EP1083328A2 - Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine - Google Patents

Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1083328A2
EP1083328A2 EP00116735A EP00116735A EP1083328A2 EP 1083328 A2 EP1083328 A2 EP 1083328A2 EP 00116735 A EP00116735 A EP 00116735A EP 00116735 A EP00116735 A EP 00116735A EP 1083328 A2 EP1083328 A2 EP 1083328A2
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EP
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cooling
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head according
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Albrecht Reustle
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Dr Ing HCF Porsche AG
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into 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 for a water-cooled Internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • EP 0353988 A1 shows in FIG. 3 a cylinder head that is water-cooled and one Has hot spot in the area of a wall of the cylinder head.
  • the hot spot extends between a central spark plug and a combustion chamber.
  • US 2,305,457 also treats a water-cooled cylinder head Cooling channels that are routed around exhaust valves. These cooling channels point adjacent to the outlet valves on walls, which is distributed by means of spray nozzles Cooling medium to be cooled.
  • the object of the invention is a cooling channel of a cylinder head To design the internal combustion engine such that, above all, pronounced hot spots of the Cylinder head are supplied with flowing cooling water via the cooling channel.
  • the main advantages achieved with the invention are that the Control measures in the cooling duct of a light metal alloy Cylinder head cause a targeted cooling water flow in the area of the hot spot i.e. on the wall of the cooling channel, which is, for example, between a central Spark plug and a combustion chamber extends.
  • the tax arrangements are then particularly effective when provided adjacent to the hot spot in the cooling channel are in which the cooling water as a cross flow from the outlet side to the inlet side flows.
  • the control arrangements are made for each combustion chamber by a guide rib and Locking ribs formed in the cooling channel. They cause a targeted flow of the cooling water to the hot spot and reduce the risk of a temperature-related Overuse. On the one hand, this enables the constructive Design of a cylinder head using standard materials - AlSi 10 or AlSi 7 and on the other hand, that the committee that is currently working on cylinder heads of internal combustion engines is particularly costly, is significantly reduced.
  • a multi-cylinder internal combustion engine 1- Otto type - with water cooling includes in the area shown a cylinder head 2 and a cylinder housing 3, which a light metal alloy and composed in a parting plane 4 are.
  • the cylinder head 2 is per cylinder with two intake valves and two exhaust valves - Not shown - provided that with their valve plates with valve seats 5.6 and 7.8 work together.
  • the valve seats 5,6 have a larger diameter than that Valve seats 7,8, the valve seats 5,6 interacting with the inlet valves; the Valve seats 7,8 with the outlet valves.
  • a fuel-air mixture - intake manifold injection - supplied by a spark plug 11 is ignited and then through the exhaust valves Exhaust side 12 enters an exhaust system, not shown.
  • the one Threaded bore 13 of the cylinder head 2 inserted spark plug 11 runs in one Central longitudinal plane C - C of a cylinder 14 - or at a short distance from it -, i.e. she has a central location in the combustion chamber 10.
  • a cooling channel 15 is provided, which of a first longitudinal channel 16 Cylinder housing 3 is supplied with said cooling water.
  • the longitudinal channel 16 delimits with a cylinder wall 17 a cylinder liner 18 of the cylinder 14, and locally with formation of an annular space 19, which leads to the entry of cooling water an opening 20 is connected to the longitudinal channel 16.
  • the cooling water flows from the outlet side 12 coming from the longitudinal channel 16 via the cooling channel 15 to the Intake side 9 out - a cross flow in the cylinder head 2 causing cooling channel 15 - and is discharged through a second longitudinal channel 21 of the cylinder head 2.
  • the cooling duct 15 results from radiant heat during operation of the internal combustion engine 1 the combustion chamber 10 a hot spot 22 on a wall 23, the threaded hole 13th and limits the combustion chamber 10.
  • this hot spot 22 ensure are in the cooling channel 15 of the cylinder head 2 on the exhaust side 12th
  • Control arrangements 24 are arranged with which the cooling water flow in such a targeted manner the hot spot 22 is passed that the thermal load on the wall 23 of the Cylinder head 2 is reduced.
  • Controls 24 are at 25, so adjacent hot spot 22 and are formed by a guide rib 26.
  • This guide rib 26 has a deflection edge 27, one with dash-dotted lines shown, accelerated cooling water flow Ks generated.
  • the guide rib 26 extends in the Transverse plane A - A between the exhaust valves.
  • the Control arrangements 24 in the cooling channel 15 two - seen in the transverse direction A - A - with Distance from each other locking ribs 28, 29, which are symmetrical on both sides of the Guide rib 26 run.

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Abstract

Dieser Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine umfaßt einen Brennraum. Durch Strahlwärme des Brennraums ergibt sich an einer Wand in einem von Kühlwasser durchströmten Kühlkanal des Zylinderkopfs eine Heißstelle. Für eine gezielte Kühlwasserströmung im Kühlkanal und Kühlung der Heißstelle an der Wand des besagten Kühlkanals sind Steuervorkehrungen vorgesehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist ein Zylinderkopf für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit Wassserkühlung bekannt - EP 0088 157 A1-, welcher Zylinderkopf Maßnahmen zur Verringerung der thermischen Belastung umfaßt. Hierfür ist ein düsenartiger Hauptwasserübertritt vorgesehen, der eine zwischen Gaswechselkanälen wirkende Strömung erzeugt.
Die EP 0353988 A1 zeigt in Fig.3 einen Zylinderkopf, der wassergekühlt ist und eine Heißstelle im Bereich einer Wand des Zylinderkopfs aufweist. Die Heißstelle erstreckt sich zwischen einer zentralen Zündkerze und einem Brennraum.
Schließlich behandelt die US 2,305,457 einen wassergekühlten Zylinderkopf mit Kühlkanälen, die um Auslaßventile herumgeführt sind. Diese Kühlkanäle weisen benachbart den Auslaßventilen Wandungen auf, die mittels über Sprühdüsen verteiltes Kühlmedium gekühlt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkanal eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine derart zu gestalten, daß vor allem ausgeprägte Heißstellen des Zylinderkopfs über den Kühlkanal mit strömendem Kühlwasser versorgt werden.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß die Steuervorkehrungen im Kühlkanal eines aus einer Leichtmetallegierung bestehenden Zylinderkopfs eine gezielte Kühlwasserströmung im Bereich der Heißstelle bewirken d.h. an der Wandung des Kühlkanals, die sich beispielsweise zwischen einer zentralen Zündkerze und einem Brennraum erstreckt. Die Steuervorkehrungen sind dann besonders wirksam, wenn sie benachbart der Heißstelle in dem Kühlkanal vorgesehen sind, in dem das Kühlwassers als Querstrom von der Auslaßseite zur Einlaßseite hin fließt. Die Steuervorkehrungen werden pro Brennraum durch eine Leitrippe und Sperrippen im Kühlkanal gebildet. Sie bewirken einen gezielten Strom des Kühlwassers an die Heißstelle und reduzieren dort das Risiko einer temperaturbedingten Überbeanspruchung. Dies wiederum ermöglicht zum einen, daß bei der konstruktiven Auslegung eines Zylinderkopfs Standardwerkstoffe - AlSi 10 oder AlSi 7 - verwendet werden können und zum anderen, daß der Ausschuß, der gerade bei Zylinderköpfen von Brennkraftmaschine besonders kostenträchtig ist, deutlich reduziert wird.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt das nachstehend näher beschrieben ist.
Es zeigen:
Fig.1
einen Querschnitt einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkopfs und eines Zylindergehäuses,
Fig.2
eine Ansicht von unten auf die Fig.1, jedoch ohne das Zylindergehäuse
Eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine 1- Ottobauart - mit Wassserkühlung umfaßt in dem dargestellten Bereich einen Zylinderkopf 2 und ein Zylindergehäuse 3, die aus einer Leichtmetallegierung bestehen und in einer Trennebene 4 zusammengesetzt sind. Der Zylinderkopf 2 ist pro Zylinder mit zwei Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen - nicht dargestellt - versehen, die mit ihren Ventiltellern mit Ventilsitzen 5,6 und 7,8 zusammenwirken. Die Ventilsitze 5,6 weisen einen größeren Durchmesser auf als die Ventilsitze 7,8, wobei die Ventilsitze 5,6 mit den Einlaßventile zusammenwirken; die Ventilsitze 7,8 mit den Auslaßventilen. Außerdem sind die Ventilsitze 5 und 6 sowie die Ventilsitze 7 und 8 mit ihren zugehörigen Einlaßventilen und Auslaßventilen beiderseits einer Querebene A - A angeordnet, die im rechten Winkel zu einer Mittellängsebene B-B des Zylinderkopfs verläuft. Über die Einlaßventile einer Einlaßseite 9 wird einem Brennraum 10 ein Kraftstoffluftgemisch - Saugrohreinspritzung - zugeführt, das mittels einer Zündkerze 11 entzündet wird und danach durch die Auslaßventile einer Auslaßseite 12 in eine nicht gezeigte Abgasanlage gelangt. Die in eine Gewindebohrung 13 des Zylinderkopfs 2 eingedrehte Zündkerze 11 verläuft in einer Mittellängsebene C - C eines Zylinders 14 - oder mit geringem Abstand dazu -, d.h. sie weist eine zentrale Lage im Brennraum 10 auf.
In dem mit Kühlwasser gekühlten Zylinderkopf 2 ist pro Brennraum 10 bzw. Zylinder 14 ein Kühlkanal 15 vorgesehen, der von einem ersten Längskanal 16 des Zylindergehäuses 3 aus mit besagtem Kühlwasser versorgt wird. Der Längskanal 16 begrenzt mit einer Zylinderwand 17 eine Zylinderlaufbüchse 18 des Zylinders 14, und zwar örtlich unter Bildung eines Ringraums 19, der zum Eintritt von Kühlwasser über eine Öffnung 20 mit dem Längskanal 16 verbunden ist. Das Kühlwasser strömt von der Auslaßseite 12 vom Längskanal 16 kommend über den Kühlkanal 15 zu der Einlaßseite 9 hin - ein Querstrom im Zylinderkopf 2 bewirkender Kühlkanal 15 - und wird durch einen zweiten Längskanal 21 des Zylinderkopfs 2 abgeführt.
Im Kühlkanal 15 ergibt sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 durch Strahlwäme des Brennraums 10 eine Heißstelle 22 an einer Wand 23, die die Gewindebohrung 13 und den Brennraum 10 begrenzt. Um eine gezielte Kühlung dieser Heißstelle 22 zu gewährleisten, sind im Kühlkanal 15 des Zylinderkopfs 2 auf der Auslaßseite 12 Steuervorkehrungen 24 angeordnet, mit denen der Kühlwasserstrom derart gezielt an der Heißstelle 22 vorbeigeführt wird, daß die thermische Belastung der Wand 23 des Zylinderkopfs 2 reduziert wird. Die Steuervorkehrungen 24 sind bei 25, also benachbart der Heißstelle 22 wirksam und werden durch eine Leitrippe 26 gebildet. Diese Leitrippe 26 besitzt eine Umlenkkante 27, die einen mit strichpunktierten dargestellten, beschleunigten Kühlwasserstrom Ks erzeugt. Damit ein gut wirksamer Kühlwasserstom mit der Leitrippe 26 bewerkstelligt wird, erstreckt sich letztere in der Querebene A - A zwischen den Auslaßventilen. Darüber hinaus umfassen die Steuervorkehrungen 24 im Kühlkanal 15 zwei - in Querrichtung A - A gesehen - mit Abstand zueinander angeordnete Sperrippen 28,29, die symmetrisch beiderseits der Leitrippe 26 verlaufen. Schließlich ist im Kühlkanal 15 eine Brennraumstütze 30 angeordnet, in der eine Bohrung 31 vorgesehen ist. Diese Bohrung 31 trägt dazu bei, daß der Kühlwasserstrom grade im Bereich der Heißstelle 22 effizient ist.

Claims (8)

  1. Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit wenigstens einer durch Strahlwärme eines Brennraums bewirkten Heißstelle an einer Wand des Zylinderkopfs, welche Heißstelle mittels einem von Kühlwasser durchströmten Kühlkanal gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkanal (15) Steuervorkehrungen (24) für eine gezielte Kühlwasserströmung und Kühlung der Heißstelle (22) an der Wand (23) des Zylinderkopfs (2)vorgesehen sind.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Querstrom des Kühlwassers im Zylinderkopf (2) bewirkenden Kühlkanal (15) die Steuervorkehrungen (24) benachbart der Heißstelle (22) wirksam sind.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorkehrungen (24) durch wenigstens eine Leitrippe (26) im Kühlkanal (15) gebildet wird.
  4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrippe (26) sich im Kühlkanal (15) in einer Querebene (A-A) erstreckt, die zwischen zwei Ventilen z.B. Auslaßventilen des Brennraums (10) verläuft.
  5. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlkanal (15) mit der Leitrippe (26) das Kühlwasser von einer Auslaßseite (12) zu einer Einlaßseite (9) strömt.
  6. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorkehrungen (24) zusätzlich zu der Leitrippe (26) wenigsten zwei Sperrippen (28,29) im Kühlkanal (15) aufweist.
  7. Zylinderkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrippen (28,29) beiderseits der Leitrippe (26) angeordnet sind.
  8. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer sich in der Querebene (A-A) zwischen den Auslaßventilen erstreckenden Brennraumstütze (30) eine Bohrung (31 ) zum Durchströmen von Kühlwasser vorgesehen ist.
EP00116735A 1999-09-09 2000-08-03 Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine Withdrawn EP1083328A3 (de)

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