2, 3) in Richtung der Gaswechseleinlassseite (ES) und einlassseitig wieder in Richtung Kurbelgehäuse erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelmantel für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2008 047 185 A1 ist eine Kühlmittelströmungsweganordnung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine, mit einem mindestens einem ersten Ventil des Zylinderkopfes zugeordneten Wegbereich und mindestens einem einer Zündkerze oder einem Dieselinjektor zugeordneten Wegabschnitt bekannt. Es ist vorgesehen, dass sich der Kühlmittelströmungsweg in mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Teilströmungsweg aufteilt, von denen der erste Teilströmungsweg auf einem höheren Niveau liegt als der zweite Teilströmungsweg und wobei der erste Teilströmungsweg einen dem ersten Ventil zugeordneten Wegbereich und der zweite Teilströmungsweg einen der Zündkerze oder dem Dieselinjektor zugeordneten Wegabschnitt aufweist.
Ein Kühlmittelmantel für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf ist beispielsweise aus der DE 102 51 360 B4 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, bekannt. In dieser deutschen Patentschrift ist ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine beschrieben. Der Zylinderkopf weist eine Kühlmittelströmung auf, die von einem Kühlmitteleintritt auf einer Auslassseite zu einem Kühlmittelaustritt auf einer Einlassseite strömt. Weiter weist der Zylinderkopf einen Kühlmittelraum auf, der von Außenwänden, einem Zylinderkopfboden und einem Wasserraumdach begrenzt wird und eine Rippe, die an dem Wasserraumdach hängend, im Wesentlichen quer zur Kühlmittelströmung, als Strömungsleitelement hineinragt. Weiter sind mindestens ein Einlass- und zwei Auslassventile mit Gaswechselkanälen in jeweils einem Zylinderabschnitt angeordnet. Ferner ist ein Kühlmitteleintritt von unten in einen Kühlmittelverteilerkanal vorgesehen. Ausgehend von diesem Kühlmittelverteilerkanal ist jeweils ein seitlicher Kühlmittelkanal zwischen dem Gaswechselkanal eines Auslassventils und einer Schraubenpfeiffe einer Zylinderkopfschraube hindurchgeführt und ein mittlerer Kühlmittelkanal ist zwischen den zwei Gaswechselkanälen der Auslassventile hindurchgeführt. Der in dem deutschen Patent beschriebene flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf ist dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Kühlmittelkanal die Kühlmittelströmung auf die Rippe im Wasserraumdach leitet, die am Wasserraumdach mit einer Zündkerzenpfeiffe verbunden ist und in einem Bereich eines Auftreffpunktes der Kühlmittelströmung aus dem mittleren Kühlmittelkanal eine strömungsleitende Krümmung aufweist.
Ein derartiger, bekannter Kühlmittelmantel kühlt den Zylinderkopf nicht optimal, insbesondere im Bereich des größten Wärmeeintrags zwischen den Gaswechselauslassventilen und der Zündvorrichtung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlmittelmantel für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf aufzuzeigen, der o. g. Nachteil nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Gestaltung des Kühlmittelmantels derart, dass die Kühlmittelströmung von der Auslassseite vom Kurbelgehäuse, zylinderzentral kommend in den Zylinderkopf (optional auch seitlich neben den Gaswechselauslasskanälen) und dort nahe dem Brennraumdach zwischen den Gaswechselauslassventilen und um die Zündvorrichtung und die Brennstoffeinspritzvorrichtung zur Einlassseite hin erfolgt. Insbesondere umhüllt der Kühlmittelmantel den Gewindebereich der Zündvorrichtung weitgehend. Vorteilhaft ist ebenfalls, dass die gesamte Kühlung des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes verbessert wird, da die Wärmeabfuhr aus den Heißbereichen homogenisiert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in dem Unteranspruch dargestellt.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante, bei der auch ein Abgaskrümmer in vorteilhafter Weise temperierbar ist, der entweder als separates Bauteil an den Zylinderkopf montierbar oder einstückig mit dem Zylinderkopf ist.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten erfindungsgemäßen Kühlmittelmantel für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf.
2 zeigt eine Unteransicht des erfindungsgemäßen Kühlmittelmantels für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf.

Im Folgenden gelten in beiden Figuren für gleiche Elemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Kühlmittelmantel 1 für einen nicht näher dargestellten flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse. Der Kühlmittelmantel 1 entspricht einem Sandkern, der zum Gießen eines entsprechenden flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopfes verwendet wird. Der Blick auf den Kühlmittelmantel 1 erfolgt aus Richtung des Kurbelgehäuses schräg auf eine Unterseite des Zylinderkopfes (im verbauten Zustand die dem Kurbelgehäuse zugewandte Seite). Der Zylinderkopf weist eine Gaswechseleinlassseite (ES), mit zwei Gaswechseleinlassventilen 2 und eine Gaswechselauslassseite (AS) mit zwei Gaswechselauslassventilen 3 auf. Da Bauelemente wie die Gaswechselventile 2, 3 oder weitere Kanäle nicht explizit dargestellt sind, sind stellvertretend die Orte beziffert, an denen sich üblicherweise diese Bauelemente befinden. Auslassseitig weist der Zylinderkopf weiter einen Gaswechselauslasskanal 9 auf. Zwischen den Gaswechselventilen 2, 3 ist einlassseitig ein Brennstoffeinspritzventil 4 und auslassseitig eine Zündvorrichtung 5 vorgesehen. Weiter ist in 1 ein Kühlmittelmantel 1 für nur einen einzigen Zylinder der Brennkraftmaschine dargestellt, wobei der Kühlmittelmantel 1 für beliebige Zylinderzahlen erweiterbar ist.
Der Kühlmittelmantel 1 besteht im Wesentlichen aus einem ersten, weitgehend mittig zwischen den Gaswechselauslassventilen 3 angeordneten Teilkühlmittelmantel 6, einem zweiten Teilkühlmittelmantel 7 und einem dritten Teilkühlmittelmantel 8 beidseitig benachbart angeordnet zu dem ersten Teilkühlmittelmantel 6. Jeder dieser Teilkühlmittelmäntel 6, 7, 8 weist vom Kurbelgehäuse kommend auslassseitig eine eigene Einströmstelle auf. Die Einströmung eines Kühlmittels ist symbolisch mit drei Pfeilen dargestellt. Die wesentlichen Strömungsrichtungen des Kühlmittels im Zylinderkopf sind ebenfalls durch Pfeile symbolisch dargestellt. Erfindungsgemäß erstreckt sich der Kühlmittelmantel 1 als ein erster Teilkühlmittelmantel 6 auslassseitig, vom Kurbelgehäuse kommend zwischen den Gaswechselauslassventilen 3 und anschließend radial außen um die Zündvorrichtung 5 und das Brennstoffeinspritzventil 4 und weiter in Richtung Gaswechseleinlassseite (ES) und weiter zurück in das Kurbelgehäuse. Ein Überströmen zurück in das Kurbelgehäuse an zwei Ausströmstellen ist wiederum durch zwei Pfeile symbolisch dargestellt.
Weiter erstrecken sich der zweite und der dritte Teilkühlmittelmantel 7, 8 beidseitig benachbart zu dem ersten Teilkühlmittelkanal 6, vom Kurbelgehäuse kommend weitgehend um den Gaswechselauslasskanal 9 herum und weiter in Richtung Gaswechseleinlassseite (ES) und erstrecken sich dann in den ersten Teilkühlmittelkanal 6. Weiter erstrecken sich der zweite und der dritte Teilkühlmittelmantel 7, 8 ausgehend von dem Gaswechselauslasskanal 9 beidseitig der Gaswechselventile 2, 3 in Richtung der Gaswechseleinlassseite (ES) und an den zwei Ausströmstellen wieder zurück in das Kurbelgehäuse.
In einer weiteren nicht dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist für den Zylinderkopf auf der Gaswechselauslassseite (AS) ein Abgaskrümmer vorgesehen, wobei sich der zweite und der dritte Teilkühlmittelkanal 7, 8 zumindest abschnittsweise in den Abgaskrümmer erstrecken. Bei dieser Ausführungsform ist in vorteilhafter Weise eine Temperierung des Abgaskrümmers möglich. Der Abgaskrümmer kann hierbei ein separates Bauteil oder einstückig mit dem Zylinderkopf ausgebildet sein.
2 zeigt eine Unteransicht auf den erfindungsgemäßen Kühlmittelmantel 1. Der Blick in 2 ist senkrecht auf eine Trennebene zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse gerichtet. Es gilt das gleiche wie zu 1 gesagte, wobei die Hauptströmrichtungen des Kühlmittels wiederum durch Pfeile dargestellt ist. Ein Einströmen des Kühlmittels in den Zylinderkopf ist an den Einströmstellen durch das Symbol O und ein Ausströmen des Kühlmittels aus dem Zylinderkopf ist an den Ausströmstellen durch das Symbol O dargestellt.
Erfindungsgemäß ist die Gestaltung des Kühlmittelmantels 1 derart, dass die Kühlmittelströmung von der Gaswechselauslassseite (AS) vom Kurbelgehäuse, zylinderzentral kommend in den Zylinderkopf (optional auch seitlich neben den Gaswechselauslasskanälen) und dort nahe dem Brennraumdach zwischen den Gaswechselauslassventilen 3 und um die Zündvorrichtung 5 und die Brennstoffeinspritzventil 4 zur Gaswechseleinlassseite (ES) hin erfolgt. Insbesondere umhüllt der erste Teilkühlmittelmantel 6 den Gewindebereich der Zündvorrichtung 5 weitgehend.
Die erfindungsgemäß optimale Kühlung des Zylinderkopfes ermöglicht hohe spezifische Leistungen und Drücke, auch bei hohen Kühlmitteltemperaturen und kostengünstiger, weniger temperaturfester Zylinderkopflegierung. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einem Verbrauchs- und Kostenvorteil.
Bezugszeichenliste:

1: Kühlmittelmantel
2: Gaswechseleinlassventile
3: Gaswechselauslassventile
4: Brennstoffeinspritzventil
5: Zündvorrichtung
6: erster Teilkühlmittelmantel
7: zweiter Teilkühlmittelmantel
8: dritter Teilkühlmittelmantel
9: Gaswechselauslasskanal
AS: Gaswechselauslassseite
ES: Gaswechseleinlassseite

Claims

Kühlmittelmantel (1) für einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, wobei der Zylinderkopf eine Gaswechseleinlassseite (ES) mit zwei Gaswechseleinlassventilen (2) und eine Gaswechselauslassseite (AS) mit zwei Gaswechselauslassventilen (3) aufweist, wobei zwischen den Gaswechselventilen (2, 3) einlassseitig ein Brennstoffeinspritzventil (4) und auslassseitig eine Zündvorrichtung (5) vorgesehen ist, wobei sich der Kühlmittelmantel (1) als ein erster Teilkühlmittelmantel (6) auslassseitig, vom Kurbelgehäuse kommend zwischen den Gaswechselauslassventilen (3) und anschließend radial außen um die Zündvorrichtung (5) und das Brennstoffeinspritzventil (4) und weiter in Richtung Einlassseite (ES) und dem Kurbelgehäuse erstreckt, wobei der Zylinderkopf gaswechselauslassseitig (AS) einen Gaswechselauslasskanal (9) aufweist, wobei ein zweiter und ein dritter Teilkühlmittelmantel (7, 8) vorgesehen sind, die sich beidseitig benachbart zu dem ersten Teilkühlmittelmantel (6), vom Kurbelgehäuse kommend weitgehend um den Gaswechselauslasskanal (9) herum erstrecken und in Richtung Gaswechseleinlassseite (ES) in den ersten Teilkühlmittelmantel (6) übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite und der dritte Teilkühlmittelmantel (7, 8) ausgehend von dem Gaswechselauslasskanal (9) beidseitig der Gaswechselventile (2, 3) in Richtung der Gaswechseleinlassseite (ES) und einlassseitig wieder in Richtung Kurbelgehäuse erstrecken.
Kühlmittelmantel nach Anspruch 1, wobei für den Zylinderkopf auf der Gaswechselauslassseite ein Abgaskrümmer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite und der dritte Teilkühlmittelmantel (7, 8) zumindest abschnittsweise in den Abgaskrümmer erstrecken.