AT6342U1 - Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte mehrzylinder-brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für eine flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit einer an ein Feuerdeck grenzenden Kühlraumanordnung (3), welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck (2) ausgebildetes Zwischendeck (4) in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum (5) und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse (6) anschließenden oberen Teilkühlraum (7) unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum (5, 7) durch zumindest eine erste Überströmöffnung (9) miteinander strömungsverbunden sind, wobei zumindest eine erste Überströmöffnung (9) im Bereich einer Aufnahmeöffnung (20) für eine, vorzugsweise zentrale, Kraftstoffeinspritzeinrichtung (11) angeordnet ist, und wobei in den unteren Teilkühlraum (5) zumindest eine, vorzugsweise im Feuerdeck (2) angeordnete Zuflussöffnung (13) pro Zylinder (A, B, C) für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teilkühlraum (7) zumindest eine Abflussöffnung (32) für das Kühlmittel ausgeht, wobei jedem Zylinder (A, B, C) ein unterer Teilkühlraum (5) zugeordnet ist und die unteren Teilkühlräume (5) zumindest zweier benachbarter Zylinder (A, B, C) durch eine Trennwand (12) im Wesentlichen voneinander getrennt sind und im unteren Teilkühlraum (5) das Kühlmittel im Wesentlichen quer zum Zylinderkopf (1) strömt, und wobei sich der obere Teilkühlraum (7) über zumindest zwei Zylinder (A, B, C) erstreckt.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine flüssigkeitgekühlte Mehrzylin- der-Brennkraftmaschine, mit einer an ein Feuerdeck grenzenden   Kühlrauman-   ordnung, welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck ausgebildetes
Zwischendeck in einen feuerdeckseitigen unteren   Teilkühlraum   und einen an die- sen in Richtung der Zylinderachse anschliessenden oberen   Teilkühlraum   unterteilt ist, wobei unterer und oberer   Teilkühlraum   durch zumindest eine erste Über- strömöffnung miteinander strömungsverbunden sind, wobei zumindest eine Überströmöffnung im Bereich einer Aufnahmeöffnung für eine, vorzugsweise zentrale, Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet ist, und wobei in den unteren Teilkühiraum zumindest eine,

   vorzugsweise im Feuerdeck angeordnete Zufluss- öffnung pro Zylinder für das Kühlmittel einmündet und vom oberen   Teilkühlraum   zumindest eine Abflussöffnung für das Kühlmittel ausgeht, wobei jedem Zylinder ein unterer   Teilkühlraum   zugeordnet ist und die unteren   Teilkühlräume   zumindest zweier benachbarter Zylinder durch eine Trennwand im Wesentlichen voneinander getrennt sind und im unteren   Teilkühlraum   das   Kühlmittel   im Wesentlichen quer zum Zylinderkopf strömt, und wobei sich der obere   Teilkühlraum   über zumindest zwei Zylinder erstreckt. 



  Insbesonders bei leistungsstarken Diesel-Brennkraftmaschinen mit hohem Wärmeeintrag reicht ein durchgehender   Kühlraum   für ein den Zylinderkopf in Längsrichtung durchströmendes   Kühlmedium   nicht aus, um eine ausreichende Kühlung des Feuerdecks zu gewährleisten. Mangelhafter Wärmeaustrag aus dem Zylinderkopf kann aber zu Verzugserscheinungen, Undichtheiten sowie zu Rissen führen. 



  Aus der CH 614 995 A ist ein Einzelzylinder-Zylinderkopf für eine Diesel-Brennkraftmaschine bekannt, welcher einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum und einen oberen   Teilkühlraum   aufweist, wobei zwischen dem unteren und oberen   Teilkühlraum   eine Trennwand angeordnet ist. Die   Kühlflüssigkeit   wird einerseits über einen Speisestutzen ringförmigen Kühlkanälen um die Ventilsitze und andererseits dem unteren   Teilkühlraum   zugeführt. Von den   Kühlkanälen   um die Ventilsitze strömt die   Kühlflüssigkeit   in einen zentralen Ringraum, der eine Buchse für eine Kraftstoffzuführeinrichtung umgibt. Von dort strömt das Kühlmedium in den oberen Teilkühlraum. Auf diese Weise sollen Feuerdeck und Ventilsitze unabhängig voneinander gekühlt werden.

   Auch die DE 24 60 972 Al offenbart einen   Einzeizylinder-Zylinderkopf   mit zwei übereinander angeordneten Kühlflüssigkeitsräumen, welche durch Öffnungen miteinander verbunden sind. Für einen Zylinderkopf für mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine sind diese Konstruktionen allerdings nicht geeignet. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Aus der US 4, 304, 199 A ist ein Zylinderkopf für mehrere Zylinder einer Diesel-
Brennkraftmaschine bekannt, welcher einen durch eine Trennwand in einen un- teren und einen oberen   Teilkühlraum   getrennten   Kühlraum   aufweist. Unterer und oberer   Teilkühlraum   sind über eine   sichelförmige   Öffnung, welche die Mündung einer Einspritzdüse in Umfangsrichtung teilweise umgibt, miteinander strö- mungsverbunden.

   Das   Kühlmittel   strömt über Zuflussöffnungen im Feuerdeck vom Zylinderblock in den unteren   Teilkühlraum   und von dort über die   sichelför-   migen Öffnungen weiter in den oberen   Teilkühlraum.   Der untere   Teilkühlraum   ist dabei für mehrere benachbarte Zylinder durchgehend ausgeführt, so dass zu- mindest teilweise auch eine Längsströmung entsteht. Insbesondere bei hohem
Wärmeeintrag aus dem Brennraum kann aber auch hier ein ausreichender Wär- meaustrag nicht gewährleistet werden. 



  Aus der EP 1 126 152 A2 ist ein Zylinderkopf mit einem unteren und einem obe- ren   Teilkühlraum   bekannt, wobei der Strömungsübertritt zwischen unterem und oberem   Teilkühlraum   durch einen ringförmigen Spalt zwischen einer Einspritzdüsenmanschette und einem Zwischendeck gebildet wird, wobei der gesamte   Kühlmittelstrom   durch diesen Spalt strömt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass eine gezielte Kühlung von thermisch kritischen Bereichen, beispielsweise den Ventilstegen zwischen zwei Auslassventilen, nicht möglich ist und soge-   nannte"Hot Spots"nur   ungenügend   gekühlt   werden. 



  Die JP 06-074041 A offenbart einen Zylinderkopf mit einem unteren und einem oberen   Teilkühlraum   und einer mittig angeordneten Einspritzdüsenmanschette. Direkt anschliessend an die Einspritzdüsenmanschette weist das Zwischendeck eine Überströmöffnung im Bereich der Stege zwischen zwei   Auslasskanälen   auf. 



  Das in den unteren   Teilkühlraum   vom Zylinder strömende   Kühlmittel   strömt radial in Richtung der Zylinderachse und über die einzige Überströmöffnung in den oberen   Teilkühlraum,   ähnlich wie bei der EP 1 126 152 A2. Es wird zwar der Bereich zwischen den beiden Auslasskanälen gut   gekühlt,   andere thermisch hoch beanspruchte Bereiche hingegen, wie der Stegbereich zwischen   Einlasskanälen   und Einspritzeinrichtung, werden nur unzureichend   gekühlt.   



  Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise bei einem Zylinderkopf der eingangs genannten Art, die   Kühlung   zu verbessern. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Überströmöffnung räumlich getrennt von der Aufnahmeöffnung ausgebildet ist und zwischen Aufnahme- öffnung und Überströmöffnung ein definierter Mindestabstand ausbildet ist. Die gegossenen oder die gebohrten Überströmöffnungen werden räumlich getrennt und unabhängig von der Aufnahmeöffnung des Einsatzrohres angeordnet. Dadurch können kritische Bereiche gezielt mit einem   Teilkühlstrom   beaufschlagt 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 werden, so dass auch "Hot Spots" optimal mit   Kühlmittel   versorgt werden kön- nen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zumindest eine erste Überström- öffnung im Bereich zumindest eines Steges zwischen   Einlasskanal   und Aufnah- meöffnung und/oder zwischen Auslasskanal und Aufnahmeöffnung angeordnet ist.

   Eine sehr wirkungsvolle Kühlung lässt sich erzielen, wenn zumindest zwei Überströmöffnungen diametral bezüglich der Aufnahmeöffnung angeordnet sind. 



   Eine ausgeprägte Querströmung im unteren   Teilkühlraum   lässt sich erzielen, wenn zusätzlich eine zweite Überströmöffnung im Bereich einer Seitenwand des Zylinderkopfes angeordnet ist. Eine gleichmässige Kühlung des Feuerdeckes und eine optimale Kühlung der Bereiche der Stege zwischen den   Ein- und Auslasska-   nälen lässt sich dadurch erreichen, dass durch die zumindest eine erste Überströmöffnung im Bereich der Aufnahmeöffnung nur eine Teilmenge des   Kühimit-   tels zwischen unterem und oberen   Teilkühlraum,   vorzugsweise etwa 20 bis 40% der gesamten unteren und oberen   Teilkühiraum   passierenden,   Kühlmittelmenge   übertritt. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig. 1 den erfindungsgemässen Zylinderkopf in einem Schnitt gemäss der Linie   I-I   in Fig. 2, Fig. 2 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäss ded Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 den Zylinderkopf in ein Schnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 2. 



  Der einstückig für mehrere Zylinder A, B, C ausgebildete Zylinderkopf 1 weist eine an ein brennraumseitiges Feuerdeck 2 grenzende   Kühlraumanordnung   3 auf, welche durch ein Zwischendeck 4 in einen feuerdeckseitigen unteren Teil-   kühiraum   5 und einen in Richtung der Zylinderachse 6 anschliessenden oberen   Teilkühlraum   7 unterteilt ist. Das Zwischendeck 4 weist pro Zylinder A, B, C zumindest eine erste Überströmöffnung 9 in der Nähe eines Einsatzrohres 10 auf, welches Einsatzrohr 10 der Aufnahme einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 dient. Jede erste Überströmöffnung 9 ist räumlich getrennt von einer Aufnahme- öffnung 20 für das Einsatzrohr 10, wobei ein Mindestabstand a zwischen der ersten Überströmöffnung 9 und der Aufnahmeöffnung 20 ausgebildet ist.

   Durch diese räumliche Trennung kann das   Kühlmittel   gezielt den thermisch kritischen Bereichen zugeführt werden. Das Einsatzrohr 10 durchdringt die Aufnahmebohrung 20 des Zwischendeckes 4. 



  Bei der dargestellten Ausführungsvariante sind zusätzlich zweite Übertrittsöffnungen 22 im Bereich einer Seitenwand   1b   des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Um auch bei kippender Brennkraftmaschine ein Entlüften und Abströmen von Dampfblasen aus dem unteren   Teilkühlraum   5 zu ermöglichen, ist pro Zylinder A, 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 
B, C zumindest eine Entlüftungsbohrung 8 zwischen der Motorlängsebene 23 und einer Seitenwand 1c des Zylinderkopfes 1, vorteilhafter Weise im Bereich einer die Zylinderachse 6 beinhaltenden Motorquerebene 18, angeordnet. 



   Eine optimale Kühlung der thermisch hoch beanspruchten Bereiche der Stege 30,
31 zwischen Einlasskanal 16 und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 einerseits und dem Auslasskanal 17 und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 andererseits wird erreicht, in dem die ersten Überströmöffnungen 9 genau in diesem thermisch sensiblen Bereich, räumlich getrennt von der Aufnahmebohrung 20, angeordnet sind. Mit 16a, 16b sind die Einlassöffnungen, mit 17a, 17b die Auslassöffnungen bezeichnet. 



  Das   Kühlmedium   strömt durch Zuflussöffnungen 13 im Bereich der Seitenwand 1c des Zylinderkopfes 1 im Wesentlichen in Querrichtung entsprechend der Pfeile S in den unteren   Teilkühlraum   5 (Fig. 3). Dabei werden die Bereiche um die Ventilsitze 14 der Hubventile und um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 umströmt und optimal gekühlt. Vom unteren   Teilkühlraum   5 gelangt das   Kühlmittel   über die ersten Überströmöffnungen 9 und die zweiten Überströmöffnungen 22 in den oberen   Teilkühlraum   7 und durchströmt den für alle Zylinder A, B, C einheitlich durchgehend ausgebildeten oberen   Teilkühlraum   7 in der Längsrichtung des Zylinderkopfes 1.

   Durch zumindest eine Abflussöffnung 32 verlässt das   Kühlmit-   tel wieder den Zylinderkopf 1. Die Abflussöffnung 32 kann beispielsweise an einer Stirnseite 33 des Zylinderkopfes 1 angeordnet sein. Alternativ dazu kann für den oberen   Teilkühlraum   7 auch eine Sammelleiste für das austretende Kühlmittel vorgesehen sein. 



  Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, sind die unteren   Teilkühlräume   zweiter benachbarter Zylinder A, B jeweils durch eine Trennwand 12 voneinander getrennt. Die Trennwände 12 sind jeweils im Bereich einer Motorquerebene la im Zylinderkopf 1 angeordnet. 



  Die ersten Überströmöffnungen 9 sind so dimensioniert, dass lediglich eine   Kühlmittelmenge   zwischen 20 bis 40%, beispielsweise 30%, des gesamten   Kühlmittelstromes   durch diese ersten Überströmöffnungen 9 strömt. Der Grossteil des Kühlmittels gelangt somit über die zweiten Überströmöffnungen 22 in den oberen   Teilkühlraum   7. Dadurch wird im unteren   Teilkühlraum   5 eine Querströmung erzeugt und eine optimale Kühlung des Feuerdeckes 2 gewährleistet.

Claims (6)

1. ANSPRÜCHE EMI5.1 Zylinderkopf (1)welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck (2) ausgebildetes Zwischendeck (4) in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum (5) und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse (6) anschliessenden oberen Teilkühlraum (7) unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum (5,7) durch zumindest eine erste Überströmöffnung (9) miteinander strömungs- verbunden sind, wobei zumindest eine erste Überströmöffnung (9) im Be- reich einer Aufnahmeöffnung (20) für eine, vorzugsweise zentrale, Kraft- stoffeinspritzeinrichtung (11) angeordnet ist, und wobei in den unteren Teil- kühlraum (5) zumindest eine, vorzugsweise im Feuerdeck (2) angeordnete Zuflussöffnung (13) pro Zylinder (A, B, C)

   für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teilkühlraum (7) zumindest eine Abflussöffnung (32) für das Kühlmittel ausgeht, wobei jedem Zylinder (A, B, C) ein unterer Teilkühl- raum (5) zugeordnet ist und die unteren Teilkühlräume (5) zumindest zweier benachbarter Zylinder (A, B, C) durch eine Trennwand (12) im We- sentlichen voneinander getrennt sind und im unteren Teilkühlraum (5) das Kühlmittel im Wesentlichen quer zum Zylinderkopf (1) strömt, und wobei sich der obere Teilkühlraum (7) über zumindest zwei Zylinder (A, B, C) er- streckt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überströmöffnung (9) räumlich getrennt von der Aufnahmeöffnung (20)

   ausgebildet ist und zwi- schen Aufnahmeöffnung (20) und erster Überströmöffnung (9) ein definier- ter Mindestabstand (a) ausbildet ist.
2. 2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumin- dest eine erste Überströmöffnung (9) im Bereich zumindest eines Ste- ges (30,31) zwischen Einlasskanal (16) und Aufnahmeöffnung (20) und/oder zwischen Auslasskanal (17) und Aufnahmeöffnung (20) angeord- net ist.
3. 3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste Überströmöffnungen (9) diametral bezüglich der Auf- nahmeöffnung (20) angeordnet sind.
4. 4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass zusätzlich eine zweite Überströmöffnung (22) im Bereich ei- ner Seitenwand (Ic) des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.
5. 5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass durch die zumindest eine erste Überströmöffnung (9) im <Desc/Clms Page number 6> Bereich der Aufnahmeöffnung (20) nur eine Teilmenge des Kühlmittels zwi- schen unterem und oberem Teilkühlraum (5,7), vorzugsweise etwa 20 bis 40% der gesamten, unteren und oberen Teilkühlraum (5,7) passierenden, Kühlmittelmenge übertritt.
6. 6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die erste und/oder zweite Überströmöffnung (9,22) gebohrt oder gegossen ist.