EP1532359B1

EP1532359B1 - Zylinderkopf für eine wassergekühlte mehrzylindrige brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1532359B1
Application number: EP03735626A
Authority: EP
Inventors: Peter Krotky; Albrecht Reustle
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2003-06-14
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: DE50312321D1; DE10237664A1; US6883472B2; US20040177818A1; JP2005535835A; ATE454548T1; EP1532359A1; WO2004022961A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine wassergekühlte mehrzylindrige Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
In der DE 100 21 525 A ist der Kühlkreislauf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine dargestellt und beschrieben, bei dem zur bedarfsgerechten Kühlmittelstromverteilung ca. 2/3 des zur Motorkühlung in Umlauf gebrachten Kühlmittelstromes durch das Zylinderkopfgehäuse geführt wird. Damit alle Zylinderkopfeinheiten gleichmäßig gekühlt werden, ist weiterhin vorgesehen, dass das Zylinderkopfgehäuse vom Kühlmittel - bezogen auf die Längsachse der Zylinderbank- quer durchströmt ist. Dies sind Maßnahmen, um die bei der Verbrennung entstehende hohe Strahlwärme aus dem Zylinderkopfgehäuse abführen zu können. Aus der DE 199 43 001 C1 ist weiterhin bekannt, eine Heißstelle im Zylinderkopf durch einen auf die Heißstelle ausgerichteten Kühlwasser führenden Zusatzkanal zu kühlen. Des weiteren ist aus der DE 35 16 453 C2 bekannt, durch im Zylinderkopf angeordnete Rippen den Kühlflüssigkeitsstrom in Richtung eines Zündkerzendomes zu lenken.
Schließlich zeigt die US 6,427,642 B1 einen Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, bei dem ein Kühlmittelhauptstrom zwischen die beiden Auslassventile des Vierventilmotors in Richtung des Zündkerzendomes geführt wird, während die Randzonen der Zylinderkopf-Kühlräume durch Nebenkühlströme versorgt sind. Ein Teil des Kühlmittelhauptstroms wird durch Leit- und Sperrippen auf eine Heißstelle im Zylinderkopf ausgerichtet, die damit gezielt gekühlt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, weitere Maßnahmen vorzusehen, um gezielt die hochtemperaturbelasteten Bereiche des Zylinderkopfes effektiv und gleichmäßig zu kühlen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale wird innerhalb des Zylinderkopfes einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eine der Temperaturbelastung im Zylinderkopf angepasste Kühlung erreicht, bei der ein Kühlmittelhauptstrom zwischen die beiden Auslassventile des Verventilmotors in Richtung des Zündkerzendomes geführt wird, während die Randzonen der Zylinderkopf-Kühlräume durch Nebenkühlströme versorgt sind. Durch die auf der Höhe der Aufnahmeöffnung für die Zündkerze vorgesehenen Leitrippen wird das Kühlmittel auf vorteilhafte Art und Weise in den Bereich des hochtemperaturbelasteten Zündkerzendomes geleitet. Dadurch, dass die Querschnitte der beiden Leitrippen unterschiedlich ausgebildet sind, wird hinter den Leitrippen eine Querströmung erzeugt, die der Ausbildung von sog. Totwassergebieten entgegenwirkt und dazu beiträgt, dass auch im Bereich der Einlassventile eine ausreichende Kühlmittelversorgung vorhanden ist. Alternativ oder ergänzend hierzu wird zur Erzeugung einer Querströmung im - in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen - hinteren Bereich der Einlassventile vorgeschlagen, dass der Durchmesser der Abströmöffnungen unterschiedlich groß ausgebildet ist.
im einzigen Unteranspruch ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung und Verbesserung des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes für eine wassergekühlte mehrzylindrige Brennkraftmaschine enthalten.
Zur Unterstützung der im Zündkerzendombereich vorhandenen Heißstelle ist auf der Einströmseite im Zylinderkopf zusätzlich ein Kühlkanal vorgesehen, der auf direktem Weg Kühlmittel zur Heißstelle führt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: einen geometrische Abbildung eines Wassermantels im Zylinderkopfgehäuse einer Brennkraftmaschine,
Fig. 2: einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 1,
Fig. 3: eine Seitenansicht des Wassermantels in Pfeilrichtung A in Fig. 1 und
Fig. 4: eine Ansicht auf den Wassermantel aus Richtung B in Fig. 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Figuren ist die Geometrie eines Wassermantels, im folgenden als Zylinderkopfkühlraum 2 bezeichnet, eines Zylinders für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, wie sie beispielsweise in der DE 100 21 525 A1 beschrieben ist, dargestellt. Der Zylinderkopfkühlraum 2 jedes Zylinders wird über zwei im Zylinderkopfgehäuse vorgesehene Einströmöffnungen 4 und 6 mit Kühlwasser versorgt.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfkühlraumes 2 sind zwei Ausströmöffnungen 8 und 10 vorgesehen, über die das vom Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel zur Saugseite der nicht dargestellten Wasserpumpe der Brennkraftmaschine abströmt. In der geometrischen Abbildung des Zylinderkopfkühlraumes 2 sind zwei Ausnehmungen 12 und 14 für die beiden Einlassventile der Brennkraftmaschine erkennbar; eine zentral im Zylinderkopfkühlraum 2 vorgesehene Öffnung 16 bildet die Aufnahme bzw. den Dom für die Zündkerze des betreffenden Zylinders. Links und rechts von der zentralen Öffnung 16 sind zwei rippenförmige Ausnehmungen 18 und 20 vorhanden, die im Zylinderkopfgehäuse als Positiv dazu als zwei Leitrippen 18' und 20' ausgebildet sind. Wie in Fig. 2 erkennbar, sind die Querschnitte der beiden Leitrippen 18' und 20' unterschiedlich stark ausgebildet; die Funktion dieser Ausgestaltung wird später noch näher erläutert. In Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen, schließt sich hinter den beiden Ausnehmungen 18, 20 und der zentralen Öffnung 16 eine Ausnehmung 22 für die beiden Einlassventile des Zylinderkopfes an.
Auf der Einströmseite des Kühlmittels sind im Zylinderkopfkühlraum 2 zwei weitere Aussparungen 24 und 26 sichtbar, deren Positiv zwei im Zylinderkopfgehäuse angeordnete Aluminiumstege bilden. Eine zwischen den beiden Einströmöffnungen 4, 6 und zwischen den beiden Ausnehmungen 12, 14 im Zylinderkopfgehäuse verlaufende Bohrung 28 dient der direkten Zufuhr von Kühlmittel zu einer Heißstelle, die vom Brennraum des Zylinderkopfgehäuses erzeugt, im Bereich des Zündkerzendomes (Wandung der Zündkerzenaufnahme) ausgebildet ist.
Die Einströmseite des Zylinderkopfkühlraumes 2 ist so ausgebildet, dass über die Einströmöffnungen 4 und 6 ein Hauptkühlstrom Q₂ und Q₃ zwischen den beiden Auslassventilen (Ausnehmung 12, 14) in Richtung des Zündkerzendomes (zentrale Öffnung 16) geführt wird, während im jeweils linken und rechten Randbereich des Zylinderkopfkühlraumes 2 ein Nebenkühlstrom Q₁ und Q₄ ausgebildet ist, der über die beiden Ausströmöffnungen 4 und 6 auf der Außenseite der beiden Ausnehmungen 24 und 26 in Richtung der Rippen 18' und 20' entlang geführt ist. Die Kühlströme Q₂ und Q₃ werden, wie anhand der Pfeile dargestellt, aufgrund des Zündkerzendomes in Richtung der Leitrippen 18' und 20' gelenkt, wo sie mit den Kühlströmen Q1 und Q4 zusammen treffen. Dadurch, dass der Querschnitt der Leitrippe 18' gegenüber der Leitrippe 20' kleiner ist und dass der Durchmesser der Abströmöffnung 8 größer ist als der Durchmesser der Abströmöffnung 10, wird im Bereich der Einlassventile (siehe Ausnehmung 22) eine Querströmung Q_quer erzeugt, die zu einer optimalen Kühlung des Zylinderkopfgehäuses auch in diesem Bereich beiträgtund damit die Ausbildung von sogenannten Totwassergebieten verhindert.
Zusätzlich zu diesen Vorkehrungen wird durch den vom Kühlkanal 28 erzeugten - Kühlstrom Q₅ Kühlmittel auf direktem Weg zu einer Heißstelle im Zylinderkopfgehäuse geführt, die im Wandbereich des Brennraums auf der Höhe des Zündkerzendomes ausgebildet ist, der die Öffnung bzw. das Gewinde zur Aufnahme der Zündkerze umschließt.

Claims

Zylinderkopf für eine wassergekühlte mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit zwei Ein- und Auslassventilen pro Zylinder, einem Zylinderkopfkühlraum mit Ein- und Ausströmöffnungen für das Kühlmittel, sowie mit einer bezogen auf den Zylinderkopfkühlraum eines Zylinders zentral angeordneten Aufnahmeöffnung für eine Zündkerze, wobei auf der Einströmseite (Zuströmöffnungen 4, 6) im Zylinderkopfkühlraum (2) ein Hauptkühlstrom (Q₂, Q₃) zwischen den beiden Auslassventilen (Ausnehmung 12, 14) in Richtung der Aufnahmeöffnung (16) für die Zündkerze verläuft, während an den beiden Randbereichen der Einströmseite zwei Nebenkühlströme (Q₁, Q₄) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Querströmung wenigstens eines der folgenden Merkmale vorgesehen ist:
- auf der Höhe der Aufnahmeöffnung (16) für die Zündkerze sind seitlich von der Öffnung zwei Leitrippen (18', 20') vorgesehen, deren Querschnitte unterschiedlich groß ausgebildet sind;

- auf der Ausströmseite des Zylinderkopfkühlraumes (2) sind zwei Ausströmöffnungen (8, 10) vorgesehen, deren Durchmesser unterschiedlich groß ausgebildet sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Einströmseite zusätzlich ein Kühlkanal (28) vorgesehen ist, der auf direktem Weg Kühlmittel zu einer Heißstelle im Zylinderkopfgehäuse leitet.