DE4036810C1

DE4036810C1 -

Info

Publication number: DE4036810C1
Application number: DE4036810A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Ing. Distelrath (Fh), 7000 Stuttgart, De
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1991-12-05
Anticipated expiration: 2010-11-20
Also published as: EP0486771B1; DE59100434D1; EP0486771A1; RU1838648C

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cylinder head for a water-cooled Internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

Die DE-OS 32 08 341 offenbart einen Zylinderkopf, in dem die dem Gaswechsel dienenden Ein- und Auslaßkanäle nach dem Gleichstromprinzip angeordnet sind, d. h., beide Kanäle münden in einer gemeinsamen, den Zylinderkopf seitlich begrenzenden Wand.DE-OS 32 08 341 discloses a cylinder head in which the gas exchange serving inlet and outlet channels are arranged according to the direct current principle, d. That is, both channels open in a common, the cylinder head laterally delimiting wall.

Solche Gleichstromköpfe bieten gegenüber sogenannten Querstromköpfen Vorteile bezüglich des benötigten Bauraumes, da alle der Gemischzufuhr und der Abgasabfuhr dienenden Bauteile auf einer Seite der Brennkraftmaschine angeordnet sind.Such direct current heads offer compared to so-called cross current heads Advantages in terms of the space required, since all of the mixture supply and the exhaust gas serving components on one side of the internal combustion engine are arranged.

Zur Kühlung solcher Gleichstromköpfe dienen in den Kopf eingegossene Wasserkanäle, die das Kühlwasser im wesentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine führen. Dieser wasserführende Bereich ist im allgemeinen durch ein nahezu horizontal verlaufendes Deck von einem darüberliegenden, den Ventiltrieb aufnehmenden ölführenden Bereich getrennt. Problematisch dabei ist die Tatsache, daß die mit unterschiedlicher Neigung vom Brennraum zu der Flanschseite des Zylinderkopfes verlaufenden Gaswechselkanäle für das in Längsrichtung strömende Wasser einen hohen Widerstand bilden, so daß ein großer Teil des Kühlwassers dem Weg des geringsten Widerstandes folgend entlang der der Flanschseite gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes strömt. Dabei werden einige Bereiche unnötig stark gekühlt, z. B. die zu der gegenüberliegenden Seite geneigt liegende Zündkerzenaufnahme, während die thermisch hoch belasteten Bereiche ungenügend gekühlt werden. Diese Nachteile treten verstärkt auf, wenn die Brennkraftmaschine eine relativ hohe Leistung aufweist. For cooling such DC heads, cast heads are used Water channels that the cooling water essentially in the longitudinal direction of the Lead internal combustion engine. This water-bearing area is general due to an almost horizontal deck from an overlying the oil-carrying area receiving the valve train separately. Problematic the fact is that those with different inclinations from the combustion chamber to the flange side of the cylinder head gas exchange channels for the longitudinally flowing water form a high resistance, so that a most of the cooling water follows the path of least resistance along the side of the cylinder head opposite the flange side flows. Some areas are cooled unnecessarily, e.g. B. the to opposite spark plug holder inclined, while the areas that are exposed to high thermal loads are insufficiently cooled. These Disadvantages increasingly occur when the internal combustion engine is a relative has high performance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf derart zu gestalten, daß mit einem in einfacher Weise herstellbaren Zylinderkopf eine verbesserte Kühlung erzielt wird.The invention has for its object a cylinder head to be designed in such a way that it can be produced in a simple manner Cylinder head improved cooling is achieved.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafterweise gestattet das nahezu diagonal verlaufende Deck gemeinsam mit dem Sammelkanal eine Querstromkühlung jedes Zylinders, die den Zylinderkopf gleichmäßig und effektiv kühlt sowie ein widerstandsarmes Abströmen des erwärmten Wassers durch den Sammelkanal.This object is achieved in a generic device with the features of claim 1. Advantageously, the almost diagonal deck together allows with the collecting duct a cross flow cooling of each cylinder, which the Cylinder head cools evenly and effectively as well as a low resistance Outflow of the heated water through the collecting channel.

Der diagonale Verlauf des Decks hält die Wassermenge im Bereich der zu einer den Zylinderkopf begrenzenden Wand geneigten Zündkerze gering und führt das Wasser quer und schnell zu dem thermisch hoch belasteten Bereich des Auslaßkanales. Die Anordnung des Sammelkanales im ölführenden Bereich ermöglicht eine geradlinige, widerstandsarme Gestaltung dieses Kanales.The diagonal course of the deck keeps the amount of water in the range of one the cylinder head bounding wall inclined spark plug low and does that Water across and quickly to the thermally highly stressed area of the Outlet duct. The arrangement of the collecting channel in the oil-carrying area enables a straight, low-resistance design of this channel.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen benannt. Die Anordnung des Sammelkanales an der geodätisch höchsten Stelle benachbart der Zylinderkopfoberseite sorgt gemeinsam mit dem schrägen Deck für eine rasche und vollständige Abfuhr von durch Kavitation, Kochen o. ä. auftretenden Luftblasen. Ein Ansammeln solcher Blasen an kritischen Bereichen kann zu einer ungleichmäßigen Kühlung und damit zu thermischen Spannungen mit der Gefahr einer Rißbildung führen.Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims named. The arrangement of the collecting channel at the geodetically highest point adjacent to the top of the cylinder head together with the sloping deck for a quick and complete removal of cavitation, cooking or similar occurring air bubbles. Accumulation of such bubbles at critical ones Areas can lead to uneven cooling and thus to thermal Lead tensions with the risk of cracking.

Die an der Zylinderkopfunterseite angeordneten Eintritte für das aus dem Kurbelgehäuse in den Zylinderkopf strömende Kühlwasser sind so bemessen, daß die der thermisch belasteten Flanschseite zugeordneten Eintritte ca. 2/3 der gesamten Wassermenge zuführen.The inlets arranged on the underside of the cylinder head for the from the Crankcase cooling water flowing into the cylinder head are dimensioned so that the inlets assigned to the thermally loaded flange side approx. 2/3 of the supply the entire amount of water.

Die innenliegende Begrenzungswand des Sammelkanales ist glattflächig gestaltet und an das Deck angebunden, so daß der gesamte ölführende Bereich beim Gießen des Zylinderkopfes einteilig nach oben ausformbar ist.The inner boundary wall of the collecting duct is smooth designed and tied to the deck, so that the entire oil-bearing area can be formed in one piece upwards when casting the cylinder head.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention will become apparent from the drawing explained.

Es zeigt It shows

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf, Fig. 1 shows schematically a plan view of a cylinder head,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig. 1 und Fig. 3 is a section along the line III-III of FIG. 1 and

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1. Fig. 4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 1.

Ein Zylinderkopf 1 einer nicht gezeigten wassergekühlten Brennkraftmaschine weist für jeden Zylinder 2 einen dem Gaswechsel in einem Brennraum 3 dienenden Einlaßkanal 4 und einen Auslaßkanal 5 auf, die beide in eine den Zylinderkopf 1 seitlich begrenzende Flanschseite 6 münden. Paralle zu dieser Flanschseite 6 verläuft eine begrenzende Wand 7 und rechtwinklig dazu verläuft eine Zylinderkopfoberseite 8 und eine Zylinderkopfunterseite 9 des Zylinderkopfes 1.A cylinder head 1 of a water-cooled internal combustion engine, not shown, has for each cylinder 2 an inlet duct 4 serving for gas exchange in a combustion chamber 3 and an outlet duct 5 , both of which open into a flange side 6 which laterally delimits the cylinder head 1 . A delimiting wall 7 runs parallel to this flange side 6 and a cylinder head top 8 and a cylinder head bottom 9 of the cylinder head 1 run at right angles to it.

Das Gaswechsel wird durch eine nicht gezeigte, in Lagern 10 gehaltene Nockenwelle gesteuert, die über nicht gezeigte, in Bohrungen 11 gelagerte Tassenstößel auf die Führungen 12 gleitende, ebenfalls nicht gezeigte Ventile wirken. Jedem Brennraum 3 ist mittels einer Öffnung 13 eine entlang einer Achse Z geneigte, nicht gezeigte Zündkerze zugeordnet.The gas exchange is controlled by a camshaft, not shown, held in bearings 10 , which act on the guides 12 , likewise not shown, via cup tappets, not shown, mounted in bores 11 . Each combustion chamber 3 is assigned an ignition plug (not shown) which is inclined along an axis Z by means of an opening 13 .

Von der Flanschseite 6 aus oberhalb des Einlaßkanales 4 nahezu diagonal zu der Wand 7 abfallend ist ein Deck 15 angeordnet, welches sich in Längsrichtung L innerhalb des Zylinderkopfes 1 erstreckt. Dabei trennt das Deck 15 einen dem Brennraum 3 zugewandten, wasserführenden Bereich W von einem die Ventilsteuerung aufnehmenden, ölführenden Bereich S ab. Innerhalb des ölführenden Bereiches S ist ein sich in Längsrichtung L benachbart der Zylinderkopfoberseite 8 und der Flanschseite 6 erstreckender, wasserführender Sammelkanal 16 angeordnet.Of the flange 6 from above the intake passage 4, a cover 15 is almost diagonally sloping to the wall 7 is arranged, which extends in the longitudinal direction L within the cylinder head. 1 The deck 15 separates a water-carrying area W facing the combustion chamber 3 from an oil-carrying area S which receives the valve control. A water-conducting collecting duct 16, which extends in the longitudinal direction L adjacent to the cylinder head top 8 and the flange side 6 , is arranged within the oil-carrying region S.

Die Zylinderkopfunterseite 9 weist Eintritte 17 bzw. 18 auf, die aus einem nicht gezeigten Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine Kühlwasser in den Zylinderkopf 1 führen.The cylinder head underside 9 has inlets 17 and 18 , which lead cooling water into the cylinder head 1 from a crankcase of the internal combustion engine, not shown.

Die Eintritte 17 und 18 sind mit Hohlräumen 19 und 20 verbunden, wobei der Hohlraum 19 die Ein- und Auslaßkanäle 4 und 5 umspült und an seiner geodätisch höchst gelegenen Stelle über eine Verbindung 21 in den Sammelkanal 16 mündet. Der Hohlraum 20 umspült die Führung 12 und ist benachbart zu dem Deck 15 an den Hohlraum 19 angeschlossen. The entrances 17 and 18 are connected to cavities 19 and 20 , the cavity 19 washing around the inlet and outlet channels 4 and 5 and opening into the collecting channel 16 at its geodetically highest point via a connection 21 . The cavity 20 flows around the guide 12 and is connected to the cavity 19 adjacent to the deck 15 .

Gemäß Fig. 4 sind zwischen benachbarten Zylindern 2 Querwände 22 im Zylinderkopf 1 angeordnet, die Aufnahmen 23 für Zylinderkopfschrauben, Schmierölbohrungen 24 und Durchbrüche 25 aufweisen.According to FIG. 4 2 transverse walls 22 are arranged in the cylinder head 1 between adjacent cylinders, the seats 23 for cylinder head bolts, oil holes 24 and apertures 25 may have.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine strömt Kühlwasser durch die Eintritte 17, 18, in die Hohlräume 19, 20 und durch die Verbindung 21 in den Sammelkanal 16. Bezüglich jedes Zylinders 2 stellt sich somit eine Querstromkühlung ein, die eine gleichmäßige und intensive Kühlung der den Zylindern 2 zugeordneten Bereiche des Zylinderkopfes 1 bewirkt. Der von der Wand 7 zu der Flanschseite 6 ansteigende Verlauf des Decks 15 fördert gemeinsam mit dem nachströmenden Wasser jede eventuell auftretende Luftblase in den Sammelkanal 16. Innerhalb des Sammelkanales 16 liegt eine in Längsrichtung L verlaufende Strömung vor, die über eine am Ende des Sammelkanals 16 angeordnete Abströmöffnung 26 einem Kühlwasserkreislauf zugeführt wird. Der Strömungswiderstand innerhalb des Sammelkanales 16 ist sehr gering, da er durch die Verlegung in den ölführenden Bereich S keinerlei Umlenkung z. B. durch Gaswechselkanäle erfährt. Dieser geringe Widerstand bewirkt ein rasches Durchströmen der Hohlräume 19, 20 und somit eine schnelle Erwärmung des Wassers in der Startphase der Brennkraftmaschine und eine effektive Kühlung im Dauerbetrieb.When the internal combustion engine is operating, cooling water flows through the entrances 17, 18 , into the cavities 19, 20 and through the connection 21 into the collecting duct 16 . With respect to each cylinder 2 , cross-flow cooling thus occurs, which brings about a uniform and intensive cooling of the regions of the cylinder head 1 assigned to the cylinders 2. The course of the deck 15 rising from the wall 7 to the flange side 6 , together with the inflowing water, conveys any air bubble that may occur into the collecting duct 16 . Within the collecting duct 16 there is a flow running in the longitudinal direction L which is fed to a cooling water circuit via an outflow opening 26 arranged at the end of the collecting duct 16 . The flow resistance within the collecting channel 16 is very low, since it is not deflected by any means, for example, due to the laying in the oil-carrying area S. B. through gas exchange channels. This low resistance causes a rapid flow through the cavities 19, 20 and thus rapid heating of the water in the starting phase of the internal combustion engine and effective cooling in continuous operation.

Das Anbinden einer innenliegenden Begrenzungswand 27 des Sammelkanales 16 an das Deck 15 und deren glattflächige Gestaltung gestatten ein einfaches Ausformen des ölführenden Bereiches S beim Gießen des Zylinderkopfes 1.The connection of an inner boundary wall 27 of the collecting duct 16 to the deck 15 and its smooth-surface design permit simple shaping of the oil-carrying region S when the cylinder head 1 is cast.

Die Durchbrüche 25 vereinfachen die Kernlagerungen beim Gießen, da somit lediglich ein einziger Gesamtkern erforderlich ist, anderenfalls müßten für jeden Zylinder 2 durch die Querwände 22 voneinander getrennte Kerne gelagert werden.The openings 25 simplify the core bearings during casting, since only a single overall core is thus required, otherwise cores separated from each other by the transverse walls 22 would have to be stored for each cylinder 2 .

Claims

1. Cylinder head for a water-cooled, multi-cylinder internal combustion engine, the gas exchange serving inlet and outlet channels open into a flange side laterally delimiting flange side and which has a transversely extending deck which separates a water-carrying area from an overlying oil-carrying area, characterized in that the deck ( 15 ) is arranged almost diagonally from the flange side ( 6 ) from above the inlet channel ( 4 ) to the wall ( 7 ) opposite the flange side ( 6 ) and delimiting the cylinder head ( 1 ) and that the oil-carrying area (p ) has a water-conducting collecting duct ( 16 ) extending in the longitudinal direction (L) of the cylinder head ( 1 ).

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the collecting duct ( 16 ) is arranged adjacent to the top of the cylinder head ( 8 ) and to the flange side ( 6 ).

3. Cylinder head according to claim 2, characterized in that the cooling water flows over each cylinder ( 2 ) assigned in the cylinder head underside ( 9 ) arranged inlets ( 17, 18 ), the inlets ( 17, 18 ) of the flange side ( 6 ) or are assigned to the wall ( 7 ).

4. Cylinder head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flange side ( 6 ) associated entrances ( 17 ) about 65% and the wall ( 7 ) associated entrances ( 18 ) about 35% of the cooling water to the cylinder head Feed ( 1 ).

5. Cylinder head according to one of claims 1 to 4, characterized in that an inner boundary wall ( 27 ) of the collecting channel ( 16 ) is connected to the deck ( 15 ).