DE19644409C1 - Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Zylinderkopf der gattungsgemäßen Art (DE 42 22 801 C2) ist der Kühlwasserraum durch eine Trennwand in einen oberen und einen unteren Kühlwasserraum aufgeteilt, wobei im oberen Kühlwasserraum eine Längsströmung und im unteren Kühl­ wasserraum eine Querströmung des Kühlwassers durch den Zylin­ derkopf vorgesehen werden kann, um eine besonders gute Kühlung der brennraumnahen Wände zu erreichen. Es hat sich jedoch ge­ zeigt, daß entlang der Trennwand Totwasserzonen entstehen kön­ nen, welche die Kühlung insbesondere der Auslaßkanäle und des eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse aufnehmenden Schachtes beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Zylinderkopf insbesondere die Kühlung des der Aufnahme einer Zündkerze bzw. einer Einspritzdüse dienenden Schachtes und der Auslaßkanäle zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkinale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird zwar wie beim Stand der Technik eine intensive Kühlung der brennraumnahen Wände des Zylinderkopfes durch eine Querströmung erreicht, jedoch ist diese nicht durch eine Trennwand von der Längsströmung ge­ trennt, so daß die eine Strömungsschicht die andere an den Grenzschichten mitreißt und das Entstehen von Totwasserzonen vermieden ist. Durch die Schwellen wird die Längsströmung vom Zylinderkopfboden abgelenkt, wodurch Staupunkte mit der Quer­ strömung vermieden werden, die eine schlechte Wärmeabführung zur Folge hätten.

Vorzugsweise sind jeweils zwischen benachbarten Einlaß- und Auslaßkanälen Zuflußöffnungen für die Querströmung angeordnet, und um eine intensive Kühlung der Schächte sicherzustellen, ist vor jedem Schacht in der Strömungsrichtung der Längsströmung eine Leitvorrichtung vorgesehen, welche die Längsströmung und zumindest das Kühlwasser der Querströmung, das durch die Zu­ flußöffnung zwischen den Auslaßkanälen zugeführt wird, um den Schacht herumlenkt. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß bei einem Vierventil-Zylinderkopf die Auslaßkanäle in der Regel ei­ nen kleineren Durchmesser haben als die Einlaßkanäle, so daß die Zuflußöffnungen zwischen den Auslaßkanälen einen größeren Querschnitt haben können als die Zuflußöffnungen zwischen den Einlaßkanälen. Der dadurch bewirkte größere Kühlwasseranteil der Querströmung wird von der Leitvorrichtung gezielt auf den Schacht gerichtet. Die Leitvorrichtung kann dabei an einen Aus­ laßkanal angeformt sein.

Um die Querströmung länger im Bereich des Zylinderkopfbodens zu halten, kann im Kühlwasserraum oberhalb der Schwelle eine den Schacht umgebende, parallel zum Zylinderkopfboden verlaufende Platte vorgesehen werden, die verhindert, daß das Kühlwasser der Querströmung zu schnell in den oberen Bereich des Kühlwas­ serraumes entweicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt des einem Zylinder einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine zugeordneten Teiles eines Vierventil-Zylinderkopfes entlang Linie 1-1 in Fig. 3,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1, und

Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 1.

Der in den Zeichnungen dargestellte Zylinderkopf weist einen Boden 1, eine Decke 2 und Seitenwände 3 auf, die einen Kühl­ wasserraum 4 begrenzen. Pro Zylinder ist der Kühlwasserraum 4 durchsetzt von zwei Einlaßkanälen 5, zwei Auslaßkanälen 6 und einem Schacht 7, der eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse aufnimmt.

Der Kühlwasserraum 4 wird in Längsrichtung (Pfeile L) und im Bereich jedes Brennraumes 8 zusätzlich in Querrichtung (Pfeile Q) durchströmt. Das Kühlwasser für die Längsströmung wird an dem in Fig. 1 linken Ende des Zylinderkopfes zu- und am rechten Ende abgeführt. Das Kühlwasser für die Querströmung wird durch Öffnungen 10 zwischen den Einlaßkanälen 5 und durch Öffnungen 11 zwischen den Auslaßkanälen 6 zugeführt, die mit dem Kühlwas­ serraum im Zylinderblock in Verbindung stehen. Das Kühlwasser der Querströmung vereinigt sich im wesentlichen nach Durchströ­ men des brennraumnahen Bereiches mit dem Kühlwasser der Längs­ strömung und strömt mit diesem in Fig. 1 nach rechts.

Um eine weitgehend ungehinderte Querdurchströmung nahe dem Zy­ linderkopfboden 1 und damit eine wirksame Kühlung der brenn­ raumnahen Wände und insbesondere auch des Schachtes 7 und der Auslaßkanäle 6 zu erreichen, ist in der Strömungsrichtung der Längsströmung vor den Einlaß- und Auslaßventilen jedes Zylin­ ders eine Schwelle 12 vorgesehen, die sich vom Boden 1 in den Kühlwasserraum 4 erstreckt und quer zur Strömungsrichtung ver­ läuft. Durch die Schwelle 12 wird das längsströmende Kühlwasser vom Zylinderkopfboden 1 abgelenkt, wodurch Staupunkte mit der Querströmung vermieden werden, die eine schlechte Wärmeabfüh­ rung zur Folge hätten. Die Längsströmung verläuft also in einem Abstand vom Zylinderkopfboden. Da sie jedoch nicht wie beim Stand der Technik durch eine Trennwand von der Querströmung ge­ trennt ist, kann die eine Strömung die andere an den Grenz­ schichten mitreißen, wodurch Totwasserzonen vermieden sind.

Um eine besonders intensive Kühlung des brennraumnahen Berei­ ches des Schachtes 7 zu erreichen, ist dieser von einer Platte 13 umgeben, die oberhalb der Schwelle 12 liegt und sich paral­ lel zum Zylinderkopfboden 1 erstreckt. Diese Platte verhindert ein zu schnelles Abströmen des Kühlwassers der Querströmung nach oben, ohne jedoch das Anströmen des Schachtes durch Kühl­ wasser der Längsströmung zu behindern. Zusätzlich ist in der Strömungsrichtung der Längsströmung vor dem Dom 7 eine Leitvor­ richtung 14 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel an den Aus­ laßkanal 6 angeformt ist und, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, einen Teil des Kühlwassers der Längsströmung gezielt um den Schacht 7 herumführt. Diese Leitvorrichtung bewirkt außerdem eine entsprechende Führung des aus der Zuflußöffnung 11 austre­ tenden Kühlwassers der Querströmung. Da die Auslaßkanäle 6 in der Regel einen kleineren Durchmesser haben als die Einlaßkanä­ le 5 und daher in einem größeren Abstand voneinander liegen, kann der Querschnitt der Zuflußöffnung 11 größer ausgeführt werden als der Querschnitt der Zuflußöffnung 10, so daß ein größerer Teil des Kühlwassers der Querströmung durch die Öff­ nung 11 in den Kühlwasserraum 4 einströmt und die thermisch hochbeanspruchten Bereiche des Zylinderbodens zwischen den Aus­ laßkanälen sowie die brennraumnahen Bereiche der Auslaßkanäle und des Schachtes besonders intensiv kühlt.

Eine bevorzugte Kühlung der Auslaßseite des Zylinderkopfes wird auch dadurch erreicht, daß die Zylinderkopfdecke 2, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zur Einlaßseite hin abgesenkt ist, so daß die thermisch hochbelastete Auslaßseite stärker gekühlt wird als die Einlaßseite.

Claims (5)

1. Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit ei­ nem Boden (1) und einer Decke (2), die einen Kühlwasserraum (4) begrenzen, der von Gaswechselkanälen (5, 6) und pro Zylinder von einem eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse aufnehmenden Schacht (7) durchsetzt ist und der in Längsrichtung und in sei­ nem unteren, dem Boden (1) benachbarten Bereich in Querrichtung von Kühlwasser durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsrichtung der Längs­ strömung (L) vor den Gaswechselkanälen (5, 6) jedes Zylinders eine sich vom Boden (1) in den Kühlwasserraum (4) erstreckende Schwelle (12) vorgesehen ist, die quer zur Strömungsrichtung der Längsströmung verläuft.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zuflußöffnungen (10, 11) für die Querströmung (Q) jeweils zwi­ schen benachbarten Einlaß- und Auslaßkanälen (5 bzw. 6) vorge­ sehen sind und daß vor jedem Schacht (7) in der Strö­ mungsrichtung der Längsströmung (L) eine Leitvorrichtung (14) vorgesehen ist, welche die Längsströmung und zumindest das Kühlwasser der Querströmung (Q), das durch die Zuflußöffnung (11) zwischen den Auslaßkanälen (6) zugeführt wird, um den Schacht (7) herumlenkt.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußöffnung (11) zwischen benachbarten Auslaßkanälen (6) einen größeren Querschnitt hat als die Zuflußöffnung (10) zwi­ schen benachbarten Einlaßkanälen (5).

4. Zylinderkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leitvorrichtung (14) an einen Auslaßkanal (6) an­ geformt ist.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Kühlwasserraum (4) oberhalb der Schwelle (12) eine den Schacht (7) umgebende, parallel zum Boden (1) verlaufende Platte (13) vorgesehen ist.