WO2018157185A1 - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2018157185A1
WO2018157185A1 PCT/AT2018/060053 AT2018060053W WO2018157185A1 WO 2018157185 A1 WO2018157185 A1 WO 2018157185A1 AT 2018060053 W AT2018060053 W AT 2018060053W WO 2018157185 A1 WO2018157185 A1 WO 2018157185A1
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cooling jacket
cylinder head
cylinder
cooling
jacket
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Christof Knollmayr
Gerhard Feldhofer
Robert Grundner
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Avl List Gmbh
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    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/16—Outlet manifold

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine having at least one cylinder, wherein the cylinder head has a cooling jacket arrangement with a first cooling jacket, a second cooling jacket and a third cooling jacket, wherein the first cooling jacket is arranged in the region of a longitudinal center plane of the cylinder head, and the second cooling jacket a bottom side of an exhaust side of the cylinder head facing the exhaust manifold is connected to a fire deck of the cylinder head, and the third cooling jacket adjoins a top side of the exhaust manifold facing away from the firewall, the second cooling jacket of the cylinder head having at least one second inlet opening in the fire deck with at least one cooling space a connectable to the cylinder head cylinder block is flow connected.
  • a water jacket structure for a cylinder head which includes an inlet water jacket for cooling the inlet openings, a combustion water jacket for cooling an upper combustion chamber portion and an outlet water jacket with a lower and an upper Auslasswassermantel for cooling the outlet openings and an integrated exhaust manifold ,
  • the inlet water jacket communicates with a block-side water jacket and the combustion chamber water jacket.
  • the combustion chamber water jacket communicates with the block-side water jacket and the upper outlet water jacket.
  • the lower outlet water jacket communicates with the block-side water jacket.
  • the lower outlet water jacket is not connected to the inlet water jacket, the combustion chamber water jacket and the upper outlet water jacket.
  • EP 2 500 558 A1 describes a cylinder head with lower and upper cooling jackets arranged on the outlet side, which adjoin the outlet collector and are flow-connected, a middle cooling jacket being flow-connected to the lower cooling jacket.
  • the three cooling jackets are placed so that the entire coolant from the cylinder block is first performed in the lower cooling jacket and then in the other two cooling jackets. The exit of the coolant takes place via the cylinder head.
  • the coolant is heated gradually and can absorb less and less heat, resulting in a reduced overall cooling effect.
  • JP 2016-044572 A a cylinder head for an internal combustion engine with a water jacket is known, which is formed as a single contiguous cooling space comprising three interconnected via a connecting channel cooling channels.
  • the object of the invention is to allow efficient as possible cooling of a cylinder head designed as compact as possible with the least possible effort.
  • all critical areas of the cylinder head including the integrated exhaust manifold should be optimally cooled.
  • first cooling jacket via at least one first inlet opening with the cooling chamber of the cylinder block is strömungsverbindbar, and that the first cooling jacket via at least a first transition and the second cooling jacket via at least a second passage with the third cooling jacket are flow-connected.
  • cooling jacket Under cooling jacket is understood here a coherent cooling chamber, the walls are formed to dissipate the heat over a large area of thermally critical areas of the cylinder head and thereby cool it.
  • crossings are meant fluid connections without essential cooling function between cooling jackets, which serve mainly to transport the liquid cooling medium between the cooling jackets.
  • first cooling jacket and the second cooling jacket of the cylinder head can be flowed independently of one another from the cooling space of the cylinder block. Due to the separate flow of the first and second cooling jacket these are fluidically decoupled from each other, whereby a liquid amount, flow direction and / or flow rate in the two cooling jacket is independently adjustable. As a result, the cylinder head can be cooled more efficiently.
  • the flow directions and / or flow rates are controlled efficiently in the third cooling jacket. This makes it possible to adjust the temperature gradient and / or flow rate and / or amount of the coolant so that all parts of the cylinder head are cooled efficiently.
  • the first inlet opening and / or the second inlet opening are arranged on the outlet side of the cylinder head.
  • An embodiment of the invention provides that the first cooling jacket to the Feuerg. Combustion chamber deck is adjacent. This enables effective heat removal from the region of the combustion chamber deck, that is to say the wall region of the cylinder head directly adjacent to the combustion chambers of the cylinders, where the thermal loads are particularly high.
  • the third cooling jacket is separated from the first and the second cooling jacket by an intermediate deck. This makes it possible to increase the strength in the cylinder head and to reduce the thermal expansion in the cylinder head.
  • the arrangement of the outlet openings of the first and third cooling jacket is thus carried out such that the coolant can be returned to the cylinder block, in particular on the inlet side.
  • the third cooling jacket can be connected to the vehicle heating via at least one transfer opening.
  • a flow direction and velocity of the liquid coolant in the third cooling jacket are predetermined and, on the other hand, the integrated exhaust manifold of the cylinder head is also flowed around and cooled in the region of the outlet flange.
  • the third Cooling jacket in the region of the crossing opening has at least one projection in order to cool a connected charger, and its screws. As a result, a temperature-induced loosening of the screws can be prevented.
  • the formation of the cooling jackets can be done with recesses or with the smallest possible cavities in order to reduce the amount of coolant required and to better influence a temperature gradient can.
  • the third cooling jacket extends from an outlet side of the cylinder head in the direction of an inlet side of the cylinder head up to at least one intermediate cylinder region.
  • the first cooling jacket flows around at least one outlet valve seat region as well as at least one central region of at least one cylinder, at least partially.
  • a central region is understood to mean in particular the region within the outer circumference of the cylinder near the cylinder axis. This is preferably achieved by having the first cooling jacket in at least one central region of at least one cylinder a - preferably concentric with the cylinder axis - arranged channel ring.
  • the first cooling jacket has at least one radial duct and / or a channel bridge adjacent to at least one exhaust valve seat region, wherein preferably the radial duct or the duct bridge originates from a duct ring arranged in at least one central region of a cylinder , This makes it possible to effectively cool the known hot areas around the exhaust valve seats and in the area of the cylinder center.
  • the first cooling jacket is thus formed so that both exhaust valve seats and the central area are necessarily flowing around.
  • the second cooling jacket extends from an edge region of the cylinder into the outlet flange region - this can lower a temperature in the outlet flange region at least to below 205 ° C.
  • At least a first and / or at least a second transition may be formed, for example, by a hole with a defined diameter. Due to the size of the holes, coolant quantity or coolant velocity can be influenced and thus defined.
  • a limiting element is arranged in the cooling space of the cylinder block, in the region of at least one first and / or second inlet opening of the fire deck and / or in the region of at least one outlet opening in order to predetermine the quantity of the coolant flow.
  • the restriction member may be formed by a separate insert incorporated in the coolant flow path, or a co-potted cross-sectional constriction, bulge of the cylinder head or cylinder block. This can be a control of the amount of coolant reach, which allows directional cooling.
  • first, second and / or third cooling jacket have different flow cross sections.
  • the individual flow cross sections are adapted to the respective cooling requirements.
  • the object of the invention is also achieved by an internal combustion engine with a cylinder head described above.
  • the cooling jacket arrangement of the cylinder head according to the invention is thus designed in three parts, with two lower cooling jackets (that is to say first and second cooling jacket) and an upper cooling jacket (that is the third cooling jacket) being provided.
  • the lower cooling jackets in the cylinder head are separated from each other from the cooling chamber of the cylinder block flowed or independently of each other or fluidly decoupled from each other, whereby the cooling amount, flow direction and / or flow rate of the coolant in the two lower cooling jackets are independently adjustable.
  • the first cooling jacket is designed in such a way that both exhaust valve seats and a central spark plug or the injector seat of a central injection device are forced to flow around.
  • the upper that is, the third cooling jacket is designed so that the intermediate cylinder area is also cooled by it.
  • the two lower first and second cooling jackets include inlets, outlets and crosses for coolant.
  • the second Cooling jacket which is arranged in the same plane as the first cooling jacket, comprises a plurality of recesses in order to reduce the amount of coolant and thereby achieve higher flow velocities. Furthermore, it is designed to lower a temperature in the outlet flange region to below 250 ° C., in particular below 220 ° C., in order to protect its elements, such as seals, from overheating.
  • Both lower (ie first and second) cooling jackets have several crossings to the upper third cooling jacket.
  • the upper third cooling jacket has a plurality of recesses to allow guiding of the coolant and to avoid large cavities, resulting in a higher stability and strength of the cylinder head.
  • the crossings between the cooling jackets are formed as openings such as holes in seals, wherein the amount of coolant or flow rate of the coolant is controllable over a size of the holes.
  • a transfer opening is provided from the third cooling jacket to the vehicle heater, whereby the outlet flange of the exhaust manifold is also circulated or cooled.
  • the shape of the third cooling jacket is designed so that fastening screws of the subsequent charger are washed around, so that a thermally caused loosening the mounting screws is avoided.
  • FIG. 1 shows a cooling jacket arrangement according to the invention in an oblique view
  • FIG. 2 shows a first and a second cooling jacket of the cooling jacket arrangement in an oblique view.
  • FIG. 3 shows a third cooling jacket of the cooling jacket arrangement in an oblique view
  • FIG. 6 shows the cooling jacket arrangement in a side view according to the line VI-VI in FIG. 4;
  • FIG. 7 shows the cooling jacket arrangement in a section according to the line VII-VII in FIG. 4;
  • FIG. 6 shows the cooling jacket arrangement in a side view according to the line VI-VI in FIG. 4;
  • FIG. 7 shows the cooling jacket arrangement in a section according to the line VII-VII in FIG. 4;
  • FIG. 6 shows the cooling jacket arrangement in a side view according to the line VI-VI in FIG. 4;
  • FIG. 7 shows the cooling jacket arrangement in a section according to the line VII-VII in FIG. 4;
  • FIG. 8 shows a cylinder head according to the invention with a cooling jacket arrangement according to the invention in a first section transversely to its longitudinal center plane;
  • Fig. 9 shows the cylinder head of Fig. 8 in a second section transverse to its
  • FIG. 10 is a cylinder block in a section along the line X-X in Fig. 9.
  • 1 to 7 show a three-part cooling jacket arrangement 4 for a cylinder head 5 of an internal combustion engine having a plurality of cylinders 6, which coolant arrangement 4 has a first cooling jacket 1, a second cooling jacket 2 and a third cooling jacket 3.
  • the first cooling jacket 1 adjoining the combustion chamber or fire deck 13 (or the cylinder head bottom) of the cylinder head 5 is arranged in the region of a longitudinal center plane 6b of the cylinder head 5 separating an exhaust side 5a and an inlet side 5b, said cooling cylinder passing through the cylinder axes 6a of the cylinders 6 is spanned.
  • the cylinder head 5 has an integrated exhaust manifold 7 on the exhaust side 5a, as can be seen in FIGS. 8 and 9. Further, the cylinder head 5 has on the exhaust side 5a per cylinder 6 two outlet valve openings 9 for two exhaust ducts 8 leading to the integrated exhaust manifold 7 and two inlet valve openings 11 for two inlet ducts 10 arranged on the inlet side 5b. Furthermore, the cylinder head 5 per cylinder 6 in the region of the cylinder axis 6a has a central opening 12 in the fire deck 13 for a component opening into the combustion chamber 6c of a cylinder 6, for example an injection device or a spark plug.
  • the second cooling jacket 2 of the cooling jacket arrangement 4 is arranged between the fire deck 13 of the cylinder head 5 and the fire deck 13 facing bottom 7 a of the exhaust manifold 7.
  • the third cooling jacket 3 is arranged in the region of an upper side 7b of the exhaust manifold 7 facing away from the fire deck 13.
  • the second cooling jacket 2 and the third cooling jacket 3 in this case directly adjoin the exhaust manifold 7 and are separated therefrom only by the channel walls 7aw or 7bw on the underside 7a or top 7b (FIGS. 8 and 9).
  • the flow cross sections of the first, 1, second 2 and third cooling jackets 3 can be dimensioned differently.
  • the first cooling jacket 1 and the second cooling jacket 2 can be produced by a common casting core.
  • first inlet openings 14 and second inlet openings 15 for coolant are arranged in the region of the outlet side 5a.
  • the first inlet openings 14 are connected to the first cooling jacket 1, the second inlet openings 15 to the second cooling jacket 2.
  • About these first inlet openings 14 and second inlet openings 15 of the first cooling jacket 1 and second cooling jacket 2 can be connected to the cooling chambers 16 indicated in Fig. 10 by reference numeral 17 cylinder block, which is attached to the cylinder head bottom 13 of the cylinder head 5.
  • the coolant flows in the cooling jackets 1, 2, 3 can be adjusted.
  • the first cooling jacket 1 and the second cooling jacket 2 are separated from the third cooling jacket 3 by an intermediate deck 20.
  • the third cooling jacket 3 is, however, fluidly connected to the first cooling jacket 1 via at least one first passage 18 and, on the other hand, via at least one second passage 19 to the second cooling jacket 2.
  • the crossings 18, 19 extend, for example, in the intermediate deck 20 and have a defined flow cross section.
  • the third cooling jacket 3 is connected via at least one transfer opening 21, which is arranged in the region of a cylinder head midquid plane 23b extending normally on the longitudinal center plane 6b and parallel to the cylinder axes 6a - which is shown in FIGS. 1, 3, 4, 6 and FIG 7 is positioned, for example, at the highest point of the third cooling jacket 3 - with a non-illustrated vehicle radiator for heating the interior of the vehicle flow mating.
  • the third cooling jacket 3 extends from the upper side 7b of the exhaust manifold 7 via finger-like first channel extensions 3a to an intermediate cylinder region 22, in particular on both sides of an intermediate transverse plane 23c between two adjacent cylinders 6.
  • the intermediate transverse plane 23c is arranged normal to the longitudinal center plane 6b of the cylinder head 5 and parallel to the cylinder axes 6a (FIGS. 3, 4) or runs parallel to or coincident with the cylinder head central transverse plane 23b.
  • the third cooling jacket 3 has finger-like second channel extensions 3b with a smaller cross-section than the first channel extensions 3a.
  • the supply of the coolant shown in Fig. 4 on the first end face 5c is used the cooling chambers 16 of the cylinder block 17 via a third inlet opening 27 in the third cooling jacket.
  • the first cooling jacket 1 surrounds per cylinder 6, the central opening 12 in a central channel ring la, so that this hot area is particularly well cooled.
  • the central channel rings la of adjacent cylinders 6 are connected to one another via channel bridges lb extending in the longitudinal direction of the cylinder head 5, that is to say substantially parallel to the longitudinal center plane 6b (FIGS. 2, 5).
  • the central channel rings 1a are connected via outlet-side radial channels 1c to the first inlet openings 14 and via inlet-side radial channels 1d to first outlet openings 25 (FIG. 5).
  • the channel bridges 1 b and the outlet side radial channels 1 c are formed adjacent to exhaust valve seat portions 29.
  • the second cooling jacket 2 extends from the cylinders 6 to an outlet flange region 24.
  • the first cooling jacket 1 is connected via first outlet openings 25 and the third cooling jacket 3 is flow-connected via third outlet openings 26 with the cooling space 16 of the cylinder block 17, wherein the outlet openings 25, 26 are respectively arranged on the inlet side 5b of the cylinder head 5.
  • the first outlet openings 25 are arranged on both sides of a cylinder center transverse plane 23a extending normal to the longitudinal center plane 6b and through the cylinder axis 6a (FIGS. 2, 4).
  • the flow directions of the coolant in the cooling jackets 1, 2, 3 are indicated by arrows S in FIGS. 4 to 6. Furthermore, first 18 and second transfers 19, the transfer opening 21 and access openings 14, 15 are shown. It can also be seen that an intermediate deck 20 is provided between the lower first cooling jacket 1 and the upper third cooling jacket 3. By the intermediate deck 20, the strength and rigidity in the cylinder head 5 is increased and reduces the thermal expansion. Furthermore, the additional intermediate deck 20 has the advantage that the coolant is held in the area of the fire deck 13, that is, where effective cooling is necessary.
  • the cooling jackets 1, 2, 3 are arranged above the cooling chambers 16 of the cylinder block 17.
  • the inlet conditions in particular location and flow velocity
  • the outlet conditions into the cooling chambers 16 of the cylinder block 17
  • Area - in particular in the cooling chambers 16 of the cylinder block 17 - at least a first 14 and / or second inlet opening 15 of the fire deck 13 and / or in the region of at least one outlet opening 25, 26 of the cylinder head 5 at least one limiting element 28 or more limiting elements 28 are arranged (Fig. 10).
  • the boundary elements 28 are the flow cross-section reducing cross-sectional constrictions with a defined flow cross-section.
  • the restriction members 28 may be formed by, for example, inserts 28a or indentations 28b of the walls in the respective coolant flow paths.
  • the limiting elements 28 may be arranged in the cooling spaces 16 of the cylinder block 17 and / or in the region of the first inlet opening 14 and / or second inlet opening 15 of the fire deck 13 and / or in the region of an outlet opening 25, 26.
  • FIG. 10 the approximate positions of the first and second inlet openings of the first 1 and second cooling chambers of the cylinder head 5 are indicated for the first cylinder 6 with reference numerals 14, 15.
  • the first cooling jacket 1 and the second cooling jacket 2 are flowed separately from each other from the cooling space 16 of the cylinder block 17.
  • All cooling jackets 1, 2, 3 are predominantly formed as channels in which the liquid coolant is guided, and free of large cavities. In order to keep the pressure loss in the overall system small or avoid, the channels of the cooling jackets 1, 2, 3 are formed with different cross-sections.
  • the two lower cooling jackets 1, 2 can be produced as a common sand core due to their design and shape. As a result, the three-part design cooling jacket 4 production technology is easy to manufacture.
  • first cooling jacket 1 In order to keep the required amount of coolant low and to achieve small flow cross sections with high coolant velocities, have first cooling jacket 1, second cooling jacket 2 and / or third cooling jacket 3 recesses 31, 32, 33, which are formed by accumulations of material in the cylinder head 5.
  • the cooling jacket arrangement 4 is not limited to the embodiment described and shown in FIGS. 1 to 10. It can be easily adapted to a different number of cylinders or other geometry of the integrated exhaust manifold 7. Special features are the three-part design, the separate inflow of the first 1 and the second cooling jacket 2, and the sole cross-flow of the coolant in the cooling jackets 1, 2, 3, which is substantially normal to the longitudinal center plane 6b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (5) einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder (6), wobei der Zylinderkopf (5) eine Kühlmantelanordnung (4) mit einem ersten Kühlmantel (1), einem zweiten Kühlmantel (2) und einem dritten Kühlmantel (3), wobei der erste Kühlmantel (1) im Bereich einer Längsmittelebene (6b) des Zylinderkopfes (5) angeordnet ist, und der zweite Kühlmantel (2) an eine einem Feuerdeck (13) des Zylinderkopfes (5) zugewandte Unterseite (7a) eines auf einer Auslassseite (5a) in den Zylinderkopf (5) integrierten Abgaskrümmers (7) anschließt, und wobei der dritte Kühlmantel (3) an eine dem Feuerdeck (13) abgewandte Oberseite (7b) des Abgaskrümmers (7) grenzt, wobei der zweite Kühlmantel (2) des Zylinderkopfes (5) über zumindest eine - vorzugsweise auf der Auslassseite (5a) angeordnete - zweite Eintrittsöffnung (15) im Feuerdeck (13) mit zumindest einem Kühlraum (16) eines an den Zylinderkopf (5) anschließbaren Zylinderblocks (17) strömungsverbindbar ist. Um mit möglichst geringem Aufwand eine effiziente Kühlung eines möglichst kompakt ausgeführten Zylinderkopfes (5) zu ermöglichen ist vorgesehen, dass der erste Kühlmantel (1) über zumindest eine - vorzugsweise auf der Auslassseite (5a) im Feuerdeck (13) angeordnete - erste Eintrittsöffnung (14) mit dem Kühlraum (16) des Zylinderblocks (17) strömungsverbindbar ist, und dass der erste Kühlmantel (1) über zumindest einen ersten Übertritt (18) und der zweite Kühlmantel (2) über zumindest einen zweiten Übertritt (19) mit dem dritten Kühlmantel (3) strömungsverbunden sind.

Description

Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, wobei der Zylinderkopf eine Kühlmantelanordnung mit einem ersten Kühlmantel, einem zweiten Kühlmantel und einem dritten Kühlmantel aufweist, wobei der erste Kühlmantel im Bereich einer Längsmittelebene des Zylinderkopfes angeordnet ist, und der zweite Kühlmantel an eine einem Feuerdeck des Zylinderkopfes zugewandte Unterseite eines auf einer Auslassseite in den Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmers anschließt, und wobei der dritte Kühlmantel an eine dem Feuerdeck abgewandte Oberseite des Abgaskrümmers grenzt, wobei der zweite Kühlmantel des Zylinderkopfes über zumindest eine zweite Eintrittsöffnung im Feuerdeck mit zumindest einem Kühlraum eines an den Zylinderkopf anschließbaren Zylinderblocks strömungsverbindbar ist.
Es ist bekannt, bei Kühlanordnungen von flüssiggekühlten Zylinderköpfen die Längs- und Queranströmungsanteile zu kombinieren, um Strömungsrichtungen und Strömungsgeschwindigkeiten zu optimieren. Nachteilig daran ist, dass dies im Allgemeinen mit einer Erhöhung der Baugröße verbunden ist.
Aus der DE 10 2013 221 215 AI ist eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf bekannt, welche einen Einlasswassermantel zum Kühlen der Einlassöffnungen, einen Brennkammerwassermantel zum Kühlen eines oberen Brennkammerabschnitts und einen Auslasswassermantel mit einem unteren und einem oberen Auslasswassermantel zum Kühlen der Auslassöffnungen und eines integrierten Auslasskrümmers enthält. Der Einlasswassermantel steht mit einem blockseitigen Wassermantel und dem Brennkammerwassermantel in Verbindung. Der Brennkammerwassermantel steht mit dem blockseitigen Wassermantel und dem oberen Auslasswassermantel in Verbindung. Der untere Auslasswassermantel steht mit dem blockseitigen Wassermantel in Verbindung. Mit dem Einlasswassermantel, dem Brennkammerwassermantel und dem oberen Auslasswassermantel ist der untere Auslasswassermantel nicht verbunden . Somit bilden der untere Auslasswassermantel und der obere Auslasswassermantel innerhalb des Zylinderkopfes unabhängige und in Längsrichtung durchströmte Strömungskanäle. Der Austritt des Kühlmittels aus den unteren und oberen Auslasswassermäntel erfolgt getrennt an einer Stirnseite des Zylinderkopfes.
Die EP 2 500 558 AI beschreibt einen Zylinderkopf mit auslassseitig angeordneten unteren und oberen Kühlmänteln, welche an den Auslasssammler grenzen und strömungsverbunden sind, wobei mit dem unteren Kühlmantel ein mittlerer Kühlmantel strömungsverbunden ist. Die drei Kühlmäntel sind so platziert, dass das gesamte Kühlmittel vom Zylinderblock zuerst in den unteren Kühlmantel geführt wird und danach in die beiden weiteren Kühlmäntel. Der Austritt des Kühlmittels erfolgt über den Zylinderkopf. Damit wird das Kühlmittel sukzessive erwärmt und kann immer weniger Wärme aufnehmen, was zu einer reduzierten Gesamtkühlwirkung führt.
Weiters ist aus der JP 2016-044572 A ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Wassermantel bekannt, welcher als ein einziger zusammenhängender Kühlraum ausgebildet ist, der drei miteinander über einen Verbindungskanal verbundene Kühlkanäle umfasst.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst geringem Aufwand eine effiziente Kühlung eines möglichst kompakt ausgeführten Zylinderkopfes zu ermöglichen. Insbesondere sollen alle kritischen Bereiche des Zylinderkopfes inklusive des integrierten Abgaskrümmers optimal gekühlt werden.
Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Zylinderkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Kühlmantel über zumindest eine erste Eintrittsöffnung mit dem Kühlraum des Zylinderblocks strömungsverbindbar ist, und dass der erste Kühlmantel über zumindest einen ersten Übertritt und der zweite Kühlmantel über zumindest einen zweiten Übertritt mit dem dritten Kühlmantel strömungsver- bunden sind.
Unter Kühlmantel wird hier ein zusammenhängender Kühlraum verstanden, dessen Wände ausgebildet sind, um großflächig die Wärme aus thermisch kritischen Bereichen des Zylinderkopfes abzuführen und diesen dadurch zu kühlen. Unter Übertritten werden Strömungsverbindungen ohne wesentliche Kühlfunktion zwischen Kühlmänteln verstanden, welche hauptsächlich dazu dienen, das flüssige Kühlmedium zwischen den Kühlmänteln zu transportieren. Über die Dimensionierung der Querschnitte der Übertritte können Strömungsmenge und -geschwindig- keit des Kühlmediums beeinflusst werden.
Somit sind erster Kühlmantel und zweiter Kühlmantel des Zylinderkopfes unabhängig voneinander aus dem Kühlraum des Zylinderblocks anströmbar. Durch die getrennte Anströmung des ersten und zweiten Kühlmantels sind diese strömungstechnisch voneinander entkoppelt, wodurch eine Flüssigkeitsmenge, Strömungsrichtung und/oder Strömungsgeschwindigkeit in den beiden Kühlmantel unabhängig voneinander einstellbar ist. Dadurch ist folglich der Zylinderkopf effizienter kühlbar.
Weiters können durch die ersten und zweiten Übertritte zwischen erstem Kühlmantel und drittem Kühlmantel einerseits und zwischen zweitem Kühlmantel und drittem Kühlmantel andererseits die Strömungsrichtungen und/oder Strömungsmengen im dritten Kühlmantel effizient geregelt werden. Dies ermöglicht es, den Temperaturgradienten und/oder Fließgeschwindigkeit und/oder Menge des Kühlmittels so einzustellen, dass alle Teile des Zylinderkopfes effizient gekühlt werden.
In einer Variante der Erfindung sind die erste Eintrittsöffnung und/oder die zweite Eintrittsöffnung auf der Auslassseite des Zylinderkopfes angeordnet. Dadurch kann eine effektive Kühlung der heißesten Bereiche erzielt und der Temperaturgradient gezielt beeinflusst werden. Darüber hinaus ist eine optimale Kühlmittelführrichtung möglich.
Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der erste Kühlmantel an das Feuerbzw. Brennraumdeck grenzt. Dies ermöglicht eine effektive Wärmeabfuhr aus dem Bereich des Brennraumdecks, also des direkt an die Brennräume der Zylinder grenzenden Wandbereichs des Zylinderkopfes, wo die thermischen Belastungen besonders hoch sind.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Kühlmantel vom ersten und dem zweiten Kühlmantel durch ein Zwischendeck getrennt ist. Dies ermöglicht es, die Festigkeit im Zylinderkopf zu erhöhen und die Wärmedehnung im Zylinderkopf zu reduzieren.
In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und/oder der dritte Kühlmantel über jeweils zumindest eine auf der Einlassseite angeordnete Austrittsöffnung mit dem Kühlmantel des Zylinderblockes strömungsverbindbar ist bzw. sind. Die Anordnung der Austrittsöffnungen aus dem ersten und dritten Kühlmantel erfolgt somit derart, dass das Kühlmittel wieder in den Zylinderblock zurückgeführt werden kann, insbesondere auf der Einlassseite. Durch diese Kühlmittelführung wird im Wesentlichen auf Längsanströmungsteile verzichtet und in allen Kühlmantel eine Querströmung des Kühlmittels verwendet. Dadurch ist in weiterer Folge eine besonders geringere Baugröße des Zylinderkopfes möglich. In Kombination mit der genannten Ausbildung und Anordnung bzw. Verbindung zwischen den Kühlmänteln ist jedoch der Temperaturgradient, die Fließgeschwindigkeit und die Kühlmittelmenge immer noch so einstellbar, dass alle Teile effizient gekühlt werden können.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Kühlmantel über zumindest eine Übertrittsöffnung mit der Fahrzeugheizung verbindbar ist. Dadurch werden einerseits eine Strömungsrichtung und -geschwindigkeit des flüssigen Kühlmittels im dritten Kühlmantel vorgegeben und es wird andererseits auch der integrierte Auslasskrümmer des Zylinderkopfes im Bereich des Auslassflansches mit umströmt und gekühlt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der dritte Kühlmantel im Bereich der Übertrittöffnung zumindest einen Vorsprung aufweist, um einen angeschlossenen Lader, sowie dessen Schrauben kühlen zu können. Dadurch kann ein temperaturbedingtes Lösen der Schrauben verhindert werden.
Die Ausbildung der Kühlmäntel kann mit Aussparungen bzw. mit möglichst kleinen Hohlräumen erfolgen, um die benötigte Kühlmittelmenge zu reduzieren und einen Temperaturgradienten besser beeinflussen zu können.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der dritte Kühlmantel ausgehend von einer Auslassseite des Zylinderkopfes in Richtung einer Einlassseite des Zylinderkopfes bis zu zumindest einem Zwischenzylinderbereich erstreckt. Dadurch kann auch der Bereich des Zylinderkopfes im Bereich von - normal auf die Längsmittelebene ausgebildeten - Querebenen zwischen jeweils zwei Zylindern effektiv gekühlt werden.
Weiters ist es vorteilhaft, wenn der erste Kühlmantel sowohl zumindest einen Auslassventilsitzbereich, als auch zumindest einen zentralen Bereich zumindest eines Zylinders - zumindest teilweise - umströmt. Unter einem zentralen Bereich wird hier insbesondere der Bereich innerhalb des Außenumfangs des Zylinders nahe der Zylinderachse verstanden. Vorzugsweise wird dies erreicht, indem der erste Kühlmantel in zumindest einem zentralen Bereich zumindest eines Zylinders einen - vorzugsweise konzentrisch zu dessen Zylinderachse angeordneten - Kanalring aufweist.
Um den Auslassventilsitzbereich effektiv zu kühlen, ist es vorteilhaft, wenn der erste Kühlmantel zumindest einen an zumindest einen Auslassventilsitzbereich grenzenden Radialkanal und/oder eine Kanalbrücke aufweist, wobei vorzugsweise der Radialkanal bzw. die Kanalbrücke von einem in zumindest einem zentralen Bereich eines Zylinders angeordneten Kanalring ausgehen. Dies ermöglicht es, die bekannten Heißbereiche um die Auslassventilsitze und im Bereich der Zylindermitte effektiv zu kühlen. Der erste Kühlmantel wird somit so ausgebildet, dass sowohl Auslassventilsitze als auch der zentrale Bereich zwingend umströmt werden.
Um Elemente wie Dichtungen effektiv vor Überhitzung zu schützen, ist es vorteilhaft, wenn sich der zweite Kühlmantel ausgehend von einem Randbereich des Zylinders bis in den Auslassflanschbereich erstreckt - dadurch kann eine Temperatur im Auslassflanschbereich zumindest auf unter 205°C gesenkt werden.
Zumindest ein erster und/oder zumindest ein zweiter Übertritt können beispielsweise durch eine Bohrung mit definiertem Durchmesser gebildet sein. Durch die Größe der Bohrungen kann Kühlmittelmenge bzw. Kühlmittelgeschwindigkeit be- einflusst und somit definiert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass im Kühlraum des Zylinderblocks, im Bereich zumindest einer ersten und/oder zweiten Eintrittsöffnung des Feuerdecks und/oder im Bereich zumindest einer Austrittsöffnung ein Begrenzungselement angeordnet ist, um die Menge des Kühlmittelstroms vorzugeben. Das Begrenzungselement kann durch einen in den Kühlmittelströmungsweg eingebauten separaten Einsatz oder eine mitgegossene Querschnittsverengung, Ausbuchtung des Zylinderkopfes bzw. Zylinderblockes gebildet sein. Damit lässt sich eine Steuerung der Kühlmittelmenge erreichen, die ein gerichtetes Kühlen ermöglicht.
Um den Druckverlust im Gesamtsystem möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, wenn erster, zweiter und/oder dritter Kühlmantel unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen. Die einzelnen Strömungsquerschnitte sind an die jeweiligen Kühlerfordernisse angepasst.
Weitere Vorteile in Bezug auf Herstellungskosten und Handhabbarkeit in der Produktion ergeben sich, wenn der erste und der zweite Kühlraum durch einen gemeinsamen einstückigen Gusskern hergestellt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch eine Brennkraftmaschine mit einem oben geschilderten Zylinderkopf gelöst.
Um den Zylinderkopf samt integriertem Abgaskrümmer effizient zu kühlen, ist es zweckmäßig, die verwendete Kühlmittelmenge zu reduzieren, sodass einerseits der Motor schnell erwärmt werden kann, andererseits ein gewünschter Temperaturgradient besser beeinflusst werden kann und des Weiteren die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels erhöht werden können.
Die Kühlmantelanordnung des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes ist also dreiteilig ausgeführt, wobei zwei untere Kühlmäntel (das sind erster und zweiter Kühlmantel) und ein oberer Kühlmantel (das ist der dritte Kühlmantel) vorgesehen sind. Die unteren Kühlmäntel im Zylinderkopf sind getrennt voneinander aus dem Kühlraum des Zylinderblocks anströmbar bzw. werden unabhängig voneinander bzw. strömungstechnisch entkoppelt voneinander angeströmt, wodurch Kühlmenge, Strömungsrichtung und/oder Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in den beiden unteren Kühlmänteln unabhängig voneinander einstellbar sind.
Der erste Kühlmantel ist derart ausgebildet, dass sowohl Auslassventilsitze als auch eine zentrale Zündkerze bzw. der Injektorsitz einer zentralen Einspritzeinrichtung zwingend umströmt werden. Um Klopfen im Zwischenzylinderbereich zu vermeiden ist der obere, also dritte Kühlmantel so ausgebildet, dass von ihm der Zwischenzylinderbereich mitgekühlt wird. Die beiden unteren ersten und zweiten Kühlmäntel umfassen Einlässe, Auslässe und Übertritte für Kühlmittel. Der zweite Kühlmantel, welcher in derselben Ebene wie der erste Kühlmantel angeordnet ist, umfasst mehrere Aussparungen, um die Kühlmittelmenge zu reduzieren und dadurch höhere Strömungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Weiters ist dieser dazu ausgebildet, eine Temperatur im Auslassflanschbereich auf unter 250°C, insbesondere unter 220°C, zu senken, um dessen Elemente wie Dichtungen vor einer Überhitzung zu schützen.
Beide unteren (also erster und zweiter) Kühlmäntel weisen mehrere Übertritte zum oberen dritten Kühlmantel auf. Der obere dritte Kühlmantel weist mehrere Aussparungen auf, um ein Führen des Kühlmittels zu ermöglichen und große Hohlräume zu vermeiden, was zu einer höheren Stabilität und Festigkeit des Zylinderkopfes führt. Die Übertritte zwischen den Kühlmänteln sind als Öffnungen wie beispielsweise Bohrungen in Dichtungen ausgebildet, wobei über eine Größe der Bohrungen die Kühlmittelmenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels steuerbar ist.
Um eine Strömungsrichtung und/oder Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im oberen dritten Kühlmantel vorzugeben, ist eine Übertrittöffnung aus dem dritten Kühlmantel zur Fahrzeugheizung vorgesehen, wodurch auch der Auslassflansch des Abgaskrümmers umströmt bzw. gekühlt wird. Beidseits der Übertrittöffnung zur Fahrzeugheizung ist die Form des dritten Kühlmantels so ausgebildet, dass Befestigungsschrauben des anschließenden Laders umspült werden, sodass ein thermisch verursachtes Lösen der Befestigungsschrauben vermieden wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen schematisch :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kühlmantelanordnung in einer Schrägansicht;
Fig. 2 einen ersten und einen zweiten Kühlmantel der Kühlmantelanordnung in einer Schrägansicht;
Fig. 3 einen dritten Kühlmantel der Kühlmantelanordnung in einer Schrägansicht;
Fig. 4 die Kühlmantelanordnung in einer Draufsicht;
Fig. 5 den ersten und zweiten Kühlmantel der Kühlmantelanordnung in einer Draufsicht;
Fig. 6 die Kühlmantelanordnung in einer Seitenansicht gemäß der Linie VI- VI in Fig. 4; Fig. 7 die Kühlmantelanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie VII-VII in Fig. 4;
Fig. 8 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf mit einer erfindungsgemäßen Kühlmantelanordnung in einem ersten Schnitt quer zu seiner Längsmittelebene;
Fig. 9 den Zylinderkopf aus Fig. 8 in einem zweiten Schnitt quer zu seiner
Längsmittelebene; und
Fig. 10 einen Zylinderblock in einem Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 9.
Die Fig. 1 bis 7 zeigen eine dreiteilige Kühlmantelanordnung 4 für einen Zylinderkopf 5 einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern 6, welche Kühlmittelanordnung 4 einen ersten Kühlmantel 1, einen zweiten Kühlmantel 2 und einen dritten Kühlmantel 3 aufweist.
Dabei ist der an das Brennraum- bzw. Feuerdeck 13 (bzw. den Zylinderkopfboden) des Zylinderkopfes 5 grenzende erste Kühlmantel 1 im Bereich einer eine Auslassseite 5a und eine Einlassseite 5b trennenden Längsmittelebene 6b des Zylinderkopfes 5 angeordnet, welche durch die Zylinderachsen 6a der Zylinder 6 aufgespannt wird. Der Zylinderkopf 5 weist auf der Auslassseite 5a einen integrierten Abgaskrümmer 7 auf, wie aus Fig. 8 und Fig. 9 ersichtlich ist. Weiters weist der Zylinderkopf 5 auf der Auslassseite 5a pro Zylinder 6 zwei Auslassventilöffnungen 9 für zwei zum integrierten Abgaskrümmer 7 führende Auslasskanäle 8 und zwei auf der Einlassseite 5b angeordnete Einlassventilöffnungen 11 für zwei Einlasskanäle 10 auf. Weiters weist der Zylinderkopf 5 pro Zylinder 6 im Bereich der Zylinderachse 6a eine zentrale Öffnung 12 im Feuerdeck 13 für einen in den Brennraum 6c eines Zylinders 6 mündenden Bauteil, beispielsweise eine Einspritzeinrichtung oder eine Zündkerze, auf.
Der zweite Kühlmantel 2 der Kühlmantelanordnung 4 ist zwischen dem Feuerdeck 13 des Zylinderkopfes 5 und der dem Feuerdeck 13 zugewandten Unterseite 7a des Abgaskrümmers 7 angeordnet. Der dritte Kühlmantel 3 ist im Bereich einer dem Feuerdeck 13 abgewandten Oberseite 7b des Abgaskrümmers 7 angeordnet. Der zweite Kühlmantel 2 und der dritte Kühlmantel 3 schließen dabei direkt an den Abgaskrümmer 7 an und werden von diesem nur durch die Kanalwände 7aw bzw. 7bw an der Unterseite 7a bzw. Oberseite 7b getrennt (Fig. 8 und Fig. 9). Die Strömungsquerschnitte der ersten, 1, zweiten 2 und dritten Kühlmäntel 3 können unterschiedlich dimensioniert sein. Der erste Kühlmantel 1 und der zweite Kühlmantel 2 können durch einen gemeinsamen Gusskern hergestellt werden. Im Feuerdeck 13 des Zylinderkopfes 5 sind im Bereich der Auslassseite 5a erste Eintrittsöffnungen 14 und zweite Eintrittsöffnungen 15 für Kühlmittel angeordnet. Die ersten Eintrittsöffnungen 14 sind mit dem ersten Kühlmantel 1, die zweiten Eintrittsöffnungen 15 mit dem zweiten Kühlmantel 2 verbunden. Über diese ersten Eintrittsöffnungen 14 und zweiten Eintrittsöffnungen 15 können der erste Kühlmantel 1 bzw. zweite Kühlmantel 2 mit Kühlräumen 16 eines in Fig. 10 mit Bezugszeichen 17 angedeuteten Zylinderblockes verbunden werden, welcher an den Zylinderkopfboden 13 des Zylinderkopfes 5 angebaut wird. Mittels der Dimensionierung der Querschnitte der Eintrittsöffnungen 14, 15 und/oder mit diesen korrespondierenden Durchlässen in einer (nicht weiter dargestellten) anschließenden Zylinderkopfdichtung können die Kühlmittelströme in die Kühlmäntel 1, 2, 3 eingestellt werden.
Der erste Kühlmantel 1 und der zweite Kühlmantel 2 sind vom dritten Kühlmantel 3 durch ein Zwischendeck 20 getrennt. Der dritte Kühlmantel 3 ist aber einerseits über zumindest einen ersten Übertritt 18 mit dem ersten Kühlmantel 1 und andererseits über zumindest einen zweiten Übertritt 19 mit dem zweiten Kühlmantel 2 strömungsverbunden. Die Übertritte 18, 19 verlaufen beispielsweise im Zwischendeck 20 und weisen einen definierten Strömungsquerschnitt auf.
Der dritte Kühlmantel 3 ist über zumindest eine beispielsweise im Bereich einer normal auf die Längsmittelebene 6b und parallel zu den Zylinderachsen 6a verlaufenden Zylinderkopfmittelquerebene 23b angeordnete Übertrittöffnung 21 - welche in den Fig. 1, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 6 und Fig. 7 beispielsweise an der höchsten Stelle des dritten Kühlmantels 3 positioniert ist - mit einem nicht weiter dargestellten Fahrzeugheizkörper zur Beheizung des Innenraumes des Fahrzeuges strö- mungsverbindbar.
Um thermisch kritische Bereiche zwischen den Zylindern 6 optimal zu kühlen, erstreckt sich im Ausführungsbeispiel der dritte Kühlmantel 3 von der Oberseite 7b des Abgaskrümmers 7 ausgehend über fingerartige erste Kanalfortsätze 3a bis zu einem Zwischenzylinderbereich 22, insbesondere beidseits einer Zwischenquerebene 23c zwischen zwei benachbarten Zylinder 6. Die Zwischenquerebene 23c ist normal zur Längsmittelebene 6b des Zylinderkopfes 5 und parallel zu den Zylinderachsen 6a angeordnet (Fig. 3, Fig. 4) bzw. verläuft parallel zur Zylinderkopfmittelquerebene 23b bzw. mit dieser zusammenfallend.
Auch im Bereich der Stirnseiten 5c, 5d des Zylinderkopfes 5 weist der dritte Kühlmantel 3 fingerartige zweite Kanalfortsätze 3b mit kleinerem Querschnitt als die ersten Kanalfortsätze 3a auf. Von diesen zweiten Kanalfortsätzen 3b dient der in Fig. 4 auf der ersten Stirnseite 5c dargestellte der Zuführung des Kühlmittels aus den Kühlraumen 16 des Zylinderblockes 17 über eine dritte Eintrittsöffnung 27 in den dritten Kühlmantel 3.
Der erste Kühlmantel 1 umgibt pro Zylinder 6 die zentrale Öffnung 12 in einem zentralen Kanalring la, sodass dieser heiße Bereich besonders gut gekühlt wird. Die zentralen Kanalringe la benachbarter Zylinder 6 sind über in Längsrichtung des Zylinderkopfes 5, also im Wesentlichen parallel zur Längsmittelebene 6b verlaufende Kanalbrücken lb miteinander verbunden (Fig. 2, Fig. 5). Weiters sind die zentralen Kanalringe la über auslassseitige Radialkanäle lc mit den ersten Eintrittsöffnungen 14 und über einlassseitige Radialkanäle ld mit ersten Austrittsöffnungen 25 verbunden (Fig. 5). Die Kanalbrücken lb und die auslassseitigen Radialkanäle lc sind angrenzend an Auslassventilsitzbereiche 29 ausgebildet.
Der zweite Kühlmantel 2 erstreckt sich ausgehend von den Zylindern 6 bis zu einem Auslassflanschbereich 24.
Der erste Kühlmantel 1 ist über ersten Austrittsöffnungen 25 und der dritte Kühlmantel 3 ist über dritte Austrittsöffnungen 26 mit dem Kühlraum 16 des Zylinderblockes 17 strömungsverbunden, wobei die Austrittsöffnungen 25, 26 jeweils auf der Einlassseite 5b des Zylinderkopfes 5 angeordnet sind. Die ersten Auslassöffnungen 25 sind dabei beidseits einer normal zur Längsmittelebene 6b und durch die Zylinderachse 6a verlaufenden Zylindermittenquerebene 23a angeordnet (Fig. 2, Fig. 4).
In den Fig. 4 bis Fig. 6 sind durch Pfeile S die Strömungsrichtungen des Kühlmittels in den Kühlmänteln 1, 2, 3 angedeutet. Weiters sind erste 18 und zweite Übertritte 19, die Übertrittöffnung 21 sowie Einrittsöffnungen 14, 15 gezeigt. Hieraus ist weiter ersichtlich, dass zwischen dem unteren ersten Kühlmantel 1 und dem oberen dritten Kühlmantel 3 ein Zwischendeck 20 vorgesehen ist. Durch das Zwischendeck 20 wird die Festigkeit bzw. Steifigkeit im Zylinderkopf 5 erhöht und die Wärmedehnung reduziert. Weiter hat das zusätzliche Zwischendeck 20 den Vorteil, dass das Kühlmittel im Bereich des Feuerdecks 13 gehalten wird, also dort, wo eine effektive Kühlung notwendig ist.
Die Kühlmäntel 1, 2, 3 sind über den Kühlräumen 16 des Zylinderblocks 17 angeordnet. Um eine Strömungsrichtung in den Kühlräumen 16 des Zylinderblocks 17 und somit in weiterer Folge die Einlassbedingungen (insbesondere Ort und Strömungsgeschwindigkeit) in den ersten Kühlmantel 1 und zweiten Kühlmantel 2 und in weiterer Folge auch die Auslassbedingungen in die Kühlräume 16 des Zylinderblocks 17 vorzugeben, ist im Bereich - insbesondere in den Kühlräumen 16 des Zylinderblocks 17 - zumindest einer ersten 14 und/oder zweiten Eintrittsöffnung 15 des Feuerdecks 13 und/oder im Bereich zumindest einer Austrittsöffnung 25, 26 des Zylinderkopfes 5 zumindest ein Begrenzungselement 28 oder mehrere Begrenzungselemente 28 angeordnet (Fig. 10). Die Begrenzungselemente 28 sind den Strömungsquerschnitt verringernde Querschnittsverengungen mit definiertem Strömungsquerschnitt. Die Begrenzungselemente 28 können beispielsweise durch Einsätze 28a oder Einbuchtungen 28b der Wände in den jeweiligen Kühlmittelströmungswegen gebildet sein. Insbesondere können die Begrenzungselemente 28 in den Kühlräumen 16 des Zylinderblocks 17 und/oder im Bereich der ersten Eintrittsöffnung 14 und/oder zweiten Eintrittsöffnung 15 des Feuerdecks 13 und/oder im Bereich einer Austrittsöffnung 25, 26 angeordnet sein. In Fig. 10 sind für den ersten Zylinder 6 mit Bezugszeichen 14, 15 die ungefähren Positionen der ersten und zweiten Eintrittsöffnungen der ersten 1 und zweiten Kühlräumen des Zylinderkopfes 5 angedeutet.
Der erste Kühlmantel 1 und der zweite Kühlmantel 2 werden getrennt voneinander aus dem Kühlraum 16 des Zylinderblocks 17 angeströmt.
Alle Kühlmäntel 1, 2, 3 sind überwiegend als Kanäle, in welchen das flüssige Kühlmittel geführt wird, und frei von großen Hohlräumen ausgebildet. Um den Druckverlust im Gesamtsystem klein zu halten bzw. zu vermeiden, sind die Kanäle der Kühlmäntel 1, 2, 3 mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet.
Die beiden unteren Kühlmäntel 1, 2 sind aufgrund deren Ausbildung und Form als ein gemeinsamer Sandkern herstellbar. Dadurch ist die dreiteilig ausgebildete Kühlmantelanordnung 4 produktionstechnisch einfach herzustellen.
Um die erforderliche Kühlmittelmenge gering zu halten und kleine Strömungsquerschnitte mit hohen Kühlmittelgeschwindigkeiten zu erreichen, weisen erster Kühlmantel 1, zweiter Kühlmantel 2 und/oder dritter Kühlmantel 3 Aussparungen 31, 32, 33 auf, welche durch Materialanhäufungen im Zylinderkopf 5 gebildet sind.
Die erfindungsgemäße Kühlmantelanordnung 4 ist nicht auf die beschriebene und in den Fig. 1 bis Fig. 10 gezeigte Ausführung beschränkt. Sie kann ohne Weiteres an eine andere Zylinderanzahl oder andere Geometrie des integrierten Abgaskrümmers 7 angepasst werden. Besondere Merkmale sind die dreiteilige Ausführung, der getrennte Zustrom des ersten 1 und des zweiten Kühlmantels 2, sowie die alleinige Querströmung des Kühlmittels in den Kühlmänteln 1, 2, 3, welche im Wesentlichen normal zur Längsmittelebene 6b verläuft.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Zylinderkopf (5) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder (6), wobei der Zylinderkopf (5) eine Kühlmantelanordnung (4) mit einem ersten Kühlmantel (1), einem zweiten Kühlmantel (2) und einem dritten Kühlmantel (3) aufweist, wobei der erste Kühlmantel (1) im Bereich einer Längsmittelebene (6b) des Zylinderkopfes (5) angeordnet ist, und der zweite Kühlmantel (2) an eine einem Feuerdeck (13) des Zylinderkopfes (5) zugewandte Unterseite (7a) eines auf einer Auslassseite (5a) in den Zylinderkopf (5) integrierten Abgaskrümmers (7) anschließt, und wobei der dritte Kühlmantel (3) an eine dem Feuerdeck (13) abgewandte Oberseite (7b) des Abgaskrümmers (7) grenzt, wobei der zweite Kühlmantel (2) des Zylinderkopfes (5) über zumindest eine zweite Eintrittsöffnung (15) im Feuerdeck (13) mit zumindest einem Kühlraum (16) eines an den Zylinderkopf (5) anschließbaren Zylinderblocks (17) strömungsverbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (1) über zumindest eine erste Eintrittsöffnung (14) mit dem Kühlraum (16) des Zylinderblocks (17) strömungsverbindbar ist, und dass der erste Kühlmantel (1) über zumindest einen ersten Übertritt (18) und der zweite Kühlmantel (2) über zumindest einen zweiten Übertritt (19) mit dem dritten Kühlmantel (3) strömungsverbunden sind.
2. Zylinderkopf (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eintrittsöffnung (14) und/oder die zweite Eintrittsöffnung (15) auf der Auslassseite (5a) des Zylinderkopfes (5) angeordnet sind.
3. Zylinderkopf (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlmantel (3) vom ersten (1) und dem zweiten Kühlmantel (2) durch ein Zwischendeck (20) getrennt ist.
4. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (1) über zumindest eine auf der Einlassseite (5b) des Zylinderkopfes (5) angeordnete Austrittsöffnung (25) mit dem Kühlmantel (16) des Zylinderblockes (17) strömungsverbindbar ist.
5. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlmantel (3) über zumindest eine auf der Einlassseite (5b) des Zylinderkopfes (5) angeordnete Austrittsöffnung (26) mit dem Kühlmantel (16) des Zylinderblockes (17) strömungsverbindbar ist.
6. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlmantel (3) über zumindest eine Übertrittöffnung (21) mit einer Fahrzeugheizung strömungsverbindbar ist.
7. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der dritte Kühlmantel (3) ausgehend von einer Auslassseite (5a) des Zylinderkopfes (5) in Richtung einer Einlassseite (5b) des Zylinderkopfes (5) bis zu zumindest einem Zwischenzylinderbereich (22) erstreckt.
8. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (1) in zumindest einem zentralen Bereich zumindest eines Zylinders (6) einen - vorzugsweise konzentrisch zu dessen Zylinderachse (6a) angeordneten - Kanalring (la) aufweist.
9. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (1) zumindest einen an zumindest einen Auslassventilsitzbereich (29) grenzenden Radialkanal (lc) und/oder eine Kanalbrücke (lb) aufweist, wobei vorzugsweise der Radialkanal (lc) bzw. die Kanalbrücke (lb) von einem in zumindest einem zentralen Bereich eines Zylinders (6) angeordneten Kanalring (la) ausgehen.
10. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Kühlmantel (2) ausgehend von einem Randbereich des Zylinders (6) bis in einen Auslassflanschbereich (24) des Zylinderkopfes (5) erstreckt.
11. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster und/oder zumindest ein zweiter Übertritt (18, 19) durch eine Bohrung mit definiertem Durchmesser gebildet ist.
12. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Begrenzungselement (28) im Bereich zumindest einer ersten (14) und/oder zweiten Eintrittsöffnung (15) des Feuerdecks (13) und/oder im Bereich zumindest einer Austrittsöffnung (25, 26) angeordnet ist.
13. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der ersten (1), zweiten (2) und dritten Kühlmäntel (3) unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.
14. Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (1) und der zweite Kühlraum (2) durch einen gemeinsamen einstückigen Gusskern herstellbar sind.
15. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
2018 02 28 / FU
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