EP0016204B1 - Im druckgiessverfahren herstellbarer zylinderkopf für wassergekühlte brennkraftmaschinen - Google Patents

Im druckgiessverfahren herstellbarer zylinderkopf für wassergekühlte brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0016204B1
EP0016204B1 EP79901038A EP79901038A EP0016204B1 EP 0016204 B1 EP0016204 B1 EP 0016204B1 EP 79901038 A EP79901038 A EP 79901038A EP 79901038 A EP79901038 A EP 79901038A EP 0016204 B1 EP0016204 B1 EP 0016204B1
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head
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/143—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using restrictions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head which can be produced in the die casting process and which is of the type described in the preamble of claim 1.
  • the niche-like water spaces extend into the cylinder head from different sides. Some of the water spaces are closed by a flange of the intake manifold and / or exhaust system, which is also designed as a lid, while another part of the water spaces has to be closed in a complex manner by many individually fitted sheet metal lids.
  • the cylinder head also has a large water content, which results in a high operating weight, a long warm-up period and locally low water speeds.
  • the holes for the cylinder head screws are arranged irregularly around the combustion chambers and additional pressed-in sheet metal covers or plugs are required to close transverse channels which run through some of these holes.
  • the invention has for its object to provide a cylinder head which can be produced in the die casting process and which has a targeted cooling of highly heat-stressed points with low water content and is simple and inexpensive to produce.
  • the invention solves this problem by the features of the characterizing part of claim 1.
  • the design according to the invention eliminates a large part of the water spaces to be closed to the outside with a large water content.
  • only their inlet openings need to be closed by plugs, lids or flange attachments of the intake or exhaust manifold, which do not require much effort.
  • a defined cross flow of the cooling water through the cylinder head is achieved through the transverse channels and the longitudinal channel serving to discharge the cooling water.
  • Embodiments and refinements of the invention result from the subclaims.
  • the features of claim 2 result in good cooling of adjacent or adjacent parts of the combustion chambers and cylinders, especially in internal combustion engines with extremely small cylinder spacings or with cast cylinder liners.
  • the feature of claim 3 enables the shaping of the longitudinal channel during casting and by the features of claim 4, the cooling of the combustion chamber zone located far from the spark plug is favored and the knock resistance of the combustion chamber is positively influenced.
  • the features of claim 5 support the formation of a defined cross flow through the cylinder head.
  • a die-cast cylinder head 1 for water-cooled internal combustion engines has several niche-like water spaces 2, 3, 4 and 5.
  • the niche-like water spaces 2 to 5 can be formed towards the parting plane cylinder head-cylinder block and are arranged around combustion chambers 6.
  • the water spaces 2 and 3 are located on the outside of the cylinder head 1 and the water spaces 4 and 5 are arranged above passages from water space corners, which are determined by possibly molded cylinder liners in the cylinder block.
  • the water spaces 2 to 5 are connected to one another by transverse channels 7 and 7 ′ arranged obliquely to the row of combustion chambers 6, the water spaces 4 being cut essentially on the rear side and the water spaces 5 essentially on the front side.
  • a high longitudinal channel 8 is arranged on one side of the cylinder head 1.
  • transverse channels 7 and 7 'or the water spaces 3 on this side connects the transverse channels 7 and 7 'or the water spaces 3 on this side to one another and serves to discharge the cooling water. It can be shaped towards its front opening 9 so that only the oblique transverse channels 7 and 7 'have to be drilled. The entrance Openings 10 of the transverse channels 7 and 7 'are closed by plugs 11.
  • Bores 12 for cylinder head screws are arranged perpendicular to the plane of the cylinder head-cylinder block and on a circle around each combustion chamber 6 or the central longitudinal axis of its cylinder.
  • Two adjacent combustion chambers 6 each have two of the bores 12 in common.
  • two niche-like water spaces 4 and 5 lie on a connecting line of two bores 12, which is intended to run perpendicular to the row of combustion chambers 6. Due to their oblique arrangement, the transverse channels 7 and 7 'pass the bores 12. 1 shows the cylinder head 1 together with the upper section of a cylinder block 13 and a cylinder head gasket 14 arranged between them.
  • Bores 20 for receiving spark plugs, not shown, are arranged on the side of the cylinder head 1 opposite the longitudinal channel 8.
  • the valve chamber 21, collecting and guide channels 23 are arranged below the camshaft bearings 22, which guide lubricating oil escaping from the camshaft bearings to drain channels 24 quickly. As a result, the lubricating oil gets back into the cylinder block 13 without excessive heating.
  • the arrangement of the niche-like water spaces 2 to 5 towards the cylinder head gasket side results in a good formability of the cylinder head 1.
  • the transverse channels 7 and 7 ' lead particularly close to hot cylinder head locations, such as outlet channels 25, valve seats 26 and 27 and the holes 20 for the spark plugs , so that a good cooling effect is achieved especially at these highly heat-stressed places.
  • This is favored by the cross-sectional selection of the passages 16 to 19 arranged in the cylinder head gasket 14 to the niche-like water spaces, which are severely throttled on the side of the longitudinal channel 8, so that there is a defined flow through the transverse channels 7 and 7 '. Due to their parallel arrangement, all transverse channels 7 and 7 'can be drilled together.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen im Druckgießverfahren herstellbaren Zylinderkopf der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Bauart.
  • Bei einem bekannten Druckguß-Zylinderkopf dieser Bauart (DE-A-2 113840 und DD-A-88 462) erstrecken sich die nischenartigen Wasserräume von verschiedenen Seiten her in den Zylinderkopf. Ein Teil der Wasserräume ist durch einen zugleich als Deckel ausgebildeten Flansch der Saugrohr- und/oder Abgasanlage verschlossen, während ein anderer Teil der Wasserräume aufwendig durch viele einzelne eingepaßte Blechdeckel verschlossen werden muß. Der Zylinderkopf hat außerdem einen großen Wasserinhalt, durch den sich ein hohes Betriebsgewicht, eine lange Warmlaufdauer und örtlich geringe Wassergeschwindigkeiten ergeben. Ferner sind die Bohrungen für die Zylinderkopfschrauben unregelmäßig um die Brennräume angeordnet und es sind zusätzliche eingepreßte Blechdeckel oder Stopfen zum Verschließen von Querkanälen erforderlich, die quer durch einige dieser Bohrungen verlaufen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Druckgießverfahren herstellbaren Zylinderkopf der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Bauart zu schaffen, der bei geringem Wasserinhalt eine gezielte Kühlung hoch wärmebelasteter Stellen aufweist und einfach und kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung entfällt ein großer Teil der nach außen zu verschließenden Wasserräume mit großem Wasserinhalt. Außerdem brauchen bei gebohrten Querkanälen nur deren Eingangsöffnungen durch Stopfen, Deckel oder Flanschansätze des Ansaug- oder Abgassammlers verschlossen zu werden, die keinen großen Aufwand erfordern. Durch die Querkanäle und den zur Kühlwasserableitung dienenden Längskanal wird eine definierte Querströmung des Kühlwassers durch den Zylinderkopf erzielt.
  • Es ist zwar bereits bekannt (US-A-2 230 225), einen deckelartigen Zylinderkopf nur mit zur Zylinderkopfdichtungsseite offenen Wasserräumen, Querkanälen und einem Längskanal zu versehen, dessen obere Begrenzung die höchste Stelle der Wasserräume sowie der Längs- und Querkanäle ist und der einen Wasseraustritt aufweist, jedoch sind bei diesem Zylinderkopf jedem Brennraum zwei Querkanäle so zugeordnet, daß die Querkanäle benachbarter Brennräume jeweils auf einer Seite von zwischen diesen Brennräumen angeordneten Bohrungen für Zylinderkopfschrauben liegen. Diese Anordnung ist für moderne Brennkraftmaschinen mit dicht nebeneinander angeordneten Zylindern bzw. Brennräumen nicht verwendbar, da bei einem Zusammenrücken der Zylinder die beiden zwischen zwei benachbarten Brennräumen angeordneten Querkanäle zu einem einzigen Querkanal vereinigt werden müßten, der bei symmetrisch angeordneten Zylinderkopfschrauben die dafür vorgesehenen Bohrungen anschneiden würde, wie dieses beim Zylinderkopf nach der eingangs genannten DE-A-2 113 840 und DD-A-88 462 der Fall ist. Somit ist allein eine Übertragung der aus der US-A-2 230 225 bekannten Merkmale auf einen Zylinderkopf nach der DD-A-88 462 nicht vorteilhaft und löst auch nicht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
  • Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Merkmale des Anspruches 2 ergeben eine gute Kühlung von einander benachbarten bzw. aneinander angrenzenden Teilen der Brennräume und Zylinder, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit extrem kleinen Zylinderabständen oder mit zusammengegossenen Zylinderlaufbüchsen.
  • Das Merkmal des Anspruches 3 ermöglicht das Ausformen des Längskanales beim Gießen und durch die Merkmale des Anspruches 4 wird die Kühlung der weit von der Zündkerze entfernt liegenden Brennraumzone begünstigt und die Klopffestigkeit des Brennraumes positiv beeinflußt. Die Merkmale des Anspruches 5 unterstützen die Bildung einer definierten Querströmung durch den Zylinderkopf.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
    • Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie I-1 der Fig. 2 eines Druckguß-Zylinderkopfes für wassergekühlte Brennkraftmaschinen und
    • Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1.
  • Ein Druckguß-Zylinderkopf 1 für wassergekühlte Brennkraftmaschinen weist mehrere nischenartige Wasserräume 2, 3, 4 und 5 auf. Die nischenartigen Wasserräume 2 bis 5 sind zur Trennebene Zylinderkopf-Zylinderblock hin ausformbar und rings um Brennräume 6 angeordnet. Die Wasserräume 2 und 3 liegen zu Außenseiten des Zylinderkopfes 1 hin und die Wasserräume 4 und 5 sind über Durchlässen aus Wasserraumekken angeordnet, die von ggf. zusammengegossenen Zylinderlaufbüchsen im Zylinderblock bestimmt sind. Die Wasserräume 2 bis 5 sind durch schräg zur Reihe der Brennräume 6 angeordnete Querkanäle 7 und 7' miteinander verbunden, wobei die Wasserräume 4 im wesentlichen auf der Rückseite und die Wasserräume 5 im wesentlichen auf der Vorderseite angeschnitten sind. Ein hochliegender Längskanal 8 ist auf einer Seite des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Er verbindet die Querkanäle 7 und 7' bzw. die auf dieser Seite liegenden Wasserräume 3 miteinander und dient zum Abführen des Kühlwassers. Er ist zu seiner Stirnöffnung 9 hin ausformbar, so daß nur die schrägen Querkanäle 7 und 7' gebohrt werden müssen. Die Eingangsöffnungen 10 der Querkanäle 7 und 7' sind durch Stopfen 11 verschlossen.
  • Bohrungen 12 für nicht dargestellte Zylinderkopfschrauben sind senkrecht zur Trennebene Zylinderkopf-Zylinderblock und auf einem Kreis um jeden Brennraum 6 bzw. die Mittellängsachse von dessen Zylinder angeordnet. Zwei benachbarte Brennräume 6 haben je zwei der Bohrungen 12 gemeinsam. Jeweils zwei nischenartige Wasserräume 4 und 5 liegen auf einer senkrecht zur Reihe der Brennräume 6 verlaufend gedachten Verbindungslinie zweier Bohrungen 12. Durch ihre schräge Anordnung gehen die Querkanäle 7 und 7' an den Bohrungen 12 vorbei. In Fig. 1 ist der Zylinderkopf 1 zusammen mit dem oberen Abschnitt eines Zylinderblockes 13 und einer dazwischen angeordneten Zylinderkopfdichtung 14 dargestellt. In der Zylinderkopfdichtung 14 sind vom Wassermantel 15 des Zylinderblockes 13 in die nischenartigen Wasserräume 2 bis 5 führende Durchlässe 16, 17, 18 und 19 angeordnet. Die am weitesten vom Längskanal 8 entfernten Durchlässe 16 sind am größten und haben jeweils mindestens den gleichen Querschnitt wie ein Querkanal 7 bzw. 7'. Die dem Längskanal 8 nächstliegenden Durchlässe 19 sind am kleinsten und ihr Querschnitt beträgt etwa 1/4 bis 1/2 des Querschnittes der Durchlässe 16.
  • Bohrungen 20 zur Aufnahme nicht dargestellter Zündkerzen sind auf der dem Längskanal 8 gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Im oberen Teil des Zylinderkopfes 1, der Ventilkammer 21, sind unterhalb von Nockenwellenlagern 22 Auffang- und Leitrinnen 23 angeordnet, die aus den Nockenwellenlagern austretendes Schmieröl schnell zu Ablaufkanälen 24 leiten. Dadurch gelangt das Schmieröl ohne übermäßige Erwärmung in den Zylinderblock 13 zurück.
  • Durch die Anordnung der nischenartigen Wasserräume 2 bis 5 zur Zylinderkopfdichtungsseite hin ergibt sich eine gute Ausformbarkeit des Zylinderkopfes 1. Die Querkanäle 7 und 7' führen besonders dicht an heißen Zylinderkopfstellen, wie Auslaßkanälen 25, Ventilsitzen 26 und 27 und den Bohrungen 20 für die Zündkerzen vorbei, so daß besonders an diesen hoch wärmebelasteten Stellen eine gute Kühlwirkung erzielt wird. Dies wird durch die Querschnittsauswahl der in der Zylinderkopfdichtung 14 angeordneten Durchlässe 16 bis 19 zu den nischenartigen Wasserräumen begünstigt, die auf der Seite des Längskanals 8 stark gedrosselt sind, so daß sich eine definierte Strömung durch die Querkanäle 7 und 7' ergibt. Aufgrund ihrer parallelen Anordnung können alle Querkanäle 7 und 7' gemeinsam gebohrt werden. Sie benötigen jeweils nur einen kleinen üblichen dichtungslosen Blechdeckel als Stopfen 11. Durch ihre schräge Anordnung beeinträchtigen die Querkanäle 7 und 7' die Bohrungen 12 für Zylinderkopfschrauben nicht und begünstigen eine versetzte Ventilanordnung mit kurzen Ein-und Auslaßkanälen und einer entsprechenden Zündkerzenanordnung.

Claims (10)

1. Im Druckgießverfahren herstellbarer Zylinderkopf für wassergekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen
- mit in Reihe angeordneten Brennräumen,
- mit seitlich ausmündenden Ein- und Auslaßkanälen und hängenden Ein- und AuslaßVentilen,
- mit Bohrungen für Zylinderkopfschrauben und
- mit mehreren an den Kühlmantel eines Zylinderblockes anschließbaren nischenartigen Wasserräumen,
- die durch einen seitlichen Längskanal und
- durch Querkanäle miteinander verbunden sind,
- von denen jeweils einer zwischen zwei benachbarten Brennräumen und jeweils ein weiterer zwischen einem Ein- und einem Auslaßkanal bzw. einem Ein- und einem Auslaßventil eines Brennraumes hindurchführt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Querkanäle (7 und 7') schräg zur Reihe der Brennräume (6) gerichtet sind und
- die paarweise quer zur Reihe der Brennräume (6) angeordneten Bohrungen (12) für Zylinderkopfschrauben jeweils auf entgegengesetzten Seiten anschnittfrei kreuzen,
- daß alle nischenartigen Wasserräume (2, 3, 4 und 5) zur Trennebene Zylinderkopf-Zylinderblack hin ausformbar und
- im wesentlichen rings um die Brennräume
(6) angeordnet sind,
- daß die obere Begrenzung des Längskanales (8) die höchste Stelle der Wasserräume (2 bis 5) sowie der Längs- und Querkanäle (7, 7' und 8) ist und
- daß der Längskanal (8) einen Wasseraustritt (Stirnöffnung 9) aufweist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß jeweils zwei nischenartige Wasserräume (4 und 5) quer zur Reihe der Brennräume
(6) jeweils zwischen zwei Brennräumen (6) und an den Enden der Reihe der Brennräume (6) zwischen den Bohrungen (12) für Zylinderkopfschrauben angeordnet sind und - von einem zwischen zwei Brennräumen (6) hindurchführenden bzw. am Ende der Reihe der Brennräume (6) angeordneten Querkanal (7') auf entgegengesetzten Seiten angeschnitten sind.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Längskanal (8) an einem Ende des Zylinderkopfes (1) mit einer Stirnöffnung (9) endet und
- sich zu dieser hin stetig erweitert.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Längskanal (8) eng an den Brennräumen (6) entlangführt und
- daß Bohrungen (15) für Zündkerzen dem Längskanal (8) gegenüberliegend angeordnet sind.
5. Brennkraftmaschine
- mit einem Zylinderkopf nach Anspruch 1 und
- mit einer zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock angeordneten Zylinderkopfdichtung,
- die vom Wassermantel des Zylinderblockes zu den nischenartigen Wasserräumen führende Durchlässe aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Querschnitte der Durchlässe (16 bis
19) mit zunehmender Entfernung vom Längskanal (8) größer ausgebildet sind.
EP79901038A 1978-09-08 1980-04-08 Im druckgiessverfahren herstellbarer zylinderkopf für wassergekühlte brennkraftmaschinen Expired EP0016204B1 (de)

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EP0016204A1 EP0016204A1 (de) 1980-10-01
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EP (1) EP0016204B1 (de)
JP (1) JPS55500775A (de)
DE (2) DE2839199C2 (de)
ES (1) ES251746Y (de)
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