DE19637122C1

DE19637122C1 - Liquid-cooled cylinder head

Info

Publication number: DE19637122C1
Application number: DE1996137122
Authority: DE
Inventors: Joachim Kelm; Eberhard Storz; Albrecht Dipl Ing Reustle
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2016-09-13

Abstract

The head is for one bank of a multicylinder engine, having a cast housing (1) with inlet and outlet for each cylinder and to which shafts for sparking plugs or injectors lead. Cooling chambers (8) enclose the shafts and the inlet and outlet passages, and are connected by other passages to the coolant supply from the cylinder block. The cooling chambers are separated from each other. A plenum chamber (23) above the cooling chambers runs along the lengthwise axis of the head, being separated from them by a cast-iron partition (24). Ports (25) in the latter connect the chambers to it, and can be near the axes of the respective cylinders. Coolant feed passages from the block can be provided in each chamber and for each inlet and outlet passage and shaft, their cross-sectional areas being such that equal amounts of coolant are supplied to all the cooling chambers.

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The invention relates to a liquid-cooled cylinder head Internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

Aus der DE 35 16 453 C2 ist ein gattungsgemäßer Zylinderkopf für eine Zylinderreihe einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Kühlmittelräume für die einzelnen Brennräume voneinander getrennt und ablaufseitig mit einem Sammelkanal verbunden sind. Dieser Sammelkanal ist an der einlaßseitigen Längsseite des Zylinderkopfes angeordnet und über einzelne Querkanäle mit den jeweiligen Kühlmittelräumen verbunden. Diese einzelnen Querkanäle münden seitlich in eine hochgelegene Stelle des jeweiligen Kühlmittelraumes. Ein derartiger Aufbau hat den Nachteil, daß die einzelnen Kühlmittelteilströme innerhalb der Kühlmittelräume ungleichmäßig sind und damit eine gleichmäßige Wärmeabfuhr nicht immer sichergestellt ist. Darüber hinaus ist durch die seitliche Anordnung der Sammelkammer und die seitliche Abdeckung dieser Sammelkammer eine zusätzliche Dichtfläche geschaffen, deren Lage oberhalb der Einlaßkanäle bei Undichtigkeiten zum Eintritt von Kühlmittel in die Einlaßkanäle führen kann. Undichtigkeiten an dieser Abdeckung können damit ohne vorherige Warnzeichen zu einem Totalausfall der Brennkraftmaschine führen. Darüber hinaus sind die Querkanäle zur Verbindung der Sammelkammer und der Kühlmittelräume nur sehr schwierig gußtechnisch zu erstellen, so daß diese gebohrt werden müssen.DE 35 16 453 C2 describes a generic cylinder head for a row of cylinders a multi-cylinder internal combustion engine is known in which the coolant spaces for individual combustion chambers separated from each other and on the outlet side with a collecting duct are connected. This collecting duct is on the inlet-side long side of the Cylinder head arranged and via individual transverse channels with the respective Coolant rooms connected. These individual transverse channels open into one laterally high point of the respective coolant room. Such a structure has the Disadvantage that the individual partial coolant flows within the coolant spaces are uneven and therefore not always a uniform heat dissipation is ensured. In addition, the lateral arrangement of the Collection chamber and the side cover of this collection chamber an additional Sealing surface created, the location above the inlet channels for leaks to Coolant can enter the inlet ducts. Leaks at this This can lead to a total failure of the cover without prior warning signs Lead internal combustion engine. In addition, the cross channels for connecting the Collection chamber and the coolant rooms are very difficult to cast create so that they have to be drilled.

Aus der DE 32 24 945 C1 ist darüber hinaus ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Kühlmittelräume der einzelnen Brennräume bzw. Zylinder in Längsrichtung miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind die Kühlmittelräume über Schrägbohrungen mit einem Sammelkanal verbunden. Dieser Sammelkanal erstreckt sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes und ist im Bereich der Längsmittelachse angeordnet. Die Verbindung zwischen den Kühlmittelräumen und dem Sammelkanal ist dabei jedoch durch sehr aufwendig zu fertigende und überdies lange Bohrungen hergestellt, was zu fertigungstechnischen Problemen führt und darüber hinaus arbeits- und kostenaufwendig ist.From DE 32 24 945 C1 is also a liquid-cooled cylinder head an internal combustion engine known in which the coolant spaces of each Combustion chambers or cylinders are interconnected in the longitudinal direction. About that In addition, the coolant compartments are angled bores with a collecting duct connected. This collecting duct extends in the longitudinal direction of the cylinder head and is arranged in the region of the longitudinal central axis. The connection between the Coolant rooms and the collecting duct is very expensive manufacturing and also long bores produced, resulting in manufacturing Leads to problems and is also labor-intensive and costly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf dahingehend zu verbessern, daß die Kühlmitteldurchströmung der Kühlräume vergleichmäßigt wird, um damit eine gleichmäßige und bessere Wärmeabfuhr sicherzustellen, darüberhinaus soll ein derartiger Zylinderkopf möglichst einfach aufgebaut sein und weitgehend gußtechnisch hergestellt werden können, um aufwendige und teure Bohrungen für die Kühlwasserführung zu vermeiden.The invention has for its object a liquid-cooled Cylinder head to improve that the flow of coolant through the cold rooms is evened out, so that a to ensure even and better heat dissipation, moreover one should Such a cylinder head should be as simple as possible and largely cast can be manufactured to make complex and expensive holes for the Avoid cooling water flow.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is carried out in a generic device with the characteristic features of Claim 1 solved.

Durch Anordnung der Sammelkammer im Bereich der Längsmittelachse des Zylinderkopfes ergibt sich eine gleichmäßige Durchströmung der Kühlmittelräume und somit eine gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Dach des Brennraumes. Durch die Ausbildung eines gegossenen Trennsteges und die Verbindung der einzelnen Kühlmittelräume mit der Sammelkammer über Öffnungen in diesem Trennsteg ergibt sich die Möglichkeit, die Kühlmittelräume, die Sammelkammer und die Verbindungen vollständig gußtechnisch herzustellen, so daß aufwendige Bohrungen nicht erforderlich sind. Durch die mittige Anordnung der Sammelkammer und die Trennung durch den gegossenen Trennsteg ergibt sich darüber hinaus ein besonders steifer Gehäuseaufbau des Zylinderkopfes, so daß im Vergleich zum Stand der Technik bei gleicher Steifigkeit deutliche Gewichtsvorteile zu erzielen sind.By arranging the collecting chamber in the region of the longitudinal central axis of the Cylinder head results in a uniform flow through the coolant spaces and thus even heat dissipation from the roof of the combustion chamber. Through the Forming a cast separator and connecting the individual Coolant spaces with the collection chamber through openings in this separator results the possibility of the coolant rooms, the plenum and the connections to be produced completely by casting, so that complex bores are not required are. Due to the central arrangement of the collection chamber and the separation by the cast separator also results in a particularly stiff Housing structure of the cylinder head, so that compared to the prior art significant weight advantages can be achieved with the same rigidity.

Die Kühlmitteldurchströmung der einzelnen Kühlmittelräume je Brennraum bzw. je Zylinder wird noch einmal deutlich vergleichmäßigt, wenn sich die Öffnungen im Bereich der Mittellängsachse des Zylinderkopfes und jeweils im Bereich der Zylinderachse befinden. Der Ablauf des Kühlmittels aus den Kühlmittelräumen erfolgt somit mittig oberhalb jedes einzelnen Brennraumes, so daß eine gleichmäßige Wärmeabfuhr von allen Bereichen des Brennraumdaches ermöglicht wird. The coolant flow through the individual coolant spaces per combustion chamber or The cylinder is once again made even more uniform if the openings in the Area of the central longitudinal axis of the cylinder head and in each case in the area of the Cylinder axis. The coolant flows out of the coolant spaces thus in the middle above each individual combustion chamber, so that a uniform Heat dissipation from all areas of the combustion chamber roof is made possible.

Die Wärmeabfuhr von den Einlaßkanälen, den Auslaßkanälen und dem Aufnahmeschacht für die Zündkerze oder die Einspritzvorrichtung wird besonders gut und gleichmäßig, wenn der Kühlmittelraum für jede dieser Zylinderkopfkomponenten über einen eigenen Zulaufkanal verfügt, der mit der Kühlmittelführung im Zylinderblock verbunden ist.The heat dissipation from the inlet channels, the outlet channels and the Receiving shaft for the spark plug or the injection device is particularly good and even if the coolant space for each of these cylinder head components has its own inlet channel with the coolant in the cylinder block connected is.

Durch geeignete Abstimmung der Querschnitte der Zulaufkanäle je Zylinder bzw. je Brennraum kann auf besonders vorteilhafte Weise eine Kühlmitteldurchströmung der einzelnen Kühlmittelräume so eingestellt werden, daß für alle Kühlmittelräume die gleiche Kühlmitteldurchströmung (Volumen/Zeit) möglich ist.By suitable coordination of the cross sections of the inlet channels per cylinder or Combustion chamber can flow through the coolant in a particularly advantageous manner individual coolant spaces are set so that for all coolant spaces same coolant flow (volume / time) is possible.

Eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Brennraumdach ergibt sich, wenn die Einlaßkanäle, die Auslaßkanäle und die Aufnahmeschächte so angeordnet werden, daß sich je Zylinder zwei Einlaßkanäle auf einer Seite der Mittellängsachse und ein Auslaßkanal sowie ein Aufnahmeschacht auf der anderen Seite des Mittellängskanales befinden.A particularly uniform heat dissipation from the combustion chamber roof results when the Inlet channels, the outlet channels and the receiving shafts are arranged so that there are two inlet channels per cylinder on one side of the central longitudinal axis and one Outlet duct and a receiving shaft on the other side of the central longitudinal duct are located.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.Further advantages and advantageous developments of the invention result from the Subclaims and the description.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt inAn embodiment of the invention is in the following description and Drawing explained in more detail. The latter shows in

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen geöffneten Zylinderkopf, Fig. 1 is a plan view of an open cylinder head,

Fig. 2 eine Ansicht der Zylinderkopfunterseite, Fig. 2 is a view of the cylinder head bottom,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Zylinderkopf parallel zur Zylinderblock-Flanschfläche entlang der Linie III-III nach Fig. 4, Fig. 3 is a section through the cylinder head parallel to the cylinder block flange surface along the line III-III of Fig. 4,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie IV-IV nach Fig. 1, Fig. 4 shows a longitudinal section through the cylinder head taken along the line IV-IV of FIG. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie V-V nach Fig. 1 und Fig. 5 shows a cross section through the cylinder head along the line VV of Fig. 1 and

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie VI-VI nach Fig. 1. Fig. 6 shows a cross section through the cylinder head taken along line VI-VI of FIG. 1.

Der erfindungsgemäße Zylinderkopf ist ohne Beschränkung auf diese Ausführungsform am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern in Reihenbauweise beschrieben. Der Zylinderkopf ist in Bezug auf die einzelnen Zylinder - soweit nicht anders angegeben - weitgehend gleich aufgebaut, so daß hier für gleiche oder gleichartige Bauelemente gleiche Bezugsziffern verwendet werden. In dem gegossenen Gehäuse 1 des Zylinderkopfes 2 sind die Oberseiten von vier Brennräumen 3 ausgebildet, in die jeweils ein Aufnahmeschacht 4 für eine Zündkerze 28 oder ein nicht dargestelltes Einspritzventil mündet. In jeden Brennraum münden weiterhin zwei Einlaßkanäle 5, 6 sowie ein Auslaßkanal 7.The cylinder head according to the invention is described without limitation to this embodiment using the example of an internal combustion engine with four cylinders in series. Unless otherwise stated, the cylinder head is largely constructed identically with respect to the individual cylinders, so that the same reference numbers are used here for identical or similar components. The upper sides of four combustion chambers 3 are formed in the cast housing 1 of the cylinder head 2 , into each of which a receiving shaft 4 for a spark plug 28 or an injection valve (not shown) opens. Two inlet channels 5 , 6 and one outlet channel 7 continue to open into each combustion chamber.

Oberhalb der Brennräume 3 ist jeweils ein Kühlmittelraum 8 ausgebildet, der jeweils die dem Brennraum zugewandten Abschnitte der Einlaßkanäle 5, 6, der Auslaßkanäle 7 und der Aufnahmeschächte 4 nahezu vollständig umgreift. Die einzelnen Kühlmittelräume 8 sind durch Trennwände 9 voneinander getrennt, die von den einander gegenüberliegenden, längeren Seitenwänden 10 und 11 des Gehäuses 1 ausgehen. Jeder der Kühlmittelräume 8 hat in der in Fig. 3 ersichtlichen Draufsicht zwei gegenüberliegende bogenförmige Abschnitte 12 und 13, die an ihren Enden durch einen Steg 14 bzw. 15 voneinander getrennt sind. Der Steg 14 geht von der Seitenwand 10 des Gehäuses 2 aus und trennt jeweils die beiden Einlaßkanäle 5 und 6. Der Steg 15 geht jeweils von der gegenüberliegenden Seitenwand 11 aus und trennt den Auslaßkanal 7 und den Aufnahmeschacht 4. Die beiden bogenförmigen Abschnitte 12 und 13 sind über einen mittleren Abschnitt 16 verbunden, der etwa im Bereich der Mittellängsachse 17 zwischen den Einlaßventilen auf der einen und den Auslaßventilen sowie den Aufnahmeschächten auf der anderen Seite verläuft. Die Kühlmittelräume 8 sind bei zusammengebauter und betriebsbereiter Brennkraftmaschine über jeweils vier Zulaufkanäle 18 bis 21 mit der Kühlwasserführung des nicht näher dargestellten Zylinderblockes verbunden. Die Zulaufkanäle 18 bis 21 münden in die untere Flanschfläche 22 des Zylinderkopfes, die unter Zwischenlage einer nicht näher dargestellten Zylinderkopfdichtung an der oberen Flanschfläche des ebenfalls nicht dargestellten Zylinderblockes anliegt. A coolant chamber 8 is formed above each of the combustion chambers 3 and almost completely surrounds the sections of the inlet channels 5 , 6 , the outlet channels 7 and the receiving shafts 4 facing the combustion chamber. The individual coolant spaces 8 are separated from one another by partitions 9 , which start from the opposite, longer side walls 10 and 11 of the housing 1 . In the plan view shown in FIG. 3, each of the coolant spaces 8 has two opposing arcuate sections 12 and 13 , which are separated from one another at their ends by a web 14 and 15, respectively. The web 14 extends from the side wall 10 of the housing 2 and separates the two inlet channels 5 and 6 in each case. The web 15 extends from the opposite side wall 11 and separates the outlet channel 7 and the receiving shaft 4th The two arcuate sections 12 and 13 are connected via a central section 16 , which runs approximately in the region of the central longitudinal axis 17 between the inlet valves on one side and the outlet valves and the receiving shafts on the other side. When the internal combustion engine is assembled and ready for operation, the coolant spaces 8 are each connected to the cooling water guide of the cylinder block, not shown, via four inlet channels 18 to 21 . The inlet channels 18 to 21 open into the lower flange surface 22 of the cylinder head, which bears against the upper flange surface of the cylinder block, also not shown, with the interposition of a cylinder head gasket (not shown).

Die Kühlmittelräume 8 sind weiterhin mit einer ablaufseitigen Sammelkammer 23 verbunden, der sich im Bereich der Mittellängsachse 17 in Längsrichtung des Zylinderkopfes erstreckt. Diese eingegossene Sammelkammer 23 verläuft oberhalb der mittleren Verbindungsabschnitte 16 des jeweiligen Kühlmittelraumes 8 und ist durch einen gegossenen Trennsteg 24 von diesen getrennt. Jeder der Kühlmittelräume 8 ist über eine Öffnung 25 mit der Sammelkammer 23 verbunden. Diese Öffnungen 25 sind ebenfalls gußtechnisch hergestellt und liegen im höchsten Bereich der Kühlmittelräume 8 in unmittelbarer Nähe der Zylinderachsen 26. Die Sammelkammer 23 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des Zylinderkopfes und ist im Bereich der kurzen Stirnseite 27 des Zylinderkopfes auf nicht näher dargestellte Weise mit einem Kühlmittelrücklauf verbunden. Diese Anbindung an den Kühlmittelrücklauf kann an der kurzen Stirnseite oder beispielsweise an der Seitenwand 10 über eine kurze Querverbindung im Bereich der Stirnseite 27 erfolgen.The coolant spaces 8 are further connected to an outlet-side collection chamber 23 which extends in the longitudinal direction of the cylinder head in the region of the central longitudinal axis 17 . This cast-in collection chamber 23 runs above the central connecting sections 16 of the respective coolant chamber 8 and is separated from them by a cast separating web 24 . Each of the coolant spaces 8 is connected to the collection chamber 23 via an opening 25 . These openings 25 are also made by casting and are located in the highest area of the coolant spaces 8 in the immediate vicinity of the cylinder axes 26 . The collection chamber 23 extends over almost the entire length of the cylinder head and is connected to a coolant return in the region of the short end face 27 of the cylinder head in a manner not shown. This connection to the coolant return can take place on the short end face or, for example, on the side wall 10 via a short cross connection in the region of the end face 27 .

Claims

1. Liquid-cooled cylinder head for a row of cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine with a cast housing ( 1 ), inlet ( 5 , 6 ) and outlet channels ( 7 ) arranged therein for each combustion chamber ( 3 ) and in each case at least one receiving shaft ( 4 ) opening into the combustion chamber. for a spark plug ( 28 ) or an injection valve, as well as with coolant spaces ( 8 ) which at least partially surround the inlet channels, the outlet channels and the receiving shafts and which are connected to the coolant guide of the cylinder block via inlet channels ( 18 to 21 ), the coolant spaces for the Individual combustion chambers are separated from one another and connected to a collection chamber ( 23 ) extending in the longitudinal direction of the cylinder head, characterized in that the collection chamber ( 23 ) is located in the region of the central longitudinal axis ( 17 ) of the cylinder head above the coolant spaces ( 8 ), that between the coolant spaces and d er collecting chamber, a cast separating web ( 24 ) is formed, and that the coolant spaces and the collecting chamber are connected to one another via openings ( 25 ) in the separating web.

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the openings ( 25 ) between the coolant spaces ( 8 ) and the collecting chamber ( 23 ) are in the region of the respective cylinder axis ( 26 ).

3. Cylinder head according to one of claims 1 or 2, characterized in that an inlet channel ( 18 to 21 ) connected to the cylinder block is formed in each inlet channel ( 5 , 6 ), outlet channel ( 7 ) and receiving shaft ( 4 ).

4. Cylinder head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flow cross sections of the inlet channels ( 18 to 21 ) are adjusted so that the same volume flows are set for each of the coolant spaces ( 8 ).

5. Cylinder head according to one of claims 1 to 4, characterized in that two cylinders per inlet ( 5 , 6 ) on one side of the central longitudinal axis ( 17 ) and an exhaust port ( 7 ) and a receiving shaft ( 4 ) on the other side of the central longitudinal axis are trained.