WO2004022961A1 - Zylinderkopf für eine wassergekühlte mehrzylindrige brennkraftmaschine - Google Patents

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Albrecht Reustle
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    • 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
    • F01P3/12—Arrangements for cooling other engine or machine parts
    • F01P3/14—Arrangements for cooling other engine or machine parts for cooling intake or exhaust valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder 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 water-cooled multi-cylinder internal combustion engine according to the features of the preamble of claim 1.
  • the cooling circuit for a multi-cylinder internal combustion engine is shown and described in DE 100 21 525 A, in which approximately 2/3 of the coolant flow circulated for engine cooling is passed through the cylinder head housing in order to distribute the coolant flow as required.
  • the coolant flows through the cylinder head housing in relation to the longitudinal axis of the cylinder bank.
  • the object of the invention is to provide further measures in order to effectively and uniformly cool the areas of the cylinder head which are exposed to high temperatures.
  • a cooling adapted to the temperature load in the cylinder head is achieved within the cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine, in which a main coolant flow is conducted between the two outlet valves of the four-valve engine in the direction of the spark plug dome, while the edge zones of the cylinder head cold rooms are supplied by secondary cooling flows.
  • the coolant is advantageously conducted into the area of the spark plug dome exposed to high temperatures through the guide ribs provided at the opening for the spark plug. Because the cross sections of the two guide ribs are designed differently, a transverse flow is generated behind the guide ribs, which counteracts the formation of so-called dead water areas and contributes to an adequate supply of coolant also in the area of the inlet valves.
  • the diameter of the outflow openings be of different sizes.
  • an additional cooling channel is provided on the inflow side in the cylinder head, which leads coolant directly to the hot spot.
  • 1 shows a geometric illustration of a water jacket in the cylinder head housing of an internal combustion engine
  • 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1
  • Fig. 3 is a side view of the water jacket in the direction of arrow A in Fig. 1 and
  • FIG. 4 shows a view of the water jacket from direction B in FIG. 3.
  • FIG. 1 The figures show the geometry of a water jacket, hereinafter referred to as cylinder head cooling chamber 2, of a cylinder for a multi-cylinder internal combustion engine, as described, for example, in DE 100 21 525 AI.
  • the cylinder head cooling chamber 2 of each cylinder is over two in
  • Inlet openings 4 and 6 provided with cylinder head housing are supplied with cooling water.
  • two outflow openings 8 and 10 are provided, through which the coolant heated by the cylinder head flows to the suction side of the water pump, not shown, of the internal combustion engine.
  • two recesses 12 and 14 for the two intake valves of the internal combustion engine can be seen; an opening 16 provided centrally in the cylinder head cooling chamber 2 forms the receptacle or dome for the spark plug of the cylinder in question.
  • rib-shaped recesses 18 and 20 which are formed in the cylinder head housing as a positive as two guide ribs 18 ' and 20 ' .
  • the cross sections of the two guide ribs 18 ' and 20 ' are of different strengths; the function of this configuration will be explained in more detail later.
  • a recess 22 for the two inlet valves of the cylinder head follows behind the two recesses 18, 20 and the central opening 16.
  • the inflow side of the cylinder head cooling chamber 2 is designed such that a main cooling flow Q2 and Q 3 is guided between the two exhaust valves (recess 12, 14) in the direction of the spark plug dome (central opening 16) via the inflow openings 4 and 6, while in the left and right respectively
  • a secondary cooling flow Qi and Q 4 is formed at the edge region of the cylinder head cooling space 2 and is guided along the two outflow openings 4 and 6 on the outside of the two recesses 24 and 26 in the direction of the ribs 18 ' and 20 ' .
  • the cooling flows Q 2 and Q 3 are directed on the basis of the spark plug dome in the direction of the guide ribs 18 ' and 20 ' , where they meet the cooling flows Q1 and Q4.
  • the cooling flow Q5 generated by the cooling channel 28 leads coolant directly to a hot spot in the cylinder head housing, which is formed in the wall area of the combustion chamber at the level of the spark plug dome, which encloses the opening or the thread for receiving the spark plug.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine wassergekühlte mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit zwei Ein­and Auslassventilen pro Zylinder, einem Zylinderkopfkühlraum (2) mit Ein- und Ausströmöffnungen (4, 6) für das Kühlmittel, sowie mit einer bezogen auf den Zylinderkopfkühlraum (2) eines Zylinders zentral angeordneten Aufnahmeöffnung (16) für eine Zündkerze. Es wird vorgeschlagen, dass 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.

Description

Zylinderkopf für eine wassergekühlte mehrzylindrige Brennkraftmaschine
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 Cl 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.
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 Vierventilmotors in Richtung des Zündkerzendomes geführt wird, während die Randzonen der Zylinderkopf-Kühlräume durch Nebenkühlströme versorgt sind.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes für eine wassergekühlte mehrzylindrige Brennkraftmaschine enthalten.
Durch die auf der Höhe der Aufnahmeoffnung 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.
Als zweite Maßnahme zur Erzeugung einer Querströmung im - in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen - hinteren Bereich der Einlassventile wird vorgeschlagen, dass der Durchmesser der Abströmöffnungen unterschiedlich groß ausgebildet ist.
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.l 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 AI 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 Qi 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 Ql 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 Qquer 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

Patentansprüche
1. 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 Aufnahmeoffnung für eine Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Einströmseite (Zuströmöffnungen 4, 6) im Zylinderkopfkühlraum (2) ein Hauptkühlstrom (Q2, Q3) zwischen den beiden Auslassventilen (Ausnehmung 12, 14) in Richtung der Aufnahmeoffnung (16) für die Zündkerze verläuft, während an den beiden Randbereichen der Einströmseite zwei Nebenkühlströme (Qi, Q4) vorgesehen sind.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Höhe der Aufnahmeoffnung (16) für die Zündkerze seitlich von der Öffnung zwei Leitrippen (18', 20') vorgesehen sind, deren Querschnitte zur Erzeugung einer Querströmung unterschiedlich groß ausgebildet sind.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ausströmseite des Zylinderkopfkühlraumes (2) zwei Ausströmöffnungen (8, 10) vorgesehen sind, deren Durchmesser zur Erzeugung einer Querströmung unterschiedlich groß ausgebildet sind.
4. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Einströmseite zusätzlich ein Kühlkanal (28) vorgesehen ist, der auf direktem Weg Kühlmittel zu einer Heißstelle im Zylinderkopfgehäuse leitet.
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