DE4100459C2

DE4100459C2 - Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Zylindern

Info

Publication number: DE4100459C2
Application number: DE19914100459
Authority: DE
Inventors: Andreas Bilek; Wolfgang Schoeffmann
Original assignee: AVL List GmbH; AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1991-01-09
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: DE4100459A1; AT402325B; ATA33090A

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer flüssigkeitsge kühlten Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Zylindern, bestehend aus einem Gußstück mit einem von seitlichen Außenwän den, dem Zylinderkopfboden und einem mit Abstand darüberliegenden Zylinderkopfmitteldeck begrenzten Kühlraum und einem über diesem vom Zylinderkopfmitteldeck bis zur Deckeltrennebene reichenden von Außenwänden umschlossenen Steuerraum mit durch den Kühlraum, von Mündungsöffnungen im brennraumseitigen Abschnitt des Zylin derkopfbodens bis zu den seitlichen Außenwänden verlaufenden Ven tilkanälen und einer den Kühlraum und den Steuerraum parallel zur Zylinderachse durchsetzenden etwa zylindrischen Kammer für eine Zündkerze oder Einspritzdüse und mit in die seitlichen Stützwände eingeformten Stützsäulen zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben.

Bei einem aus der DE 38 38 953 A1 bekannten Zylinderkopf dieser Art erfolgt die Durchströmung mit Kühlflüssigkeit in Bezug auf die Längserstreckung der Zylinderreihe quer zu dieser, womit zwar gegenüber einem längsdurchströmten gemeinsamen Kühlraum eine bessere und gleichmäßigere Kühlung der Zylinder erreicht wird, jedoch mit dem Nachteil, daß je Zylinder ein eigener Wasserkern vorgesehen werden muß. Dies bedeutet wegen der vielen Wasserkerne einen hohen Fertigungsaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Optimierung des Gießkerns im Zylinderkopf den Fertigungsaufwand zu minimie ren, und trotzdem eine gleichmäßige Kühlung aller Zylinder zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zylinderreihe einen durchgehenden Kühlraum aufweist, der durch senkrechte, an den Zylinderkopfboden sowie beiderseits an den Stützsäulen für die Zylinderkopfschrauben angebrachte Doppelrippen in Abschnitte unterteilt ist, die im wesentlichen nur von Auslaßkanälen, Ein laßkanälen und Zündkerzen- bzw. Einspritzdüsenbutzen für einen Zylinder durchsetzt sind, und wobei der Kühlmittelstrom durch die Doppelrippen in je einen Hauptkühlstrom, der je einen Kühlraumab schnitt, ausgehend von mindestens einer Durchtrittsöffnung aus dem Motorblock unter den Auslaßkanälen, quer zur Motorlängsachse durchströmt und die Außenseite der Doppelrippen kühlt, und je einen Nebenkühlstrom, der, ausgehend von mindestens je einer wei teren Durchtrittsöffnung aus dem Motorblock die von den Doppel rippen umschlossenen Räume etwa parallel zu den Zylinderachsen durchströmt und dabei die Innenseiten der Doppelrippen kühlt, und wobei sich die Haupt- und Nebenkühlströme an der Oberkante der Doppelrippen vereinigen und in einen unter den Einlaßkanälen längsverlaufenden Kühlmittel-Sammelkanal münden.

Bei dieser Bauweise werden die einzelnen Zylinderköpfe von einem Teilstrom des Kühlmittels quer durchströmt, was den Vorteil einer ausreichend gleichmäßigen und guten Kühlung ergibt. Es ist dabei jedoch nur ein Wasserkern erforderlich, der zwischen den Zylin dern die Doppelrippen ausbildet. Diese Doppelrippen sind dabei so angeordnet, daß sie auch ausreichend Wärme aus dem Brennraum ab leiten und außerdem den Brennraumboden abstützen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können sich die Strö mungsquerschnitte der Kühlmitteldurchtrittsöffnungen in den von den Doppelrippen umschlossenen Räumen zum Kühlraum hin kontinu ierlich erweitern. Dadurch wird der Kühlstrom geführt und außer dem die Entformbarkeit des Gießkernes für den Kühlraum sowie die Gießbarkeit der Doppelrippen verbessert.

Im Rahmen der Erfindung kann der Gießkern für den Kühlraum eines Zylinderkopfes oberhalb der Doppelrippe im Bereich zwischen den quer zur Motorlängsachse benachbarten Stützsäulen für Kopf schrauben durch Kernteile abgestützt sein, welche in der Zylin derkopfdeckel-Trennebene endende im wesentlichen zylindrische Butzen bilden. Dadurch wird eine Durchbiegung des in diesem Be reich dünnen Kerns verhindert. Dabei können die durch die abstüt zenden Kernteile gebildeten Butzen den Kühlraum vom Steuerraum (Ölraum) trennen. Dies bietet den Vorteil, daß eine Vermischung von Kühlmedium und Öl bei Versagen des Kernlochverschlußdeckels verhindert wird, ein solches Versagen von außen erkennbar ist und eine wirkungsvolle Versteifung des Zylinderkopfes erreicht wird.

Erfindungsgemäß können auch vertikal verlaufende Rippen, die, in den Zylindersymmetrieebenen angeordnet, Mitteldeck und Stößelfüh rungen verbinden und an den Butzen für die Einspritzdüse oder Zündkerze angegossen sind, und ebenso vertikal ver laufende Rippen, die vorzugsweise in den Zylindersymmetrieebe nen und zwischen Mitteldeck und Stößelführungen angeordnet und an die einlaßseitige Außenwand angegossen sind, vorgesehen werden. Dadurch wird die Gießbarkeit des Kopfes durch Ver größerung der Metallfließquerschnitte zwischen Mitteldeck und Stößelraumbereich verbessert und die Steifigkeit des Kopfes vergrößert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teil eines Zylinderkopfes nach der Erfi ndung in Draufsicht,

Fig. 2 den Zylinderkopf im Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4 und

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 4.

Der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf 1 für eine Brennkraftma schine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern besteht aus einem Gußstück, wobei im Zylinderkopf je Zylinder ein oder mehrere Einlaßkanäle 13, ein oder mehrere Auslaßkanäle 12, ein Butzen 14 für die Einspritzdüse oder Zündkerze, und ein von einem Kühlmedium durchströmter Kühlraum 2 sowie ein darüber liegender Steuerraum 3 angeordnet sind.

Der einteilige Kühlraum 2 ist begrenzt vom Zylinderkopfbo den 4, einem mit Abstand darüberliegendem Mitteldeck 5 und von seitlichen Außenwänden 6 und 7 mit eingeformten Stützsäulen 9 zur Aufnahme der nicht dargestellten Zylinderkopfschrauben. Vom Kühlraum 2 werden durch die erfindungsgemäßen Doppelrip pen 10 Abschnitte 2' abgeteilt, wobei die Doppelrippen 10 mit dem Zylinderkopfboden 4 sowie beiderseits mit den Stützsäu len 9 verbunden sind, wodurch eine hohe Steifigkeit der den Brennraum 8 aufnehmenden Abschnitte des Zylinderkopfbodens 4 und eine gute Verteilung der in diesen eingeleiteten Druck kräfte erzielt wird.

Die Kühlraumabschnitte 2' sind durchsetzt von Auslaßkanä len 12, dem Zündkerzen- oder Einspritzdüsenbutzen 14 sowie von Einlaßkanälen 13. Sie werden von einem Hauptkühlstrom H quer zur Längserstreckung der Zylinderreihe durchströmt, der von ein oder mehreren Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 11 aus dem Motorblock, die sich unter den Auslaßkanälen 12 befinden, aus geht. Die Hauptkühlmittelströme H jedes Abschnittes 2' münden in einen unter den Einlaßkanälen 13 längsverlaufende Kühlmit tel-Sammelkanal 15.

Die Doppelrippen 10, die Wärme aus den brennraumseitigen Ab schnitten des Zylinderkopfbodens 4 ableiten, werden an ihren Außenseiten von je einem quer verlaufenden Hauptkühlstrom H und an ihren Innenseiten durch je einen, von ein oder zwei Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 16 aus dem Motorblock ausgehen den, vertikel verlaufenden Nebenkühlstrom N, der an der Rip penoberkante 10' in den Hauptkühlstrom H einfließt, gekühlt.

Die Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 16 sind zum Kühlraum 2 hin kontinuierlich erweitert, wodurch der Nebenkühlstrom N geführt wird und außerdem die Entfernbarkeit des Gießkernes für den Kühlraum 2 sowie die Gießbarkeit der Doppelrippen 10 verbes sert werden.

Der Gießkern für den Kühlraum 2 und 2' wird oberhalb der Dop pelrippe 10 abgestützt, um eine Durchbiegung des in diesem Be reich dünnen Kerns zu verhindern. Die Kernlöcher sind dabei durch die zylindrischen Butzen 14 vom Ölraum getrennt, in den, vom Kopfschraubendeck 18 sowie vertikalen, bis zur Zylinder kopfdeckel-Trennebene 19 reichenden Längsgurten 20 gebildeten Kernlochraum 21 und Zündkernen- bzw. Einspritzdüsenraum 28 münden. Dadurch führt ein Versagen des nicht dargestellten Kernlochverschlußdeckels zu keiner Vermischung von Öl und Kühlmedium und ist von außen erkennbar.

Die Kernlochdome 17 bilden mit den Zündkerzenbutzen 14, den Kopfschraubenstützsäulen 9 sowie den Außenwänden 6 und 7 einen steifen Verbund zwischen dem Bereich um den Kühlraum 2 und dem Bereich um den Steuerraum 3. Dies geschieht durch das Kopf schraubendeck 18, die Stößelführung 22 und 23, die Nockenwel lenlagerschilder 24, die inneren Längsgurte 20, die die Nockenwellenlager verbindenden Querrippen 25 sowie die Außen wände 6 und 7.

In der Zylindersymmetrieebene 30 angeordnete, mitgegossene vertikal verlaufende Rippen 26, die an Mitteldeck 5, die Außenwand 6 und die Stößelführungen 22 gebunden sind, sowie die Rippen 27, die mit Zündkerzenbutzen 14, Mitteldeck 5 und Stößelführungen 23 verbunden sind, verbessern die Gießbarkeit des Zylinderkopfes durch Vergrößerung der Metallfließquer schnitte zwischen Mitteldeck und Stößelführungen und führen außerdem zu höherer Steifigkeit des Verbundes Kühlraum- und Stößelraumbereich.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung be trifft zwar einen Vierventil-Ottomotor; die Erfindung ist je doch ebenso gut auch auf Dieselmotoren mit zentraler Ein spritzdüse und zwei, drei oder vier zur Zylinderachse paral lelen oder wenig geneigt angeordneten Ventilen anwendbar.

Claims

1. Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftma schine mit in Reihe angeordneten Zylindern, bestehend aus einem Gußstück mit einem von seitlichen Außenwän den (6, 7), dem Zylinderkopfboden (4) und einem mit Ab stand darüberliegenden Zylinderkopfmitteldeck (5) be grenzten Kühlraum (2) und einem über diesem vom Zylin derkopfmitteldeck (5) bis zur Deckeltrennebene (19) rei chenden von Außenwänden umschlossenen Steuerraum (3) mit durch den Kühlraum (2), von Mündungsöffnungen im brenn raumseitigen Abschnitt des Zylinderkopfbodens (4) bis zu den seitlichen Außenwänden (6, 7) verlaufenden Ventilka nälen (12, 13) und einer den Kühlraum (2) und den Steu erraum (3) parallel zur Zylinderachse (1') durchsetzen den etwa zylindrischen Kammer (28) für eine Zündkerze oder Einspritzdüse und mit in die seitlichen Stützwände eingeformten Stützsäulen (9) zur Aufnahme der Zylinder kopfschrauben, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder reihe einen durchgehenden Kühlraum (2) aufweist, der durch senkrechte, an den Zylinderkopfboden (4) sowie beiderseits an die Stützsäulen (9) für die Zylinderkopf schrauben angebrachte Doppelrippen (10) in Ab schnitte (2') unterteilt ist, die im wesentlichen nur von Auslaßkanälen (12), Einlaßkanälen (13) und Zündker zenbutzen (14) für einen Zylinder durchsetzt sind, und wobei der Kühlmittelstrom durch die Doppelrippen (10) in je einen Hauptkühlstrom (H), der einen Kühlraumab schnitt (2'), ausgehend von mindestens einer Durch trittsöffnung (11) aus dem Motorblock unter den Auslaß kanälen (12), quer zur Motorlängsachse (29) durchströmt und die Außenseite der Doppelrippen (10) kühlt, und je einen Nebenkühlstrom (N), der, ausgehend von mindestens je einer weiteren Durchtrittsöffnung (16) aus dem Motor block die von den Doppelrippen (10) umschlossenen Räume (10") etwa parallel zu den Zylinderachsen (1') durchströmt und dabei die Innenseiten der Doppelrippen (10) kühlt, und wobei sich Haupt- (H) und Nebenkühl ströme (N) an der Oberkante (10') der Doppelrippen (10) vereinigen und in einen unter den Einlaßkanälen (13) längsverlaufenden Kühlmittel-Sammelkanal (15) münden.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strömungsquerschnitte von den Kühlmittel durchtrittsöffnungen (16) in den von den Doppelrip pen (10) umschlossenen Räumen (10") zum Kühlraum (2) hin kontinuierlich erweitern.

3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkern für den Kühlraum (2) oberhalb der Doppelrippe (10) im Bereich zwischen den quer zur Motorlängsachse (29) benachbarten Stützsäulen (9) für Kopfschrauben durch Kernteile abgestützt ist, welche in der Zylinderkopfdeckel-Trennebene (19) endende im wesentlichen zylindrische Butzen (17) bilden.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Gießkern die durch die abstützenden Kern teile gebildeten Butzen (17) den Kühlraum (2) vom Steu erraum (3) (Ölraum) trennen.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch vertikal verlaufende Rippen (27), die, in den Zy lindersymmetrieebenen (30) angeordnet, Mitteldeck (5) und Stößelführungen (22, 23) verbinden und an den But zen (14) für die Einspritzdüse oder Zündkerze angegossen sind.

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, gekennzeichnet durch vertikal verlaufende Rippen (26), die, vorzugsweise in den Zylindersymmetrieebenen (30) und zwischen Mitteldeck (5) und Stößelführungen (22, 29) angeordnet und an die einlaßseitige Außenwand (6) ange gossen sind.