-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlstruktur für einen
Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.
-
STAND DER TECHNIK
-
Verschiedene
Arten an Kühlstrukturen
mit verbesserter Kühlfunktion
für einen
Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
wurden üblicherweise
vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart die Patentdruckschrift 1 eine
Kühlstruktur,
bei der ein Kühlmittelkanal
in einem Zylinderkopf in einen einlassseitigen Kanal und einen auslassseitigen
Kanal ist, und der auslassseitige Kanal ist in auslassseitige Kanäle in seitlicher
Richtung und in einen auslassseitigen Kanal in Längsrichtung eingeteilt. Der
einlassseitige Kanal ist unterhalb den Einlassanschlüssen angeordnet
und erstreckt sich entlang der Anordnungsrichtung der Zylinder.
Jeder der auslassseitigen Kanäle
in seitlicher Richtung ist zwischen einem entsprechenden, angrenzenden
Zylinderpaar vorgesehen und erstreckt sich in einer Richtung, die
im Wesentlichen senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Zylinder
ist. Ein Kühlmitteleinlass
von jedem auslassseitigen Querkanal ist zwischen den entsprechenden,
angrenzenden Zylindern und in der Nähe des einlassseitigen Kanals
angeordnet. Der auslassseitige Längskanal
ist in der Nähe
der Auslassanschlüsse
vorgesehen und erstreckt sich in der Anordnungsrichtung der Zylinder.
Das stromabwärtige Ende
von jedem auslassseitigen Querkanal ist mit dem auslassseitigen
Längskanal
verbunden.
-
Bei
der Kühlstruktur
wird eine ausreichende Strömung
eines Kühlmittels
mit niedriger Temperatur von einem Kühler zu dem einlassseitigen
Kanal gesendet. Das Kühlmittel
kühlt somit
die Einlassluft, die durch die Einlassanschlüsse hindurch tritt, wodurch ein
Klopfen unterdrückt
wird. Da des Weiteren eine stromaufwärtige Seite des auslassseitigen
Kanals durch die auslassseitigen Querkanäle ausgebildet ist, wird eine
ausreichende Menge des Kühlmittels
zu erwärmten
Abschnitten entsprechend den Bereichen zwischen den Zylindern vorgesehen.
Die erwärmten Abschnitte
werden somit wirksam gekühlt.
-
Jeder
der auslassseitigen Querkanäle
und der Einlass des auslassseitigen Kanals in der seitlichen Richtung
von dieser Kühlstruktur
des Zylinderkopfs sind zwischen dem entsprechenden, angrenzenden
Zylinderpaar vorgesehen. Diese Anordnung ermöglicht es, dass das Kühlmittel
in den auslassseitigen Kanälen
in der seitlichen Richtung strömt,
um die Abschnitte entsprechend den Bereichen zwischen den Zylindern
und die Nähe
von diesen Abschnitten zu kühlen,
die zum Beispiel die Abschnitte in der Nähe der Brennkammern sind. Jedoch
sendet die Kühlstruktur
nicht angemessen das Kühlmittel
zu der Umgebung des oberen Abschnitts der jeweiligen Brennkammern,
die in den jeweiligen Zylindern ausgebildet sind. Dies erschwert
es, dass das Kühlmittel insbesondere
die am stärksten
erwärmten
Abschnitte kühlt,
wie zum Beispiel ein Bereich zwischen dem jeweiligen angrenzenden
Paar der Auslassanschlüsse, ein
Bereich zwischen dem jeweiligen angrenzenden Paar der Auslassventile
und die Nähe
der Zündkerze des
entsprechenden Zylinders.
- Patentdruckschrift 1: Japanisches eingetragenes Gebrauchsmuster
Nr. 2526038 .
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist dementsprechend die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
stark erwärmten
Abschnitt in der Nähe
eines oberen Abschnitts einer Brennkammer durch eine Kühlstruktur
für einen
Zylinderkopf zuverlässig
zu kühlen,
der einen Kühlmittelkanal
aufweist, der in einen einlassseitigen Kanal und einen auslassseitigen
Kanal eingeteilt ist.
-
Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kühlstruktur für einen
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die viele Zylinder aufweist.
Der Zylinderkopf hat in jedem der Zylinder viele Auslassanschlüsse, die
wahlweise durch jeweilige Auslassventile geöffnet und geschlossen werden,
und zumindest einen Einlassanschluss. Der Zylinderkopf hat einen
Kühlmittelkanal.
Der Kühlmittelkanal
ist in einen einlassseitigen Kanal, der einen Abschnitt des Zylinderkopfs
nahe den Einlassanschlüssen
kühlt,
und einen auslassseitigen Kanal eingeteilt, der einen Abschnitt
des Zylinderkopfs nahe den Auslassanschlüssen kühlt. Der einlassseitige Kanal
ist unterhalb den Einlassanschlüssen
angeordnet und erstreckt sich entlang einer Zylinderanordnungsrichtung.
Der auslassseitige Kanal hat viele auslassseitige Querkanäle entsprechend
den jeweiligen Zylindern und einen auslassseitigen Längskanal.
Die auslassseitigen Querkanäle
sind durch Partitionswände voneinander
getrennt. Jede der Partitionswände
ist an einer Position entsprechend einem Bereich zwischen dem jeweiligen
angrenzenden Zylinderpaar angeordnet. Jeder der auslassseitigen
Querkanäle hat
einen Einlass für
ein Kühlmittel,
der in der Umgebung der Auslassanschlüsse des jeweiligen Zylinders
vorgesehen ist. Jeder auslassseitige Querkanal erstreckt sich von
dem Einlass zu dem Einlassanschluss über die Umgebung eines oberen
Abschnitts einer Brennkammer, die in dem entsprechenden Zylinder
ausgebildet ist. Der auslassseitige Längskanal erstreckt sich entlang
der Zylinderanordnungsrichtung. Ein stromabwärtiges Ende von jedem auslassseitigen
Querkanal ist mit dem auslassseitigen Längskanal verbunden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Zylinderkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
2 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie 2-2 in 1;
-
3 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie 3-3 in 1; und
-
4 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts in 1.
-
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUM DURCHFÜHREN DER
ERFINDUNG
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
-
Wie
dies in den 1 bis 3 gezeigt
ist, hat eine Benzinkraftmaschine (nachfolgend zur Vereinfachung
als eine Kraftmaschine bezeichnet) 20, die als eine Brennkraftmaschine dient,
einen Zylinderblock 10. Viele (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
4) Zylinder 15 sind in dem Zylinderblock 10 ausgebildet
und entlang einer Linie angeordnet. Ein Zylinderkopf 11 ist
an dem Zylinderblock 10 angebracht und an den Zylinderblock 10 durch Schrauben
(nicht gezeigt) befestigt, die durch viele Schraubenlöcher hindurch
treten.
-
Eine
Brennkammer 13 ist in einer Bodenfläche 34 des Zylinderkopfs 11 an
einer Position entsprechend den jeweiligen Zylindern 15 ausgebildet. Unter
Bezugnahme auf die 2 bis 4 ist ein Paar
Einlassanschlüsse 14, 14,
durch die Einlassluft zu den entsprechenden Brennkammern 13 zugeführt wird,
in dem Zylinderkopf 11 entsprechend den Zylindern 15 ausgebildet.
Die Einlassanschlüsse 14, 14 entsprechend
dem Zylinder 15 sind in einer Anordnungsrichtung der Zylinder 15 angeordnet.
Die Anordnungsrichtung der Zylinder 15 oder die Zylinderanordnungsrichtung
erstreckt sich senkrecht zu der Zeichenebene, wenn die 2 und 3 betrachtet werden,
und bei Betrachtung der 1 und 4 steht
sie vertikal. Die stromabwärtigen
Enden der Einlassanschlüsse 14, 14 bilden Öffnungen 14A, 14A,
die Öffnungen
in der Wandfläche
der entsprechenden Brennkammer 13 definieren. Die Einlassanschlüsse 14, 14 vereinigen
sich an einer Position stromaufwärts
von der Brennkammer 13 in der Strömungsrichtung der Einlassluft.
Das stromaufwärtige Ende
eines derartigen Vereinigungspunktes 16 bildet eine Öffnung in
einer einlassseitigen Wandfläche 17 des
Zylinderkopfs 11. Einlassventile (nicht gezeigt), die die Öffnungen 14A der
Einlassanschlüsse 14 wahlweise öffnen und
schließen,
sind an dem Zylinderkopf 11 so gesichert, dass sie hin-
und her bewegbar sind.
-
Ein
Paar Auslassanschlüsse 18, 18 sind
in dem jeweiligen Zylinder 15 des Zylinderkopfs 11 vorgesehen.
Die Auslassanschlüsse 18, 18 schicken
ein Abgas, das in der entsprechenden Brennkammer 13 erzeugt
wird, zu der Außenseite
der Kraftmaschine 20 aus. Die Auslassanschlüsse 18, 18 der Zylinder 15 sind
entlang der Zylinderanordnungsrichtung ausgerichtet. Die stromaufwärtigen Enden
der Auslassanschlüsse 18, 18 definieren Öffnungen
in der Wandfläche
der entsprechenden Brennkammer 13. Die Auslassanschlüsse 18, 18 vereinigen
sich an einer Position stromabwärts
der Brennkammer 13 in der Strömungsrichtung des Abgases.
Das stromabwärtige
Ende von diesem Vereinigungspunkt 21 bildet eine Öffnung in
der auslassseitigen Wandfläche 22 des
Zylinderkopfs 11. Auslassventile 23, die die Öffnungen
der entsprechenden Auslassanschlüsse 18 wahlweise öffnen und
schließen,
sind an dem Zylinderkopf 11 hin- und her bewegbar gesichert.
-
Kerzensicherungsbohrungen 24,
die sich im Wesentlichen in der vertikalen Richtung erstrecken, sind
in dem Zylinderkopf 11 an den Positionen entsprechend den
oberen Abschnitten der Brennkammern 13 ausgebildet. Eine
Zündkerze 25 ist
in den jeweiligen Kerzensicherungsbohrungen 24 gesichert.
-
Wenn
ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird und Wärme erzeugt,
lässt die
Wärme die
Temperatur in jeder Brennkammer 13 und in der Umgebung
der Brennkammern 13 in dem Zylinderkopf 11 ansteigen.
Derart erwärmte
Abschnitte in den Umgebungen von jeder Brennkammer 13 beinhalten
die Auslassanschlüsse 18, 18,
durch die das in der Brennkammer 13 erzeugte Abgas hindurch
strömt, und
insbesondere den Vereinigungspunkt 21 zwischen den Auslassanschlüssen 18, 18.
Die erwärmten
Abschnitte beinhalten außerdem
die Umgebungen der Auslassventile (einschließlich der Auslassventile 23, 23)
und die Umgebung der Zündkerzen 25.
-
Ein
Kanal, durch den das Kühlmittel
zum Kühlen
von unterschiedlichen Abschnitten des Zylinderkopfs 11 hindurch
strömt,
ist in dem Zylinderkopf 11 ausgebildet. Wie dies in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist der Kühlmittelkanal
in einen einlassseitigen Kanal 26, der Abschnitte des Zylinderkopfs 11 an
einer Einlassseite kühlt,
und einen auslassseitigen Kanal 27 eingeteilt, der Abschnitte
des Zylinderkopfs 11 an einer Auslassseite kühlt. Der
einlassseitige Kanal 26 ist durch einen Kanal gebildet,
der unterhalb den Einlassanschlüssen 14, 14 des
Zylinders 15 angeordnet ist und sich entlang der Zylinderanordnungsrichtung
erstreckt.
-
Das
stromaufwärtige
Ende von dem einlassseitigen Kanal 26 ist nahe einer vorderen
Fläche 28 des
Zylinderkopfs 11 angeordnet. Dieses stromaufwärtige Ende
bildet einen Kühlmitteleinlassanschluss (nicht
gezeigt). Insbesondere strömt
das Kühlmittel nacheinander
in einen Kühler,
eine Wasserpumpe, den Zylinderblock 10 und eine Dichtung,
und dann erreicht es den Kühlmitteleinlassanschluss.
Ein Kühlmittelkanal,
der in dem Zylinderblock 10 ausgebildet ist und sich zu
dem Einlassanschluss erstreckt, ist relativ kurz. Dies verhindert
im Wesentlichen eine Erwärmung
des Kühlmittels,
das durch eine Wärmedissipation
in dem Kühler
gekühlt
wurde. Das Kühlmittel wird
somit aus dem Einlassanschluss zu dem einlassseitigen Kanal 26 in
einem gekühlten
Zustand geschickt. Das stromabwärtige
Ende von dem einlassseitigen Kanal 26 befindet sich nahe
einer hinteren Fläche 29 des
Zylinderkopfs 11. Dieses stromabwärtige Ende bildet einen Kühlmittelauslassanschluss (nicht
gezeigt), durch den das Kühlmittel
aus dem einlassseitigen Kanal 26 heraus strömt. Die
Strömung
des Kühlmittels,
das aus dem einlassseitigen Kanal 26 durch den Auslassanschluss
ausgelassen wird, vereinigt sich mit der Strömung des Kühlmittels, das an einem auslassseitigen
Kanal 32 in der Längsrichtung
ausgetreten ist, was später
beschrieben wird. Die vereinigte Strömung wird zu dem Kühler geleitet.
-
Wie
dies in den 2 bis 4 gezeigt
ist, hat der auslassseitige Kanal 27 auslassseitige Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung entsprechend den jeweiligen Zylindern 15 und
einen auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung, der für die Zylinder 15 gemeinsam
vorgesehen ist (siehe 2). Jedes angrenzende Paar der
auslassseitigen Kanäle 31 in
der Auslassrichtung ist durch eine Partitionswand 33 voneinander getrennt,
die an einer Position entsprechend dem Bereich zwischen dem entsprechenden, angrenzenden
Zylinderpaar 15, 15 (Brennkammern 13, 13)
in der Zylinderanordnungsrichtung angeordnet ist. Jede der Partitionswände 33 unterdrückt die Strömung des
Kühlmittels
zwischen dem entsprechenden, angrenzenden Paar der auslassseitigen Kanäle 31, 31 in
der seitlichen Richtung in der Zylinderanordnungsrichtung. Jede
Partitionswand 33 reguliert außerdem die Strömung des
Kühlmittels
in den entsprechenden auslassseitigen Kanälen 31 in der seitlichen
Richtung in einer Richtung, die senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung
ist.
-
Jeder
der auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung hat ein stromaufwärtiges Ende, das sich unterhalb
dem Vereinigungspunkt 21 der Auslassanschlüsse 18, 18 der
entsprechenden Zylinder 15 befindet, und ein stromabwärtiges Ende
nahe den Einlassanschlüssen 14, 14 bezüglich der
unteren Hälfte
der Zündkerze 25.
-
Kühlmitteleinlässe 35,
die die Bodenfläche 34 des
Zylinderkopfs 11 mit den auslassseitigen Kanälen 31 in
der seitlichen Richtung verbinden, sind in einem Bodenabschnitt
des Zylinderkopfs 11 und unterhalb den Vereinigungspunkten 21 ausgebildet. Nachdem
es in den Wassermantel des Zylinderblocks 10 hinein geströmt ist,
wird das Kühlmittel
zu den jeweiligen auslassseitigen Kanälen 31 in der seitlichen
Richtung durch den dazu gehörigen
Einlass 35 geschickt.
-
Der
auslassseitige Kanal 32 in der Längsrichtung ist über den
auslassseitigen Kanälen 31 in der
seitlichen Richtung und den Partitionswänden 33 angeordnet
und erstreckt sich entlang der Zylinderanordnungsrichtung. Der auslassseitige
Kanal 32 in der Längsrichtung
umgibt die obere Hälfte
der Zündkerzen 25 der
Zylinder 15. Das stromabwärtige Ende von jedem auslassseitigen
Kanal 31 in der seitlichen Richtung ist mit dem auslassseitigen
Kanal 32 in der Längsrichtung
verbunden. Eine Seitenkante des auslassseitigen Kanals 32 in
der Längsrichtung
befindet sich über
den stromabwärtigen
Enden der auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung. Die gegenüberliegende Seitenkante des
auslassseitigen Kanals 32 in der Längsrichtung ist zwischen den
zwei Auslassventilen 23, 23 des jeweiligen Zylinders 15 und
in der Umgebung des Vereinigungspunkts 21 der Auslassanschlüsse 18, 18 angeordnet.
-
Eine
Trennwand 36 ist zwischen dem jeweiligen auslassseitigen
Kanal 31 in der seitlichen Richtung und dem jeweiligen
auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung vorgesehen, der
sich über
dem auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen Richtung befindet.
Jede der Trennwände 36 erstreckt
sich von der Umgebung der entsprechenden Auslassanschlüsse 18, 18 zu
den dazu gehörigen
Einlassanschlüssen 14, 14.
Ein Ende von jeder Trennwand 36 ist in der Umgebung der
entsprechenden Zündkerze 25 angeordnet.
Die Trennwand 36 trennt den entsprechenden auslassseitigen
Kanal 31 in der seitlichen Richtung und den Abschnitt des
auslassseitigen Kanals 32 in der Längsrichtung vertikal nahe den Auslassanschlüssen 18, 18 bezüglich den
Zündkerzen 25 voneinander.
Das stromabwärtige
Ende von jedem auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen Richtung
ist mit dem auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
an einer Position nahe den entsprechenden Einlassanschlüssen 14, 14 bezüglich der Zündkerze 25 verbunden.
-
Somit
hat der auslassseitige Kanal 27 eine zweilagige Struktur
einschließlich
der auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung, die in den jeweiligen Zylindern 15 vorgesehen
sind und sich unterhalb den Trennwänden 36 befinden und
den auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung, der über den
Trennwänden 36 angeordnet.
Die Trennwände 36 trennen
die entsprechenden auslassseitigen Kanäle 31 in der seitlichen
Richtung von dem auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
in der vertikalen Richtung. Dies reduziert den Querschnittsflächeninhalt
des jeweiligen auslassseitigen Kanals 31 in der seitlichen
Richtung entlang einer Ebene, die sich entlang der Zylinderanordnungsrichtung
erstreckt, wenn dies mit einem Fall einer anderen Struktur verglichen
wird.
-
Der
auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung ist in Abschnitten
nahe den Einlassanschlüssen 14, 14 und
Abschnitten nahe den Auslassanschlüssen 18, 18 bezüglich den
Zündkerzen 25 vorgesehen.
Dies vergrößert den
Querschnittsflächeninhalt
des auslassseitigen Kanals 32 in der Längsrichtung entlang einer Ebene,
die sich senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung erstreckt,
wenn dies mit einem Fall verglichen wird, bei dem der auslassseitige
Kanal 32 in der Längsrichtung
nur in den Abschnitten nahe den Einlassanschlüssen 14, 14 oder
in den Abschnitten nahe den Auslassanschlüssen 18, 18 bezüglich den
Zündkerzen 25 angeordnet
ist.
-
Der
vorstehend beschriebene Zylinderkopf 11 mit dem einlassseitigen
Kanal 26 und dem auslassseitigen Kanal 27, die
als der Kühlmittelkanal
dienen, ist durch Gießen
ausgebildet. Die auslassseitigen Kanäle 31 in der seitlichen
Richtung und der auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
werden in dem Zylinderkopf 11 dadurch vorgesehen, dass
Kerne in einer Gussform zum Ausbilden des Zylinderkopfs 11 platziert
werden. Auch wenn Durchblaslöcher
in dem Zylinderkopf 11 durch das Gießen ausgebildet werden können, ist
es unwahrscheinlich, dass die Wandflächen der auslassseitigen Kanäle 31 ihn
der seitlichen Richtung und die Wandfläche des auslassseitigen Kanals 32 in
der Längsrichtung,
die den Flächen
der Kerne entsprechen, miteinander verbundene Durchblaslöcher haben.
-
Wenn
das Kühlmittel
in den einlassseitigen Kanal 26 der Kühlstruktur des Zylinderkopfs 11 strömt, der
gemäß der vorstehenden
Beschreibung konfiguriert ist, wird das Kühlmittel entlang der Zylinderanordnungsrichtung
und eines Pfades unterhalb den Einlassanschlüssen 14, 14 der
Zylinder 15 geführt.
Das Kühlmittel
kühlt somit
die Einlassluft, die durch die Einlassanschlüsse 14, 14 hindurch
tritt. Die gekühlte
Einlassluft wird in die Brennkammer 13 eingesogen, wobei
ein Klopfen unterdrückt
wird. Das Kühlmittel
kühlt den
Quetschbereich in jeder Brennkammer 13, wodurch außerdem das
Klopfen unterdrückt
wird. Dies ermöglicht
ein Vorrücken
der Zeitgebungen, bei denen die Zündkerzen 25 das Luft-/Kraftstoff-Gemisch zünden, um
so die Abgabe von der Kraftmaschine 20 zu erhöhen. Des
Weiteren wird durch Kühlen
der Einlassluft in der vorstehend beschriebenen Weise der Volumenwirkungsgrad (Packungswirkungsgrad)
der Einlassluft verbessert, was in vorteilhafter Weise die Abgabe
von der Kraftmaschine 20 erhöht.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel strömt insbesondere
das aus dem Kühler
geschickte Kühlmittel
nacheinander durch die Wasserpumpe, den Zylinderblock 10 und
die Dichtung, und es erreicht den einlassseitigen Kanal 26.
Der Kühlmittelkanal,
der in dem Zylinderblock 10 vorgesehen ist, ist kurz und
somit ist die Menge der Wärme
klein, die durch das Kühlmittel
aufgenommen wird, das in dem Zylinderblock 10 strömt. Infolge
dessen wird die Temperatur des Kühlmittels
auf ein niedriges Niveau ohne einen bedeutenden Anstieg aufrecht
erhalten, wenn das Kühlmittel
in den einlassseitigen Kanal 26 hinein strömt, nachdem
es durch eine Wärmedissipation
in dem Kühler
gekühlt
wurde. Dies kühlt
in ausreichender Weise die Einlassluft, die durch die Einlassanschlüsse 14, 14 hindurch
strömt,
und den Quetschbereich der jeweiligen Brennkammer 13, wodurch
des Weiteren in zuverlässiger
Weise das Klopfen unterdrückt
wird.
-
Bei
dem auslassseitigen Kanal 27, der separat von dem einlassseitigen
Kanal 26 vorgesehen ist, strömt das Kühlmittel so, wie dies durch
die Pfeile in den 2 und 4 angegeben
ist. Nachdem es durch den Wassermantel des Zylinderblock 10 hindurch
getreten ist, tritt das Kühlmittel
insbesondere in jeden auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen
Richtung entsprechend der unteren Lage der zweilagigen Struktur
durch den Einlass 35 des entsprechenden Zylinders 15 ein.
Jeder Einlass 35 hat eine Öffnung unterhalb und in der
Nähe des
Vereinigungspunkts 21 der entsprechenden Auslassanschlüsse 18, 18. Dies
bewirkt, dass das Kühlmittel
unterhalb und in der Nähe
des Vereinigungspunkts 21 der Auslassanschlüsse 18, 18 über den
Einlass 35 fortschreitet. Somit wird der Vereinigungspunkt 21,
der insbesondere ein stark erwärmter
Abschnitt der Auslassanschlüsse 18, 18 ist,
in zuverlässiger
Weise gekühlt.
-
Nachdem
das Kühlmittel
in die jeweiligen auslassseitigen Kanäle 31 in der seitlichen
Richtung eingetreten ist, wird die Strömung des Kühlmittels durch die Partitionswände 33 begrenzt,
die sich jeweils an einer Position entsprechend dem Bereich zwischen
dem entsprechenden, angrenzenden Zylinderpaar 15, 15 des
Zylinderkopfs 11 befinden, und durch die Trennwände 36 zwischen
den auslassseitigen Kanälen 31 in
der seitlichen Richtung und dem auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung.
Dies bewirkt eine Strömung
des Kühlmittels
in den auslassseitigen Kanälen 31 in
der seitlichen Richtung der Zylinder 15 entlang Richtungen,
die sich entlang Partitionswänden 33 und
entlang den Trennwänden 36 erstrecken,
oder in Richtungen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung
sind (Richtungen zu den Einlassanschlüssen 14, 14). Wenn
das Kühlmittel über jeder
Brennkammer 13 fortschreitet, strömt das Kühlmittel in die Umgebung der
entsprechenden Auslassanschlüsse 18, 18,
die Umgebung der entsprechenden Auslassventile 23, 23 und
den Abschnitt um die untere Hälfte
der entsprechenden Zündkerze 25,
wodurch diese Abschnitte gekühlt
werden.
-
Wie
dies beschrieben wurde, trennen die Trennwände 36 die auslassseitigen
Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung von dem auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung
in der vertikalen Richtung. Der Querschnittsflächeninhalt von jedem auslassseitigen
Kanal 31 in der seitlichen Richtung ist in der Ebene somit
klein, die sich in der Zylinderanordnungsrichtung erstreckt. Dies
erhöht
die Geschwindigkeit des Kühlmittels,
das in dem auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen Richtung
strömt.
-
Wenn
die beiden (vielen) Auslassventile 23 für den entsprechenden Zylinder
vorgesehen und entlang der Zylinderanordnungsrichtung ausgerichtet sind,
kann ein Kanal, der sich entlang der Zylinderanordnungsrichtung
erstreckt, anstelle der vorstehend beschriebenen auslassseitigen
Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung vorgesehen sein, um die Umgebungen der Auslassanschlüsse 18, 18,
die Umgebungen der Auslassventile 23, 23 und die
Umgebungen der Zündkerzen 25 zu
kühlen.
In diesem Fall kann keine ausreichende Menge an Kühlmittel
zu den Bereichen zwischen den Auslassventilen 23, 23 geschickt
werden. Im Gegensatz dazu strömt
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
das Kühlmittel
in jedem auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen Richtung
entlang der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung
ist. Dies gewährleistet
eine ausreichende Menge an Kühlmittel,
das zwischen den Auslassventilen 23, 23 strömt. Somit
werden die Abschnitten entsprechend den Bereichen zwischen den Auslassanschlüssen 18, 18 und
die Abschnitte entsprechend den Bereichen zwischen den Auslassventilen 23, 23 wirksam
gekühlt.
-
Nachdem
es in jedem auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen
Richtung hindurch geströmt
ist, geht das Kühlmittel über die
entsprechende Trennwand 36 hinaus weiter und erreicht einen
Abschnitt nahe den Einlassanschlüssen 14, 14 bezüglich der Zündkerze 25.
Das Kühlmittel
tritt dann durch den Abschnitt hindurch, an dem der auslassseitige
Kanal 31 in der seitlichen Richtung mit dem auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung
verbunden ist, und es tritt in den auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung
ein, der die obere Lage der zweilagigen Struktur ist. Der auslassseitigen
Kanal 32 in der Längsrichtung ändert die
Strömungsrichtung
eines Teils des Kühlmittels
zu der Zylinderanordnungsrichtung. Das Kühlmittel wird somit entlang
der Zylinderanordnungsrichtung bei geringer Stagnation geführt.
-
Die
Strömung
des Kühlmittels
entlang der Zylinderanordnungsrichtung kühlt die Abschnitte in den Umgebungen
der Zündkerzen 25.
Da insbesondere der auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
die jeweilige Zündkerze 25 umgibt,
wird die durch die Zündkerze 25 erzeugte
Wärme zu
dem Kühlmittel übertragen,
das in der Umgebung der Zündkerze 25 strömt, wodurch
die Zündkerze 25 gekühlt wird.
-
Der
Rest des Kühlmittels
in dem auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
fließt
entlang der Richtung weiter, die der Strömungsrichtung des Kühlmittels
in dem jeweiligen auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen
Richtung entgegen gesetzt ist, und somit bewegt es sich über der
jeweiligen Trennwand 36 zu den Auslassanschlüssen 18, 18.
In dieser Phase strömt
ein Teil des Kühlmittels
um die entsprechende Zündkerze 25.
Danach wird die Strömungsrichtung des
Kühlmittels
zu der Zylinderanordnungsrichtung umgeschaltet. Das Kühlmittel
strömt
somit in den Abschnitten des auslassseitigen Kanals 32 in
der Längsrichtung
nahe den Auslassanschlüssen 18, 18 bezüglich der
entsprechenden Zündkerze 25,
wodurch die Auslassanschlüsse 18, 18 und
die Abschnitte in den Umgebungen der Auslassanschlüsse 18, 18 gekühlt werden.
-
Wie
dies beschrieben ist, ist ein Querschnittsflächeninhalt des auslassseitigen
Kanals 32 in der Längsrichtung
entlang einer Ebene, die senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung
ist, groß, wenn
dies mit jenem Fall verglichen wird, bei dem der auslassseitige
Längskanal
nur in den Abschnitten nahe den Einlassanschlüssen 14, 14 oder
den Auslassanschlüssen 18, 18 bezüglich den
Zündkerzen 25 vorgesehen
ist. Somit strömt
das Kühlmittel
in dem auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung ohne
einen starken Druckverlust.
-
Nachdem
es das stromabwärtige
Ende des auslassseitigen Kanals 32 in der Längsrichtung
erreicht hat, vereinigt sich das Kühlmittel mit jenem Kühlmittel,
das das stromabwärtige
Ende des vorstehend erwähnten
einlassseitigen Kanals 26 erreicht hat, wie dies durch
die Pfeile in 1 angegeben ist. Dann strömt das Kühlmittel
aus dem Zylinderkopf 11 heraus und wird zu dem Kühler geleitet.
-
Das
dargestellte Ausführungsbeispiel,
das soweit im Einzelnen beschrieben ist, hat die folgenden Vorteile.
- (1) Der Kühlmittelkanal
in dem Zylinderkopf 11 ist in den einlassseitigen Kanal 26 und
den auslassseitigen Kanal 27 eingeteilt. Der einlassseitigen Kanal 26 ist
unterhalb den Einlassanschlüssen 14, 14 des
jeweiligen Zylinders 15 angeordnet und erstreckt sich entlang
der Zylinderanordnungsrichtung (s. 1 und 2).
Somit wird eine große
Kühlmittelmenge
zu dem einlassseitigen Kanal 26 geschickt, der von dem
auslassseitigen Kanal 27 getrennt ist. Dies kühlt in wirksamer
Weise die Einlassluft, die durch die Einlassanschlüsse 14, 14 hindurch
strömt,
und den Quetschbereich der jeweiligen Brennkammer 13. Somit
wird das Klopfen unterdrückt.
Auch
wenn insbesondere das Kühlmittel
in den einlassseitigen Kanal 26 über den Zylinderblock 10 eingeführt wird,
ist der Kühlmittelkanal
in dem Zylinderblock 10 kurz. Dies ermöglicht, dass das Kühlmittel
in den einlassseitigen Kanal 26 eintritt, während es
im Wesentlichen auf seiner Temperatur aufrecht erhalten wird, die
durch die Wärmedissipation
durch den Kühler
verringert wurde. Somit wird der Vorteil (1) noch zuverlässiger gewährleistet.
- (2) Die Partitionswände 33 sind
jeweils an der Position entsprechend dem Bereich zwischen dem entsprechenden,
angrenzenden Zylinderpaar 15, 15 in dem Zylinderkopf 11 vorgesehen.
Ein Abschnitt (ein stromaufwärtiger
Abschnitt) des auslassseitigen Kanals 27 ist durch die
auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung gebildet, die durch die entsprechenden Partitionswände 33 für den jeweiligen
Zylinder 15 getrennt sind. Des Weiteren sind die Einlässe 35 entsprechend
in der Umgebung der Auslassanschlüsse 18, 18 des entsprechenden
Zylinders 15 vorgesehen. Dies bewirkt, dass die Partitionswände 33 die
Strömung
des Kühlmittels
regulieren, das durch die entsprechenden Einlässe 35 hindurch geströmt ist,
und zwar der Gestalt, dass das Kühlmittel
in einer Richtung strömt,
die im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung
ist (eine Richtung zu den Einlassanschlüssen 14, 14). Wenn
des Weiteren das Kühlmittel
in den jeweiligen auslassseitigen Kanälen 31 in der seitlichen Richtung
strömt,
fließt
das Kühlmittel
entlang der Umgebung der Auslassanschlüsse 18, 18,
der Umgebung der Auslassventile 23, 23 und dem Abschnitt
um die Zündkerze 25 weiter,
die die stark erwärmten
Abschnitte in der Umgebung des oberen Abschnitts der entsprechenden
Brennkammer 13 sind. Diese Abschnitte werden somit in wirksamer
Weise gekühlt.
Wenn
dies außerdem
mit einem Fall verglichen wird, bei dem das Kühlmittel entlang der Zylinderanordnungsrichtung
strömt,
wird eine größere Kühlmittelmenge
in die Abschnitte zwischen den Auslassanschlüssen 18, 18 und
die Abschnitte zwischen den Auslassventile 23, 23 eingeführt. Diese
Abschnitte werden somit zuverlässig
gekühlt.
- (3) Da das Abgas, das in jeder Brennkammer 13 erzeugt
wird, durch die dazu gehörigen
Auslassanschlüsse 18, 18 hindurch
strömt,
steigt die Temperatur in der Umgebung der Auslassanschlüsse 18, 18 an.
Die Temperatur in der Umgebung der Auslassanschlüsse 18, 18 wird
insbesondere an dem Vereinigungspunkt 21 zwischen den Auslassanschlüssen 18, 18 hoch.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist jedoch der Einlass 35 an einer Position unterhalb und
in der Umgebung des Vereinigungspunkts 21 zwischen den
Auslassanschlüssen 18, 18 vorgesehen.
Dies bewirkt, dass das Kühlmittel
unterhalb und in der Umgebung des Vereinigungspunkts 21 zwischen
den Auslassanschlüssen 18, 18 durch
den Einlass 35 weiter fließt. Der Wirkungsgrad zum Kühlen der
vorstehend erwähnten
stark erwärmten
Abschnitte wird somit verbessert.
- (4) Ein Abschnitt (ein stromabwärtiger Abschnitt) des auslassseitigen
Kanals 27 ist durch den auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung
konfiguriert, der für
die Zylinder 15 gemeinsam vorgesehen ist. Der auslassseitige
Kanal 32 in der Längsrichtung
erstreckt sich entlang der Zylinderanordnungsrichtung. Die stromabwärtigen Enden der
auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung der Zylinder 15 sind mit dem auslassseitigen
Kanal 32 in der Längsrichtung
verbunden. Nachdem das Kühlmittel
durch die auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung der jeweiligen Zylinder 15 hindurch
getreten ist, bewirkt somit der auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung,
dass das Kühlmittel
mit einer geringen Stagnation in der Zylinderanordnungsrichtung strömt. Dies
kühlt die
obere Hälfte
der jeweiligen Zündkerze 25.
- (5) Der auslassseitige Kanal 32 in der Längsrichtung
ist über
den auslassseitigen Kanälen 31 in der
seitlichen Richtung so angeordnet, dass die Zündkerzen 25 durch
den auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung umgeben sind. Wenn
das Kühlmittel
in dem auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
strömt,
nimmt das Kühlmittel
somit die Wärme
von der jeweiligen Zündkerze 25 in
der Umgebung der Zündkerze 25 auf.
Die Zündkerze 25 wird
somit wirksam gekühlt.
Des
Weiteren befindet sich die Seitenkante des auslassseitigen Kanals 32 in
der Längsrichtung zwischen den
Auslassventilen 23, 23 des jeweiligen Zylinders 15 und
in der Umgebung des Vereinigungspunktes 21 der dazu gehörigen Auslassanschlüsse 18, 18.
Somit kühlt
das Kühlmittel,
das in dem auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
strömt,
in wirksamer Weise die Auslassanschlüsse 18, 18 und
die Umgebung der Auslassanschlüsse 18, 18.
- (6) Jede Trennwand 36 erstreckt sich von der Umgebung
der Auslassanschlüsse 18, 18 des
entsprechenden Zylinders 15 zu den Einlassanschlüssen 14, 14.
Die Trennwand 36 trennt somit den entsprechenden auslassseitigen
Kanal 31 in der seitlichen Richtung von dem Abschnitt des auslassseitigen
Kanals 32 in der Längsrichtung nahe
den Auslassanschlüssen 18, 18 bezüglich der
Zündkerze 25.
Die Trennwand 36 ermöglicht eine
Verbindung zwischen dem jeweiligen auslassseitigen Kanal 31 in
der seitlichen Richtung und dem auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung
an einer Position nahe den Einlassanschlüssen 14, 14 bezüglich der
Zündkerze 25.
Auf diese Art und Weise hat der auslassseitigen Kanal 27 die
zweilagige Struktur, die durch die auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung, die unterhalb den Trennwänden 36 angeordnet
sind, und dem auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
gebildet ist, der sich über
den Trennwänden 36 befindet.
Dies
verkleinert den Querschnittsflächeninhalt des
jeweiligen auslassseitigen Kanals 31 in der seitlichen
Richtung entlang der Ebene, die sich in der Zylinderanordnungsrichtung
erstreckt. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
in dem auslassseitigen Kanal 31 in der seitlichen Richtung
wird somit erhöht
und ein Kühlwirkungsgrad
der entsprechenden Zündkerze 25 und
der Umgebung der dazu gehörigen
Brennkammer 13 wird verbessert. Des Weiteren wird der Querschnittsflächeninhalt
des auslassseitigen Kanals 32 in der Längsrichtung entlang der Ebene
vergrößert, die
senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung ist. Dies reduziert
den Druckverlust, der durch die Strömung des Kühlmittels erzeugt wird.
- (7) Falls der Zylinderkopf 11 durch Gießen ausgebildet
wird und dann die auslassseitigen Kanäle 31 in der seitlichen
Richtung und der auslassseitigen Kanal 32 in der Längsrichtung
in dem Zylinderkopf 11 durch spanende Bearbeitung ausgebildet
ist, ist es erforderlich, eine Ausstattung für die spanende Bearbeitung
vorzusehen. Des Weiteren braucht die spanende Bearbeitung eine lange
Zeit und erhöht
die Herstellungskosten. Falls außerdem Durchblaslöcher durch
das Gießen
ausgebildet werden, können
die Durchblaslöcher
durch die spanende Bearbeitung miteinander verbunden werden. Dies
kann ein Lecken des Kühlmittels
verursachen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden jedoch
durch das Platzieren der Kerne in der Gussform zum Ausbilden des
Zylinderkopfs 11 die auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung und der auslassseitigen Kanal 32 in
der Längsrichtung,
die komplizierte Formen haben, gleichzeitig mit dem Zylinderkopf 11 vorgesehen. Dies
macht es überflüssig, die
Ausstattung vorzusehen, und dies reduziert die Zeit zum Bereitstellen
der auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung und des auslassseitigen Kanals 32 in der
Längsrichtung,
wodurch in vorteilhafter Weise die Herstellungskosten verringert
werden. Des Weiteren werden keine miteinander verbundene Durchblaslöcher in
den Wandflächen
der auslassseitigen Kanäle 31 in
der seitlichen Richtung und der Wandfläche des auslassseitigen Kanals 32 in der
Längsrichtung
einfach vorgesehen, die den Flächen
der Kerne entsprechen. Das vorstehend erwähnte Lecken des Kühlmittels
wird somit in vorteilhafter Weise unterdrückt.
-
Die
vorliegende Erfindung kann durch andere Ausführungsbeispiele folgendermaßen ausgeführt werden.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
das Kühlmittel
in den einlassseitigen Kanal 26 des Zylinderkopfs 11 eingeführt, nachdem
es durch den Wassermantel hindurch getreten ist, der durch den Zylinderblock 10 ausgebildet
ist. Jedoch kann das Kühlmittel
direkt in den einlassseitigen Kanal 26 hinein strömen, ohne
dass es durch den Zylinderblock 10 hindurch strömt, nachdem
es durch die Wärmedissipation
durch den Kühler
gekühlt
wurde. Dies verbessert weiter die Antiklopf-Funktion und den Verpackungswirkungsgrad
der Einlassluft.
-
Die
Kühlstruktur
der vorliegenden Erfindung kann bei einem Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
mit drei oder mehr Auslassventilen pro Zylinder 15 verwendet
werden.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat
der auslassseitige Kanal 32 in der Längsrichtung den Abschnitt nahe
den Einlassanschlüssen 14 bezüglich den
Zündkerzen 25 und
den Abschnitt nahe den Auslassanschlüssen 18, 18 bezüglich den
Zündkerzen 25.
Jedoch kann der auslassseitige Kanal 32 in der Längsrichtung
nur einen von diesen Abschnitten aufweisen.
-
Die
Form oder die Größe der jeweiligen Trennwand 36 kann
je nach Bedarf geändert
werden, solange die Trennwand 36 den entsprechenden auslassseitigen
Kanal 31 in der seitlichen Richtung von zumindest dem Abschnitt
des auslassseitigen Kanals 32 in der Längsrichtung nahe den Auslassanschlüssen 18 bezüglich den
Zündkerzen 25 trennt.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Ein
Kühlmittelkanal
in einem Zylinderkopf (11) einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
ist in einen einlassseitigen Kanal (26), der unterhalb
Einlassanschlüssen
(14) angeordnet und sich in einer Zylinderanordnungsrichtung
erstreckt, und in einen auslassseitige Kanal (27) eingeteilt.
Der auslassseitige Kanal (27) hat viele auslassseitige
Querkanäle
(31) entsprechend jeweiligen Zylindern (15) und
einen auslassseitigen Längskanal
(32). Die auslassseitigen Querkanäle (31) sind durch
Partitionswände
(33) voneinander getrennt, die jeweils an einer Position entsprechend
dem Bereich zwischen dem jeweiligen angrenzenden Zylinderpaar (15)
angeordnet sind. Jeder der auslassseitigen Querkanäle (31)
hat einen Einlass (35) für ein Kühlmittel in der Umgebung von Auslassanschlüssen (18)
des entsprechenden Zylinders (15). Jeder auslassseitige
Querkanal (31) erstreckt sich von dem Einlass (35)
zu dem Einlassanschluss (14) über die Umgebung des oberen
Abschnitts einer Brennkammer (13), die in dem entsprechenden
Zylinder (15) ausgebildet ist. Der auslassseitige Längskanal
(32) erstreckt sich entlang der Zylinderanordnungsrichtung.
Die stromabwärtigen
Enden der auslassseitigen Querkanäle (31) sind mit dem
auslassseitigen Längskanal
(32) verbunden.