DE19934667B4

DE19934667B4 - Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19934667B4
Application number: DE1999134667
Authority: DE
Inventors: Willi Schultz
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: DE19934667A1

Abstract

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder und einem Zylinderkopf, der einen mit wenigstens einem Auslassventil versehenen Auslasskanal und einen mit wenigstens einem Einlassventil versehenen Einlasskanal aufweist, welcher Zylinderkopf mit von Kühlmedium durchströmten Kühlleitungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest abschnittsweise der Auslasskanal (7) von einer ersten Kühlleitung (18), die Zündkerze (9) von einer zweiten Kühlleitung (22) und der Einlasskanal (6) von einer dritten Kühlleitung (24) umgeben ist, wobei die erste Kühlleitung (18), die zweite Kühlleitung (22) und die dritte Kühlleitung (24) derart geschaltet sind, dass in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine lediglich die erste Kühlleitung (18) des Auslasskanals (7) und die zweite Kühlleitung (22) der Zündkerze (9) vom Kühlmedium durchströmt sind, wogegen in einer temperaturmäßig gegenüber der Warmlaufphase höherliegenden Betriebsphase der Brennkraftmaschine die erste Kühlleitung (18) des Auslasskanals (7), die zweite Kühlleitung (22) der Zündkerze (9) und die dritte Kühlleitung (24) des Einlasskanals (6) vom Kühlmedium durchströmt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
Der Zylinderkopf einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine enthält charakteristischer Weise neben wenigstens einen mit einem Auslassventil versehenen Auslasskanal und neben wenigstens einen mit einem Einlassventil versehenen Einlasskanal mindestens einen eine Zündkerze enthaltenden Zündkerzenkanal und ist bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen, zumindest bei betriebswarmer Brennkraftmaschine jeweils grundsätzlich entweder in Längsrichtung oder aber in Querrichtung von einem zwangsgeförderten Kühlmedium durchströmt.
Aus der DE 28 47 057 A1 ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem Kühlkanäle für den Auslasskanal, für die Zündkerzen und/oder Einspritzdüsen vorgesehen sind. In der DE 40 33 261 A1 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der eine Reduzierung des Kühlmittelmassenstroms zur schnellen Erwärmung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Hierzu ist ein Ventil vorgesehen, mit dem der Kühlmittelstrom in der Warmlaufphase reduziert wird. Aus der DE 196 08 576 C1 ist eine Brennkraftmaschine bekamt, bei der ein Zylinderkopf mit einer Querstromkühlung vorgesehen ist, wobei eine Kühlleitung zwischen zwei Auslasskanälen verläuft, welche sich um eine Zündkerzenkammer ringförmig erstreckt. Darüber hinaus ist in der DE 198 06 060 A1 eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der eine Kühlleitung im Zylinderkopf zwischen den Auslasskanälen verläuft.
Grundsätzlich ist es zwar erwünscht bei Brennkraftmaschinen die Wassertemperatur der gezielten Kühlung auf einem zwar relativ geringen, dafür aber konstanten Niveau zu halten, was zumindest im Allgemeinen zu einer Verbesserung der Leistung und der Sparsamkeit der Brennkraftmaschine führt. Auf der anderen Seite ist dies aber mit dem Nachteil eines erhöhten Ausstoßes an schädlichen Kohlenwasserstoffen verbunden, so dass als generelle Richtlinie eine Mindesttemperatur von etwa 90° anzustreben ist. Ein optimiertes Niveau der Kühlung insbesondere des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine wird mit herkömmlichen Mitteln für den warmen Betrieb der Brennkraftmaschine einreguliert, so dass sich während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine abweichende Betriebsbedingungen ergeben können. Angesichts des immer größer werdenden Anteils des Kurzstreckenverkehrs am Gesamtbetrieb eines Fahrzeuges gewinnt auch der Anteil der abweichenden Betriebsbedingungen während der Warmlaufphase immer mehr an Bedeutung, so dass es erstrebenswert ist, das Temperaturverhalten in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine in einer solchen Weise auszunutzen, dass die für den Verbrennungsablauf besonders relevanten Bereiche des Brennraumes möglichst rasch eine entsprechend gute Temperatur erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde für den Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine eine Steuerung der Kühlmediumströmung zu schaffen, welche auf der einen Seite die Brennraumwandungen möglichst rasch erwärmt und auf der anderen Seite ein gezieltes Temperaturniveau gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Besondere Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufteilung der Strömung des Kühlmediums in eine erste den Auslasskanal als zuerst erwärmte Zone der Brennraumwandung umspülende Kühlleitung, und in eine den Zündkerzenschacht als nächstfolgend erwärmte Zone umspülende zweite Kühlleitung sowie eine dritte schließlich auch noch den Bereich des Einlasskanales umgebende Kühlleitung ermöglicht es, durch entsprechend aufeinanderfolgendes Öffnen der einzelnen Kühlleitungen während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine die verschiedenen Bereiche der im Zylinderkopf Hegenden Brennraumwandungen schnellstmöglich auf eine ihrer normalen Betriebstemperatur entsprechende Temperatur zu bringen. Eine besonders einfache Ausbildung zur Erzielung einer raschen und gleichmäßigen Erwärmung der Brennraumwandungen im Zylinderkopf besteht dabei darin, dass die Anordnung der Kühlleitungen so getroffen ist, dass sich eine gegen Ende der Warmlaufphase hin zunehmend vollständige Querstromkühlung ergibt, die derart ausgebildet ist, dass das Kühlmedium vom Auslasskanal aus in Richtung Einlasskanal strömt.
Aus einem älteren Vorschlag ist gemäß der DE-PS 443 146 bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen für die Aufrechterhaltung einer bestmögliche Zündbedingungen gewährleistenden Mindesttemperatur der Brennraumwandungen im Zylinderkopf auch bei gering belasteter Maschine zwar bereits eine manuell schaltbare Ausbildung der Kühlmediumströmung im Zylinderkopf bekannt. Allerdings ermöglicht diese bekannte Kühlleitungsausbildung lediglich ein Zu- oder Abschalten der Kühlleitung überhaupt und somit kein gezieltes Steuern der Kühlmediumströmung während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine. Insbesondere ist die bekannte Kühlleitungsabsperrung nicht für eine Automatisierung geeignet, so daß eine selbsttätige Regelung der Erwärmung des Zylinderkopfes ausgeschlossen ist.
Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder verläuft erfindungsgemäß ein Abschnitt der ersten Kühlleitung zwischen zwei Auslaßventilen, während ein zweiter Abschnitt dieser ersten Kühlleitung in einen die Zündkerze umgebenden Ringkanal mündet und im Weiteren als zweite Kühlleitung zwischen den beiden Einlaßventilen fortgeführt ist. Ergänzend verläuft die dritte Kühlleitung ebenfalls zwischen den Auslaßventilen und ist zu den Einlaßventilen hin fortgeführt, wobei jedoch in diese Kühlleitung ein Ventil eingeschaltet ist, welches die Zuschaltung dieser dritten Kühlleitung erst in der betriebswarmen Betriebsphase der Brennkraftmaschine bewirkt.
Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben.
Es zeigen
1 eine schematische Querschnittsdarstellung des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine;
2 eine Ansicht von oben auf die 1.
In den Abbildungen zum Ausführungsbeispiel sind der obere Bereich des Zylinderblockes 1 und der Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine dargestellt, wobei der Zylinderkopf 2 eine dachförmig gestaltete obere Brennraumwandung 3 und in die Dachschrägen 4 und 5 der oberen Brennraumwandung 3 mündend einen in zwei Zweige aufgefächerten Einlaßkanal 6 und einen gleichfalls in zwei Zweige aufgefächerten Auslaßkanal 7 sowie einen Zündkerzenschacht 8 mit darin angeordneter Zündkerze 9 aufweist. Dabei sind in dem aufgefächerten Einlaßkanal 6 zwei Einlaßventile 10 und 11 und in dem aufgefächerten Auslaßkanal 7 zwei Auslaßventile 12 und 13 jeweils nebeneinanderliegend und bezüglich des Zündkerzenkanales 8 symmetrisch angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform wird jeder einem Zylinder 14 zugeordnete Abschnitt des Zylinderkopfes 2 über eine Durchtrittsöffnung 15 aus dem Kühlmantel 16 des zugehörigen Zylinders 14 mit Kühlmedium versorgt.
Innerhalb des Zylinderkopfes 2 ist die Führung des Kühlmediums aufgeteilt in eine erste Kühlleitung 18, welche ausgehend von der Durchtrittsöffnung 15 einen ersten zwischen den beiden Auslaßventile 12 und 13 verlaufenden Abschnitt 19 aufweist. In Bereichen 20 und 21 der Kühlleitung 18 umspült das Kühlmedium abschnittsweise die beiden Zweige des Auslaßkanales 7 und eine zweite Kühlleitung 22, welche zunächst als Einheit mit de ersten Kühlleitung 18 gleichfalls zwischen den beiden Auslaßventile 12 und 13 hindurchgeführt ist. Danach mündet in den Zündkerzenkanal 8 bzw. die Zündkerze 9 der Ringkanal 23 und umgibt damit die Zündkerze 9. Die Kühlleitung 18 verläßt den Zylinderkopf 2 in einem Abschnitt 32 zwischen den beiden Einlaßventilen 10, 11 hindurch in Richtung Kühlmantel 16 des Zylinderblockes 1 verläßt. Außerdem ist eine dritte Kühlleitung 24 vorgesehen, welche im Anschluß an einen seinerseits zwischen den beiden Auslaßventile 12 und 13 hindurchgeführten Abschnitt in zwei die beiden Zweige des Einlaßkanales 6 teilweise umgebende, zwischen den Auslaßventilen 12 und 13 und den Einlaßventilen 10 und 11 verlaufende Längskühlleitungsabschnitte 25 und 26 verzweigt ist. Die Längskühlleitungsabschnitte 25 und 26 der dritten Kühlleitung 24 münden jeweils in Querkühlleitungsabschnitte 27 und 28, welche mittels Auslaßöffnungen 29 und 30 mit dem Kühlmantel 16 des Zylinders 1 in Verbindung stehen.
Zugleich ist die zweite Kühlleitung 22 als zweiter Kühlleitungsabschnitt der ersten Kühlleitung 18 zwischen den beiden Einlaßventilen 10 und 11 fortgeführt und mündet über eine Durchtrittsöffnung 33 in den Kühlmantel 16 des Zylinders 1. Wie im Allgemeinen insbesondere aus der Darstellung der 2 ersichtlich sind sämtliche Kühlleitungen 18, 22 und 24 im Wesentlichen quer zur Längsrichtung des Zylinderkopfs 1 ausgerichtet, wobei die dem Eintritt des Kühlmediums in den Zylinderkopf 1 zugeordnete Durchtrittsöffnung 15 dem Auslaßkanal 7 benachbart angeordnet ist und die daraus resultierende Querstromkühlung innerhalb des Zylinderkopfes 2 damit derart ausgebildet ist, daß das Kühlmedium in allen Kühlleitungen 18, 22 und 24 vom Auslaßkanal 7 aus in Richtung Einlaßkanal 6 strömt.
in der dritten Kühlleitung 24 ist ein Ventil 28 angeordnet, welches die Zuschaltung der besagten dritten Kühlleitung in einer der Warmlaufphase gegenüber temperaturmäßig höherliegenden Betriebsphase der Brennkraftmaschine bewirkt, in der sämtliche Kühlleitungen vom Kühlmedium durchströmt sein sollen. Das Ventil 28 umfaßt einen aus einer Schließstellung in eine Offenstellung und vice versa bewegbaren Ventilteller 29 welcher in seiner Offenstellung versenkt in einer Einformung 30 der dritten Kühlleitung 24 ruht und in seiner Schließstellung mit einem Ventilsitz 31 in der dritten Kühlleitung 24 zusammenwirkt.

Claims

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder und einem Zylinderkopf, der einen mit wenigstens einem Auslassventil versehenen Auslasskanal und einen mit wenigstens einem Einlassventil versehenen Einlasskanal aufweist, welcher Zylinderkopf mit von Kühlmedium durchströmten Kühlleitungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest abschnittsweise der Auslasskanal (7) von einer ersten Kühlleitung (18), die Zündkerze (9) von einer zweiten Kühlleitung (22) und der Einlasskanal (6) von einer dritten Kühlleitung (24) umgeben ist, wobei die erste Kühlleitung (18), die zweite Kühlleitung (22) und die dritte Kühlleitung (24) derart geschaltet sind, dass in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine lediglich die erste Kühlleitung (18) des Auslasskanals (7) und die zweite Kühlleitung (22) der Zündkerze (9) vom Kühlmedium durchströmt sind, wogegen in einer temperaturmäßig gegenüber der Warmlaufphase höherliegenden Betriebsphase der Brennkraftmaschine die erste Kühlleitung (18) des Auslasskanals (7), die zweite Kühlleitung (22) der Zündkerze (9) und die dritte Kühlleitung (24) des Einlasskanals (6) vom Kühlmedium durchströmt sind.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlleitung (18), die zweite Kühlleitung (22) und die dritte Kühlleitung (24) derart quer zur Längsrichtung des Zylinderkopfs (2) angeordnet sind, dass sich eine Querstromkühlung ergibt, die derart ausgebildet ist, dass das Kühlmedium vom Auslasskanal (7) aus in Richtung Einlasskanal (6) strömt.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei Einlassventilen je Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlleitung (18) mit einem ersten Kühlleitungsabschnitt (19) zwischen zwei Auslassventilen (12, 13) verläuft, in einen die zweite Kühlleitung (22) bildenden die Zündkerze (9) umgebenden Ringkanal (23) mündet und als zweiter Kühlleitungsabschnitt (32) der ersten Kühlleitung (18) zwischen zwei Einlassventilen (10, 11) fortgeführt ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kühlleitung (24) ebenfalls zwischen den Auslassventilen (12, 13) verläuft und dann mit Längskühlleitungsabschnitten (25, 26) zwischen den Auslassventilen (12, 13) und den Einlassventilen (10, 11) fortgeführt ist, die jeweils in Querkühlleitungsabschnitte (27, 28) münden.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in die dritte Kühlleitung (24) ein Ventil (28) geschaltet ist, das die Zuschaltung der dritten Kühlleitung (24) in der Betriebsphase der Brennkraftmaschine bewirkt.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (28) einen aus einer Schließstellung in eine Offenstellung und vice versa bewegbaren Ventilteller (29) umfasst, der in der Schließstellung mit einem Ventilsitz (31) der dritten Kühlleitung (24) zusammenwirkt.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (29) in der Offenstellung versenkt in einer Einformung (30) der dritten Kühlleitung (24) ruht.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (28) in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmediums gesteuert wird.