DE4222801C2 - Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftma­ schine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Zylinderkopf der gattungsgemäßen Bauart ist sowohl aus der US 48 05 563 als auch aus der DE-OS 24 52 999 bekannt.

Um eine ausreichende Kühlung insbesondere der Ventilführungen zu erreichen, wird bei der DE-OS 24 52 995, u. a. zur Erhöhung der Strö­ mungsgeschwindigkeit des Kühlwassers die Kühlwasserführung durch einen schmalen Spalt um ein im Zylinderkopf angebrachtes Schutzrohr für einen Einspritzdüsenhalter und durch einen engen labyrinthartig verlaufenden Kanal von einem unteren Kühlwasser­ raum aus in einen oberen Kühlwasserraum gebildet. Dies erfor­ dert jedoch einen größeren Bauraum im Zylinderkopf und einen sehr großen Fertigungsaufwand.

Desweiteren ist die aus der Kühlwasserführung sich ergebende Temperaturdifferenz des Kühlwassers im oberen und im unteren Kühlwasserraum nachteilig, da einerseits im oberen mit ver­ gleichsweise warmem Kühlwasser durchströmten Kühlwasserraum der Wärmetransport von den umgebenden Zylinderkopfwänden auf das Kühlwasser gering ist, so daß die Wände nur unzureichend ge­ kühlt werden, und andererseits sich aufgrund des angrenzenden unteren kalten Kühlwasserraumes thermische Spannungen im Gefüge der Wandungen ergeben, was insgesamt zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Zylinderkopfes führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf zu schaffen, bei dem eine verbesserte bauraumspa­ rende Kühlwasserführung unter möglichst geringem Fertigungsaufwand erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Dabei ist der obere Kühlwasserraum vom unteren Kühlwasserraum bezüglich der Kühlwasserführung durch die Trennwand vollständig getrennt. Daraus ergibt sich für jeden Wasserraum eine separate Kühlwasserführung, welche eine Reduzierung der Strömungswider­ stände zur Folge hat. Die Wasserräume können dadurch mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten durchflossen werden, woraus sich ein besserer Wärmeübergang und damit eine verbesserte Kühlung be­ sonders an den kritischen Stellen der Ventilsitze und Ventil­ führungen ergibt.

Zusätzlich kann jeder Kühlwasserraum getrennt mit Kühlwasser versorgt werden, wodurch besonders im oberen Kühlwasserraum eine verbesserte Kühlung im Vergleich zu herkömmlichen Kühlwas­ serführungen erzielt werden kann. Die konstruktive Maßnahme zur vollständigen Trennung der Kühlwasserräume durch die Trennwand ist mit nur einem geringen zusätzlichen Fertigungsaufwand ver­ bunden und infolge des Fehlens von Vorrichtungen zur Erzielung einer Kühlwasserführung zwischen den Wasserräumen bauraumspa­ rend.

Denkbar ist weiterhin die Ausbildung unterschiedlicher Kühlwas­ serführungen in den Wasserräumen wie beispielsweise eine Längs­ kühlung im oberen Wasserraum und gleichzeitig eine Querstrom­ kühlung im unteren Wasserraum, da die dort angrenzenden brenn­ raumnahen Wände besonders temperaturbelastet sind und eine be­ sonders gute Kühlung erfordern.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach An­ spruch 2 sind der untere und der obere Kühlwasserraum durch Umgießen jeweils eines Gießkernes gebildet. Dadurch werden die Kühlwasserräume in einfacher fertigungstechnischer Weise ausge­ bildet, wobei sich die Trennwand zwischen den Räumen aus dem Umgießen der Gießkerne ergibt. Diese kann dabei mit minimaler Wandstärke ausgeführt werden.

Durch die Ausbildung zweier Gießkerne werden beim Gießen Mate­ rialanhäufungen im Ventilsitz- und Ventilführungsbereich ver­ hindert, wodurch einerseits ein Zylinderkopf mit geringerem Gewicht geschaffen wird und andererseits Kühlprobleme, die durch die Materialanhäufungen entstehen, vermieden werden.

Ferner ist für die Herstellung der Gießkerne im Gegensatz zu einem einzigen umfassenden Gießkern dahingehend vereinfacht, daß nur eine Ausformrichtung erforderlich ist. Somit entfallen Formmittel wie Schieber zur Bildung einer zweiten Ausformrich­ tung, wobei beim Herausziehen aus dem Gießkern Schäden an die­ sem entstehen können, welche damit das Herstellungsverfahren verteuern.

Desweiteren entfällt das Einfädeln der Kanalkerne in dafür im Gießkern der Wasserräume vorgesehenen Öffnungen, welches auf­ grund der gekrümmten Ausbildung der Kanalkerne nur durch Ver­ größerung des Platzbedarfes, d. h. durch Vergrößerung der Öff­ nungen, erreicht und nur mit größter Sorgfalt manuell durchge­ führt werden kann. Der vergrößerte Platzbedarf, der auch eine Vergrößerung der Wandstärke der Kanäle und damit verbunden ein größeres Gewicht und Kühlungsprobleme bewirkt, tritt ohne das Einfädeln jedoch nicht auf, so daß vielmehr geringe Wandstärken der Kanalwandungen erzielt werden, die dadurch besser kühlbar sind.

Durch die Teilung des Wasserraumkernes in zwei einzelne Gieß­ kerne wird eine Automatisierung der Gießkerngestaltung des ge­ samten Zylinderkopfes ermöglicht, in dem die Wasserraumkerne und die Kanalkerne in einfacher Weise beabstandet aufeinander­ gelegt werden können.

Die beim Gießen geschaffene Trennwand zwischen den Wasserräumen erhöht überdies die Steifigkeit des Zylinderkopfes und trägt damit auch zur Geräuschverminderung bei.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 sind die Einlaß- und Auslaßkanäle durch Umgießen eines gemein­ samen Gießkernes ausgeformt. Dabei sind die Einzelgießkerne der Kanäle über eine umlaufende Leiste miteinander zu einem Gieß­ kern verbunden. Dadurch wird ein Versatz der Einzelkanalkerne bei der Stapelung aller Gießkerne aufeinander verhindert und somit eine einheitliche Ausbildung der Zylinderköpfe ermög­ licht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 4 sind die Kühlwasserräume an getrennt regelbare Kühlwasserkreis­ läufe schließbar. Beispielsweise ist dadurch in der Warmlauf­ phase des Motors eine Abschaltung der Kühlung des oberen Kühl­ wasserraumes möglich, wodurch die Kühlung des Abgases vermin­ dert wird und zu einem schnelleren Anspringen des Katalysators führt.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung ist ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einem seitlichen Schnitt und

Fig. 2 einen Schnitt des Zylinderkopfes von Fig. 1 entlang der Linie II-II.

In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 1 einer ansonsten nicht näher ausgeführten Brennkraftmaschine dargestellt, der durch einen Zylinderkopfboden 2, seitlichen Zylinderkopfwänden und einer mit diesen verbundenen Zylinderkopfdecke 3 gebildet ist.

Im Zylinderkopfboden 2 ist eine Brennraummulde 4 ausgeformt, in die zwei Einlaßkanäle 5 und zwei Auslaßkanäle 6 schräg einmün­ den. Die Kanäle 5, 6 sind untereinander parallel angeordnet, so daß in der Zeichnung nur jeweils ein Kanal ersichtlich ist.

Die Kanäle 5, 6 verlaufen überwiegend horizontal, wobei sie je­ doch im Mündungsbereich einen zur Brennraummulde 4 gekrümmten Abschnitt 7 aufweisen.

Um die Einmündungen der Kanäle 5, 6 ist von der Brennraummulde 4 ausgehend jeweils eine als Ventilsitz dienende ringförmige Aus­ sparung 8 im Zylinderkopf 1 eingearbeitet.

Am Übergang vom horizontalen Verlauf der Kanäle zum gekrümmten Abschnitt 7 ist in der Zylinderkopfdecke 3 zentrisch zu der Aussparung 8 jeweils eine Durchführung 9 zur Aufnahme einer Ventilführung angeordnet.

Von einem hier nicht dargestellten Zylinderblock aus erstrecken sich Kanäle 10 in den Zylinderkopfboden 2 hinein. Die Kanäle 10 münden dort in einen unteren Wasserraum 11 aus, der entlang eines unteren Umfangsbereiches der Kanäle 5, 6 verläuft und die Ventilsitze umschließt, wobei deren umgebende Wandungen 12 eine geringe Wandstärke aufweisen.

Der untere Wasserraum 11 wird zur Zylinderkopfdecke 3 hin von einer annähernd parallel zum Zylinderkopfboden 2 in Höhe der Mittelachsen der Kanäle 5, 6 verlaufenden Trennwand 13 begrenzt. An die Trennwand 13 schließt sich ein bis zur Zylinderkopfdecke 3 reichender oberer Wasserraum 14 an. Die Trennwand 13 ist da­ bei sowohl mit den Gaswechselkanälen 5, 6 als auch mit den seit­ lichen Zylinderkopfwänden verbunden.

Der obere Wasserraum 14 verläuft entlang eines oberen Umfangs­ bereiches der Kanäle 5, 6 und umschließt die Durchführungen 9, die dabei ebenfalls eine geringe Wandstärke aufweisen.

In der zur Verdeutlichung der Zylinderkopfstruktur dienenden Schnittdarstellung von Fig. 2 ist im Zylinderkopf 1 ein verti­ kaler Schacht 15 zur Aufnahme einer Zündkerze oder einer Ein­ spritzdüse ersichtlich. An den Schacht 15 ist seitlich die Trennwand 13 angegossen.

Der Schacht 15 weist eine Wandung 16 geringer Wandstärke auf, welche in einem oberen Abschnitt 17 vom oberen Wasserraum 14 umschlossen wird.

Ein unterer Abschnitt 18 der Wandung 16 ist vom unteren Wasser­ raum 11 umschlossen. Der untere Wasserraum 11 ist vom oberen Wasserraum 14 durch die Trennwand 13 bezüglich seiner Kühlwas­ serführung vollständig getrennt. Die Wasserräume 11, 14 sind ferner an unabhängig voneinander regelbare Kühlwasserkreisläufe über mindestens einen Zu- und Abfluß angeschlossen.

Schließlich ist in Fig. 2 der gekrümmte Abschnitt 7 zweier Ein­ laßkanäle 5 mit ihren Mündungen in die Brennraummulde 4 erkenn­ bar.

Die Ausbildung der Wasserräume 11, 14 erfolgt durch Umgießen zweier jedem Wasserraum entsprechend ausgeformter Gießkerne. Dadurch kann der Zylinderkopf 1 in sehr einfacher Weise durch Stapelung von Gießkernen hergestellt werden, wobei auf den Gießkern des unteren Wasserraumes 11 ein für Einlaß- und Aus­ laßkanäle 5, 6 gemeinsamer Gießkern gering beabstandet gelegt wird, auf welchen wiederum der Gießkern des oberen Wasserraumes 14 gering beabstandet gelegt wird. Die herkömmlichen Einzel­ gießkerne der Kanäle 5, 6 sind dabei über eine um den Zylinder­ kopf verlaufende Leiste miteinander zu einem gemeinsamen Gieß­ kern verbunden.

Claims (4)

1. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit Einlaß- und Aus­ laßkanälen, die von einem oberen und einem unteren Kühlwasser­ raum umgeben sind, welche von einer überwiegend parallel zum Zylinderkopfboden verlaufenden Trennwand voneinander getrennt sind und mindestens einen Zu- und einen Abfluß für Kühlwasser aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Kühlwasserraum (14) vom unteren Kühlwasserraum (11) bezüglich der Kühlwasserführung durch die Trennwand (13) vollständig getrennt ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere und der obere Kühlwasserraum (11, 14) durch Umgießen jeweils eines Gießkernes gebildet sind.

3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßkanäle (5, 6) durch Umgießen eines gemeinsamen Gießkernes ausgeformt sind.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserräume (11,14) an getrennt regelbare Kühlwasserkreisläufe angeschlossen sind.