AT511601A4 - Zylinderkopf mit flüssigkeitskühlung - Google Patents

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AT511601A4 ATA1104/2011A AT11042011A AT511601A4 AT 511601 A4 AT511601 A4 AT 511601A4 AT 11042011 A AT11042011 A AT 11042011A AT 511601 A4 AT511601 A4 AT 511601A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) mit Flüssigkeitskühlung, mit einem in einen Brennraum mündenden Einlasskanal (2) und einem Auslasskanal (3) pro Zylinder, mit einer in den Brennraum einmündenden und an den Einlasskanal (2) und den Auslasskanal (3) angrenzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung (7), sowie mit zumindest einem im Zylinderkopf (1) angeordneten Kühlraum (20), wobei in einem Bereich des Feuerdeckes (9) ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck (9)verlaufender, insbesondere gebohrter oder vorgegossener, Kühlverteilerkanal (11) angeordnet ist, welcher in einen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (7) umgebendenRingraum (8) einmündet. Um die Kühlung von thermisch kritischen Bereichen zu verbessern weist der Ringraum (8) zumindest eine im Wesentlichen radiale erste Kühlbohrung auf, welche auf einen zwischen Einlasskanal (2) und Auslasskanal (3) ausgebildeten und an das Feuerdeck (9) grenzenden Ventilstegbereich (14) gerichtet ist.

Description

1 56216 I · » · 14* * * * · * * » i ί * · « l * · * » » · * ·· » · · * « ι « * « · · · ·* ·
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit Flüssigkeitskühlung, mit einem in einen Brennraum mündenden Einlasskanal und einem Auslasskanal pro Zylinder, mit einer in den Brennraum einmündenden und an den Einlasskanal und den Auslasskanal angrenzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung, sowie mit zumindest einem im Zylinderkopf angeordneten Kühlraum, wobei in einem Bereich des Feuerdeckes ein im wesentlichen parallel zum Feuerdeck verlaufender, insbesondere gebohrter oder vorgegossener, Kühlverteilerkanal angeordnet ist, welcher in einen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umgebenden Ringraum einmündet.
Aus der AT 389 565 B ist ein Zylinderkopf einer wassergekühlten Brennkraftmaschine mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal, sowie einer in den Brennraum mündenden Kraftstoffeinrichtung bekannt, wobei im Bereich des Ventilsteges zwischen den beiden Ventilen ein Kühlverteilerkanal angeordnet ist, welcher in einen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umgebenden Ringraum einmündet. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist dabei - in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit betrachtet - nach dem Ventilstegbereich angeordnet. Ähnliche Kühlanordnungen, bei denen die Kühlung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erst nach dem Ventilstegbereich erfolgt, sind aus den Veröffentlichungen DE 20 37 315 Al, DE 32 08 341 Al oder DE 24 17 925 Al bekannt.
Es hat sich gezeigt, dass bei den bekannten Anordnung in manchen Betriebsbereichen die Kühlung von einigen thermisch kritischen Bereichen, beispielsweise im Bereich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und/oder des Auslasskanals, mangelhaft sein kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, und die Kühlung von thermisch kritischen Bereichen zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Ringraum zumindest eine im Wesentlichen radiale erste Kühlbohrung aufweist, welche in einen zwischen Einlasskanal und Auslasskanal ausgebildeten und an das Feuerdeck grenzenden Ventilstegbereich gerichtet ist, wobei vorzugsweise der zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal angeordnete Ventilstegbereich - in Strömungsrichtung des Kühlmittels betrachtet - stromabwärts des Ringraumes angeordnet ist. 2 *»·* ·*· · · « · t » i v« « «
Der stromaufwärts des RingraumfesidhgfeoS'drfet^ KühMerteilerkanal kann einen Strömungsquerschnitt aufweisen, welcher, beispielsweise mindestens um das 2-fache, größer ist, als der Strömungsquerschnitt der ersten Kühlbohrung sowie allfälliger weiterer Kühlbohrungen. Dadurch wird ein hoher Wärmeübergang in das Kühlmittel ermöglicht.
Der Kühlverteilerkanal kann dabei die gleiche Richtung wie die erste Kühlbohrung (Ventilstegkühlbohrung) aufweisen, wobei die Achsen der ersten Kühlbohrung und des Kühlverteilerkanals parallel, vorzugsweise koaxial ausgerichtet sein können. Die erste Kühlbohrung ist somit diametral zum Kühiverteilerkanal - bezogen auf den Ringraumes - angeordnet, wodurch die erste Kühlbohrung von der Seite des Kühlverteilerkanals gebohrt werden kann. Dies ist insbesondere dann einfach möglich, wenn der Ringraum von einem Gussbutzen des Zylinderkopfes und einem in eine Bohrung des Gussbutzens eingesetzte Aufnahmehülse für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gebildet ist.
Zur Zufuhr des Kühlmittels kann vorgesehen sein, dass in den Kühlverteilerkanal zumindest eine von der Zylinderkopfdichtebene ausgehende Versorgungsbohrung einmündet. Es besteht auch die Möglichkeit den Kühlverteilerkanal und die Versorgungsbohrung vorzugießen.
Um weitere kritische Bereich des Auslasskanals effektiv zu kühlen, ist es besonders vorteilhaft wenn vom Ringraum und/oder vom Kühlverteilerkanal seitlich zumindest eine vorzugsweise im wesentlichen tangential auf den Auslasskanal gerichtete Querbohrung ausgeht. Von diesen weiteren Kühlbohrungen kann eine zweite Kühlbohrung im Bereich des Feuerdeckes, vorzugsweise im Bereich der Einmündung des Kühlverteilerkanals in den Ringraum, angeordnet sein. Weiters kann eine dritte Kühlbohrung von einem oberen Bereich des Ringraumes ausgehen, wobei vorzugsweise die dritte Kühlbohrung von der zweiten Kühlbohrung - in Richtung der Zylinderachse betrachtet - beabstandet ist. Diese dritte Kühlbohrung kann auch zur Entlüftung des Ringraumes verwendet werden.
Auf diese Weise kann eine sehr effektive Kühlung um die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, des Auslasskanals und des Bereiches des Ventilsteges zwischen den beiden Ventilen erzielt werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. näher erläutert. .....3............ ··«· · · * « · • « * « · t I « ·
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungs^efriäßfeniZvflmiterkbptf in einem Schnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 dem Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie ΙΠ-ΙΙΙ in Fig. 1 und Fig. 4 den Zylinderkopf in einer Schrägansicht.
Der Zylinderkopf 1 einer mit Kühlflüssigkeit gekühlten Brennkraftmaschine weist einen Einlasskanal 2 und einen Auslasskanal 3 pro Zylinder auf, wobei Einlasskanal 2 und Auslasskanal 3 über eine Einlassöffnung 4 bzw. eine Auslassöffnung 5 in einen nicht weiter bezeichneten Brennraum einmünden. Einlass- und Auslassöffnungen 4, 5 werden durch nicht weiter dargestellte Hubventile gesteuert. Angrenzend an Einlasskanal 2 und Auslasskanal 3 ist ein Butzen 6 (Gussbutzen) zur Aufnahme einer in denn Brennraum mündenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 angeordnet.
Der Zylinderkopf 1 weist zumindest einen Kühlraum 20 auf, wobei in einem Bereich des Feuerdeckes 9 des Zylinderkopfes 1 eine Materialanhäufung 10 mit einem im wesentlichen parallel zum Feuerdeck 9 verlaufenden, gebohrten oder gegossenen Kühlverteilerkanal 11 angeordnet ist, welcher in einen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 umgebenden Ringraum 8 zur Kühlung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 einmündet. Der Ringraum 8 wird durch den Butzen 6 und eine in den Butzen 6 eingesteckte Aufnahmehülse 12 für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 gebildet.
Der Ringraum 8 weist im Bereich des Feuerdeckes 9 eine radiale erste Kühlbohrung 13, welche auf einen zwischen Einlassöffnung 4 und Auslassöffnung 5 angeordneten Ventilstegbereich 14 gerichtet ist. Der Ventilstegbereich 14 befindet sich dabei - in Strömungsrichtung des Kühlmittels betrachtet - stromabwärts des Ringraumes 8. Die erste Kühlbohrung 13, welche zur Kühlung des Ventilstegbereiches 14 dient, weist die gleiche Orientierung auf wie der Kühlverteilerkanal 11, wobei die Achsen lla, 13a des Kühlverteilerkanals 11 und der ersten Kühlbohrung 13 parallel, vorzugsweise koaxial ausgerichtet sind und so einfacher herstellbar sind.
Der stromaufwärts des Ringraumes 8 angeordnete Kühlverteilerkanal 11 weist einen Strömungsquerschnitt auf, welcher gleich groß oder wesentlich größer, beispielsweise doppelt so groß, wie der Strömungsquerschnitt der ersten Kühlbohrung 13 ist. 4 * ι « » < » * · *
Im Ausführungsbeispiel geht von^RJrtgrhuin 84uhd/dd4r vom Kühlverteilerkanal 11 weiters eine zweite Kühlbohrung 15 und eine dritte Kühlbohrung 16 aus, wobei die zweite Kühlbohrung 15 im Bereich des Feuerdeckes 9, beispielsweise im Bereich der Einmündung des Kühlverteilerkanals 13 in den Ringraum 8, angeordnet sein kann. Die dritte Kühlbohrung 16 geht von einem dem Feuerdeck 9 abgewandten oberen Bereich 8a des Ringraumes 8 aus und ist von der zweiten Kühlbohrung 15 - in Richtung der Zylinderachse la betrachtet - beabstandet Die zweite Kühlbohrung 15 und/oder die dritte Kühlbohrung 16 ist etwa tangential auf die dem Kühlraum 20 zugewandte Außenfläche 3a des Auslasskanals 3 gerichtet.
In den Kühlverteilerkanal 13 mündet eine das Feuerdeck 9 durchdringende Versorgungsbohrung 17 ein, welche von der an einen nicht weiter dargestellten Zylinderblock grenzenden Zylinderkopfdichtebene 18 ausgeht. Über die Versorgungsbohrung 17 steht der Kühlverteilerkanal 13 mit einem Kühlmantel im Zylinderblock oder einer Wasserverteilleiste in Strömungsverbindung.
Das Kühlmittel strömt entsprechend den Pfeilen S vom Kühlmantel des Zylinderblockes kommend durch die Versorgungsbohrung 17 in den Kühlverteilerkanal 13 und weiter in den Ringraum 13, wo die Aufnahmehülse 12 umströmt und somit die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7 gekühlt wird. Danach strömt das Kühlmittel durch die erste Kühlbohrung 13 zum Ventilstegbereich 14 zwischen der Einlassöffnung 4 und der Auslassöffnung 5, welcher dadurch ausreichend gekühlt wird. Gleichzeitig strömt Kühlmittel auch durch die zweite Bohrung 15 und die dritte Bohrung 16 zur Außenfläche 3a des Auslasskanals 3 und sorgt für eine optimale Kühlung der Auslasskanäle. Durch geeignete Dimensionierung der Querschnitte der ersten, zweiten und dritten Kühlbohrung 13, 15, 16 lässt sich die erzielte Kühlwirkung an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Nach Kühlung der kritischen Bereiche des Kraftstoffeinritzeinrichtung 7, des Ventilstegbereiches 14 und des Auslasskanals 3 wird das Kühlmittel im Kühlraum 20 gesammelt und durch nicht weiter dargestellte Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf 1 abgeführt.

Claims (9)

  1. 5 « fr 4 * · * 1 I * • * * * - ' * * ···· * * * • « · · · · * * · · «« »· * t t I * * * PATENTANSPRÜCHE 1. Zylinderkopf (1) mit Flüssigkeitskühlung, mit einem in einen Brennraum mündenden Einlasskanal (2) und einem Auslasskanal (3) pro Zylinder, mit einer in den Brennraum einmündenden und an den Einlasskanal (2) und den Auslasskanal (3) angrenzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung (7), sowie mit zumindest einem im Zylinderkopf (1) angeordneten Kühlraum (20), wobei in einem Bereich des Feuerdeckes (9) ein im wesentlichen parallel zum Feuerdeck (9) verlaufender, insbesondere gebohrter oder vorgegossener, Kühlverteilerkanal (11) angeordnet ist, welcher in einen die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (7) umgebenden Ringraum (8) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (8) zumindest eine im Wesentlichen radiale, erste Kühlbohrung aufweist, welche auf einen zwischen Einlasskanal (2) und Auslasskanal (3) ausgebildeten und an das Feuerdeck (9) grenzenden Ventilstegbereich (14) gerichtet ist.
  2. 2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Einlasskanal (2) und dem Auslasskanal (3) angeordnete Ventilstegbereich (14) - in Strömungsrichtung des Kühlmittels betrachtet -stromabwärts des Ringraumes (8) angeordnet ist.
  3. 3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärts des Ringraumes (8) angeordnete Kühlverteilerkanal (11) einen Strömungsquerschnitt aufweist, welcher, vorzugsweise mindestens um das 2-fache, größer ist, als der Strömungsquerschnitt der ersten Kühlbohrung (13).
  4. 4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlverteilerkanal (11) die gleiche Richtung wie die erste Kühlbohrung (13) aufweist und die Achsen (13a, 11a) der ersten Kühlbohrung (13) und des Kühlverteilerkanals (11) parallel, vorzugsweise koaxial ausgerichtet sind.
  5. 5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühiverteilerkanal (11) zumindest eine von der 6 6 • I Zylinderkopfdichtebene (lSJ^aüSgjihindfe y&rscärcjungsbohrung (17) einmündet.
  6. 6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vom Ringraum (8) und/oder vom Kühlverteilerkanal (11) seitlich zumindest eine, vorzugsweise im wesentlichen tangential auf den Auslasskanal (3) gerichtete, weitere Kühlbohrung (15, 16) ausgeht.
  7. 7. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Kühlbohrung (15) im Bereich des Feuerdeckes (9), vorzugsweise im Bereich der Einmündung des Kühlverteilerkanals (11) in den Ringraum (8), angeordnet ist.
  8. 8. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dritte Kühlbohrung (16) von einem oberen Bereich (8a) des Ringraumes (8) ausgeht, wobei vorzugsweise die dritte Kühlbohrung (16) von der zweiten Kühlbohrung (15) - in Richtung der Zylinderachse (la) betrachtet - beabstandet ist.
  9. 9. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (8) von einem Butzen (6) des Zylinderkopfes (1) und einem in eine Bohrung des Butzens (6) eingesetzte Aufnahmehülse (12) für die Kraftstoffeinspritzeinrichtunq (7) gebildet ist. 2011-07-28 Fu/St
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