EP0774576B1 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0774576B1
EP0774576B1 EP96115801A EP96115801A EP0774576B1 EP 0774576 B1 EP0774576 B1 EP 0774576B1 EP 96115801 A EP96115801 A EP 96115801A EP 96115801 A EP96115801 A EP 96115801A EP 0774576 B1 EP0774576 B1 EP 0774576B1
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cooling water
cylinder head
chamber
coolant
cooling
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DaimlerChrysler AG
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    • 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 
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
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    • F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
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    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis

Definitions

  • the invention relates to a liquid-cooled cylinder head for a multi-cylinder internal combustion engine according to the Preamble of main claim 1.
  • a generic cylinder head is known from DE 41 00 459 A1.
  • the one-piece, liquid-cooled Has cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine a cooling water chamber from a cylinder head floor, one with Distance above middle deck and side outer walls is limited.
  • the cooling water room is by double ribs in each a cooling water chamber section assigned to a combustion chamber, in which, among other things, gas exchange channels and chambers are arranged for receiving injection nozzles or spark plugs.
  • Through coolant through openings in the cylinder head base becomes cooling water from the crankcase in the cooling water space divided into cooling water space sections of the cylinder head, which the cooling water chamber Flown through both transversely and vertically.
  • the cooling water chamber of the cylinder head is produced by two separate water cores.
  • the main water space is formed by the so-called main water core.
  • the cooling water inlet for the separate supply of the narrow area between the exhaust valve and the spark plug chamber is formed by the additional water core. The cooling water hole is then drilled.
  • Another advantage of the invention lies in the simplified and thereby cheaper production of the one piece manufactured cylinder head, since the cooling water supply by casting is formed and thus a drilling process is omitted.
  • the pouring allows free design of the cooling water inlet.
  • An exploitation the profile as a "small cooling water room” is possible.
  • improved cooling of the cylinder head achieved because a targeted, i.e. through holes in the seal Tunable cooling of selected areas can be achieved.
  • the cooling water inlet forms the additional "small cooling water room" inside the cooling water chamber of the cylinder head and also serves for the direct cooling of a gas exchange duct or other internals.
  • the embodiment of the invention according to claim 2 leads to a individual design of the inlet and thereby influencing it the partially desired amount of cooling water.
  • the water flow through the cooling water hole can through the division of the casting core in separate water cores via appropriately chosen Water cross sections, for example in the cylinder head gasket, can be coordinated as required.
  • Internal combustion engine consists of a one-piece casting with a cylinder head base 2 and up from this up to a cover separation level, not shown, for support a cylinder head cover, exhausting longitudinal outer walls 3, 4 and end walls 5, 6.
  • the cylinder head base 2 has a for each cylinder Recess designed combustion chamber 8, which has two orifices 9, 10 per cylinder and two more in the Combustion chamber 8 leading openings 11, 12 from chambers 13, 14 to Inclusion of spark plugs, injection nozzles or the like.
  • Valve channels 15, 16 lead from the mouth openings 9, 10, which the cooling water chamber 7 up to the longitudinal outer walls 3, 4 push through.
  • the opening from the mouth 9 to the outer wall 3 Purging valve duct 15 forms the inlet duct and the one of the Mouth opening 10 leading to the outer wall 4 valve channel 16 forms the outlet duct.
  • the V-shaped chambers 13, 14 pass through the cooling water chamber 7 in the direction of the cylinder head cover.
  • inlet openings 17 By in the cylinder head base 2 at a distance around the Combustion chamber 8 arranged inlet openings 17 flows cooling water from Coolant jacket of the crankcase in the cooling water chamber 7 and flows through the cooling water chamber 7 preferably in a cylinder head transverse direction. The cooling water then flows through an outlet opening 19 arranged in the cylinder head housing on the Side of the inlet duct 15 from.
  • the cooling water inlet 22 is "smaller Cooling water room "produced by casting.
  • the casting allows one free design of the cooling water inlet 22, which is a Extension of the cooling water inlet 22 at least partially along allows the outside of the outlet channel 16, thereby achieving is that this area of the outlet channel 16 and the adjacent areas of the cylinder head base 2 over a large area incoming cooling water to be cooled.
  • the cooling water inlet 22 has an L-shaped cross section. That in the cooling water inlet 22 entered water must make its way through the cooling water hole Take 21.
  • This targeted cooling of the narrow area between exhaust duct 16 and spark plug chamber 13 and simultaneously the outside of the outlet duct 16 is from the cooling of the rest Cooling water room 7 separately.
  • the cooling water supply in the Cooling water inlet 22 inside and within it is shown in FIG. 2 indicated with flow arrows.
  • the cooling water chamber of the cylinder head is separated by a main water and a separate make-up core made from this.
  • the main water core forms between the gas exchange channels or chambers extending main water space with the inlet openings and the separate additional water core forms the cooling water inlet.
  • the additional water core is as Core strip designed, which is inserted in the lower part of the mold.
  • the cooling water hole is drilled after casting. It is of course possible to increase the water flow through the cooling water hole through the cross section of the cooling water inlet to steer in the cylinder head floor. Furthermore, by the Pour an exploitation of the cooling water inlet as a "small cooling water room” possible. Furthermore, the casting enables an individual Design of the cooling water supply and thus an influence the partially desired amount of cooling water.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs 1.
Aus der DE 41 00 459 A1 ist ein gattungsgemäßer Zylinderkopf bekannt. Der aus einem Gußstück hergestellte, flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine besitzt einen Kühlwasserraum, der von einem Zylinderkopfboden, einem mit Abstand darüberliegenden Mitteldeck und seitlichen Außenwänden begrenzt wird. Der Kühlwasserraum ist durch Doppelrippen in jeweils einem Brennraum zugeordnete Kühlwasserraumabschnitte gegliedert, in denen unter anderem Gaswechselkanäle und Kammern zur Aufnahme von Einspritzdüsen oder Zündkerzen angeordnet sind. Durch im Zylinderkopfboden eingebrachte Kühlmitteldurchtrittsöffnungen (Kühlwasserzulauf) wird Kühlwasser aus dem Kurbelgehäuse in den in Kühlwasserraumabschnitte gegliederten Kühlwasserraum des Zylinderkopfes eingeleitet, welches den Kühlwasserraum sowohl quer als auch vertikal durchstömt.
Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die DE 38 19 655 C1 und die DE 41 16 943 C1 verwiesen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Zylinderkopf derart auszubilden, daß eine vereinfachte und damit kostengünstigere Herstellung und gleichzeitig eine verbesserte Kühlung des Zylinderkopfes gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst.
Brennkraftmaschinen mit verhältnismäßig kleinen Brennräumen haben sehr schmale Bereiche, wie beispielsweise zwischen der Zündkerzenkammer und dem Auslaßkanal. Um auch solche thermisch hoch belasteten Bereiche sinnvoll kühlen zu können ist der erfindungsgemäße Zylinderkopf derart ausgebildet, daß die Kühlung eines solchen Bereiches von der Kühlung des übrigen Hauptwasserraumes abgetrennt ist. Im Bereich des Hauptwasserraumes ist eine von der Auslaßseite des Zylinderkopfes her ausgeführte und in Querrichtung verlaufende Kühlwasserbohrung vorgesehen, die durch einen Kühlwasserzulauf mit dem Kühlwassermantel des Kurbelgehäuses verbunden ist. Die Kühlwasserbohrung mündet in einem schmalen Bereich zwischen Auslaßventil und Kammer der Zündkerze, kann aber prinzipiell auch woanders liegen. Da die Kühlung des schmalen Bereiches von der Kühlung des übrigen Hauptwasserraumes getrennt ist, ist unabhängig von der Kühlung des übrigen Hauptwasserraumes eine gezielte Kühlung des relativ schmalen Bereichs zwischen Auslaßkanal und Zündkerzenkammer möglich. Das in den Kühlwasserzulauf eingesteuerte Wasser muß den Weg durch die Kühlwasserbohrung nehmen. Der Kühlwasserraum des Zylinderkopfes wird durch zwei voneinander getrennte Wasserkerne hergestellt. Der Hauptwasserraum wird vom sogenannten Hauptwasserkern gebildet. Der Kühlwasserzulauf für die getrennte Versorgung des schmalen Bereiches zwischen Auslaßventil und Zündkerzenkammer wird durch den Zusatzwasserkern gebildet. Die Kühlwasserbohrung wird anschließend gebohrt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der vereinfachten und dadurch kostengünstigeren Herstellung des aus einem Gußstück hergestellten Zylinderkopfes, da der Kühlwasserzulauf durch Gießen gebildet wird und damit ein Bohrvorgang entfällt. Das Gießen erlaubt eine freie Gestaltung des Kühlwasserzulaufs. Eine Ausnutzung des Profils als "kleiner Kühlwasserraum" ist möglich. Gleichzeitig wird eine verbesserte Kühlung des Zylinderkopfes erreicht, da eine gezielte, d.h. über Bohrungen in der Dichtung abstimmbare Kühlung ausgewählter Bereiche erreicht werden kann. Der Kühlwasserzulauf bildet den zusätzlichen "kleinen Kühlwasserraum" innerhalb des Kühlwasserraums des Zylinderkopfes und dient gleichzeitig zur direkten Kühlung eines Gaswechselkanals oder auch anderer Einbauten.
Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 führt zu einer individuellen Gestaltung des Zulaufs und dadurch zu einer Beeinflussung der partiell gewünschten Kühlwassermenge. Der Wasserdurchsatz durch die Kühlwasserbohrung kann durch die Aufteilung des Gießkerns in getrennte Wasserkerne über entsprechend gewählte Wasserdurchschnittsquerschnitte, beispielsweise in der Zylinderkopfdichtung, bedarfsgerecht abgestimmt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden in zwei Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, und zwar zeigen:
Fig. 1
einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer Ansicht von unten und einen Kühlwasserraum des Zylinderkopfes in einem Teilschnitt und
Fig. 2
einen Teilschnitt durch einen Kühlwasserzulauf und eine Kühlwasserbohrung gemäß der Linie I-I aus Fig. 1.
Ein Zylinderkopf 1 für eine hier nicht näher dargestellte mehrzylindrige Brennkraftmaschine besteht aus einem einteiligen Gußstück mit einem Zylinderkopfboden 2 und den von diesem nach oben bis zu einer nicht dargestellten Deckeltrennebene, zur Auflage einer Zylinderkopfhaube, abführenden längsseitigen Außenwänden 3, 4 und stirnseitigen Außenwänden 5, 6.
Zusammen mit dem Zylinderkopfboden 2 umschließen die Außenwände 3 bis 6 und die durch eine mit Abstand vom Zylinderkopfboden 2 angeordnete, nicht dargestellte Zylinderkopfdecke einen Kühlwasserraum 7.
Der Zylinderkopfboden 2 besitzt für jeden Zylinder einen als Vertiefung ausgestalteten Brennraum 8, welcher zwei Mündungsöffnungen 9, 10 pro Zylinder aufweist und zwei weitere in den Brennraum 8 führende Öffnungen 11, 12 von Kammern 13, 14 zur Aufnahme von Zündkerzen, Einspritzdüsen oder dergleichen. Von den Mündungsöffnungen 9, 10 gehen Ventilkanäle 15, 16 ab, welche den Kühlwasserraum 7 bis zu den längsseitigen Außenwänden 3, 4 durchsetzen. Der dabei von der Mündungsöffnung 9 zur Außenwand 3 abführende Ventilkanal 15 bildet den Einlaßkanal und der von der Mündungsöffnung 10 zur Außenwand 4 abführende Ventilkanal 16 bildet den Auslaßkanal. Die V-förmig zueinander stehenden Kammern 13, 14 durchsetzen den Kühlwasserraum 7 in Richtung zur Zylinderkopfdecke. Durch im Zylinderkopfboden 2 mit Abstand um den Brennraum 8 angeordnete Einlaßöffnungen 17 strömt Kühlwasser vom Kühlwassermantel des Kurbelgehäuses in den Kühlwasserraum 7 ein und durchströmt den Kühlwasserraum 7 bevorzugt in einer Zylinderkopfquerrichtung. Anschließend strömt das Kühlwasser durch eine im Zylinderkopfgehäuse angeordnete Auslaßöffnung 19 auf der Seite des Einlaßkanals 15 aus.
Zwischen Auslaßkanal 16 und Kammer 13 befindet sich ein Stegbereich 20. Diesen Stegbereich 20 durchsetzt eine von der auslaßseitigen Außenwand 4 des Zylinderkopfes 1 her ausgeführte und in etwa in Richtung der Querachse 18 verlaufende Kühlwasserbohrung 21, welche nach außen mit einer Kugel 23 bzw. einem Stopfen verschlossen ist und in den Kühlwasserraum 7 im Stegbereich 20 zwischen Auslaßkanal 16 und Kammer 13 mündet. Die Kühlwasserbohrung 21 ist durch einen Kühlwasserzulauf 22 mit dem Kühlwassermantel des Kurbelgehäuses verbunden. Durch den Kühlwasserzulauf 22, welcher den Zylinderkopfboden 2 durchsetzt, tritt Kühlwasser aus dem Zylindergehäuse über und gelangt über die Kühlwasserbohrung 21 in den Kühlwasserraum 7. Selbstverständlich ist auch ein anderer Mündungsbereich der Kühlwasserbohrung denkbar.
Um neben der reinen Strömungsverbindung zwischen der Kühlwasserbohrung 21 und der Kühlwasserzufuhr 22 eine verbesserte Kühlung des Auslaßkanals 16 oder auch anderer Einbauten zu erreichen, ist gemäß der Erfindung der Kühlwasserzulauf 22 als "kleiner Kühlwasserraum" durch Gießen hergestellt. Das Gießen erlaubt eine freie Gestaltung des Kühlwasserzulaufs 22, was demzufolge eine Erstreckung des Kühlwasserzulaufs 22 zumindest teilweise entlang der Außenseite des Auslaßkanals 16 ermöglicht, womit erreicht wird, daß dieser Bereich des Auslaßkanals 16 sowie die angrenzenden Bereiche des Zylinderkopfbodens 2 großflächig vom zufließenden Kühlwasser gekühlt werden. Der Kühlwasserzulauf 22 weist einen L-förmigen Querschnitt auf. Das in den Kühlwasserzulauf 22 eingesteuerte Wasser muß den Weg durch die Kühlwasserbohrung 21 nehmen. Diese gezielte Kühlung des schmalen Bereiches zwischen Auslaßkanal 16 und Zündkerzenkammer 13 und gleichzeitig der Außenseite des Auslaßkanals 16 ist von der Kühlung des übrigen Kühlwasserraumes 7 getrennt. Die Kühlwasserzufuhr in den Kühlwasserzulauf 22 hinein und innerhalb desselben ist in Fig. 2 mit Strömungspfeilen angedeutet.
Der Kühlwasserraum des Zylinderkopfes wird durch einen Hauptwasser- und einen von diesem getrennten Zusatzwasserkern hergestellt. Der Hauptwasserkern bildet den sich zwischen den Gaswechselkanälen bzw. Kammern erstreckenden Hauptwasserraum mit den Einlaßöffnungen und der davon getrennte Zusatzwasserkern bildet den Kühlwasserzulauf aus. Der Zusatzwasserkern ist als Kernleiste gestaltet, die im Kokillenunterteil eingelegt wird. Die Kühlwasserbohrung wird nach dem Gießen durch Bohren eingebracht. Es ist selbstverständlich möglich, den Wasserdurchsatz durch die Kühlwasserbohrung durch den Querschnitt des Kühlwasserzulaufs im Zylinderkopfboden zu steuern. Ferner ist durch das Gießen ein Ausnutzen des Kühlwasserzulaufs als "kleiner Kühlwasserraum" möglich. Desweiteren ermöglicht das Gießen eine individuelle Gestaltung des Kühlwasserzulaufs und dadurch eine Beeinflussung der partiell gewünschten Kühlwassermenge.

Claims (2)

  1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf (1) für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Kühlwasserraum (7), der sich in Kühlwasserraumabschnitte gliedert, die jeweils einem Brennraum (8) zugeordnet sind und durch die Gaswechselkanäle (15, 16) und mindestens eine Kammer (13, 14) für eine Zündkerze und gegebenfalls eine Einspritzdüse verlaufen und die durch Einlaßöffnungen (17) und einen Kühlwasserzulauf (22) mit dem Kühlwassermantel des Kurbelgehäuses verbunden sind, wobei der Kühlwasserraum (7) und dessen Einlaßöffnungen (17) sowie der Kühlwasserzulauf (22) durch Gießen hergestellt werden und der Kühlwasserzulauf (22) sich zumindest teilweise entlang der Außenseite vom Auslaßkanal (16) erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich eine Kühlwasserbohrung (21) durch den Kühlwasserzulauf (22) in Querrichtung (18) des Zylinderkopfs (1) erstreckt und in den Kühlwasserraum (7) im Stegbereich (20) zwischen Auslaßkanal (16) und Zündkerzenkammer (13) mündet.
  2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kühlwasserraum (7) durch zwei voneinander getrennte Wasserkerne hergestellt wird.
EP96115801A 1995-11-15 1996-10-02 Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0774576B1 (de)

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