DE2460972C2 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen flussigkeitsgekühlten Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Zweck der Flüssigkeitskühlung bei Zylinderköpfen ist die Erzielung einer ausreichenden Standzeit des Zylinderkopfes und der Ventile durch Verringern der Wandtemperaturen.

Einer der am meisten durch zu hohe Wandtemperaturen gefährdeten Teile des Zylinderkopfes ist der Zylinderkopfboden, insbesondere in seinem zentralen Bereich um die Einspritzdüse oder Vorkammer. Bei bekannten flussigkeitsgekühlten Zylinderköpfen sind gerade in diesem gefährdeten Bereich die Kühlflüssigkeitsdurchtritte zwischen den unteren und oberen Kühlflüssigkeitsräumen des Zylinderkopfes angeordnet, so daß sich hier eiiie für die intensive Kühlung des Zylinderkopfbodens ungünstige Kühlflüssigkeitsströmung ausbildet. Einen weiteren gefährdeten Bereich bilden die Wände des Abgaskanals. Bei dem nach der FR-PS 15 51339 bekannten Zylinderkopf ist dieser Bereich dadurch unzureichend gekühlt, daß sich die von den Eintrittsbohrungen ausgehenden Kühlflüssigkeitsstränge im wenig gefährdeten Bereich des Ladeluft-Eintrittskanals vereinigen und oberhalb des Eintrittskanals in die Kühlwassersammelleitung austreten.

Eine derart unzureichende Kühlung führt zu großen Temperaturunterschieden zwischen verschiedenen Zylinderkopfbereichcn. Als Folge ergeben sich Wärmespannungen, die zum Verziehen des Zylinderkopfes oder auch zur Rißbildung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf zu schaffen, bei dem durch die Aufeinanderfolge der von Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlflüssigkeitsräume eine Verringerung von Wandtemperaturunterschieden erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein vorteilhaft langer Strömungsweg des Kühlmittels entlang dem Zylinderkopfboden, besonders bevorzugt entlang den Wandungen des Auslaßkanals mit entsprechend intensiver Kühlung der gefährdeten Bereiche.

Die Erfindung erfährt eine weitere Ausgestaltung durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 5.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch Verringerung der Wandtemperaturunterschiede im Zylinderkopf ein Verziehen und die Neigung zur Rißbildung vermindert werden, daß durch die besondere Kühlkanalanordnung für die Formherstellung beim Gießen eine Kernteilung ermöglicht wird, bei der die Bildung von kanalverengenden, sogenannten »Gußfedern« nicht auftreten kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Schnitt durch den Zylinderkopf parallel zum Zylinderkopfboden nach der Linie I-I in Fig. 2;

F i g. 2 Querschnitt des Zylinderkopfes nach der Linie 11-IIinFig.I;

F i g. 3 Querschnitt des Zylinderkopfes nach der Linie III-IIIinFig.2;

Fig.4 Schnitt des Zylinderkopfes nach der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 Querschnitt des Zyiinderkopfes in alternativer Ausführung naHi der Linie V-V in F i g. 6;

Fig. 6 Schnitt des Zylinderkopfes nach der Linie VI-VI in F ig. 5.

Ein flüssigkeitsgekühiter Zylinderkopf 11 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine weist je zwei Ventile für Einlaß und Auslaß, eine etwa zentral zwischen den Ventilkammern 12,13,14,15 angeordnete Kraftstoffeinspritzdüse oder Vorkammer 16 und mehrere am Zylinderumfang angeordnete Eintrittsbohrungen 17, 19 im Zylinderkopfboden 18 für die Kühlflüssigkeit auf. Der Zylinderkopf 11 besitzt zwei Kühlflüssigkeitsräume, die im wesentlichen übereinander angeordnet und durch öffnungen 20, 2i zwischen den Ventilkammern 12,14 und 13,15 miteinander verbunder: sind.

Der untere Kühlflüssigkeitsraum umfaßt zwei äußere Kammern 22, 23 mit je einer Gruppe von Eintrittsbohrungen 17, 19 und einen bei eingesetzter Kraftstoffeinspritzdüse oder Vorkammer 16 im zentralen Bereich gebildeten Ringkanal 24. Durch je einen Kühlkanal 25, 26 zwischen den Ventilkammern des Einlaßventilpaares 12, 13 und des Auslaßventilpaares 14, 15 hindurch sind die beiden äußeren Kammern 22, 23 mit dem Ringkanal 24 verbunden.

Zwei seitliche Kammern 27, 28 des oberen Kühlflüssigkeitsraumes, die sich jede zwischen einer Zylinderkopfseitenwand 29, 30 und den seitlichen Wandungen der Ventilkammern 12, 14 und 13, 15 je eines Einlaßventils und eines Auslaßventils bis zum Zylinderkopfboden 18 hin erstrecken, sind durch die Öffnungen 20, 21 mit dem unteren Kühlflüssigkeitsraum verbunden.

Die Ausbildung des unteren Kühlflüssigkeitsraumes im Zusammenwirken mit den Öffnungen 20, 21 ergibt einen langen Strömungsweg des Kühlmittels entlang dem Zylinderkopfboden 18 und damit eine intensive Kühlung gefährdeter Partien.

Eine für die Formherstellung beim Gießen des Zylinderkopfes 11 günstige Kernteilung wird erreicht, wenn oberer und unterer Kühlflüssigkeitsraum durch je einen Kern dargestellt werden und die beiden Kerne sich gegenseitig nicht berühren. Daher besteht im Rohguß des Zyiinderkopfes Il noch keine Verbindung zwischen den beiden Kühlflüssigkeitsräumen. Die verbindenden Öffnungen 20, 21 werden deshalb nachträglich durch spanende Formgebung hergestellt.

In den beiden seitlichen Kammern 27, 28 des oberen Kühlflüssigkeitsraiimes ist je eine Leitwand angeordnet, die einen ersten Abschnitt 31 bzw. 38, der sich von der einlaßventilseitigen Stirnwand 33 des Zylinderkopfes 11 bis in den Bereich der Auslaßventilführung 32 erstreckt, und einen sich anschließenden bis zur Zyünderkopfdekke 34 etwa parallel zu den Auslaßventilführungen 32 verlaufenden zweiten Abschnitt 37 bzw. 38 umfaßt. Bei dieser Anordnung der Leitwände in den beiden seitlichen Kammern 27,28 befindet sich der Anschluß 36 für die Kühlflüssigkeitssammellntung im Bereich der Einlaßventilseite, so daß sich ein langer Strömungsweg des Kühlmittels über die Auslaßventilkammern 14, 15 hinweg ergibt.

Liegt der Anschluß 36 dagegen im Bereich der Auslaßventilseite, ist zur Erzielung eines langen Strömungsweges eine andere Anordnung der Leitwände in den seitlichen Kammern 27, 28 erforderlich. In diesem Fall erstreckt sich je eine Leitwand 38 von der einlaßventilseitigen Stirnwand 33 bis in den Bereich der Auslaßventilführungen 32 parallel zum Zylinderkopfboden 18 und zwei weitere Leitwände 39 sind, jede ausgehend von einer der Auslaßventilführungen 32 zwischen der auslaßventilseitigen Zylinderkopfstirnwand 40, der Zylinderkopfdecke 34 und den oberen Wandungen der Auslaßventilkammern 14, 15 angeordnet.

Der zwischen den Einlaßventi'kammern 12, 13 hindurchführende Kühlkanal 25 kami einen geringeren Querschnitt als der zwischen den Auslativentilkammern 14, 15 hindurchführende Kühlkanal 26 besitzen und kann somit eine Drosselstelle bilden. An der Gruppe der Eintrittsbohrungen 17, die im Bereich der Auslaßventile angeordnet sind, stellt sich dadurch der größere Volumenstrom der Kühlflüssigkeit ein, so daß sich entsprechend der höheren Wärmebelastung im AuslaQ-ventilbereich eine verbesserte Wärmeabfuhr ergibt.

Die Aufteilung der Kühlmiitelströme auf die unterschiedlich wärmebelasteten Bereiche des Zyiinderkopfes 11 ist durch voneinander verschiedene Durchtrittsquerschnitte der beiden Gruppen von Eintrittsbohrungen 17, 19 weiter zu verbessern. Die Gruppe von Eintrittsbohrungen 19 mit den kleineren Durchtriusquerschnitten stellt damit eine zusätzliche Drosselstelle dar.

Die Anpassung der Durchtritlsquerschniue des Ringkanals 24 an die unterschiedlichen Volumenstronic des Kühlmittels erfolgt durch exzentrische Anordnung ve η Einspritzdüse oder Vorkammer 16 in bezug auf die vier Ventile, so daß sich zwischen Einspritzdüse oder Vorkammer 16 und den benachbarten Vfmtilkammerwandungen eine Verengung ergib!. Diese Verengung des Ringkanals 24 läßt sich bei zentris;h angeordneter Einspritzdüse oder Vorkammer 16 auch durch entsprechende Ausbildung der beteiligten Ventilkammerwandungen erreichen.

Ein verbesserter Wärmeübergang läßt sich bei gegossenen Zylinderköpfen durch Entfernen der Gußhaut erreichen. Um diesen Effekt nutzbar zu machen, können die Kühlkanäle 25, 26 durch späne:,de Formgebung nachgearbeitet und in einem möglichst weiten Bereich um die Einspritzdüse oder Vorkammer 16 herum die Gußoberfläche des Zylinderkopfbodoris 18 und den der Einspritzdüse oder Vorkammer lh zugekehrten Partien der Wandungen der Ventilkammern 12, 13, 14. 15 kiihlflüssigkeitsseitig durch spanend»; Formgebung ent':rnt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit je zwei Ventilen für Einlaß und Auslaß, einer etwa zentral zwischen den Ventilkammern angeordneten Kraftstoffeinspritzdüse oder Vorkammer und am Zylinderumfang angeordneten Eintrittsbohrungen im Zylinderkopfboden für die Kühlflüssigkeit, wobei der Zylinderkopf übereinanderliegende Kühlflüssigkeitsräume aufweist, die durch Öffnungen zwischen den Ventilkammern miteinander verbunden sind, und ein unterer Kühlflüssigkeitsraum zwei äußere Kammern mit je einer Gruppe von Eintrittsbohrungen und einen im zentralen Bereich den Aufnahmeraum für die Kraftstoffeinspritzdüse oder die Vorkammer umgebenden Ringkanal umfaßt, wobei die äußeren Kammern und der Ringkanal durch je einen Kühlkanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (24) durch Einsetzen der Kraftsioifeinspritzdüse oder der Vorkammer (16) entsteht, daß ein oberer Kühinüssigkeitsraum zwei seitliche Kammern (27, 28) aufweist, die sich jeweils zwischen einer der Zylinaerkopfseitenwände (29, 30) und den seitlichen Wandungen der Ventilkammern je eines Einlaßventils und eines Auslaßventils (12, 13, 14, 15) bis zum Zylinderkopfboden (18) erstrecken, daß öffnungen (20, 21) zwischen je einer Einlaßventilkammer und einer Auslaßventilkammer (12,14 und 13,15) hindurch den unteren Kühlflüssigkeitsraum mit den beiden seitlichen Kamme;.ι (27, 28) des oberen Kühlflüssigkeitsraumes verbinden, und daß jede der seitlichen Kammern (27, 28) des oberen Kühlflüssigkeitsraumes Leitwände (31, 37 bzw. 38, ?<*) aufweist, die der Kühlflüssigkeit vorrangig eine Strömung entlang den Wandungen der Auslaßventilkammern (14, 15) aufzwingen.

2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem der beiden seitlichen Kammern (27, 28) des oberen Kühlflüssigkeitsraumes angeordneten Leitwände jeweils einen ersten Abschnitt (31, 38), der sich vor der einlaßventilseitigen Stirnwand (33) des Zylinderkopfes (11) bis in den Bereich der Auslaßventilführung (32) parallel zum Zylinderkopfboden (18) erstreckt, und einen sich anschließenden bis zur Zylinderkopfdeckc etwa parallel zur Auslaßventilführung (32) verlaufenden zweiten Abschnitt (37; 39) umfaßt.

3. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem der beiden seitlichen Kammern (27, 28) des oberen Kühlflüssigkeitsraumes angeordnete Leitwand (31; 38) sich von der einlaßventilseitigen Stirnwand (33) des Zylinderkopfes (11) bis in den Bereich der Auslaßventilführung (32) parallel zum Zylinderkopfboden (18) erstreckt und daß zwei weitere Leitwände (39) angeordnet sind, die jede, ausgehend von einer Auslaßventilführung (32), zwischen der auslaßventilseitigen Zylinderkopfstirnwand (40), der Zylinderkopfdecke (34) und den oberen Wandungen der Auslaßventilkammer sich erstreckt.

4. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Verengung des Ringkanals (24) zwischen Einspritzdüse oder Vorkammer (16) und der Wandung mindestens einer der benachbarten Ventilkammern (12, 13) durch exzen-

irische Anordnung von Einspritzdüse oder Vorkammer (16) in bezug auf die vier Ventile.

5. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung des Ringkanals (24) bei zentrisch angeordneter Einspritzdüse oder Vorkammer (16) durch entsprechende Ausbildung der beteiligten Ventilkammerwandung erreicht wird.