EP1510681B1

EP1510681B1 - Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: EP1510681B1
Application number: EP04001060A
Authority: EP
Inventors: Thomas Friedow; Dieter Eckert
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: EP1510681A1; US6976683B2; US20050046119A1; DE502004006384D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung, und zwar insbesondere eine wenigstens im wesentlichen metallische Zylinderkopfdichtung, mit der sich die Kühlmittelströmung innerhalb eines Hubkolben-Verbrennungsmotors beeinflussen lässt, der mehrere Brennräume hintereinander aufweist (dabei kann es sich um einen so genannten Reihenmotor handeln, ebenso aber auch um einen so genannten V-Motor oder einen anderen Motor mit mehreren so genannten Zylinderbänken).
Zunächst soll eine übliche Kühlmitteldurchströmung eines solchen Motors anhand eines Reihenmotors erläutert werden, entsprechendes gilt aber auch für andere Motoren mit mehreren Zylinderbänken. Meist wird das Kühlmittel an einer Schmal- oder Stirnseite des Motors durch die Motor-Kühlmittelpumpe in den Motorblock (oft auch Zylinderblock oder Kurbelgehäuse genannt) so eingeleitet, dass die Strömungsrichtung des Kühlmittels an der Eintrittsstelle in Motorlängsrichtung, d. h. in Richtung der Zylinderreihe, ausgerichtet ist. Das Kühlmittel strömt dann im wesentlichen an der Zylinderreihe vorbei bis in den Bereich der anderen Schmal- bzw. Stirnseite des Motors; in diesem Bereich weist die zwischen Motorblock und Zylinderkopf eingespannte Zylinderkopfdichtung Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen auf, durch welche das Kühlmittel in den Zylinderkopf geleitet wird - da die Kühlmittelpumpe des Motors stromaufwärts des Motorblocks angeordnet ist, herrscht in den Kühlmittelhohlräumen des Motorblocks ein höherer Kühlmitteldruck als im Zylinderkopf. Abgeleitet wird das Kühlmittel am Zylinderkopf, und zwar im Bereich derjenigen Stirnseite des Motors, an der der Kühlmittelstrom in den Motorblock eingeleitet wird. Betrachtet man den in einer Draufsicht ungefähr einem schmalen Rechteck entsprechenden Zylinderkopf, so befinden sich an dessen einer Längsseite die Ansaugkanäle und an seiner anderen, gegenüberliegenden Längsseite die Abgaskanäle. Um eine bessere und gleichmäßigere Kühlung vor allem des Zylinderkopfs zu erreichen, setzte man auch schon Zylinderkopfdichtungen ein, welche Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen nicht nur im Bereich der einen Motorstirnseite, sondern auch in den Bereichen der beiden Motorlängsseiten aufweisen, wobei die der Abgasseite des Zylinderkopfs benachbarten Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen größer sind als die der Ansaugseite des Zylinderkopfs benachbarten Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Zylinderkopfdichtung, damit nämlich die Abgasseite des Zylinderkopfs besser gekühlt wird. In jedem Falle stellt sich im Motor eine solche Kühlmittelströmung ein, dass in der Nähe der Zylinderkopfdichtung sowohl im Motorblock, als auch im Zylinderkopf eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der von der Zylinderkopfdichtung bzw. deren Dichtungsplatte definierten Ebene verläuft (entweder in Längsrichtung des Motors oder ungefähr diagonal von einer Kante der einen Schmalseite zur diagonal gegenüberliegenden Kante der anderen Schmalseite, und zwar letzteres in dem Fall, dass die Zylinderkopfdichtung auf der Abgasseite größere Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen aufweist als an der Ansaugseite).
Aufgrund der vorstehend geschilderten Strömungsverhältnisse ergeben sich im Zylinderkopf bekannter Motoren Zonen, welche durch das Kühlmittel unzureichend gekühlt werden. Die Erfinder haben festgestellt, dass dies auch auf folgenden Umstand zurückzuführen ist: Bei den bislang üblichen Zylinderkopfdichtungen haben deren Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen die Gestalt einfacher Löcher; ferner sind die Dichtungsplatten der Zylinderkopfdichtungen relativ dünn, vor allem seit in vielen Fällen ein- oder mehrlagig metallische Dichtungen die alten, etwas dickeren so genannten Weichstoff-Dichtungen ersetzt haben (zumindest bei im wesentlichen metallischen Zylinderkopfdichtungen liegt die Dicke der Dichtungsplatte zwischen 0,25 und 2,0 mm). Deshalb bilden diejenigen Teilströme des Kühlmittels, welche durch die Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Dichtungsplatte hindurch vom Motorblock in den Zylinderkopf einströmen, keine ausgeprägt ausgerichteten Kühlmittelströme nennenswerter kinetischer Energie, so dass sich in dem Kühlmittelhohlraum bzw. den Kühlmittelhohlräumen des Zylinderkopfs die überwiegend ungefähr parallel zur Zylinderkopfdichtung ausgerichtete Kühlmittelströmung über den Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Dichtung durch diese Kühlmittel-Teilströme nicht in größerem Maße umlenken lässt. Um durch tote Zonen in der Kühlwasserströmung hervorgerufene örtliche Überhitzungen im Zylinderkopf zu vermeiden, waren deshalb bislang gusstechnisch besonders aufwendige Gestaltungen des Zylinderkopfs erforderlich.
Aus der EP-0 868 603-B1 geht eine mehrlagig metallische Zylinderkopfdichtung für einen Reihenmotor hervor, welche mit von der Dichtungsplatte ungefähr senkrecht abstehenden Strömungsleitelementen für das Kühlmittel versehen ist, die in im Motorblock ausgebildete, vom Kühlmittel durchströmte Kühlmittelhohlräume eingreifen. Diese Strömungsleitelemente dienen aber ausschließlich dazu (und zu etwas anderem sind sie auch gar nicht in der Lage), die Kühlmittelströmung innerhalb dieser im Motorblock ausgebildeten Kühlmittelhohlräume umzulenken und auf ausgewählte Stellen des Motorblocks zu richten; alternativ wird dieselbe Maßnahme für die im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlmittelhohlräume vorgeschlagen (siehe Sp. 6, Zeilen 43 - 46 der EP-0 868 603-B1 ). Es muss aber darauf hingewiesen werden, dass die EP-0 868 603-B1 von der vorliegenden Erfindung geradezu weg weist, da die Strömungsleitelemente an Stellen der Zylinderkopfdichtung angeordnet werden sollen, an denen das Kühlmittel nicht in den Zylinderkopf übertritt (siehe Sp. 6, Zeilen 13 - 16 der EP-0 868 603-B1 , d. h. die z. B. in Fig. 5 dieses Dokuments gezeigten Öffnungen sollen an solchen Stellen liegen, an denen sich auf der Motorblock-Seite und/oder der Zylinderkopf-Seite der Zylinderkopfdichtung kein Kühlmittelhohlraum befindet). Im Übrigen offenbart die EP-0 868 603-B1 konsequenterweise Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Zylinderkopfdichtung auch nur im einen Schmalseitenendbereich der Dichtungsplatte (siehe die Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 8 in den Figuren 2 bis 4b und 6).
Aus der DE-A-35 43 641 ergibt sich eine Zylinderkopfdichtung, deren Dichtungsplatte eine Metallblechlage aufweist, aus welcher durch Stanzen eines Lochs und durch Ausbildung eines dieses Loch umfassenden Kragens durch Tiefziehen des Metallblechs ein von der Dichtungsplatte abstehendes Kühlmittel-Strömungsleitelement herausgeformt wurde. Dieses Strömungsleitelement ragt bei montierter Zylinderkopfdichtung in einen im Zylinderkopf ausgebildeten und sich senkrecht zur Zylinderkopfdichtung erstreckenden Kühlwasserkanal hinein, angeströmt wird die Zylinderkopfdichtung durch das Kühlwasser vom Motorblock her, in dem unter dem erwähnten Loch der Metallblechlage ein mit dem Kühlwasserkanal im Zylinderkopf koaxialer Kühlwasserkanal vorhanden ist. Bei dieser bekannten Konstruktion wird die Zylinderkopfdichtung vom Kühlwasser also senkrecht zur Ebene der Zylinderkopfdichtung angeströmt. Der aus der Metallblechlage heraus geformte Kragen kann die Gestalt einer sich in Durchströmrichtung erweiternden Düse mit zur Ebene der Zylinderkopfdichtung senkrechter Achse oder die Form eines kurzen Rohrstücks haben, dessen Achse gegenüber der Senkrechten zur Dichtungsebene um einen kleinen spitzen Winkel schräg gestellt ist. Bei dieser bekannten Konstruktion wird die Kühlwasserströmung durch den erwähnten Kragen hindurch durch die von der Kühlwasserpumpe des Motors erzeugte Druckdifferenz zwischen der Anströmseite und der Abströmseite der Zylinderkopfdichtung hervorgerufen.
Aus der DE-A-35 43 641 ergibt sich also eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des nachfolgenden Anspruchs 1.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, bei Motoren der vorstehend beschriebenen Art, bei denen der auf der Kühlmittel-Anströmseite der Zylinderkopfdichtung liegende Kühlmittelhohlraum vom Kühlmittel derart durchströmt wird, dass mindestens in einem Bereich dieses Kühlmittelhohlraums eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung verläuft, durch die Zylinderkopfdichtung auf deren Kühlmittel-Abströmseite einen wirksameren gerichteten Kühlmittelstrahl zu erzeugen als dies bei der sich aus der DE-A-35 43 641 ergebenden Zylinderkopfdichtung der Fall ist.
Grundgedanke der Erfindung ist es, zur Erzielung eines solchen durch die Zylinderkopfdichtung erzeugten gerichteten Kühlmittelstrahls zusätzlich zu der im Kühlmittel herrschenden Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Zylinderkopfdichtung auch die kinetische Energie der vorstehend erwähnten hauptsächlichen Strömungskomponente des Kühlmittels auf der Anströmseite der Zylinderkopfdichtung zu nutzen, und konstruktiv lässt sich dieser Gedanke durch die Merkmale des Kennzeichens des nachfolgenden Anspruchs 1 verwirklichen. Da die Gefahr örtlicher Überhitzungen besonders im Zylinderkopf besteht, wird eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung vorzugsweise so gestaltet, dass das austrittsseitige Ende des durch die Zylinderkopfdichtung gebildeten Kühlmittel-Strömungspfads bei eingebauter Zylinderkopfdichtung dem Zylinderkopf zugewandt ist. Dadurch lässt sich die im Zylinderkopf in der Nachbarschaft der Zylinderkopfdichtung vorherrschende Kühlmittelströmung in gewünschter Weise erheblich auslenken und/oder verwirbeln, um dadurch tote Zonen in der Kühlwasserströmung zu beseitigen, oder lassen sich ausgewählte Stellen des Zylinderkopfs durch eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung gezielt mit Kühlmittel-Teilströmen beaufschlagen.
Bei der Bewertung der vorstehenden Erfindungsdefinition und der nachfolgenden Ansprüche ist zu beachten, dass jede Zylinderkopfdichtung für einen ganz bestimmten Motor konstruiert wird, das heißt dem Entwickler der Dichtung liegt die Motorkonstruktion bereits vor; deshalb ist es zulässig, bei der Definition der eine Zylinderkopfdichtung betreffenden Erfindung auf Merkmale des Motorblocks und/oder des Zylinderkopfs Bezug zu nehmen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einiger besonders vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Schnitt durch Teile eines Zylinderkopfs und eines Motorblocks sowie durch einen Teil einer herkömmlichen Zylinderkopfdichtung mit einem einfachen Loch als Kühlmittel-Durchtrittsöffnung samt den Kühlmittel-Strömungsverhältnissen unterhalb und oberhalb der Zylinderkopfdichtung;
Fig. 2: eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Motorblock mit einer Darstellung des Schnittverlaufs (Linie 1-1) für den in Fig. 1 gezeigten Schnitt;
Fig. 3: eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
Fig. 4: eine einem Teil der Fig. 1 entsprechende Darstellung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, jedoch ohne Motorblock und Zylinderkopf;
Fig. 5: eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung ähnlich derjenigen gemäß Fig. 4, jedoch mit einem mehrlagigen Aufbau der Dichtungsplatte;
Fig. 6: ein Werkzeug zur Herstellung des erfindungsgemäßen Strömungsleitelements in einer Metallblechlage der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform;
Fig. 7: eine von der Erfindung nicht betroffene Konstruktion in einer Schnittdarstellung entsprechend der Fig. 1;
Fig. 8: eine der Fig. 7 entsprechende Darstellung einer weiteren, nicht erfindungsgemäßen Konstruktion;
Fig. 9: eine Schnittdarstellung eines Teils einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
Fig. 10: eine schematische, perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsleitelements, und
Fig. 11: eine der Fig. 10 entsprechende Schnittdarstellung einer weiteren, nicht erfindungsgemäßen Konstruktion.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer Dichtungsplatte 10 einer herkömmlichen Zylinderkopfdichtung, in welcher Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 12 in Form einfacher Löcher vorgesehen sind. Der Motorblock wurde mit 13 bezeichnet, der Zylinderkopf mit 14. In dem dargestellten Fall soll, ebenso wie bei den im Folgenden geschilderten Ausführungsformen, der Kühlmitteldruck unterhalb der Zylinderkopfdichtung (d. h. hier im Motorblock) größer sein als oberhalb der Zylinderkopfdichtung.
Die Fig. 1 zeigt den vorstehend beschriebenen Fall, in dem auf beiden Seiten der Zylinderkopfdichtung jeweils eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der von der Dichtung bzw. deren Dichtungsplatte definierten Ebene verläuft. In Fig. 1 wurden alle Kühlmittelströmungen durch Strömungslinien und Pfeile angedeutet, und wie sich der Fig. 1 entnehmen lässt, strömen aufgrund des vorstehend erwähnten Druckgefälles Teilströme der unterhalb der Dichtungsplatte 10 existierenden Kühlmittelströmung durch die Durchtrittsöffnungen 12 der Dichtungsplatte hindurch nach oben und führen im Bereich oberhalb der Durchtrittsöffnungen 12 jeweils zu einer wenn auch verhältnismäßig geringfügigen Auslenkung der oberhalb der Dichtungsplatte 10 existierenden Kühlmittelströmung nach oben. Wie die Fig. 1 erkennen lässt, kann eine solche, verhältnismäßig geringfügige Auslenkung jedoch völlig unzureichend sein.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Kühlmittelhohlraum (so genannter Wassermantel) im Motorblock 13 mit 13a bezeichnet, und in Fig. 1 dargestellte Kühlmittelhohlräume mit 14a, 14b und 14c; die Fig. 1 zeigt auch so genannte Kühlmitteldurchgänge 14d, deren Lage in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet wurde. Zwei in Fig. 2 erkennbare Brennräume wurden mit 13b bezeichnet.
Wie die Fig. 1 erkennen lässt, ist die Kühlung des Zylinderkopfs 14 im Bereich des Kühlmittelhohlraums 14b trotz der Auslenkung der Kühlmittelströmung oberhalb der Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 12 recht unvollständig, da dieser Kühlmittelhohlraum nur in seinem unteren Bereich vom Kühlmittel durchströmt wird, über dem sich eine tote Zone ausgebildet hat, welche nicht oder zumindest nahezu nicht durchströmt und infolgedessen schlecht gekühlt wird.
Anhand der Figuren 3 und 4 soll nun eine erste Ausführungsform der Erfindung näher erläutert werden.
Die Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht einen Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung mit einer Dichtungsplatte 20, in der mehrere Brennraumöffnungen 22, mehrere Schraubenöffnungen 24 für Zylinderkopfschrauben und außerdem mehrere Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 26 ausgebildet sind. Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3 und damit einen Schnitt durch eine dieser Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 26 mit angrenzendem erfindungsgemäßem Strömungsleitelement.
Die Fig. 4 zeigt eine einlagige Dichtungsplatte 20, aus welcher durch Anstanzen und Ausbiegen unter Bildung der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26 ein taschen- oder hutzenförmiges Strömungsleitelement 28 herausgeformt wurde, wobei die von dem Strömungsleitelement gebildete Tasche oder Hutze entgegen ihrer Anströmrichtung geöffnet ist. Natürlich könnte es sich bei dem Strömungsleitelement auch nur um eine Blechzunge handeln, welche an ihrem freien Ende und an ihren beiden Seiten durch Stanzen von dem die Dichtungsplatte 20 bildenden Blech abgetrennt wurde, an ihrer Wurzel jedoch in die die Dichtungsplatte bildende Blechlage übergeht. Die Fig. 4 soll jedoch, wie bereits erwähnt, ein taschen- oder hutzenförmiges Strömungsleitelement zeigen, welches dadurch hergestellt wurde, dass in der die Dichtungsplatte 20 bildenden Blechlage ein insbesondere gerader (senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 verlaufender) Stanzschnitt 26a erzeugt und sodann gemäß Fig. 4 rechts von diesem Stanzschnitt ein Bereich des Blechs taschenartig nach unten ausgebogen wurde, so dass dieser Bereich überall in die die Dichtungsplatte 20 bildende Blechlage übergeht, nur nicht an der Stelle des Stanzschnitts 26a. Da dieses Strömungsleitelement 28 eine Prall- und Umlenkfläche 28a für die gemäß Fig. 4 von links nach rechts gerichtete Kühlmittelströmung bildet, führt bei einem solchen Strömungsleitelement nicht nur die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Zylinderkopfdichtung, sondern auch die kinetische Energie der unterhalb der Zylinderkopfdichtung existierenden Kühlmittelströmung zur Ausbildung eines gerichteten Kühlmittelstrahls 30, welcher quer zur Ebene der Dichtungsplatte 20 ausgerichtet ist und aus der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26 nach oben in den Zylinderkopf austritt, so dass es dort zu einer Verwirbelung in der Kühlmittelströmung kommt, die die Ausbildung toter Zonen in einem über der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26 befindlichen Bereich eines Kühlmittelhohlraums verhindert.
Die Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 dargestellten Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, jedoch mit dem Unterschied, dass gemäß Fig. 5 die Dichtungsplatte 20A aus mehreren Metallblechlagen besteht, insbesondere aus zwei Federstahlblechlagen 31 und 34, die z. B. 0,2 mm dick sein können, einer Metallblechlage 32 aus niederlegiertem Stahl mit einer Dicke von z. B. 0,3 bis 2 mm, und einer Edelstahlblechlage 33 mit einer Dicke von beispielsweise 0,12 mm.
Da sich die Metallblechlage 32 aus niederlegiertem Stahl im Gegensatz zu den drei anderen Lagen verhältnismäßig gut verformen lässt, wurde aus der Metallblechlage 32 ein Strömungsleitelement 28A herausgeformt, und zwar in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4, während aus den drei anderen Metallblechlagen 31, 33 und 34 nur fensterartige Öffnungen ausgestanzt wurden, so dass sich in der Dichtungsplatte 20A eine Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26A ergibt.
Die Fig. 6 zeigt schematisch ein Stanz-Biege-Werkzeug zur Herstellung des Strömungsleitelements 28A in der Metallblechlage 32. Dieses Werkzeug hat eine Matrize 40, auf die die Metallblechlage 32 aufgelegt wird, einen Niederhalter 42 zum Anpressen der Metallblechlage 32 auf die Matrize 40, sowie einen Stanz-Tiefzieh-Stempel 44 zum Anstanzen und Ausbiegen des taschen- oder hutzenförmigen Strömungsleitelements 28A.
Die Fig. 7 zeigt in einem der Fig. 1 entsprechenden Schnitt einen Teil einer Dichtungsplatte 20B, aus welcher ein düsenartiges Strömungsleitelement 28B mittels eines nicht dargestellten Stanz- und Tiefziehwerkzeugs herausgeformt wurde. Die Dichtungsplatte 20B könnte aber auch mehrlagig sein und z. B. denselben Aufbau wie die Dichtungsplatte 20A gemäß Fig. 5 haben, d. h. vier Metallblechlagen 31, 32, 33 und 34 aufweisen, wobei z. B. aus der Metallblechlage 32 das Strömungsleitelement 28B herausgeformt sein könnte, welches sich durch eine Öffnung in der Metallblechlage 31 hindurch nach oben erstreckt und unter dem in den Lagen 33 und 34 Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind. Im Übrigen wurden in Fig. 7 dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Infolge des Strömungsleitelements 28B können sich in dem Kühlmittelhohlraum 14b keine toten Zonen ausbilden.
Die Fig. 8 zeigt ein in eine einlagige Dichtungsplatte 20C eingesetztes Strömungsleitelement 28C in einer Darstellung entsprechend derjenigen nach Fig. 7. Bei dieser Konstruktion ist das Strömungsleitelement 28C in ein Loch der Dichtungsplatte eingesetzt und dort beispielsweise durch Schweißen befestigt. Das Strömungsleitelement 28C ragt weit in einen Kühlmittelhohlraum, z. B. den Hohlraum 14b, des Zylinderkopfs hinein, so dass dieser Kühlmittelhohlraum äußerst wirksam mit einem gerichteten Kühlmittelstrahl angeströmt wird. Das röhrchenförmige Strömungsleitelement könnte im Bereich seines freien Endes auch abgebogen und/oder mit einem düsenartigen Austrittsendbereich versehen sein.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass ein sich von der Anströmseite einer Zylinderkopfdichtung wegerstreckendes erfindungsgemäßes Strömungsleitelement mit einem sich von der anderen Dichtungsseite wegerstreckenden Strömungsleitelement kombiniert werden kann, so z. B. das Strömungsleitelement 28 gemäß Fig. 4 mit dem Strömungsleitelement 28C gemäß Fig. 8.
Die Fig. 9 zeigt wieder einen Teil einer mehrlagigen Dichtungsplatte 20E mit einer Kühlmitteldurchtrittsöffnung 26E; an der einen Seite der Dichtungsplatte 20E ist ein erfindungsgemäßes Strömungsleitelement 28E befestigt, bei dem es sich um ein separat hergestelltes Teil handelt, welches die Gestalt eines gekrümmten Röhrchens mit einem Befestigungsflansch hat.
Die Fig. 10 zeigt ein ähnliches erfindungsgemäßes Strömungsleitelement 28F, bei dem sich von einem Loch 28F' eines Befestigungsflanschs eine gekrümmte Leitschaufel 28F" wegerstreckt, die an die Stelle des in Fig. 9 gezeigten Röhrchens tritt.
Die Fig. 11 zeigt ein Strömungsleitelement ähnlich demjenigen gemäß Fig. 8, nämlich ein Strömungsleitelement 28G, das als separates Teil hergestellt wurde und die Gestalt eines abgewinkelten, ungefähr L-förmigen Röhrchens hat. Am Außenumfang dieses Röhrchens befinden sich zwei ringförmige Ansätze 28G' und 28G", welche eine Ringnut bilden und der Befestigung des Strömungsleitelements an einer mehrlagigen Dichtungsplatte 20G dienen. Diese Dichtungsplatte hat eine Öffnung 26G, in welcher sich Einrastnasen 50 einer Metallblechlage 52 der Dichtungsplatte 20G befinden, die in die vorgenannte Ringnut einrasten können, um so das Strömungsleitelement 28G an der Dichtungsplatte zu halten.
Besonders vorteilhaft sind Strömungsleitelemente aus einem geeigneten, hinreichend wärmebeständigen und insbesondere elastomeren Kunststoff, welche sich leichter als Metallteile mit einem hinsichtlich des gewünschten gerichteten Kühlmittelstroms günstigen Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Strömungsleitelements herstellen lassen. Solche Kunststoffteile lassen sich an einer Öffnung der metallischen Dichtungsplatte oder einer Metallblechlage derselben einrasten oder direkt anvulkanisieren.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, wird erfindungsgemäß an einer Zylinderkopfdichtung ein Element vorgesehen, welches auf einen Teilstrom des Kühlmittels beim Übergang von der einen auf die andere Dichtungsseite eine Richtwirkung ausübt, die deutlich größer ist als diejenige eines einfachen Lochs, sofern ein solches überhaupt eine Richtwirkung hat.
In modernen Hubkolben-Verbrennungsmotoren werden sehr kleine Kühlmittelmengen umgepumpt, um beim Kaltstart den Motor möglichst rasch auf Betriebstemperatur bringen zu können; außerdem werden beim Kaltstart verhältnismäßig kleine Strömungsgeschwindigkeiten angestrebt, und in diesem Fall erweist sich die gezielte Anströmung kritischer Stellen als besonders vorteilhaft.
Besonders geeignet ist die Erfindung für so genannte Open-Deck-Motoren, bei denen die Kühlmittelhohlräume bis unmittelbar an die Zylinderkopfdichtung reichen, denn dann genügen schon Strömungsleitelemente, welche verhältnismäßig geringfügig von der Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung abstehen; bei Closed-Deck-Motoren grenzt an die Zylinderkopfdichtung mindestens Motorblock-seitig eine eine Dichtfläche bildende Platte des Motorblocks an, welche in dieser Dichtfläche bzw. -platte Kühlmittelöffnungen besitzt, welche von den erfindungsgemäßen Strömungsleitelementen durchgriffen werden sollten.
Natürlich kann das Grundkonzept der Erfindung auch bei Zylinderkopfdichtungen für Motoren verwendet werden, bei denen das Kühlmittel die Zylinderkopfdichtung von der Zylinderkopfseite her anströmt und an der Motorblock-seite der Dichtung aus dieser austritt. Für diesen Fall sind in den vorstehenden Erläuterungen einfach die beiden Dichtungsseiten miteinander zu vertauschen.
Um die kinetische Energie der Kühlmittelströmung auszunutzen, empfiehlt es sich, die Tiefe, über die das Strömungsleitelement in die Kühlmittelströmung eingreift, größer, und zwar bevorzugt um ein Vielfaches größer zu wählen als die Dicke der Dichtungsplatte.
Werden Strömungsleitelemente als separate Teile hergestellt, empfiehlt es sich, diese als Kunststoff-Spritzgussteile zu gestalten.

Claims

Zylinderkopfdichtung für einen Motor, bei dem der Zylinderkopfdichtung benachbart im Motorblock (13) mindestens ein vom Kühlmittel durchströmter erster Kühlmittelhohlraum (13a) und im Zylinderkopf (14) mindestens ein gleichfalls vom Kühlmittel durchströmter zweiter Kühlmittelhohlraum (14b) ausgebildet ist, wobei eine Dichtungsplatte (20) der Zylinderkopfdichtung eine Kühlmittel-Durchtrittsöffnung (26) aufweist, über die der erste Kühlmittelhohlraum mit dem zweiten Kühlmittelhohlraum verbindbar ist, und wobei die Dichtungsplatte mindestens ein von letzterer abstehendes Kühlmittel-Strömungsleitelement (28) aufweist, welches sich an die Kühlmittel-Durchtrittsöffnung derart anschließt und derart ausgebildet ist, dass das Strömungsleitelement mit der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung einen Strömungspfad bildet und zum Eingreifen in mindestens einen der ersten und zweiten Kühlmittelhohlräume sowie zur Erzeugung eines gerichteten Kühlmittelstroms (30) am austrittsseitigen Ende des Strömungspfads gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Motor, bei dem mindestens einer der ersten und zweiten Kühlmittelhohlräume (13a, 14b) vom Kühlmittel derart durchströmt wird, dass mindestens in einem Bereich dieses Kühlmittelhohlraums eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der Dichtungsplatte (20) verläuft, das mindestens eine Strömungsleitelement (28) zum Eingreifen in diesen Kühlmittelhohlraum (13a) ausgebildet und derart gestaltet ist, dass es bei eingebauter Zylinderkopfdichtung eine solche Prall- und Umlenkfläche(28a) für die hauptsächliche Strömungskomponente bildet, dass in die dem Strömungsleitelement zugeordnete Kühlmittel-Durchtrittsöffnung (26) ein quer zur Dichtungsplatte ausgerichteter Kühlmittelstrom (30) eintritt.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Strömungsleitelement auch zum Eingreifen in den anderen Kühlmittelhohlraum ausgebildet und am austrittsseitigen Ende des Strömungspfads mit einer Düse zur Erzeugung eines gerichteten Kühlmittelstrahls im zweiten Kühlmittelhohlraum versehen ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement mindestens in einem Anströmbereich leitschaufelartig ausgebildet ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement mindestens in einem Anströmbereich röhrchenförmig ausgebildet ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement als separates Teil hergestellt und an der Dichtungsplatte befestigt ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsplatte mindestens eine Metallblechlage aufweist, aus welcher im Bereich einer Kühlmittel-Durchtrittsöffnung ein leitschaufelartiger Abschnitt herausgebogen ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der leitschaufelartige Abschnitt an der Dichtungsplatte eine sich in einer zur Plattenebene ungefähr parallelen Richtung öffnende Tasche oder Hutze bildet, welche an ihren Seiten und an ihrem Grund einstückig in die Metallblechlage übergeht.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsplatte mindestens eine Metallblechlage aufweist, aus welcher der Randbereich der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung unter Bildung eines röhrchen- und/oder düsenförmigen Strömungsleitelements herausgebogen ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsplatte mehrlagig ist und eine Metallblechlage aus niederlegiertem Stahl aufweist, und dass das Strömungsleitelement von einem umgeformten Bereich dieser Metallblechlage gebildet wird.