AT519991B1

AT519991B1 - Zylinderkopf mit Ventilsitzringkühlung

Info

Publication number: AT519991B1
Application number: ATA50470/2017A
Authority: AT
Inventors: Andreas Zurk Ing; Robert Pöschl Dr
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2019-07-15
Also published as: AT519991A1; CN110709596B; WO2018218268A1; JP2020521914A; DE102017219646A1; CN110709596A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, mit zumindest einem Ventilsitzring (5) für ein Hubventil, wobei dem Ventilsitzring (5) ein ringförmiger Kühlkanal (6, 6‘) zugeordnet ist, der sich zumindest zwischen zumindest einer Eintrittsöffnung (70, 70‘) eines Eintrittskanals (7, 7‘) und zumindest einer Austrittsöffnung (80, 80‘) eines Austrittskanals (8, 8‘) zumindest teilweise um den Ventilsitz erstreckt, wobei Eintritts- (7, 7‘) und Austrittskanal (8, 8‘) auf derselben Seite des Zylinders angeordnet sind, wobei der Eintrittskanal (7, 7‘) in tangentialer Richtung über die Eintrittsöffnung (70, 70‘) in den ringförmigen Kühlkanal (6, 6‘) einmündet und der Austrittskanal (8, 8‘) in tangentialer Richtung über die Austrittsöffnung (80, 80‘) aus dem ringförmigen Kühlkanal (6, 6‘) abzweigt, wobei sich der ringförmige Kühlkanal (6, 6‘) vollständig um den Ventilsitzring (5) erstreckt und in Strömungsrichtung der Umströmungsweg (90, 90‘) zwischen der Eintritts- (70, 70‘) und Austrittsöffnung (80, 80‘) und ein Kurzschlussweg (91, 91‘) zwischen der Austritts- (80, 80‘) und der Eintrittsöffnung (70, 70‘) verläuft, wobei einerseits eine Kurzschlussströmung zwischen den beiden Öffnungen (70, 70‘, 80, 80‘) auf dem Kurzschlussweg (91, 91‘), andererseits eine den Ventilsitz auf langem Weg umgebende Kühlströmung auf dem Umströmungsweg 90, 90 vorgesehen ist.

Description

Beschreibung

ZYLINDERKOPF MIT VENTILSITZRINGKÜHLUNG [0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, mit zumindest einem Ventilsitzring für ein Hubventil, wobei dem Ventilsitzring ein ringförmiger Kühlkanal zugeordnet ist, der sich zumindest zwischen zumindest einer Eintrittsöffnung eines Eintrittskanals und zumindest einer Austrittsöffnung eines Austrittskanals zumindest teilweise um den Ventilsitz erstreckt, wobei Eintritts- und Austrittskanal auf derselben Seite des Zylinders angeordnet sind, wobei der Eintrittskanal vorzugsweise im Wesentlichen tangential über die Eintrittsöffnung in den ringförmigen Kühlkanal einmündet, dass sich ein Umströmungsweg, also der lange umströmte Bereich des ringförmigen Kühlkanals des Ventilsitzes zwischen Eintritts- und Austrittsöffnung sich ausgehend von der Eintrittsöffnung über einen Winkelbereich von 195° bis 345° erstreckt und der Austrittskanal über die Austrittsöffnung in einem Winkelbereich zwischen tangentialer und radialer Richtung aus dem ringförmigen Kühlkanal abzweigt.

[0002] Heutige Hochleistungs-Brennkraftmaschinen weisen thermisch hochbeanspruchte Regionen beispielsweise im Bereich der Auslassventilbrücken zwischen den Auslassventilsitzen auf. Diese Bereiche sind besonders hinsichtlich thermischer Verformung und somit erhöhtem Ventilverschleiß gefährdet.

[0003] Um diesem Problem entgegenzuwirken werden die Ventilsitze mit umlaufenden Kühlkanälen - einer Ventilsitzringkühlung - umgeben, wobei zwischen Ein- und Austritten eine Kühlmittelströmung um den Ventilsitz bewirkt wird.

[0004] Die AT 513 262 B1 der Anmelderin zeigt eine Lösung, bei der Ein- und Austritt auf derselben Zylinderseite ausgeführt sind und der Ventilsitz in einem Winkelbereich von mindestens 280° umströmt wird. Die sich zwischen Ein- und Austritt ergebende Kurzschlussströmung wird durch eine Drosselstelle beschränkt - damit wird einerseits verhindert, dass sich im Bereich der Kurzschlussströmung eine ungekühlte Wärmebrücke bildet und es zu lokalen Überhitzungen und thermischen Spannungen kommt, andererseits der Großteil des Kühlmittels den Ventilsitz auf langem Weg umströmt. Nachteil an dieser Lösung ist insbesondere die Ausführung der Einund Austrittskanäle, die parallel verlaufend ausgeführt sind und in radialer Richtung auf die Ventilsitzringkühlung auftreffen, wodurch sich Staustellen und eine gestörte Einströmung ergibt. Auch die Ausführung der Drosselstelle während der Fertigung bedeutet zusätzlichen Aufwand.

[0005] Die AT 513 746 B1 der Anmelderin sieht daher vor, dass mehrere Eintritte vorgesehen sind, denen ein in Richtung der Zylindermitte, speziell eines dort angeordneten Injektors verlaufender Austritt gegenüberliegt. Die Eintritte sind dabei asymmetrisch in Bezug zu einer Meridianebene des Ventilsitzrings angeordnet. Dadurch ergeben sich asymmetrische Strömungen im Ventilsitzring, wodurch thermisch hochbeanspruchte Bereiche besonders effizient gekühlt werden können. Nachteilig daran sind insbesondere die ungenügende Kurzschlussströmung zwischen den Eintritten und der Festigkeitsverlust, der sich durch die Austrittsbohrung im Injektorbereich insbesondere bei Großmotoren ergibt.

[0006] Weitere Zylinderköpfe mit ringförmigen Kühlkanälen sind beispielsweise aus der GB 668962 A, der CH 272380 A, der DE 2825295 A1 und der JP H0533640 A bekannt.

[0007] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und eine gleichmäßigere Kühlung des Ventilsitzringes zu ermöglichen und den Ventilverschleiß zu verringern.

[0008] Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Zylinderkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich der ringförmige Kühlkanal vollständig um den Ventilsitzring erstreckt und in Strömungsrichtung der Umströmungsweg zwischen der Eintritts- und Austrittsöffnung und ein Kurzschlussweg zwischen der Austritts- und der Eintrittsöffnung verläuft, wobei einerseits eine Kurzschlussströmung zwischen den beiden Öffnungen auf dem Kurzschlussweg, /11

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Patentamt andererseits eine den Ventilsitz auf langem Weg umgebende Kühlströmung auf dem Umströmungsweg vorgesehen ist.

[0009] Der ringförmige Kühlkanal eines Ventilsitzrings wird von der gleichen Zylinderseite sowohl mit Kühlmittel beschickt als auch das Kühlmittel abgeführt, wobei der Eintrittskanal und der Austrittskanal den Ventilsitzring über einen Winkelbereich zwischen 195° und 345° umströmen. Bei dem angegebenen Winkelbereich handelt es sich um den Absolutwert, unabhängig davon, ob der Ventilsitzring im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn durchströmt wird.

[0010] Durch das Einströmen eines Kühlmittels in im Wesentlichen tangentialer Richtung wird ein reduzierter Druckverlust und ein möglichst großer Querschnitt in der Verschneidung Eintrittskanal-ringförmiger Kühlkanal sichergestellt. Durch die erfindungsgemäße Orientierung des Austrittskanals wird ein Einstellen der Strömungsverhältnisse im ringförmigen Kühlkanal ermöglicht.

[0011] Gemäß der Erfindung erstreckt sich der ringförmige Kühlkanal vollständig um den Ventilsitzring und in Strömungsrichtung verläuft der Umströmungsweg zwischen der Eintritts- und Austrittsöffnung und ein Kurzschlussweg zwischen der Austritts- und der Eintrittsöffnung. Dadurch wird ein vollständiges Umströmen und Kühlen des Ventilsitzrings ermöglicht.

[0012] Dank der Erfindung ist eine noch effizientere Kühlung der thermisch hochbelasteten Bereiche eines Ventilsitzringes möglich, da die Ein- und Ausströmung mit geringem Druckverlust erfolgt. Aus diesem Grund bildet sich auch nur eine geringe Kurzschlussströmung im Bypassweg auf der kurzen Verbindung zwischen Ein- und Austrittsöffnung aus und es sind keine zusätzlichen Maßnahmen zur Unterdrückung dieser Kurzschlussströmung notwendig - diese Maßnahmen haben ja oft den Nachteil, durch zusätzliches Material erst recht lokale Überhitzungen zu verursachen. Durch die gewählte Orientierung des Austrittskanals zwischen tangentialer und radialer Richtung kann die Kühlmittelströmung im Bypassweg auf die jeweilige Verwendung des Zylinderkopfes abgestimmt und eine ausreichende Kühlung dieses Bereichs erzielt werden.

[0013] Gleichzeitig ist die Herstellung stark vereinfacht, da im Gegensatz zu Lösungen des Stands der Technik Standardbearbeitungsmethoden - z.B. Bohren der Ein- und Austrittskanäle zum Einsatz kommen, ohne dass aufwändige Bearbeitungen wie z.B. Fräsen im Kopf benötigt werden.

[0014] Die Erfindung erlaubt damit eine optimale Kühlung von Ventilsitzen mit minimalem Herstellaufwand.

[0015] In einer Variante der Erfindung verlaufen/verläuft eine Längsmittelachse des Eintrittskanals und/oder eine Längsmittelachse des Austrittskanals tangential zu einer inneren Kanalwand des ringförmigen Kühlkanals des Ventilsitzes. Damit ist eine druckoptimierte Ein- und Ausströmung möglich und Turbulenzen können reduziert bzw. ganz verhindert werden.

[0016] Um eine besonders einfache Fertigung des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes zu ermöglichen, verlaufen der Eintritts- und der Austrittskanal in einer gemeinsamen ersten Ebene. Damit muss z.B. beim Bohren das Bohrgerät nicht aufwändig verschoben und neu justiert werden. Gleichzeitig wird in Richtung entlang der Zylinderlängsachse nur eine minimale Materialdicke durch die Kanäle beeinflusst.

[0017] In einer Variante der Erfindung verläuft der Eintrittskanal in einer ersten Ebene und der Austrittskanal in einer zweiten Ebene. Die erste Ebene verläuft dabei anders als die zweite Ebene. Dadurch kann dem Kühlströmungsverlauf eine zusätzliche Richtung gegeben werden.

[0018] Günstigerweise verläuft dabei die erste Ebene parallel zur zweiten Ebene. Dadurch lässt sich ebenfalls eine vergleichsweise einfache Fertigung sicherstellen, da beispielsweise beim Bohren weniger Justageschritte notwendig sind.

[0019] Eine gute Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes sowohl im Zylinderkopf als auch bei der Fertigung lässt sich erzielen, wenn die erste Ebene und/oder die zweite Ebene parallel zu einer Zylinderkopfdichtebene sind/ist.

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Patentamt [0020] In einer weiteren Variante der Erfindung ist zumindest der Austrittskanal mit einem Zylinderkopf-Kühlmantel verbunden. Durch Anlegen verschiedener Druckniveaus an Einlasskanal und Zylinderkopf-Kühlmantel lassen sich damit auf einfache Weise günstige Strömungsverläufe erzielen. Sowohl eine Kühlung Top-Down als auch vom Zylinderblock in Richtung Zylinderkopf ist möglich.

[0021] Wenn im Zylinderkopf zumindest zwei Hubventile mit zwei zugehörigen Ventilöffnungen vorgesehen sind ist eine besonders gute Kühlung thermisch hoch belasteter Bereiche sichergestellt, wenn der Eintrittskanal auf der einer Ventilbrücke zwischen den Ventilöffnungen zugewandten Seite des Ventilsitzes angeordnet ist. Gleiches lässt sich erzielen, wenn zwei Auslassventile mit zugehörigen Auslassventilöffnungen und zwei Einlassventile mit zugehörigen Einlassventilöffnungen vorgesehen sind und zumindest die Einlasskanäle in ringförmige Kühlkanäle der Ventilsitzringe der Auslassventilöffnungen auf der einer Auslassventilbrücke zugewandten Seite der Ventilsitzringe angeordnet sind.

[0022] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von in den Zeichnungen schematisch dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen. Darin zeigen:

[0023] Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf entlang Linie II in Fig. 7;

[0024] Fig. 2 eine ausschnittsweise Seitenansicht des Zylinderkopfes aus Fig. 1;

[0025] Fig. 3 einen Ausschnitt einer brennraumseitigen Draufsicht auf einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf entlang Linie lll-lll in Fig. 2;

[0026] Fig. 4 einen Ausschnitt eines Vertikalschnitts durch den Zylinderkopf entlang der Linie

IV- IVin Fig. 1;

[0027] Fig. 5 einen Ausschnitt eines Vertikalschnitts durch den Zylinderkopf entlang der Linie

V- V in Fig. 1;

[0028] Fig. 6 einen Ausschnitt eines Vertikalschnitts durch den Zylinderkopf entlang der Linie

VI- Vl in Fig. 1;

[0029] Fig. 7 einen Ausschnitt eines Vertikalschnitts durch den Zylinderkopf entlang der Linie

VII- Vll in Fig. 1; und [0030] Fig. 8 eine Schemadarstellung eines Ausschnitts einer brennraumseitigen Draufsicht auf einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf gemäß Fig. 3.

[0031] In den nachfolgenden Figuren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0032] Die Figuren zeigen im dargestellten Ausführungsbeispiel ausschnittsweise einen Zylinderkopf 1 für zumindest einen Zylinder einer Brennkraftmaschine. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist der Zylinderkopf mit zwei als Hubventilen ausgeführten Einlass- und zwei Auslassventilen versehen - in den Figuren sind dabei die Auslassventilöffnungen 2a, 2b und die Einlassventilöffnungen 3a, 3b für die jeweiligen Ventile dargestellt, teilweise auch mit einer zugehörigen Ventilachse. Natürlich ist die Erfindung auch anwendbar auf Zylinder mit weniger Ventilen. Im Zentrum des Zylinders ist eine weitere Öffnung, beispielsweise als Zentralöffnung 4 für eine Injektionsvorrichtung, vorgesehen.

[0033] Zumindest pro Auslassventil ist ein Ventilsitzring 5 im Zylinderkopf 1 angeordnet, beispielsweise eingepresst oder eingeklebt, wie in den Fign. 4-7 ersichtlich ist. Der in den Zylinderkopf 1 eingepresste oder eingeklebte Ventilsitzring 5 ist von einem ringförmigen Kühlkanal 6, 6‘ für ein Kühlmittel umgeben, welcher sich zumindest zwischen einer (ventilseitigen) Eintrittsöffnung 70, 70‘ eines Eintrittskanals 7, 7‘ und einer (ventilseitigen) Austrittsöffnung 80, 80‘ eines Austrittskanals 8, 8‘ zumindest teilweise um den Ventilsitz erstreckt. Der Kühlkanal 6, 6‘ kann dabei vollständig im Ventilsitzring 5 verlaufen oder - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel teils in den Zylinderkopf 1 eingeformt, teils im Ventilsitzring 5 ausgeführt sein. Der Kühlkanal 6,

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6‘ kann auch vollständig im Zylinderkopf 1 eingeformt sein.

[0034] Kühlmittel wird von außerhalb des Zylinders/Zylinderkopfs 1 über den Eintrittskanal 7‘ zugeführt (Fig. 4), strömt über die Eintrittsöffnung 70‘ (Fig. 5) in den ringförmigen Kühlkanal 6‘ und tritt an der Austrittsöffnung 80‘ (Fig. 6) aus dem Kühlkanal 6‘ in einen Austrittskanal 8‘ (Fig. 7) aus, von wo es weiterströmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der ringförmige Kühlkanal 6, 6‘ vollständig um den Ventilsitzring 5. Dabei gibt es einen Umströmungsweg 90, 90‘, wo das Kühlmittel den ringförmigen Kühlkanal 6, 6‘ auf langem Weg umströmt, und einen Kurzschlussweg 91, 9T, also die kürzeste Verbindung zwischen Eintritts- 70, 70‘ und Austrittsöffnung 80, 80‘. Eintritts- 7, 7‘ und Austrittskanal 8, 8‘ sind beispielsweise durch von einer Seitenfläche des Zylinderkopfes 1 ausgehende Bohrungen gebildet, wie in Fig. 2 ersichtlich ist. Günstigerweise sind Eintritts- 7, 7‘ und Austrittskanal 8, 8‘ auf derselben Seite des Zylinders angeordnet - im vorliegenden Beispiel auslassseitig.

[0035] Ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Umströmungs- 90, 90‘ und Kurzschlussweg 91, 9T und damit eine gute Umströmung und Kühlung lässt sich erreichen, wenn der Mittelpunktswinkel α (Fig. 1) des Ventilsitzrings 5 zwischen Eintritts- 70 und Austrittsöffnung 80 kleiner ist als 180°, günstigerweise kleiner als 100°. Der Mittelpunktswinkel α ist dabei der Winkel zwischen den radialen Verbindungen zwischen dem Ventilsitzringmittelpunkt 50 einerseits und dem Ein- 7 und Austrittskanal 8 andererseits, insbesondere dem Punkt, wo eine Längsmittelachse des Eintrittskanals (Eintrittslängsmittelachse 77) bzw. des Austrittskanals (Austrittslängsmittelachse 88) auf den ringförmigen Kühlkanal 6, bzw. dessen Außenseite 61, auftrifft. Der von Kühlmittel umströmte lange Bereich des ringförmigen Kühlkanals zwischen Eintritts- 70, 70‘ und Austrittsöffnung 80, 80‘ und damit der Bereich des Umströmungswegs 90 erstreckt sich über einen Winkelbereich von 360° - α um den Ventilsitzring 5. Erfindungsgemäß beträgt der Winkelbereich zwischen 195° und 345°. Es hat sich herausgestellt, dass mit diesem Winkelbereich des Umströmungswegs 90, 90‘ eine bestmögliche Wärmeabfuhr aus thermisch kritischen Bereichen des Zylinderkopfes 1 erfolgen kann.

[0036] Im dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es also einerseits eine Kurzschlussströmung zwischen den beiden Öffnungen 70, 70‘, 80, 80‘ auf dem Kurzschlussweg 91, 9T, andererseits eine den Ventilsitz auf langem Weg umgebende Kühlströmung auf dem Umströmungsweg 90, 90‘.

[0037] Wie insbesondere Fig. 3 zu entnehmen ist mündet der Eintrittskanal 7, 7‘ im dargestellten Ausführungsbeispiel tangential über die Eintrittsöffnung 70 in den ringförmigen Kühlkanal 6, 6‘. Tangential bedeutet im Rahmen der vorliegenden Offenbarung, dass sich - innerhalb von Fertigungstoleranzen - Elemente von Eintritts- 7, 7‘/Austrittskanal 8, 8‘ und ringförmiger Kühlkanal 6, 6‘ in einem Punkt berühren. Das bedeutet, dass beispielsweise eine der Ventilachse bzw. dem Ventilsitzringmittelpunkt 50, 50‘ des jeweiligen Ventilsitzes abgewandte Seite des Eintritts7, 7‘/Austrittskanals 8, 8‘ die ebenfalls abgewandte Seite (Außenseite 61, 6T) des ringförmigen Kühlkanals 6, 6‘ in einem Punkt berührt oder dass eine der Ventilachse bzw. dem Ventilsitzringmittelpunkt 50, 50‘ zugewandte Seite des Eintritts- 7, 7‘/Austrittskanals 8, 8‘ die ebenfalls zugewandte Seite (Innenseite 62, 62‘) des ringförmigen Kühlkanals 6, 6‘ in einem Punkt berührt.

[0038] In der dargestellten Variante verläuft die Eintrittslängsmittelachse 77, 77‘ tangential zu einer inneren Kanalwand (Innenseite 62, 62‘) des ringförmigen Kühlkanals 6, 6‘ des Ventilsitzes und berührt diese damit in einem Punkt. Der Austrittskanal 8, 8‘ zweigt über die Austrittsöffnung 80 aus dem ringförmigen Kühlkanal 6 ab, wobei die Austrittlängsmittelachse 88 im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls tangential zur inneren Kanalwand 62 des ringförmigen Kühlkanals 6 verläuft. Die Form der Ein- 70, 70‘ und Austrittsöffnungen 80, 80‘ ist damit jeweils etwa ellipsenförmig.

[0039] Die tangentiale Ein- und Ausströmung ermöglicht eine turbulenzarme, gut kühlende Umströmung auf dem Umströmungsweg 90, 90‘, gleichzeitig wird ein geringer Druckverlust erreicht und damit die Kurzschlussströmung auf dem Kurzschlussweg 91, 9T gering gehalten. Eine Kühlung des Kurzschlussströmungsbereichs zwischen Eintritts- 70, 70‘ und Austrittsöffnung 80, 80‘ ist damit zwar sichergestellt, es verbleibt aber ausreichend Kühlmittel für die Küh4/11

AT 519 991 B1 2019-07-15 österreichisches patentamt lung der thermisch hochbelasteten Bereiche des Ventilsitzrings 5 auf dem Umströmungsweg 90, 90‘ zwischen Eintritts- 70, 70‘ und Austrittsöffnung 80, 80‘.

[0040] Erfindungsgemäß kann der Austrittskanal 8, 8‘ in einem Winkelbereich zwischen tangentialer und radialer Richtung aus dem ringförmigen Kühlkanal 6 abzweigen. Tangentiale Richtung bedeutet hier, dass die Strömungsrichtung im Austrittskanal 8, 8‘ der Strömungsrichtung im Kühlkanal 6 entspricht, der Winkel beträgt also 0°. Radiale Richtung bedeutet hier, dass der Winkel zwischen der Strömungsrichtung im Kühlkanal 6 und im Austrittskanal 8, 8'90° beträgt.

[0041] Durch das Variieren des Winkels zwischen Austrittskanal und Strömungsrichtung im Kühlkanal 6 im Bereich der Austrittsöffnung 80, 80‘ lassen sich die Druckverhältnisse und insbesondere auch die die Kühlmittelmenge zwischen Umströmungs- 90, 90‘ und Kurzschlussweg 91,9T einstellen und die Kühlwirkung für den jeweiligen Anwendungsfall optimieren.

[0042] Eine günstige Kühlwirkung ergibt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere auch dadurch, dass der Eintrittskanal 7, 7‘ auf der einer Ventilbrücke 100 zwischen den Auslassventilen zugewandten Seite des Ventilsitzrings 5 angeordnet ist bzw. einmündet. Da speziell im Bereich der auslassseitigen Ventilbrücke 100 eine hohe thermische Belastung auftritt, kann hier das frisch zugeführte, eine vergleichsweise niedrige Temperatur aufweisende Kühlmittel eine besonders gute Wirkung entfalten. Auch bei Varianten mit weniger Ventilen ist es günstig, wenn die Eintrittskanäle 7, 7‘ auf Seiten der Ventilbrücken 100 verlaufen.

[0043] Fig. 8 zeigt eine Darstellung, wo ein Eintrittskanal 7‘ in einen ringförmigen Kühlkanal 6 einmündet und ein Austrittskanal 8‘ wieder austritt. Dabei ist eine Winkelskala dargestellt, die am Eintritt des Eintrittskanals 7‘ 0° zeigt, der Austritt des Austrittskanals 8‘ erfolgt zwischen 225° und 270°; damit ergibt sich eine Umströmung im erfindungsgemäßen Bereich von 195° bis 345°. Die Richtung des Austrittskanals 8‘ liegt zwischen tangential und radial - der Austrittswinkel ß beträgt also zwischen 0° (tangentialer Verlauf) und 90° (radialer Verlauf). Der durchgezogen dargestellte Austrittskanal 8‘ hat einen sehr flachen Verlauf, während ein strichliert dargestellter Austrittskanal 8‘ in einem Winkel ß nahe 90° verläuft. Zwischen den Ventilsitzringmittelpunkten 50 der Auslassventilöffnungen 2a, 2b ist eine Ventilverbindungslinie 200 dargestellt.

[0044] Im z.B. in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen Eintritts- 7, 7‘ und Austrittskanäle 8, 8‘ in einer gemeinsamen ersten Ebene, wobei die erste Ebene in der Blattebene liegt. Damit ist eine einfache Fertigung, beispielsweise beim Bohren durch rasches Positionieren des Bohrgeräts oder beim Gießen durch einfaches Einlegen der Bohrkerne, sichergestellt. In einer Variante der Erfindung verläuft der Eintrittskanal 7, 7‘ je Ventilsitz in der ersten Ebene und der Austrittskanal 8, 8‘ in einer zweiten Ebene - Fig. 4 zeigt diese Variante mit einem strichliert ausgeführten Austrittskanal 8‘, der leicht in Richtung einer Zylinderkopfdichtebene 110 versetzt ist. Die erste Ebene verläuft dabei normal zur Blattebene und fällt mit der Eintrittslängsmittelachse 77‘ zusammen, die zweite Ebene verläuft ebenfalls normal zur Blattebene und fällt mit der Austrittslängsmittelachse 88‘ zusammen. Hier ist die erste Ebene parallel zur zweiten Ebene, beide sind parallel zur Zylinderkopfdichtebene 110 bzw. zu einer Ventilsitzringebene 500 (siehe z.B. Fig. 6), die durch den Ventilsitzring 5 definiert ist und im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Zylinderkopfdichtebene 110 verläuft. Wie erkennbar ist verlaufen die erste und zweite Ebene im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls normal zur Ventilachse 55 (siehe Fign. 5-7) In einer weiteren Variante, die in Fig. 7 dargestellt ist, verläuft die erste Ebene schräg zur zweiten Ebene - diese Ausführung ist erkennbar durch den strichliert dargestellten Eintrittskanal 7‘. Beide Ebenen liegen wieder normal zur Blattebene, wobei die erste Ebene mit der Eintrittslängsmittelachse 77‘ zusammenfällt und durch diese dargestellt ist, die zweite Ebene fällt mit der Austrittslängsmittelachse 88‘ zusammen und ist durch diese dargestellt.

[0045] Wie in den Fign. 1 und 3, insbesondere aber Fig. 7 zu erkennen ist, ist der Austrittskanal 8, 8‘ mit einem in Richtung der Zylinderkopfdichtebene 110 heruntergezogenen ZylinderkopfKühlmantel 120 verbunden. Dabei kann es sich bei Vorhandensein von zwei ZylinderkopfKühlmänteln beispielsweise um den oberen (also weiter von der Zylinderkopfdichtebene 110 entfernteren) Zylinderkopf-Kühlmantel handeln. Der vom Ventilsitzring 5 wegführende Bereich des Austrittskanals 8, 8‘ ist nach der Verbindung mit dem Zylinderkopf-Kühlmantel 120 an der

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Außenseite des Zylinderkopfes 1 mit einem Stopfen 130, 130‘ verschlossen.

[0046] Natürlich sind auch Varianten möglich, wo der Austrittskanal 8, 8‘ ohne Verbindung zu einem oberen Zylinderkopf-Kühlmantel 120 an die Außenseite des Zylinderkopfes 1 geführt wird. Beispielsweise kann auch die Ventilsitzkühlung mit einem separaten Kühlkreis erfolgen.

[0047] Die Erfindung ermöglicht damit eine optimale, turbulenzarme Kühlung des Ventilsitzes, die einfach fertigbar ist und ohne aufwändige Bearbeitungsschritte auskommt. Durch den erfindungsgemäßen Winkelbereich des Umströmungswegs 90, 90‘ und den Winkelverlauf des Austrittskanals kann eine optimale Kühlung des Ventilsitzes 5, 5‘ und vollständige Umströmung auch durch den Kurzschlussweg erzielt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, mit zumindest einem Ventilsitzring (5) für ein Hubventil, wobei dem Ventilsitzring (5) ein ringförmiger Kühlkanal (6, 6‘) zugeordnet ist, der sich zumindest zwischen zumindest einer Eintrittsöffnung (70, 70‘) eines Eintrittskanals (7, 7‘) und zumindest einer Austrittsöffnung (80, 80‘) eines Austrittskanals (8, 8‘) zumindest teilweise um den Ventilsitz erstreckt, wobei Eintritts(7, 7‘) und Austrittskanal (8, 8‘) auf derselben Seite des Zylinders angeordnet sind, wobei der Eintrittskanal (7, 7‘) vorzugsweise im Wesentlichen tangential über die Eintrittsöffnung (70, 70‘) in den ringförmigen Kühlkanal (6, 6‘) einmündet, dass sich ein Umströmungsweg (90, 90‘), also der lange umströmte Bereich des ringförmigen Kühlkanals (6, 6‘) des Ventilsitzes zwischen Eintritts- (70, 70‘) und Austrittsöffnung (80, 80‘) sich ausgehend von der Eintrittsöffnung (70, 70‘) über einen Winkelbereich von 195° bis 345° erstreckt und der Austrittskanal (8, 8‘) über die Austrittsöffnung (80, 80‘) in einem Winkelbereich zwischen tangentialer und radialer Richtung aus dem ringförmigen Kühlkanal (6, 6‘) abzweigt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der ringförmige Kühlkanal (6, 6‘) vollständig um den Ventilsitzring (5) erstreckt und in Strömungsrichtung der Umströmungsweg (90, 90‘) zwischen der Eintritts- (70, 70‘) und Austrittsöffnung (80, 80‘) und ein Kurzschlussweg (91, 9T) zwischen der Austritts- (80, 80‘) und der Eintrittsöffnung (70, 70‘) verläuft, wobei einerseits eine Kurzschlussströmung zwischen den beiden Öffnungen (70, 70‘, 80, 80‘) auf dem Kurzschlussweg (91, 9T), andererseits eine den Ventilsitz auf langem Weg umgebende Kühlströmung auf dem Umströmungsweg 90, 90 vorgesehen ist.
2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsmittelachse (77, 77‘) des Eintrittskanals (7, 7‘) und/oder eine Längsmittelachse (88, 88‘) des Austrittskanals (8, 8‘) tangential zu einer inneren Kanalwand (62, 62‘) des ringförmigen Kühlkanals (6, 6‘) des Ventilsitzes verlaufen/verläuft.
3. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritts- (7, 7‘) und der Austrittskanal (8, 8‘) in einer gemeinsamen ersten Ebene verlaufen.
4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskanal (7, 7‘) in einer ersten Ebene verläuft und der Austrittskanal (8, 8‘) in einer zweiten Ebene verläuft, wobei vorzugsweise die erste Ebene parallel zur zweiten Ebene ist.
5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ebene und/oder die zweite Ebene parallel zu einer Ventilsitzringebene (500) sind/ist.
6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Austrittskanal (8, 8‘) mit einem Zylinderkopf-Kühlmantel (120) verbunden ist.
7. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Ventilöffnungen (2a, 2b, 3a, 3b) vorgesehen sind und der Eintrittskanal (7, 7‘) auf der einer Ventilbrücke (100) zwischen den Ventilöffnungen (2a, 2b, 3a, 3b) zugewandten Seite des Ventilsitzes angeordnet ist.
8. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Auslassventilöffnungen (2a, 2b) und/oder zwei Einlassventilöffnungen (3a, 3b) vorgesehen sind, wobei zumindest die Einlasskanäle (7, 7‘) in ringförmige Kühlkanäle (6, 6‘) der Ventilsitzringe (5) der Auslassventilöffnungen (2a, 2b) auf der einer Auslassventilbrücke (110) zugewandten Seite der Ventilsitzringe (5) angeordnet sind.