EP0838585A1 - Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0838585A1
EP0838585A1 EP97117109A EP97117109A EP0838585A1 EP 0838585 A1 EP0838585 A1 EP 0838585A1 EP 97117109 A EP97117109 A EP 97117109A EP 97117109 A EP97117109 A EP 97117109A EP 0838585 A1 EP0838585 A1 EP 0838585A1
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cylinder
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • 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 cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the cooling water chamber is divided by a partition into an upper and a lower cooling water chamber, a longitudinal flow in the upper cooling water chamber and a transverse flow of the cooling water through the cylinder head in the lower cooling water chamber to achieve particularly good cooling of the walls near the combustion chamber.
  • dead water zones can occur along the partition wall, which impair the cooling, in particular of the outlet channels and of the shaft receiving a spark plug or an injection nozzle.
  • the invention has for its object in a generic Cylinder head in particular the cooling of the shaft and to improve the exhaust ducts.
  • a guide device which the longitudinal flow and at least the cooling water of the cross flow through the inlet opening is supplied between the outlet channels to the Directs the shaft.
  • the guide device can be connected to an outlet channel be molded on.
  • a can in the cooling water room above the threshold Shaft surrounding, parallel to the cylinder head floor Plate are provided, which prevents the cooling water the cross flow too quickly into the upper area of the cooling water chamber escapes.
  • the cylinder head shown in the drawings has one Floor 1, a ceiling 2 and side walls 3 on a cooling water room 4 limit.
  • the cooling water chamber is 4 per cylinder penetrated by two inlet channels 5, two outlet channels 6 and a shaft 7, which is a spark plug or an injection nozzle records.
  • the cooling water chamber 4 is in the longitudinal direction (arrows L) and in Area of each combustion chamber 8 additionally in the transverse direction (arrows Q) flows through.
  • the cooling water for the longitudinal flow is on the left in Fig. 1 end of the cylinder head and on the right End drained.
  • the cooling water for the cross flow is through Openings 10 between the inlet channels 5 and through openings 11 fed between the outlet channels 6, which with the cooling water chamber in the cylinder block.
  • the cooling water the cross flow essentially unites after flowing through the area near the combustion chamber with the cooling water of the longitudinal flow and flows with it in Fig. 1 to the right.
  • a threshold 12 is provided which extends from the floor 1 in the Cooling water chamber 4 extends and extends transversely to the direction of flow.
  • the longitudinally flowing cooling water is through the threshold 12 deflected from the cylinder head base 1, whereby stagnation points with the Cross flow can be avoided, which is poor heat dissipation would result.
  • the longitudinal flow thus runs in one Distance from the cylinder head floor.
  • it is not like the State of the art separated from the cross flow by a partition one flow can flow the other at the boundary layers carry away, so dead water zones are avoided.
  • a plate Surround 13 which lies above the threshold 12 and is parallel extends to the cylinder head base 1.
  • This plate prevents the cross-flow cooling water flows out too quickly upwards, but without the flow of the shaft through coolness water to hinder the longitudinal flow.
  • a guide device 14 provided in the embodiment example to the outlet channel 6 is formed and, as can be seen from Fig. 1, part of the cooling water of the longitudinal flow around the Shaft 7 leads around.
  • This guide device also causes a corresponding guidance of the emerging from the inflow opening 11 Cross flow cooling water.
  • the cross section of the inflow opening 11 can be made larger are called the cross section of the inlet opening 10 so that a larger part of the cooling water of the cross flow through the opening 11 flows into the cooling water chamber 4 and the thermal highly stressed areas of the cylinder base between the exhaust ports as well as the areas of the exhaust ducts near the combustion chamber and the shaft cools particularly intensively.
  • a preferred cooling of the exhaust side of the cylinder head is also achieved in that the cylinder head cover 2, as from Fig. 2 can be seen, is lowered towards the inlet side, so that the thermally highly stressed outlet side is cooled more as the inlet side.

Abstract

Ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf weist einen Boden (1) und eine Decke (2) auf, die einen Kühlwasserraum (4) begrenzen, der in Längsrichtung und in seinem unteren, dem Boden (1) benachbarten Bereich in Querrichtung von Kühlwasser durchströmt wird. Um eine Beeinflussung der Querströmung Q durch die Längsströmung L zu vermeiden. ist in der Strömungsrichtung der Längsströmung vor den Gaswechselkanälen (5,6) jedes Zylinders eine sich vom Zylinderkopfboden (1) in den Kühlwasserraum (4) erstreckende Schwelle vorgesehen, die quer zur Strömungsrichtung der Längsströmung L verläuft und diese vom Zylinderkopfboden (1) ablenkt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff das Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Zylinderkopf der gattungsgemäßen Art (DE-C 42 22 801) ist der Kühlwasserraum durch eine Trennwand in einen oberen und einen unteren Kühlwasserraum aufgeteilt, wobei im oberen Kühlwasserraum eine Längsströmung und im unteren Kühlwasserraum eine Querströmung des Kühlwassers durch den Zylinderkopf vorgesehen werden kann, um eine besonders gute Kühlung der brennraumnahen Wände zu erreichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß entlang der Trennwand Totwasserzonen entstehen können, welche die Kühlung insbesondere der Auslaßkanäle und des eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse aufnehmenden Schachtes beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Zylinderkopf insbesondere die Kühlung des Schachtes und der Auslaßkanäle zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelost.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird zwar wie beim Stand der Technik eine intensive Kühlung der brennraumnahen Wände des Zylinderkopfes durch eine Querströmung erreicht, jedoch ist diese nicht durch eine Trennwand von der Längsströmung getrennt, so daß die eine Strömungsschicht die andere an den Grenzschichten mitreißt und das Entstehen von Totwasserzonen vermieden ist. Durch die Schwellen wird die Längsströmung vom Zylinderkopfboden abgelenkt, wodurch Staupunkte mit der Querströmung vermieden werden, die eine schlechte Wärme-abführung zur Folge hätten.
Vorzugsweise sind jeweils zwischen benachbarten Einlaß- und Auslaßkanälen Zuflußöffnungen für die Querströmung angeordnet, und um eine intensive Kühlung der Schächte sicherzustellen, ist vor jedem Schacht in der Strömungsrichtung der Längsströmung eine Leitvorrichtung vorgesehen, welche die Längsströmung und zumindest das Kühlwasser der Querströmung, das durch die Zuflußöffnung zwischen den Auslaßkanälen zugeführt wird, um den Schacht herumlenkt. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß bei einem Vierventil-Zylinderkopf die Auslaßkanäle in der Regel einen kleineren Durchmesser haben als die Einlaßkanäle, so daß die Zuflußöffnungen zwischen den Auslaßkanälen einen größeren Querschnitt haben können als die Zuflußöffnungen zwischen den Einlaßkanälen. Der dadurch bewirkte größere Kühlwasseranteil der Querströmung wird von der Leitvorrichtung gezielt auf den Schacht gerichtet. Die Leitvorrichtung kann dabei an einen Auslaßkanal angeformt sein.
Um die Querströmung länger im Bereich des Zylinderkopfbodens zu halten, kann im Kühlwasserraum oberhalb der Schwelle eine den Schacht umgebende, parallel zum Zylinderkopfboden verlaufende Platte vorgesehen werden, die verhindert, daß das Kühlwasser der Querströmung zu schnell in den oberen Bereich des Kühlwasserraumes entweicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1
einen Schnitt des einem Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zugeordneten Teiles eines Vierventil-Zylinderkopfes entlang Linie 1-1 in Fig. 3,
Fig. 2
einen Querschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1, und
Fig. 3
einen Schnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 1.
Der in den Zeichnungen dargestellte Zylinderkopf weist einen Boden 1, eine Decke 2 und Seitenwände 3 auf, die einen Kühlwasserraum 4 begrenzen. Pro Zylinder ist der Kühlwasserraum 4 durchsetzt von zwei Einlaßkanälen 5, zwei Auslaßkanälen 6 und einem Schacht 7, der eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse aufnimmt.
Der Kühlwasserraum 4 wird in Längsrichtung (Pfeile L) und im Bereich jedes Brennraumes 8 zusätzlich in Querrichtung (Pfeile Q) durchströmt. Das Kühlwasser für die Längsströmung wird an dem in Fig. 1 linken Ende des Zylinderkopfes zu- und am rechten Ende abgeführt. Das Kühlwasser für die Querströmung wird durch Öffnungen 10 zwischen den Einlaßkanälen 5 und durch Öffnungen 11 zwischen den Auslaßkanälen 6 zugeführt, die mit dem Kühlwasserraum im Zylinderblock in Verbindung stehen. Das Kühlwasser der Querströmung vereinigt sich im wesentlichen nach Durchströmen des brennraumnahen Bereiches mit dem Kühlwasser der Längsströmung und strömt mit diesem in Fig. 1 nach rechts.
Um eine weitgehend ungehinderte Querdurchströmung nahe dem Zylinderkopfboden 1 und damit eine wirksame Kühlung der brennraumnahen Wände und insbesondere auch des Schachtes 7 und der Auslaßkanäle 6 zu erreichen, ist in der Strömungsrichtung der Längsströmung vor den Einlaß- und Auslaßventilen jedes Zylinders eine Schwelle 12 vorgesehen, die sich vom Boden 1 in den Kühlwasserraum 4 erstreckt und quer zur Strömungsrichtung verläuft. Durch die Schwelle 12 wird das längsströmende Kühlwasser vom Zylinderkopfboden 1 abgelenkt, wodurch Staupunkte mit der Querströmung vermieden werden, die eine schlechte Wärmeabführung zur Folge hätten. Die Längsströmung verläuft also in einem Abstand vom Zylinderkopfboden. Da sie jedoch nicht wie beim Stand der Technik durch eine Trennwand von der Querströmung getrennt ist, kann die eine Strömung die andere an den Grenzschichten mitreißen, wodurch Totwasserzonen vermieden sind.
Um eine besonders intensive Kühlung des brennraumnahen Bereiches des Schachtes 7 zu erreichen, ist dieser von einer Platte 13 umgeben, die oberhalb der Schwelle 12 liegt und sich parallel zum Zylinderkopfboden 1 erstreckt. Diese Platte verhindert ein zu schnelles Abströmen des Kühlwassers der Querströmung nach oben, ohne jedoch das Anströmen des Schach-tes durch Kühle wasser der Längsströmung zu behindern. Zusätzlich ist in der Strömungsrichtung der Längsströmung vor dem Dom 7 eine Leitvorrichtung 14 vorgesehen, die im Ausführungs-beispiel an den Auslaßkanal 6 angeformt ist und, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, einen Teil des Kühlwassers der Längsströmung gezielt um den Schacht 7 herumführt. Diese Leitvorrichtung bewirkt außerdem eine entsprechende Führung des aus der Zuflußöffnung 11 austretenden Kühlwassers der Querströmung. Da die Auslaßkanäle 6 in der Regel einen kleineren Durchmesser haben als die Einlaßkanäle 5 und daher in einem größeren Abstand voneinander liegen, kann der Querschnitt der Zuflußöffnung 11 größer ausgeführt werden als der Querschnitt der Zuflußöffnung 10, so daß ein größerer Teil des Kühlwassers der Querströmung durch die Öffnung 11 in den Kühlwasserraum 4 einströmt und die thermisch hochbeanspruchten Bereiche des Zylinderbodens zwischen den Auslaßkanälen sowie die brennraumnahen Bereiche der Auslaßkanäle und des Schachtes besonders intensiv kühlt.
Eine bevorzugte Kühlung der Auslaßseite des Zylinderkopfes wird auch dadurch erreicht, daß die Zylinderkopfdecke 2, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zur Einlaßseite hin abgesenkt ist, so daS die thermisch hochbelastete Auslaßseite stärker gekühlt wird als die Einlaßseite.

Claims (5)

  1. Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit einem Boden (1) und einer Decke (2), die einen Kühlwasserraum (4) begrenzen, der von Gaswechselkanälen (5,6) und pro Zylinder von einem eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse aufnehmenden Schacht (7) durchsetzt ist und der in Längsrichtung und in seinem unteren, dem Boden (1) benachbarten Bereich in Querrichtung von Kühlwasser durchströmt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsrichtung der Längsströmung (L) vor den Gaswechselkanälen (5,6) jedes Zylinders eine sich vom Boden (1) in den Kühlwasserraum (4) erstreckende Schwelle (12) vorgesehen ist, die quer zur Strömungsrichtung der Längsströmung verläuft.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zuflußöffnungen (10,11) für die Querströmung (Q) jeweils zwischen benachbarten Einlaß- und Auslaßkanälen (5 bzw. 6) vorgesehen sind und daß vor jedem Schacht (7) in der Strömungsrichtung der Längsströmung (L) eine Leitvorrichtung (14) vorgesehen ist, welche die Längsströmung und zumindest das Kühlwasser der Querströmumg (Q), das durch die Zuflußöffnung (11) zwischen den Auslaßkanälen (6) zugeführt wird, um den Schacht (7) herumlenkt.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußöffnung (11) zwischen benachbarten Auslaßkanälen (6) einen größeren Querschnitt hat als die Zuflußöffnung (10) zwischen benachbarten Einlaßkanälen (5).
  4. Zylinderkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (14) an einen Auslaßkanal (6) angeformt ist.
  5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlwasserraum (4) oberhalb der Schwelle (12) eine den Schacht (7) umgebende, parallel zum Boden (1) verlaufende Platte (13) vorgesehen ist.
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