EP1972772B1 - Cylinder head for a fluid-cooled combustion engine - Google Patents

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EP1972772B1
EP1972772B1 EP08002503.4A EP08002503A EP1972772B1 EP 1972772 B1 EP1972772 B1 EP 1972772B1 EP 08002503 A EP08002503 A EP 08002503A EP 1972772 B1 EP1972772 B1 EP 1972772B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder head
coolant
gas
duct
exchange
Prior art date
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Active
Application number
EP08002503.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1972772A2 (en
EP1972772A3 (en
Inventor
Frank Kreil
Frank Dr. Ruetten
Fabian Dr. Kock
Joseph . Hadaller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP1972772A2 publication Critical patent/EP1972772A2/en
Publication of EP1972772A3 publication Critical patent/EP1972772A3/en
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Publication of EP1972772B1 publication Critical patent/EP1972772B1/en
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/26Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for a liquid-cooled internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
  • a liquid-cooled cylinder head for an internal combustion engine is known.
  • a separate coolant jacket is provided for each combustion chamber. With this first the combustion chamber roof and then the center arranged between the four gas exchange valves injector or the centrally arranged ignition device is cooled.
  • a liquid-cooled internal combustion engine with a cylinder head known.
  • the cylinder head has two inlet and two outlet channel openings per cylinder, which are arranged substantially symmetrically with respect to at least one transverse plane of the cylinder head.
  • Adjacent to a combustion chamber roof is a first cooling space to which, in turn, a second cooling space partially adjoins, wherein the first and the second cooling space are flow-connected to one another via at least one flow connection per cylinder.
  • the invention is based on the not yet published German patent application DE 10 2006 036 422 out.
  • a liquid-cooled cylinder head for an internal combustion engine is described, with a first and a second, adjacent to each other, partially merging into each other, surrounded by a coolant passage Auslasskanalwandung for two Auslassgas promptventile.
  • an at least partially surrounded by a coolant channel dome is arranged. This dome is for a largely centered to the combustion chamber covered by the cylinder head can be arranged engine component such.
  • the coolant channel has a first, substantially centrally disposed between the first and the second Auslasskanalwandung inlet and a second and a third of the first inflow opening in the cylinder head longitudinal direction having spaced inflow opening in a cylinder head separation plane.
  • the coolant channel extends largely over the combustion chamber and between the first and the second outlet duct wall in the direction of the dome.
  • the coolant channel extends largely over the combustion chamber and radially around the first and the second outlet channel wall in the direction of the dome and starting from the dome in the direction of the inlet side of the cylinder head.
  • a first flow guide rib extending in the direction of the dome is arranged in a gusset region of the coolant channel.
  • the generic design of the coolant channel in a cylinder head of an internal combustion engine has excellent cooling properties for the Dom Schl.
  • Object of the present invention is to show a measure by which the outlet side of the cylinder head can be even more uniform and thus better cooled.
  • the gas exchange outlet ducts and the ignition and / or fuel injection device are cooled particularly well.
  • Fig. 1 shows the top view of a portion of a three-dimensionally illustrated casting core of an inventively shaped coolant channel 5.
  • the coolant channel 5 is provided for a multi-cylinder series internal combustion engine, but only a portion of the coolant channel 5 is shown for about two and a half cylinders.
  • the multi-cylinder cylinder head has a longitudinal axis LA, which is symbolically represented by an arrow. On one side of the longitudinal axis LA is an inlet side 3 and on the other hand the longitudinal axis LA is an outlet side 1 of the cylinder head.
  • Each cylinder has in the illustrated embodiment in the inlet side 3, two gas exchange inlet ducts 4, 4 'and in the outlet side 1, two gas exchange outlet ducts 2, 2.
  • the coolant channel 5 for each cylinder two inlet openings 6, 6 ' is promoted by the coolant during operation of the internal combustion engine from a crankcase, not shown in the cylinder head.
  • the flow direction of the coolant is shown schematically by arrows.
  • the inflow openings 6, 6 ' are arranged substantially below the gas exchange outlet channels 2, 2.
  • the coolant flows geodetically upwards into the inflow cross section of the coolant channel 5 and further largely horizontally first away from the inlet side 3 and further arcuately back towards the outlet side 1 to merge into a common coolant channel and further into a web area between the gas exchange outlet channels 2, 2 'to open. Proceeding from the web region, the coolant in the coolant channel 5 continues to flow upward geodetically and surrounds the gas exchange outlet channels 2, 2 and a region arranged largely centrically to a cylinder, not shown, in which an ignition and / or a fuel injection unit can be arranged. Starting from this area, the coolant continues to flow in the direction of inlet side 3 of the cylinder head.
  • the coolant channel 5 has on both sides of the gas exchange outlet channels 2, 2 'a further connection 7, 7 to the crankcase, which can simultaneously serve as a vent hole for the crankcase.
  • a core support 8, 8 ' is arranged for fixing the position of the casting core during the casting process of the cylinder head.
  • the coolant jacket 5 is provided for a 6-cylinder internal combustion engine.
  • any other internal combustion engine with any number of cylinders can be equipped with the inventively designed coolant channel 5.
  • Fig. 2 in which the same reference numbers apply to the same components as in Fig. 1 , is also a plan view of the three-dimensional darg Whyen casting core of the coolant channel 5 shown, but with improved view of the inlet openings 6, 6 '.
  • the flow direction of the coolant is again shown schematically by arrows.
  • Out Fig. 2 It can be seen how the coolant, which enters the cylinder head through the inlet openings 6, 6 ', first flows "M-shaped" away from the inlet side 3 of the cylinder head and then back to the inlet side 3. In the middle, in the web region between gas exchange outlet channels 2, 2, the coolant channel 5 is brought together again to form a single coolant channel 5. After this channel merge, the coolant is then conveyed geodetically upwards, where it flows around the gas exchange outlet channels 2, 2 'and the region of the ignition and / or fuel injection device.
  • Fig. 3 shows a diagram of a temperature distribution of Gas batauslassventilstegtemperaturen for a 6-cylinder internal combustion engine.
  • the temperatures are derived from a simulation validated by measurements.
  • the gas exchange outlet valve temperature is plotted in degrees Celsius above the Y axis.
  • Six individual measuring points in the cylinder head are shown above the X axis.
  • Two graphs 9 and 10 show the temperature profile over the length of the cylinder head, for known from the prior art cooling concepts.
  • a third graph 11 shows the temperature profile for a cylinder head with a coolant channel 5 formed according to the invention. It can clearly be seen that the temperature difference from the first to the sixth cylinder with the inventive design of the coolant channel 5 is only about 10 ° C., while the temperature difference for the cylinder conventional cooling concepts, graphs 9 and 10, up to 25 ° C.
  • the proposal according to the invention eliminates the abovementioned disadvantages without sustainably influencing the pressure loss in the cooling system.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cylinder head for a liquid-cooled internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.

Beispielsweise aus der britischen Patentanmeldung GB 2 175 046 A ist ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt. Um kleinere Gießkerne beim Gießen des Zylinderkopfes zu erhalten, ist vorgesehen, dass für jeden Brennraum ein eigener Kühlmittelmantel vorgesehen ist. Mit diesem wird zuerst das Brennraumdach und anschließend der mittig zwischen den vier Gaswechselventilen angeordnete Injektor oder die mittig angeordnete Zündeinrichtung gekühlt.For example, from the British patent application GB 2 175 046 A a liquid-cooled cylinder head for an internal combustion engine is known. In order to obtain smaller casting cores when casting the cylinder head, it is provided that a separate coolant jacket is provided for each combustion chamber. With this first the combustion chamber roof and then the center arranged between the four gas exchange valves injector or the centrally arranged ignition device is cooled.

Weiter ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 2005/042955 A2 eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf bekannt. Der Zylinderkopf weist zwei Einlass- und zwei Auslasskanalöffnungen je Zylinder auf, welche im Wesentlichen symmetrisch bezüglich zumindest einer Querebene des Zylinderkopfes angeordnet sind. An ein Brennraumdach grenzt ein erster Kühlraum an, an den wiederum ein zweiter Kühlraum teilweise angrenzt, wobei der erste und der zweite Kühlraum über zumindest eine Strömungsverbindung pro Zylinder miteinander strömungsverbunden sind.Next is from the international patent application WO 2005/042955 A2 a liquid-cooled internal combustion engine with a cylinder head known. The cylinder head has two inlet and two outlet channel openings per cylinder, which are arranged substantially symmetrically with respect to at least one transverse plane of the cylinder head. Adjacent to a combustion chamber roof is a first cooling space to which, in turn, a second cooling space partially adjoins, wherein the first and the second cooling space are flow-connected to one another via at least one flow connection per cylinder.

Die Erfindung geht von der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 036 422 aus. In dieser ist ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine beschrieben, mit einer ersten und einer zweiten, benachbart zueinander angeordneten, abschnittsweise ineinander übergehenden, von einem Kühlmittelkanal umgebenen Auslasskanalwandung für zwei Auslassgaswechselventile. Beabstandet von einem einlassseitigen, von den Auslasskanalwandungen gebildeter Zwickelbereich, ist ein zumindest teilweise von einem Kühlmittelkanal umgebener Dom angeordnet. Dieser Dom ist für ein weitgehend mittig zu dem von dem Zylinderkopf abgedeckten Brennraum anordenbares Brennkraftmaschinenbauteil, wie z. B. einer Zündeinrichtung und/oder einer Brennstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, wobei der Kühlmittelkanal eine erste, weitgehend mittig zwischen der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung angeordnete Einströmöffnung und eine zweite und eine dritte von der ersten Einströmöffnung in der Zylinderkopflängsrichtung beabstandete Einströmöffnung in einer Zylinderkopftrennebene aufweist. Ausgehend von der ersten Einströmöffnung erstreckt sich der Kühlmittelkanal weitgehend über den Brennraum und zwischen der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung in Richtung Dom. Ausgehend von der zweiten und der dritten Einströmöffnung erstreckt sich der Kühlmittelkanal weitgehend über den Brennraum und radial um die erste und die zweite Auslasskanalwandung in Richtung Dom und ausgehend von dem Dom in Richtung Einlassseite des Zylinderkopfes. Für eine bessere Kühlung des Domes ist in einem Zwickelbereich des Kühlmittelkanals eine erste, sich in Richtung des Doms erstreckende Strömungsleitrippe angeordnet.The invention is based on the not yet published German patent application DE 10 2006 036 422 out. In this a liquid-cooled cylinder head for an internal combustion engine is described, with a first and a second, adjacent to each other, partially merging into each other, surrounded by a coolant passage Auslasskanalwandung for two Auslassgaswechselventile. Spaced apart from an inlet-side, formed by the Auslasskanalwandungen gusset region, an at least partially surrounded by a coolant channel dome is arranged. This dome is for a largely centered to the combustion chamber covered by the cylinder head can be arranged engine component such. B. an ignition device and / or a fuel injection device, wherein the coolant channel has a first, substantially centrally disposed between the first and the second Auslasskanalwandung inlet and a second and a third of the first inflow opening in the cylinder head longitudinal direction having spaced inflow opening in a cylinder head separation plane. Starting from the first inflow opening, the coolant channel extends largely over the combustion chamber and between the first and the second outlet duct wall in the direction of the dome. Starting from the second and the third inflow opening, the coolant channel extends largely over the combustion chamber and radially around the first and the second outlet channel wall in the direction of the dome and starting from the dome in the direction of the inlet side of the cylinder head. For better cooling of the dome, a first flow guide rib extending in the direction of the dome is arranged in a gusset region of the coolant channel.

Die gattungsgemäße Ausgestaltung des Kühlmittelkanals in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weist hervorragende Kühleigenschaften für den Dombereich auf.The generic design of the coolant channel in a cylinder head of an internal combustion engine has excellent cooling properties for the Dombereich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, durch die die Auslassseite des Zylinderkopfes noch gleichmäßiger und somit besser gekühlt werden kann.Object of the present invention is to show a measure by which the outlet side of the cylinder head can be even more uniform and thus better cooled.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die verbesserte Kühlung am Gaswechselauslassventilsteg wird die Lebensdauer des erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopfes erhöht oder es können kostengünstigere Legierungen, wie z. B. AISi8 anstatt AISi7 bei gleicher Lebensdauer eingesetzt werden. Von der verbesserten Kühlung des Gaswechselauslassventilsteges profitiert auch die Zünd- und/oder Einspritzeinrichtung, so dass beispielsweise Glühzündungen vermieden, bzw. reduziert werden. Die Kühlmittelströmung wird durch entsprechende Formgebung nahe dem Brennraumdach in horizontale Richtung umgelenkt und in Richtung Steg zwischen Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslassventil umgeleitet. Durch die somit erzielte höhere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels wird die Kühlung am Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslassventilsteg, wo häufig thermomechanische Ermüdungsrisse auftreten, verbessert.
This object is achieved by the features in the characterizing part of patent claim 1.
Due to the improved cooling on Gaswechselauslassventilsteg the life of the inventively designed cylinder head is increased or it can cost-effective alloys such. B. AISi8 instead of AISi7 be used for the same life. From the improved cooling of the Gaswechselauslassventilsteges also benefits the ignition and / or injection device, so that, for example, igniters avoided or reduced. The coolant flow is deflected by appropriate shaping near the combustion chamber roof in the horizontal direction and diverted in the direction of web between Gaswechseleinlass- and Gaswechselauslassventil. By thus achieved higher flow velocity of the Coolant cooling at the Gaswechseleinlass- and Gaswechselauslassventilsteg where frequent thermo-mechanical fatigue cracks occur improved.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird eine weitere kühlmittelführende Verbindung mit dem Kurbelgehäuse dargestellt, die die Entlüftungsbohrung für das Kurbelgehäuse in vorteilhafter Weise als Strömungskanal für eine weitere Kühlung der Stege zwischen den Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslassventile nutzt.With the embodiment according to claim 2, a further coolant-carrying connection with the crankcase is shown, which uses the vent hole for the crankcase in an advantageous manner as a flow channel for further cooling of the webs between the Gaswechseleinlass- and Gaswechselauslassventile.

Durch die Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche 3 und 4 werden die Gaswechselauslasskanäle sowie die Zünd- und/oder Brennstoffeinspritzvorrichtung besonders gut gekühlt.Due to the embodiments according to the claims 3 and 4, the gas exchange outlet ducts and the ignition and / or fuel injection device are cooled particularly well.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles in zwei Figuren sowie mit Hilfe eines einzigen Diagramms näher erläutet:

Fig. 1
zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Gusskern eines erfindungsgemäß ausgeformten Kühlmittelkanals;
Fig. 2
zeigt eine Aufsicht auf den dreidimensional dargestellten Gusskern des erfindungsgemäß ausgeformten Kühlmittelkanals aus einer anderen Perspektive;
Fig. 3
zeigt ein Diagramm von einer Temperaturverteilung von Gaswechselauslassventilstegen einer 6-Zylinder-Brennkraftmaschine.
In the following the invention with reference to a particularly preferred embodiment in two figures and with the aid of a single diagram is explained in more detail:
Fig. 1
shows a plan view of a three-dimensionally illustrated casting core of an inventively shaped coolant channel;
Fig. 2
shows a plan view of the three-dimensionally illustrated casting core of the invention shaped coolant channel from a different perspective;
Fig. 3
shows a diagram of a temperature distribution of Gaswechselauslassventilstegen a 6-cylinder engine.

Fig. 1 zeigt die Aufsicht auf einen Abschnitt eines dreidimensional dargestellten Gusskerns eines erfindungsgemäß ausgeformten Kühlmittelkanals 5. Der Kühlmittelkanal 5 ist für eine mehrzylindrige Reihenbrennkraftmaschine vorgesehen, wobei jedoch nur ein Abschnitt des Kühlmittelkanals 5 für ca. zweieinhalb Zylinder dargestellt ist. Der mehrzylindrige Zylinderkopf weist eine Längsachse LA auf, die mit einem Pfeil symbolisch dargestellt ist. Einerseits der Längsachse LA ist eine Einlassseite 3 und andererseits der Längsachse LA befindet sich eine Auslassseite 1 des Zylinderkopfes. Fig. 1 shows the top view of a portion of a three-dimensionally illustrated casting core of an inventively shaped coolant channel 5. The coolant channel 5 is provided for a multi-cylinder series internal combustion engine, but only a portion of the coolant channel 5 is shown for about two and a half cylinders. The multi-cylinder cylinder head has a longitudinal axis LA, which is symbolically represented by an arrow. On one side of the longitudinal axis LA is an inlet side 3 and on the other hand the longitudinal axis LA is an outlet side 1 of the cylinder head.

Jeder Zylinder weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Einlassseite 3 zwei Gaswechseleinlasskanäle 4, 4' und in der Auslassseite 1 zwei Gaswechselauslasskanäle 2, 2 auf. Weiter weist der Kühlmittelkanal 5 für jeden Zylinder zwei Einströmöffnungen 6, 6' auf, durch die Kühlmittel beim Betrieb der Brennkraftmaschine aus einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse in den Zylinderkopf gefördert wird. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist schematisch mit Pfeilen dargestellt. Die Einströmöffnungen 6, 6' sind weitgehend unter den Gaswechselauslasskanälen 2, 2 angeordnet. Von den Einströmöffnungen 6, 6' strömt das Kühlmittel geodätisch nach oben in den Einströmquerschnitt des Kühlmittelkanals 5 und weiter weitgehend waagrecht zuerst weg von der Einlassseite 3 und weiter bogenförmig zurück in Richtung Auslassseite 1 um zu einem gemeinsamen Kühlmittelkanal zu verschmelzen und weiter in einen Stegbereich zwischen den Gaswechselauslasskanälen 2, 2' zu münden. Ausgehend von dem Stegbereich strömt das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal 5 geodätisch weiter nach oben und umspült die Gaswechselauslasskanäle 2, 2 sowie einen weitgehend zentrisch zu einem nicht dargestellten Zylinder angeordneten Bereich, in dem eine Zünd- und/oder eine Brennstoffeinspritzeinheit anordenbar ist. Ausgehend von diesem Bereich strömt das Kühlmittel weiter in Richtung Einlassseite 3 des Zylinderkopfes. Um den Bereich der Zünd- und/oder Brennstoffeinspritzvorrichtung besonders gut zu kühlen, weist der Kühlmittelkanal 5 beidseitig der Gaswechselauslasskanäle 2, 2' eine weitere Verbindung 7, 7 zum Kurbelgehäuse auf, die gleichzeitig als Entlüftungsbohrung für das Kurbelgehäuse dienen kann. Zwischen zwei Zylindern ist jeweils eine Kernstütze 8, 8' angeordnet zur Lagefixierung des Gusskerns beim Gießvorgang des Zylinderkopfes.Each cylinder has in the illustrated embodiment in the inlet side 3, two gas exchange inlet ducts 4, 4 'and in the outlet side 1, two gas exchange outlet ducts 2, 2. Next, the coolant channel 5 for each cylinder two inlet openings 6, 6 ', is promoted by the coolant during operation of the internal combustion engine from a crankcase, not shown in the cylinder head. The flow direction of the coolant is shown schematically by arrows. The inflow openings 6, 6 'are arranged substantially below the gas exchange outlet channels 2, 2. From the inlet openings 6, 6 ', the coolant flows geodetically upwards into the inflow cross section of the coolant channel 5 and further largely horizontally first away from the inlet side 3 and further arcuately back towards the outlet side 1 to merge into a common coolant channel and further into a web area between the gas exchange outlet channels 2, 2 'to open. Proceeding from the web region, the coolant in the coolant channel 5 continues to flow upward geodetically and surrounds the gas exchange outlet channels 2, 2 and a region arranged largely centrically to a cylinder, not shown, in which an ignition and / or a fuel injection unit can be arranged. Starting from this area, the coolant continues to flow in the direction of inlet side 3 of the cylinder head. In order to cool the region of the ignition and / or fuel injection device particularly well, the coolant channel 5 has on both sides of the gas exchange outlet channels 2, 2 'a further connection 7, 7 to the crankcase, which can simultaneously serve as a vent hole for the crankcase. Between two cylinders in each case a core support 8, 8 'is arranged for fixing the position of the casting core during the casting process of the cylinder head.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelmantel 5 für eine 6-zylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen. Jedoch kann auch jede andere Brennkraftmaschine mit beliebig vielen Zylindern mit dem erfindungsgemäß ausgeformten Kühlmittelkanal 5 ausgestattet werden.In the present embodiment, the coolant jacket 5 is provided for a 6-cylinder internal combustion engine. However, any other internal combustion engine with any number of cylinders can be equipped with the inventively designed coolant channel 5.

In Fig. 2, in der für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern gelten wie in Fig. 1, ist ebenfalls eine Aufsicht auf den dreidimensional dargstellten Gusskern des Kühlmittelkanals 5 dargestellt, jedoch mit verbesserter Sicht auf die Einströmöffnungen 6, 6'. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist wiederum mit Pfeilen schematisch dargestellt. Aus Fig. 2 ist erkennbar, wie das Kühlmittel, welches durch die Einströmöffnungen 6, 6' in den Zylinderkopf eintritt, "M-förmig" zuerst von der Einlassseite 3 des Zylinderkopfes weg und anschließend wieder zur Einlassseite 3 hin strömt. Mittig, im Stegbereich zwischen Gaswechselauslasskanälen 2, 2 ist der Kühlmittelkanal 5 wieder zu einem einzigen Kühlmittelkanal 5 zusammengeführt. Nach dieser Kanalzusammenführung wird das Kühlmittel anschließend geodätisch nach oben gefördert wird, wo es die Gaswechselauslasskanäle 2, 2' und den Bereich der Zünd- und/oder Brennstoffeinspritzvorrichtung umspült.In Fig. 2 in which the same reference numbers apply to the same components as in Fig. 1 , is also a plan view of the three-dimensional dargstellten casting core of the coolant channel 5 shown, but with improved view of the inlet openings 6, 6 '. The flow direction of the coolant is again shown schematically by arrows. Out Fig. 2 It can be seen how the coolant, which enters the cylinder head through the inlet openings 6, 6 ', first flows "M-shaped" away from the inlet side 3 of the cylinder head and then back to the inlet side 3. In the middle, in the web region between gas exchange outlet channels 2, 2, the coolant channel 5 is brought together again to form a single coolant channel 5. After this channel merge, the coolant is then conveyed geodetically upwards, where it flows around the gas exchange outlet channels 2, 2 'and the region of the ignition and / or fuel injection device.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm eine Temperaturverteilung von Gaswechselauslassventilstegtemperaturen für eine 6-zylindrige Brennkraftmaschine. Die Temperaturen entstammen einer durch Messungen validierten Simulation. Über die Y-Achse ist die Gaswechselauslassventilstegtemperatur in Grad Celsius aufgetragen, über die X-Achse sind sechs einzelne Messstellen im Zylinderkopf dargestellt. Fig. 3 shows a diagram of a temperature distribution of Gaswechselauslassventilstegtemperaturen for a 6-cylinder internal combustion engine. The temperatures are derived from a simulation validated by measurements. The gas exchange outlet valve temperature is plotted in degrees Celsius above the Y axis. Six individual measuring points in the cylinder head are shown above the X axis.

Zwei Graphen 9 und 10 zeigen den Temperaturverlauf über die Länge des Zylinderkopfes, für aus dem Stand der Technik bekannte Kühlungskonzepte. Ein dritter Graph 11 zeigt demgegenüber den Temperaturverlauf für einen Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäß ausgeformten Kühlmittelkanal 5. Klar erkennbar ist, dass der Temperaturunterschied vom ersten zum sechsten Zylinder mit der erfindungsgemäßen Ausformung des Kühlmittelkanals 5 nur ca. 10°C beträgt, während die Temperaturdifferenz für die konventionellen Kühlungskonzepte, Graph 9 und 10, bis zu 25°C beträgt.Two graphs 9 and 10 show the temperature profile over the length of the cylinder head, for known from the prior art cooling concepts. In contrast, a third graph 11 shows the temperature profile for a cylinder head with a coolant channel 5 formed according to the invention. It can clearly be seen that the temperature difference from the first to the sixth cylinder with the inventive design of the coolant channel 5 is only about 10 ° C., while the temperature difference for the cylinder conventional cooling concepts, graphs 9 and 10, up to 25 ° C.

Zusammengefasst kann gesagt werden: Der erfindungsgemäße Vorschlag eliminiert die oben erwähnten Nachteile ohne den Druckverlust im Kühlsystem nachhaltig zu beeinflussen.In summary, it can be said that the proposal according to the invention eliminates the abovementioned disadvantages without sustainably influencing the pressure loss in the cooling system.

Erreicht wird eine zielgerechte Anströmung der kritischen Zonen im Zylinderkopf und somit die Kühlung des auslassseitigen Gaswechselauslassventilsteges sowie eine horizontale, direkte Anströmung des Brennraumdaches durch folgende Merkmale:

  • Der Kühlmittelübertritt vom Kurbelgehäuse zum Zylinderkopf erfolgt je Zylinder zweimal auf der Auslassseite 1, jeweils über vorzugsweise nierenförmige Querschnitte in der Brennraumplatte des Zylinderkopfes. Die nierenförmigen Einströmöffnungen 6, 6' sind durch eine Kühlmittelmantelunterbrechung jeweils zweigeteilt, wobei die beiden äußeren "Füße" des Kühlmittelübertrittes durch eine nicht dargestellte Zylinderkopfdichtung abgedeckt werden, damit das Kühlmittel nicht hauptsächlich in die äußeren Bereiche des Zylinders strömt. Die notwendige Stabilität des Kühlmittelmantelkerns für den Gießprozess wird dadurch erreicht, dass die Kühlmittelübertritte unterhalb der Zylinderkopfdichtfläche durch eine nicht dargestellte Kernleiste miteinander verbunden werden. Das Kühlmittel tritt durch die mittleren Querschnitte ein und wird unmittelbar in Richtung eines Abgasflansches und mit etwa 5° bis 40° in Richtung Zylindermitte umgelenkt. Beide Kühlmittelteilströme vereinigen sich dann in der Zylindermitte mittels einer steifigkeitsförderlichen Leitrippe zu einem Kanal, der nun direkt auf den Gaswechselauslassventilsteg zielt. In der Draufsicht betrachtet hat diese Kühlmittelführung die Form eines "M', weshalb vom sog. "M-Port' gesprochen wird.
A targeted flow of the critical zones in the cylinder head and thus the cooling of the outlet side Gaswechselauslassventilsteges and a horizontal, direct flow of the combustion chamber roof is achieved by the following features:
  • The coolant transfer from the crankcase to the cylinder head takes place per cylinder twice on the outlet side 1, in each case via preferably kidney-shaped cross sections in the combustion chamber plate of the cylinder head. The kidney-shaped inflow openings 6, 6 'are divided into two by a coolant jacket interruption, wherein the two outer "feet" of the coolant passage are covered by a cylinder head gasket, not shown, so that the coolant does not flow mainly into the outer regions of the cylinder. The necessary stability of the coolant jacket core for the casting process is achieved in that the coolant passages below the cylinder head sealing surface are connected to each other by a core strip, not shown. The coolant enters through the central cross sections and is deflected directly in the direction of an exhaust flange and at approximately 5 ° to 40 ° in the direction of the cylinder center. Both coolant sub-streams unite then in the center of the cylinder by means of a stiffness-promoting guide rib to a channel, which now aims directly at the Gaswechselauslassventilsteg. Viewed in plan view, this coolant guide has the shape of an "M", which is why the so-called. "M-port" is spoken.

Zwar erhöht die zusätzliche Umlenkung der Kühlmittelströmung im "M-Port' den Druckverlust im Kühlsystem. Dies wird aber weitgehend dadurch kompensiert, dass bei einem Kühlmittelkanal 5 mit "M-Port' auf eine Abstimmung der Zylinderkopfdichtung zur gleichmäßigen Kühlmittelverteilung über alle Zylinder weitgehend verzichtet werden kann.Although the additional deflection of the coolant flow in the "M port" increases the pressure loss in the cooling system, this is largely compensated for by the fact that, in the case of a coolant channel 5 with "M port", tuning of the cylinder head gasket for uniform coolant distribution over all cylinders is largely dispensed with can.

Durch die zusätzliche Verbindung 7, 7 des Kühlmittelkanals 5 mit dem Kühlmittelkanal im Kurbelgehäuse wird eine sog. Kurbelgehäusezwickelentlüftung erzielt. Die Kühlmittelströmung durch die Entlüftungsbohrung wird im Kühlmittelkanal 5 durch entsprechende Formgebung nahe dem Brennraumdach in horizontale Richtung umgelenkt und in Richtung einem Steg zwischen Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslassventil umgeleitet. Durch die hierdurch erzeugte höhere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels wird die Kühlung am Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslassventilsteg, wo häufig thermomechanische Ermüdungsrisse auftreten, verbessert.Due to the additional connection 7, 7 of the coolant channel 5 with the coolant channel in the crankcase, a so-called. Kurbelgehäusezwickelentlüftung is achieved. The coolant flow through the vent hole is deflected in the coolant channel 5 by appropriate shaping near the combustion chamber roof in the horizontal direction and diverted in the direction of a bridge between Gaswechseleinlass- and Gaswechselauslassventil. As a result of the resulting higher flow velocity of the coolant, the cooling at the Gaswechseleinlass- and Gaswechselauslassventilsteg, where frequently thermo-mechanical fatigue cracks occur, improved.

Durch die verbesserte Kühlung im Gaswechselauslass- sowie am Gaswechseleinlassventilsteg (durch die Strömungsumlenkung an der weiteren Verbindung 7, 7', der Kurbelgehäuseentlüftungsbohrung) erhöht sich die Lebensdauer, oder es können kostengünstigere Legierungen (z. B. AlSi8 anstelle von AISi7) bei gleicher Lebensdauer eingesetzt werden. Von der verbesserten Kühlung des Gaswechselauslassventilsteges profitiert auch die Zündeinrichtung, so dass Glühzündungen vermieden oder reduziert werden können.The improved cooling in the Gaswechselauslass- as well as the Gaswechseleinlassventilsteg (by the flow deflection at the other connection 7, 7 ', the crankcase ventilation bore) increases the life, or cheaper alloys (eg., AlSi8 instead of AISi7) can be used for the same life become. From the improved cooling of Gaswechselauslassventilsteges also benefits the ignition, so that pre-ignition can be avoided or reduced.

Anhand von Fig. 3 wurde gezeigt, dass die Kühlung aufgrund der sauberen Kühlmittelanströmung so gut ist, dass auf eine Abstimmung der Zylinderkopfdichtung zur Gleichverteilung des Kühlmittels auf die Zylinder weitgehend verzichtet werden kann. Durch den"M-Port' erreicht man somit eine sehr große Unempfindlichkeit der Gaswechselauslassventilstegtemperaturen gegenüber der Gleichverteilung sowohl bei langen Zylinderköpfen, wie z. B. bei einem Reihen-6-Zylinder-Zylinderkopf als auch gegenüber der Einspeisestelle des Kühlmittels im Kurbelgehäuse, das konstruktive Freiheiten ermöglicht. Als positiver Nebeneffekt wird durch den "M-Port' auch die Unterseite des Gaswechselauslasskanals 2, 2' gekühlt, wodurch die thermischen Verzüge des gesamten Zylinderkopfes reduziert werden.Based on Fig. 3 It has been shown that the cooling due to the clean coolant flow is so good that it is necessary to adjust the cylinder head gasket can be largely dispensed with the uniform distribution of the coolant to the cylinder. The "M-port" thus achieves a very great insensitivity of the gas exchange outlet valve stem temperatures compared to the uniform distribution both in the case of long cylinder heads, such as in a row 6-cylinder cylinder head and with respect to the injection point of the coolant in the crankcase As a positive side effect, the underside of the gas exchange outlet duct 2, 2 'is cooled by the "M port", as a result of which the thermal distortion of the entire cylinder head is reduced.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

1.1.
Auslassseiteoutlet
2, 2'2, 2 '
GaswechselauslasskanalGaswechselauslasskanal
3.Third
Einlassseiteinlet side
4, 4'4, 4 '
GaswechseleinlasskanalGas exchange inlet channel
5.5th
KühlmittelkanalCoolant channel
6, 6'6, 6 '
Einströmöffnunginflow
7, 77, 7
Verbindungconnection
8, 8'8, 8 '
Kernstützecore support
9.9th
erste Kühlungsvariantefirst cooling variant
10.10th
zweite Kühlungsvariantesecond cooling variant
11.11th
erfindungsgemäße KühlungsvarianteCooling variant according to the invention

Claims (4)

  1. A cylinder head for a liquid-cooled internal combustion engine, with two gas-exchange outlet ducts (2, 2') arranged in an outlet side (1) of the cylinder head and two gas-exchange inlet ducts (4, 4') arranged in an inlet side (3) of the cylinder head, which are each arranged along a longitudinal cylinder head axis (LA), and with an ignition and/or fuel-injection device which can be arranged between the gas-exchange ducts (2, 2', 4, 4'), wherein a coolant duct (5) in the cylinder head has two outlet-side coolant inflow openings (6, 6') which are open towards a crankcase arranged geodetically below the cylinder head, which openings are each arranged largely geodetically below a gas-exchange outlet duct (2, 2'), wherein the coolant duct (5) between the gas-exchange outlet ducts (2, 2') extends in the direction of the ignition and/or fuel-injection device and geodetically upwards,
    characterised in that the coolant duct (5) extends starting from the inflow openings (6, 6') on both sides up to a duct height and then in an arc-shape, first away from the inlet side (3) and then towards the inlet side (3) and then into the coolant duct (5) between the gas-exchange outlet ducts (2, 2').
  2. A cylinder head according to Claim 1,
    characterised in that the coolant duct (5) in the longitudinal direction of the cylinder head next to at least one gas-exchange outlet duct (2, 2) has at least one further coolant-carrying connection (7, 7') with a coolant duct in the crankcase, and in that geodetically above the connection (7, 7') the coolant duct points in the direction of an area between a gas-exchange inlet duct and a gas-exchange outlet duct.
  3. A cylinder head according to Claim 1 or Claim 2,
    characterised in that the coolant duct (5) surrounds the gas-exchange outlet ducts (2, 2) geodetically above its M-shaped inflow region.
  4. A cylinder head according to one of Claims 1 to 3,
    characterised in that the coolant duct (5) surrounds the ignition and/or fuel-injection device.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150073935A (en) * 2012-06-18 2015-07-01 페루사한 오토모빌 내셔널 에스디엔 비에이취디 Method and apparatus for cooling a cylinder head
US8869758B1 (en) 2013-10-09 2014-10-28 Ford Global Technologies, Llc Exhaust valve bridge and cylinder cooling
DE102017109185A1 (en) 2017-04-28 2018-10-31 Volkswagen Aktiengesellschaft Cylinder head housing and method for producing a cylinder head housing and casting core
DE102020111055B3 (en) 2020-04-23 2021-07-29 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Cylinder head with a cooling channel structure

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1294096B (en) * 1966-12-29 1969-04-30 Daimler Benz Ag Fluid-cooled cylinder head of an internal combustion engine
DE3516453A1 (en) * 1985-05-08 1986-11-13 Audi AG, 8070 Ingolstadt LIQUID-COOLED CYLINDER HEAD
JPH0833144B2 (en) * 1987-04-15 1996-03-29 本田技研工業株式会社 Internal combustion engine
DE10048582B4 (en) * 2000-09-30 2013-06-06 Volkswagen Ag Liquid cooled cylinder head for an internal combustion engine
DE10237664A1 (en) * 2002-08-16 2004-02-19 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag Cylinder head for water-cooled multi-cylinder internal combustion engine has main cooling flow on inflow side between two exhaust valves
WO2005042955A2 (en) * 2003-11-03 2005-05-12 Avl List Gmbh Internal combustion engine
DE102006036422A1 (en) 2006-08-04 2008-02-21 Bayerische Motoren Werke Ag Liquid cooled cylinder head for an internal combustion engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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