EP1757783A1 - Wassergekühlte Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1757783A1
EP1757783A1 EP06017096A EP06017096A EP1757783A1 EP 1757783 A1 EP1757783 A1 EP 1757783A1 EP 06017096 A EP06017096 A EP 06017096A EP 06017096 A EP06017096 A EP 06017096A EP 1757783 A1 EP1757783 A1 EP 1757783A1
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EP
European Patent Office
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cylinder head
combustion engine
internal combustion
engine according
cooling space
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EP06017096A
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English (en)
French (fr)
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Lothar Bauer
Werner Lemme
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Deutz AG
Original Assignee
Deutz AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/41—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories characterised by the arrangement of the recirculation passage in relation to the engine, e.g. to cylinder heads, liners, spark plugs or manifolds; characterised by the arrangement of the recirculation passage in relation to specially adapted combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/021—Cooling cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/024—Cooling cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a cylinder having a crankcase, which is covered by a block formed in gas exchange valves and gas exchange channels having cylinder head with the insertion of a cylinder head gasket, wherein in the cylinders each one via a connecting rod on a crankshaft mounted in the crankcase hinged piston is movable, wherein the internal combustion engine has a cooling system and a lubrication system with an oil pump, and the cooling system has at least one cylinder head ring cooling space directly interacting with a crankcase cooling space and an overlying cylinder head cooling space.
  • Such an internal combustion engine is from the DE 203 16 124 U1 known.
  • This internal combustion engine has a cylinder head, in which an effective cooling is ensured even at high power output of the internal combustion engine. This is achieved in particular in that a third return line for the cooling medium is arranged approximately parallel to a first and second return line along the cylinder head row.
  • the invention has for its object to provide a cylinder head, which is developed over the generic cylinder head and with the exhaust emissions can be further reduced.
  • This object is achieved in that the cylinder head with the cylinders cooperating recesses, in each of which a piston with a land area so far immersed that an uppermost piston ring is arranged in TDC position below the cylinder head gasket.
  • This training is based first of all on the knowledge that a reduction of the exhaust emissions can be achieved by engine measures and / or after-treatment measures.
  • Aftertreatment measures such as cooled and controlled exhaust gas recirculation require electronic control devices that would be a major change in an otherwise mechanically controlled internal combustion engine.
  • the engine measures include an increase in displacement with at least virtually unchanged power output and / or more intensive cooling of the cylinder head.
  • the inventive design of the cylinder head of an advanced engine allows for an at least largely unchanged crankcase on the one hand displacement increase by using a correspondingly modified crankshaft with a correspondingly increased stroke, on the other hand, the cylinder head cooling chamber can be lowered by the amount of height of the recess relative to the previous cylinder head. This reduction allows more effective cooling of the cylinder head floor area.
  • the displacement increase and the more effective cooling allow for a largely unchanged performance of the internal combustion engine, a reduction in exhaust emission on the order of magnitude, which is achieved by post-treatment measures and / or exhaust gas recirculation.
  • a significant advantage over these solutions for reducing exhaust emissions is the possibility of cheaper serial production of the internal combustion engine according to the invention.
  • the invention is basically applicable to all sizes and types of internal combustion engine, in the example shown has the Internal combustion engine as a 4-cylinder inline internal combustion engine, a displacement of up to 4 I at a power of up to 75 kW.
  • the depth of the recess is set to a value of up to approximately 10 mm.
  • the inner circumference of the recess is formed by oil chill.
  • This ölkohleabschabende training is achieved in that the Einpass penmesser the recess protrudes easily into the actual piston running surface of the cylinder tube. This results in a reduction of the Feuerstegspaltes at the same time complication of carbon deposits. Likewise, a reduction of the dead volume is achieved.
  • the recess can also be knurled. This training also ensures effective prevention of carbon deposits.
  • the cylinder head cooling space on at least one longitudinal side wall of the cylinder head opening on the core hole openings is well controlled by casting technology with regard to the positioning and later removal of the casting core.
  • four core hole openings and, on at least one cylinder head end side, a core hole opening are preferably arranged on each cylinder head longitudinal side in a 4-cylinder cylinder head. These core hole openings are closed with corresponding sealing plugs or it is possible to divert cooling liquid sub-quantities for charging heat exchangers or to supply coolant partial streams in a targeted manner, the internal combustion engine being water-cooled.
  • the cylinder head cooling space is arranged over the entire area of the cylinder head floor area.
  • the cylinder head cooling space thus has the largest possible cooling surface, the only through the corresponding passages for the gas exchange valves or gas exchange channels and other Passages such as for the bumpers for actuating the gas exchange valves is broken.
  • the holder for the casting core can be configured unchanged as in the meandering design, it being sufficient to provide on the opposite cylinder head longitudinal sides of core hole openings.
  • the cylinder head cooling space is made in one piece with the cylinder head ring cooling space.
  • the two cooling chambers are formed as far as possible in one piece and this has particular advantages in the production by no further connection channels must be incorporated.
  • the cylinder head material is gray cast iron or aluminum.
  • the cylinder head 1 according to FIG. 1 is a block cylinder head for a 4-cylinder, self-igniting internal combustion engine.
  • the recesses 3 are surrounded by cylinder head ring cooling chambers 4, which are all connected to each other.
  • the cylinder head ring cooling chambers 4 are identical for the cylinders 1 to 3 and comprise the cylinders each on their entire circumference, while the cylinder head ring cooling chamber 4 for the fourth cylinder this includes only about 3 ⁇ 4.
  • the mouths are dominated in the assembled state of gas exchange valves.
  • the gas exchange channels are a gas exchange inlet channel 6 and a gas exchange outlet channel 7, which likewise open out on the side wall of the cylinder head.
  • Each cylinder is associated with two openings 8 which receive bumpers for actuating the valve train.
  • Through holes 23 cylinder head bolts for mounting the cylinder head 1 are performed on the crankcase.
  • a core hole opening 9 is arranged through which the casting core is held for the meander-shaped cylinder head cooling space 10 (FIGS. 2 to 6) extending along the entire cylinder head 1 and through which the casting core is removed after the casting operation.
  • an opening in the cylinder head bottom wall 2 Zuleitkanal 24b is shown, which will be explained later to Fig. 4 and Fig. 5.
  • FIG. 2 shows through the cylinder head 1 in the region of a gas exchange inlet channel 6 on the cylinder head bottom wall 2, the recess 3 with the surrounding cylinder head cooling chamber 4.
  • the inlet channel 6 is from, wherein the recess 3, a machined cylindrical annular recess eleventh connects to receive a valve seat ring.
  • the cylinder head cooling space 10 extends on the crankcase side approximately to the level of the annular recess 11.
  • an oil passage 13a and a water passage 13b are arranged, which likewise extend along the entire cylinder head 1. Oil is passed through the oil passage 13a for cooling the valve stems and via branch passages 22 for lubricating oil distribution to the individual moving parts of the valve drive.
  • the oil is fed to the front side of the cylinder head via a supply line connected to the oil circuit.
  • the oil is derived via the Kipphebelraum 14 and the openings 8 through which the bumpers are guided.
  • An obliquely arranged above the water channel 13b channel 15 leads the largely oil-cleaned crankcase gases via branch channels 16 in the inlet channels 6 back.
  • the channel 15 can also be used for the distribution of recirculated exhaust gas in an exhaust gas recirculation device.
  • FIG. 3 The section of FIG. 3 through the cylinder head 1 in the region of a receiving bore 17 for an injection valve in addition to or in contrast to FIG. 2 in addition to the receiving bore 17, a glow plug bore 18.
  • the glow plug bore 18 is optionally provided on all cylinders.
  • a space 19 is arranged, which extends transversely through the cylinder head 1.
  • the water-cooled cooling circuit is shown in the essential parts, for better clarity of the cooling circuit and its components in the region of the parting plane Crankcase - cylinder head spaced from each other are shown.
  • the coolant passes water through a frontal access 20 into a first crankcase cooling chamber 5 and is forwarded by this in the other Kurbeigephasekühlitati 5.
  • the water passes through transitions 28 in the cylinder head gasket in the cylinder head cooling chambers 4.
  • the water is for intensive cooling of the thermally highly loaded areas by appropriate design of the crankcase cooling chambers 5 and the arrangement and design of the transitions 28 in the cylinder head gasket with respect to the flow direction and Flow rate influenced.
  • the water passes essentially via the transfer openings 29 (1x per cylinder) and in particular for good flow through the cylinder head cooling chamber 4 existing V-shaped rising connecting channels 21a and 21b in the cylinder head 10, from which it flows through the same cylinder head end face on a Opening 30 exits in the direction of a cooling water thermostat, not shown.
  • the opening 30 can also be dispensed with and instead the outlet at the directly adjacent core hole opening on the cylinder longitudinal wall, which is arranged in extension to the outlet opening 27, emerge.
  • the water channel 13b is supplied via supply channels 24b and 24c, which are in operative connection with the crankcase refrigerator 5, with water.
  • the channel 13b fulfills the function of the valve stem cooling in addition to the oil passage 13a (FIGS. 2 and 3), which is not shown here, and it vents the cooling system in such a way that the water discharged via an outlet opening 27 above the opening 30 flows in the direction of the cooling water thermostat.
  • an amount of water for example, 50 liters per minute is fed into the access 20.
  • an amount of water for example, 10 liters per minute is conveyed into an oil cooler line, not shown, which extends along the crankcase cooling chambers 5 and feeds an integrated on the internal combustion engine oil cooler. From the oil cooler, the water is supplied via the cylinder head cooling chamber 10 to the cooling water thermostat.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder aufweisenden Kurbelgehäuse, das von einem in Blockbauart ausgebildeten Gaswechselventile und Gaswechselkanäle aufweisenden Zylinderkopf unter Einfügung einer Zylinderkopfdichtung abgedeckt ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Kühlsystem und ein Schmiersystem mit einer Ölpumpe aufweist und das Kühlsystem zumindest einen unteren, mit einem Kurbelgehäusekühlraum direkt zusammenwirkenden Zylinderkopfringkühlraum und einen darüber liegenden Zylinderkopfkühlraum aufweist.
Erfindungsgemäß wird ein Zylinderkopf 1 bereitgestellt, mit dem die Abgasemissionen gesenkt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Zylinderkopf 1 mit den Zylindern zusammenwirkende Ausnehmungen 3 aufweist, in die jeweils ein Kolben mit einem Stegbereich so weit eintaucht, dass ein oberster Kolbenring in OT-Stellung unterhalb der Zylinderkopfdichtung angeordnet ist. Die so erreichte Hubraumerhöhung und eine effektivere Kühlung ermöglichen bei einer weitgehend unveränderten Leistung der Brennkraftmaschine eine Reduzierung der Abgasemission in der Größenordnung, die durch Nachbehandlungsmaßnahmen und/oder Abgasrückführung erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder aufweisenden Kurbelgehäuse, das von einem in Blockbauart ausgebildeten Gaswechselventile und Gaswechselkanäle aufweisenden Zylinderkopf unter Einfügung einer Zylinderkopfdichtung abgedeckt ist, wobei in den Zylindern je ein über ein Pleuel an einer in dem Kurbelgehäuse gelagerten Kurbelwelle angelenkter Kolben bewegbar ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Kühlsystem und ein Schmiersystem mit einer Ölpumpe aufweist und das Kühlsystem zumindest einen unteren, mit einem Kurbelgehäusekühlraum direkt zusammenwirkenden Zylinderkopfringkühlraum und einen darüber liegenden Zylinderkopfkühlraum aufweist.
  • Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 203 16 124 U1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf, bei dem eine effektive Kühlung auch bei hoher Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass eine dritte Rückflussleitung für das Kühlmedium angenähert parallel zu einer ersten und zweiten Rückflussleitung entlang der Zylinderkopfreihe angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf bereitzustellen, der gegenüber dem gattungsbildenden Zylinderkopf weitergebildet ist und mit dem die Abgasemissionen weiter gesenkt werden können.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Zylinderkopf mit den Zylindern zusammenwirkende Ausnehmungen aufweist, in die jeweils ein Kolben mit einem Stegbereich so weit eintaucht, dass ein oberster Kolbenring in OT-Stellung unterhalb der Zylinderkopfdichtung angeordnet ist. Dieser Ausbildung liegt zunächst einmal die Erkenntnis zugrunde, dass eine Reduzierung der Abgasemissionen durch motorische Maßnahmen und/oder Nachbehandlungsmaßnahmen erreicht werden kann. Nachbehandlungsmaßnahmen wie beispielsweise eine gekühlte und gesteuerte Abgasrückführung erfordern elektronische Steuergeräte, die bei einer ansonsten mechanisch gesteuerten Brennkraftmaschine eine umfassende Änderung darstellen würden. Die motorischen Maßnahmen beinhalten eine Hubraumvergrößerung bei zumindest nahezu unveränderter Leistungsabgabe und/oder eine intensivere Kühlung des Zylinderkopfs. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zylinderkopfs von einer weiterentwickelten Brennkraftmaschine ermöglicht bei einem zumindest weitgehend unveränderten Kurbelgehäuse einerseits eine Hubraumvergrößerung durch Einsatz einer entsprechend modifizierten Kurbelwelle mit einem entsprechend vergrößerten Hub, andererseits kann der Zylinderkopfkühlraum um das Maß der Höhe der Ausnehmung gegenüber dem vorherigen Zylinderkopf abgesenkt werden. Diese Absenkung ermöglicht eine effektivere Kühlung des Zylinderkopfbodenbereichs. Die Hubraumerhöhung und die effektivere Kühlung ermöglichen bei einer weitgehend unveränderten Leistung der Brennkraftmaschine eine Reduzierung der Abgasemission in der Größenordnung, die durch Nachbehandlungsmaßnahmen und/oder Abgasrückführung erreicht wird. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber diesen Lösungen zur Reduzierung der Abgasemissionen ist die Möglichkeit der preiswerteren Serienherstellung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Hinzu kommt, dass die bestehende Transferlinie für die mechanische Bearbeitung des Kurbelgehäuses nicht geändert werden muss. Die Erfindung ist grundsätzlich auf alle Größen und Bauarten einer Brennkraftmaschine anwendbar, im ausgeführten Beispiel weist die Brennkraftmaschine als 4-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine einen Hubraum von bis 4 I bei einer Leistung von bis zu 75 kW auf. Die Tiefe der Ausnehmung ist auf einen Wert von bis angenähert 10 mm festgelegt.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Innenumfang der Ausnehmung ölkohleabschabend ausgebildet. Diese ölkohleabschabende Ausbildung wird dadurch erreicht, dass der Einpassdurchmesser der Ausnehmung leicht in die eigentliche Kolbenlauffläche des Zylinderrohres hineinragt. Dadurch ergibt sich eine Verringerung des Feuerstegspaltes bei gleichzeitiger Erschwernis von Ölkohleablagerungen. Ebenfalls wird eine Reduzierung des Totvolumens erreicht. Zusätzlich oder anstelle der zuvor erläuterten Verringerung des Einpassdurchmessers kann die Ausnehmung auch gerändelt ausgeführt sein. Diese Ausbildung gewährleistet ebenfalls eine wirkungsvolle Verhinderung von Ölkohleablagerungen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Zylinderkopfringkühlraum eine Tiefe auf, die angenähert der Tiefe der Ausnehmung entspricht. Dabei ist dieser Zylinderkopfringkühlraum durch Öffnungen in der Zylinderkopfdichtung mit dem Kurbelgehäusekühlraum des als Open-Deck ausgeführten Kurbelgehäuses verbunden und stellt somit die Fortführung des Kurbelgehäusekühlraums im Zylinderkopf bis in den Bereich der oberen Totpunktstellung des Kolbens dar. Durch diese Anordnung des Zylinderkopfringkühlraums ergibt sich oberhalb der Ausnehmungen Bauraum für den sich über das gesamte Zylinderkopfbodenniveau erstreckenden Zylinderkopfkühlraum, der durch einen entsprechenden Gießkern bei der Herstellung des Zylinderkopfs erstellt wird. Dieser Zylinderkopfkühlraum hat mehrere Funktionen und erfindungsgemäße Vorteile.
    • Es wird eine intensive Kühlung der Gaswechselkanäle und insbesondere der Gaswechselkanalhälse erreicht,
    • eine thermische Entkopplung des Gaswechselauslasskanals von dem Gaswechseleinlasskanal wird erzielt, wobei insbesondere die Gaswechseleinlasskanäle zusätzlich zumindest weitgehend von dem Zylinderkopfboden getrennt sind,
    • es ist eine intensive Kühlung des Ventilstegbereichs bis an die Ventilsitzringe heran ermöglicht, so dass mechanisch gebohrte Stegbohrungen entfallen können und
    • der gesamte Zylinderkopfbodenbereich wird durch die Kastenbauweise des Zylinderkopfkühlraums versteift, wodurch weiterhin die Möglichkeit zu einem dünner ausgebildeten Zylinderkopfboden geschaffen wird.
  • In weiterer Ausgestaltung weist der Zylinderkopfkühlraum auf zumindest einer Längsseitenwand des Zylinderkopfs mündende Kernlochöffnungen auf. Durch diese Kernlochöffnungen wird der Zylinderkopfkühlraum gießtechnisch bezüglich der Positionierung und späteren Entfernung des Gießkerns gut beherrscht. Dabei werden bei einem 4-Zylinder-Zylinderkopf bevorzugt auf jeder Zylinderkopflängsseite vier Kernlochöffnungen und auf zumindest einer Zylinderkopfstirnseite eine Kernlochöffnung angeordnet. Diese Kernlochöffnungen werden mit entsprechenden Verschlussstopfen verschlossen bzw. es ergibt sich die Möglichkeit, Kühlflüssigkeitsteilmengen zur Beschickung von Wärmetauschern abzuzweigen bzw. Kühlmittelteilströme gezielt zuzuführen, wobei die Brennkraftmaschine wassergekühlt ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Zylinderkopfkühlraum flächendeckend über dem Zylinderkopfbodenbereich angeordnet. In dieser Ausführung hat der Zylinderkopfkühlraum also die größtmögliche Kühlfläche, die nur durch die entsprechenden Durchtritte für die Gaswechselventile beziehungsweise Gaswechselkanäle sowie sonstigen Durchtritte wie beispielsweise für die Stoßstangen zur Betätigung der Gaswechselventile durchbrochen ist. Die Halterung für den Gießkern kann unverändert wie bei der meanderförmigen Ausbildung ausgestaltet sein, wobei es ausreichend ist, auf den gegenüberliegenden Zylinderkopflängsseiten Kernlochöffnungen vorzusehen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Zylinderkopfkühlraum einteilig mit dem Zylinderkopfringkühlraum ausgeführt. Bei dieser Ausgestaltung sind die beiden Kühlräume so weit wie möglich einteilig ausgebildet und dies hat insbesondere bei der Herstellung Vorteile, indem keine weiteren Verbindungskanäle eingearbeitet werden müssen.
  • In weiterer Ausgestaltung ist der Zylinderkopfwerkstoff Grauguss oder Aluminium.
  • Die nachfolgende Zeichnungsbeschreibung beinhaltet weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
    • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht des Zylinderkopfs von der Gaswechselseite bzw. der Kurbelgehäuseseite her,
    Fig. 2
    einen Schnitt durch den Zylinderkopf im Bereich eines Gaswechseleinlasskanals,
    Fig. 3
    einen Schnitt durch den Zylinderkopf im Bereich einer Aufnahmebohrung für ein Einspritzventil,
    Fig. 4
    eine erste perspektivische Ansicht des Kühlkreislaufs der Brennkraftmaschine,
    Fig. 5
    eine zweite perspektivische Ansicht des Kühlkreislaufs der Brennkraftmaschine und
    Fig. 6
    in Einzeldarstellung den meanderförmig ausgebildeten Zylinderkopfkühlraum.
  • Der Zylinderkopf 1 gemäß Fig. 1 ist ein Blockzylinderkopf für eine 4-zylindrige, selbstzündende Brennkraftmaschine. In die dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zugewandten Zylinderkopfbodenwand 2 sind vier Ausnehmungen 3 eingearbeitet, in die die Kolben mit einem Stegbereich eintauchen. Die Ausnehmungen 3 sind umgeben von Zylinderkopfringkühlräumen 4, die alle miteinander verbunden sind. Dabei sind die Zylinderkopfringkühlräume 4 für die Zylinder 1 bis 3 identisch ausgebildet und umfassen die Zylinder jeweils auf deren gesamtem Umfang, während der Zylinderkopfringkühlraum 4 für den vierten Zylinder diesen nur zu etwa ¾ umfasst. In jede der Ausnehmungen 3 münden zwei Gaswechselkanäle, wobei die Mündungen im montierten Zustand von Gaswechselventilen beherrscht werden. Die Gaswechselkanäle sind ein Gaswechseleinlasskanal 6 und ein Gaswechselauslasskanal 7, die ebenfalls auf der Seitenwand des Zylinderkopfs ausmünden. Jedem Zylinder sind zwei Öffnungen 8 zugeordnet, die Stoßstangen zur Betätigung des Ventiltriebs aufnehmen. Durch Bohrungen 23 werden Zylinderkopfschrauben zur Befestigung des Zylinderkopfs 1 auf dem Kurbelgehäuse durchgeführt. Jeweils unterhalb des Gaswechseleinlasskanals 6 ist eine Kernlochöffnung 9 angeordnet, durch die der Gießkern für den sich entlang des gesamten Zylinderkopfs 1 erstreckenden meanderförmig ausgebildeten Zylinderkopfkühlraum 10 (Fig. 2 bis 6) gehalten wird und durch die der Gießkern nach dem Gießvorgang entfernt wird. Weiterhin ist ein in der Zylinderkopfbodenwand 2 mündender Zuleitkanal 24b dargestellt, der später zur Fig. 4 und Fig. 5 erläutert wird.
  • Der Schnitt gemäß Fig. 2 durch den Zylinderkopf 1 im Bereich eines Gaswechseleinlasskanals 6 zeigt auf der Zylinderkopfbodenwand 2 die Ausnehmung 3 mit dem umgebenden Zylinderkopfringkühlraum 4. Von der Ausnehmung 3 geht der Einlasskanal 6 ab, wobei an die Ausnehmung 3 sich eine bearbeitete zylinderförmige Ringausnehmung 11 zur Aufnahme eines Ventilsitzringes anschließt. Der Zylinderkopfkühlraum 10 erstreckt sich kurbelgehäuseseitig bis etwa in die Höhe der Ringausnehmung 11. Auf gegenüberliegenden Seiten zu der Gaswechselventilachse 12 sind ein Ölkanal 13a und ein Wasserkanal 13b angeordnet, die sich ebenfalls entlang des gesamten Zylinderkopfs 1 erstrecken. Durch den Ölkanal 13a wird Öl zur Kühlung der Ventilschäfte und über Stichkanäle 22 zur Schmierölverteilung an die einzelnen bewegten Teile des Ventiltriebs geleitet. Zugeleitet wird das Öl stirnseitig des Zylinderkopfs über eine mit dem Ölkreislauf verbundene Zuführleitung. Abgeleitet wird das Öl über den Kipphebelraum 14 sowie die Öffnungen 8, durch die die Stoßstangen geführt sind. Ein schräg oberhalb des Wasserkanals 13b angeordneter Kanal 15 führt die weitgehend ölbereinigten Kurbelgehäusegase über Abzweigkanäle 16 in die Einlasskanäle 6 zurück. Der Kanal 15 kann auch zur Verteilung von zurückgeführtem Abgas bei einer Abgasrückführungsvorrichtung genutzt werden.
  • Der Schnitt gemäß Fig. 3 durch den Zylinderkopf 1 im Bereich einer Aufnahmebohrung 17 für ein Einspritzventil zeigt zusätzlich bzw. im Unterschied zu Fig. 2 neben der Aufnahmebohrung 17 eine Glühkerzenbohrung 18. Die Glühkerzenbohrung 18 ist optional an allen Zylindern vorgesehen. Zwischen dem Zylinderkopfkühlraum 10 und dem Ölkanal 13a und dem Wasserkanal 13b ist ein Raum 19 angeordnet, der sich quer durch den Zylinderkopf 1 erstreckt.
  • In den Fig. 4 und 5 ist der wassergekühlte Kühlkreislauf in den wesentlichen Teilen dargestellt, wobei zur besseren Übersichtlichkeit der Kühlkreislauf bzw. dessen Komponenten im Bereich der Trennebene Kurbelgehäuse - Zylinderkopf beabstandet voneinander dargestellt sind.
  • Von der nicht dargestellten Wasserpumpe gelangt das Kühlmittel Wasser über einen stirnseitigen Zugang 20 in einen ersten Kurbelgehäusekühlraum 5 und wird von diesem in die übrigen Kurbeigehäusekühlräume 5 weitergeleitet.
  • Von den Zylinderkurbelgehäusekühlräumen 5 gelangt das Wasser über Übergänge 28 in der Zylinderkopfdichtung in die Zylinderkopfringkühlräume 4. Das Wasser wird zur intensiven Kühlung der thermisch hoch belasteten Bereiche durch entsprechende Ausgestaltung der Kurbelgehäusekühlräume 5 und die Anordnung und Ausbildung der Übergänge 28 in der Zylinderkopfdichtung bezüglich der Fließrichtung und Fließmenge beeinflusst.
  • Von dem Zylinderkopfringkühlraum 4 gelangt das Wasser im Wesentlichen über die Übertrittsöffnungen 29 (1x pro Zylinder) und insbesondere zur guten Durchströmung des Zylinderkopfkühlraums 4 vorhandene V-förmig aufsteigende Verbindungskanäle 21a und 21 b in den Zylinderkopfkühlraum 10, aus dem es nach Durchströmung desselben zylinderkopfstirnseitig über eine Öffnung 30 in Richtung eines nicht dargestellten Kühlwasserthermostats austritt.
  • Alternativ kann die Öffnung 30 auch entfallen und stattdessen der Austritt an der direkt benachbarten Kernlochöffnung auf der Zylinderlängswand, die in Verlängerung zu der Austrittsöffnung 27 angeordnet ist, austreten.
  • Der Wasserkanal 13b wird über Zuleitkanäle 24b und 24c, die mit dem Kurbelgehäusekühlraum 5 in Wirkverbindung stehen, mit Wasser versorgt.
  • Der Kanal 13b erfüllt in Ergänzung zu dem hier nicht dargestellten Ölkanal 13a (Figuren 2 und 3) die Funktion der Ventilschaftkühlung und er entlüftet das Kühlsystem dergestalt, dass das über eine Austrittsöffnung 27 oberhalb der Öffnung 30 abgeleitete Wasser in Richtung Kühlwasserthermostat fließt.
  • Von der Wasserpumpe wird eine Wassermenge von beispielsweise 50 Liter pro Minute in den Zugang 20 gefördert. Zusätzlich wird eine Wassermenge von beispielsweise 10 Liter pro Minute in eine nicht dargestellte Ölkühlerleitung gefördert, die entlang den Kurbelgehäusekühlräumen 5 verläuft und einen an der Brennkraftmaschine integrierten Ölkühler beschickt. Von dem Ölkühler wird das Wasser über den Zylinderkopfkühlraum 10 dem Kühlwasserthermostat zugeführt.
  • Fig. 6 zeigt die meanderförmige Ausbildung des Zylinderkopfkühlraums 10.
  • Bezugszeichen
    • 1
    Zylinderkopf
    2
    Zylinderkopfbodenwand
    3
    Ausnehmung
    4
    Zylinderkopfringkühlraum
    5
    Kurbelgehäusekühlraum
    6
    Gaswechseleinlasskanal
    7
    Gaswechselauslasskanal
    8
    Öffnung
    9
    Kernlochöffnung
    10
    Zylinderkopfkühlraum
    11
    Ringausnehmung
    12
    Gaswechselventilachse
    13a
    Ölkanal
    13b
    Wasserkanal
    14
    Kipphebelraum
    15
    Kanal
    16
    Abzweigkanal
    17
    Aufnahmebohrung
    18
    Glühkerzenbohrung
    19
    Raum
    20
    Zugang
    21 a, 21 b
    Verbindungskanal
    23
    Bohrung
    24b, 24c
    Zuleitkanäle
    27
    Austrittsöffnung
    28
    Übergänge
    29
    Übertrittsöffnungen
    30
    Öffnung

Claims (11)

  1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinder aufweisenden Kurbelgehäuse, das von einem in Blockbauart ausgebildeten Gaswechselventile und Gaswechselkanäle aufweisenden Zylinderkopf unter Einfügung einer Zylinderkopfdichtung abgedeckt ist, wobei in den Zylindern je ein über ein Pleuel an einer in dem Kurbelgehäuse gelagerten Kurbelwelle angelenkter Kolben bewegbar ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Kühlsystem und ein Schmiersystem mit einer Ölpumpe aufweist, und wobei das Kühlsystem zumindest einen unteren, mit einem Kurbelgehäusekühlraum direkt zusammenwirkenden Zylinderkopfringkühlraum und einen darüber liegenden Zylinderkopfkühlraum aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1) mit den Zylindern zusammenwirkende Ausnehmungen (3) aufweist, in die jeweils ein Kolben mit einem Stegbereich so weit eintaucht, dass ein oberster Kolbenring in oberer Totpunkt (OT)-Stellung unterhalb der Zylinderkopfdichtung angeordnet ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Innenumfang der Ausnehmung (3) ölkohleabschabend ausgebildet ist.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfringkühlraum (4) eine Tiefe aufweist, die angenähert der Tiefe der Ausnehmung (3) entspricht.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfkühlraum (10) zylinderkopfbodenseitig bis in den Bodenbereich einer einen Ventilsitzring aufnehmenden Ringausnehmung (11) reicht.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfkühlraum (10) auf zumindest einer Längsseitenwand des Zylinderkopfs (1) mündende Kernlochöffnungen (9) aufweist.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfkühlraum (10) sich meanderförmig entlang des gesamten Zylinderkopfs (1) erstreckt.
  7. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfkühlraum (10) die Gaswechselkanäle, insbesondere die Gaswechseleinlasskanäle (6) zumindest weitgehend von der Zylinderkopfbodenwand (2) trennt.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine wassergekühlt ist.
  9. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfkühlraum (10) flächendeckend über dem Zylinderkopfbodenbereich angeordnet ist.
  10. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfkühlraum (10) einteilig mit dem Zylinderkopfringkühlraum (4) ausgeführt ist.
  11. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfwerkstoff Grauguss oder Aluminium ist.
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