DE102004058646A1 - Method for cooling cylinder head in IC engine has a sandwich construction cylinder head gasket with integral cooling ducts through the narrow section between cylinder bores - Google Patents

Method for cooling cylinder head in IC engine has a sandwich construction cylinder head gasket with integral cooling ducts through the narrow section between cylinder bores Download PDF

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Abstract

Improved method for cooling a cylinder head in an IC engine has an insert layer (6) in a sandwich construction cylinder head gasket with integral cooling ducts (12) along the narrow sections between adjacent cylinder bores. The cooling ducts are terminated in larger inlet/outlet ports which align with cooling ducts through the engine block and cylinder head. The insert layer is at least 0.8 mm thick and is part of the gasket construction.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine according to Preamble of claim 1.

Die steigende Leistungsdichte von Brennkraftmaschinen und die damit verbundenen, thermischen Belastungen stellen immer höhere Anforderungen an die Ausgestaltung der einzelnen Komponenten.The increasing power density of internal combustion engines and the so Connected, thermal loads are increasingly demanding to the design of the individual components.

Die höchsten Temperaturen eines Motorblocks, in dem die von einem Kühlmantel umgebenen Zylinder und das Triebwerk vereinigt sind, treten im Bereich des oberen Totpunkts an dem üblicherweise sehr schmalen Steg zwischen den Zylindern mehrzylindriger Brennkraftmaschinen auf. Hierdurch ergibt sich aufgrund der Wärmebelastung eine Ausdehnung insbesondere in Querrichtung des Motorblocks. Dies führt in erster Linie zu einem Verzug zweiter Ordnung der Zylinderbohrungen mit entsprechend nachteiligen Auswirkungen wie etwa Blow-out. Desweiteren dürfen Maximaltemperaturen von 290 bis 300°C nicht überschritten werden, da es sonst zu Verkokungen des Motoröls kommen kann.The highest Temperatures of an engine block in which the of a cooling jacket surrounded cylinder and the engine join in the area of the top dead center at the usually very narrow web between the cylinders of multi-cylinder internal combustion engines on. This results in an expansion due to the heat load especially in the transverse direction of the engine block. This leads in the first place Line to a second-order delay of the cylinder bores with corresponding adverse effects such as blow-out. Furthermore allowed to Maximum temperatures of 290 to 300 ° C are not exceeded, as it is otherwise to coking the engine oil can come.

Die Notwendigkeit der Kühlung im Steg- bzw. Zwickelbereich zur Eingrenzung der Maximaltemperaturen versucht man mit Hilfe von Kühlflüssigkeit durchströmten Verbindungskanälen zu lösen, die den Wassermantel beidseits einer mehrzylindrigen Anordnung im Bereich der hohen Temperaturbelastung verbinden. So ist es aus US 2002/0100435 A1 bekannt, im eigentlichen Stegbereich zwei kleine und zudem schräg verlaufende Bohrungen anzubringen, die mit Kühlmitteltaschen in den zum Stegbereich benachbarten Zwickeln kommunizieren. Dies führt einerseits zu einem entsprechenden Fertigungsaufwand und andererseits zu keiner optimalen Kühlung im heißen Stegbereich.The Need for cooling in the web or gusset area to limit the maximum temperatures one tries to solve with the help of coolant flowed through connection channels, the the water jacket on both sides of a mehrzylindrigen arrangement in the area connect the high temperature load. So it is from US 2002/0100435 A1 known, in the actual bridge area two small and also sloping To install holes with coolant pockets communicate with the gussets adjacent to the land area. This leads on the one hand to a corresponding production cost and on the other hand to none optimal cooling in the be called Web area.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der mit geringem Aufwand eine verbesserte Kühlung erzielt wird.task The invention therefore is a multi-cylinder internal combustion engine to provide in the preamble of claim 1, in the low Effort an improved cooling is achieved.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß zwischen Motorblock und Zylinderkopf ein Zwischendeck angeordnet ist, in dem ein sich über die Länge des Steges zwischen dessen Zwickelbereichen erstreckender und ein dort mündende Kühlkanäle miteinander verbindender, vorzugsweise schlitzartiger Kanal vorgesehen ist, ergibt sich ein Kühlmittelstrom über den gesamten Stegbereich in der Ebene der Zylinderkopfdichtung und damit eine verbesserte Kühlung. Eine Schwächung des Zylinderkopfs im Stegbereich wird ebenfalls vermieden.These The object is achieved according to the features of claim 1. Thereby, that between Engine block and cylinder head a tween deck is arranged, in the one over the length of the Bridge between the gusset areas extending and there opens Cooling channels with each other connecting, preferably slot-like channel is provided, results in a flow of coolant over the entire web area in the plane of the cylinder head gasket and thus an improved cooling. A weakening the cylinder head in the web area is also avoided.

Ein derartiges Zwischendeck ist einfach und ohne spanende Bearbeitung zu fertigen und wird zweckmäßigerweise von einem entsprechenden, vorzugsweise durch Stanzen gebildeten Blech gebildet (anstelle von Stanzen kann beispielsweise auch Laser- oder Wasserstrahlschneiden eingesetzt werden). Das Zwischendeck läßt sich vorteilhafterweise in die Zylinderkopfdichtung integrieren und kann gleichzeitig das Trägerblech hiervon bilden. Allerdings ist es hier zweckmäßig, eine entsprechende Stärke für das Zwischendeck vorzusehen, um einen möglichst großen Kühlmittelquerschnitt sicherzustellen. Bei Anordnung des Zwischendecks in der Zylinderkopfdichtung ist diese natürlich derart auszubilden, daß ein Ein- und Austritt zu dem durch den gebildeten Kühlmittelkanal von der einen Seite des Kühlmittelmantels der Zylinderanordnung zur anderen ermöglicht wird.One Such intermediate deck is simple and without machining to manufacture and is expediently from a corresponding, preferably formed by punching Formed sheet (instead of punching, for example, laser or water jet cutting can be used). The intermediate deck let yourself advantageously integrate into the cylinder head gasket and can simultaneously the carrier sheet form thereof. However, it is appropriate here, a corresponding strength for the tween deck provide as much as possible huge Coolant section sure. When arranging the intermediate deck in the cylinder head gasket this is natural form such that a Inlet and outlet to the coolant channel formed by the one Side of the coolant jacket the cylinder arrangement is made possible to the other.

Für den Motorblock bedeutet dies, daß notwendigerweise eine Verbindung am Ein- bzw. Austritt des gebildeten Kühlmittelkanals zum Kühlmittelmantel von Zylinderblock und/oder Zylinderkopf und darüber hinaus zu dem Kühlmittelkanal bestehen muß. Diese Verbindung ist aber bei "open-deck"-Ausführungen von Motorblöcken bereits prinzipbedingt vorhanden.For the engine block this means that necessarily a connection at the inlet or outlet of the coolant channel formed to the coolant jacket cylinder block and / or cylinder head and beyond to the coolant channel must exist. These Connection is but in "open-deck" versions of engine blocks already inherent in the principle.

Eine typische Dicke des Zwischendecks liegt für PKW-Motoren im Bereich ≥ 0,5 mm bis beispielsweise ca. 6 mm bei einer Schlitzbreite von etwa 1 bis 6 mm, insbesondere etwa 1,5 mm. Für größere Motoren steigen die Werte entsprechend an.A typical thickness of the intermediate deck is for car engines in the range ≥ 0.5 mm to for example, about 6 mm with a slot width of about 1 to 6 mm, in particular about 1.5 mm. For larger engines the values rise accordingly.

Ein- und Auslaufbereiche des gebildeten Kühlmittelkanals können strömungstechnisch optimal ausgebildet werden. Des weiteren ist der Kühlmittelmantel des Motorblocks entsprechend so auszugestalten, daß eine Druckdifferenz zwischen den jeweiligen Flanken des Kühlmittelmantels zu einer Durchströmung des gebildeten Kühlmittelkanals führen.One- and outlet areas of the coolant channel formed can fluidically be optimally trained. Furthermore, the coolant jacket of the engine block according to design so that a pressure difference between the respective flanks of the coolant jacket to a flow through the formed coolant channel to lead.

Durch Integration des Zwischendecks mit der Dichtungsfunktion der Zylinderkopfdichtung ergibt sich ein Verbindungsbauteil zwischen Motorblock und Zylinderkopf, das sowohl Dichtfunktion als auch Kühlmittelführungsfunktion quer zur Dichtrichtung erfüllt.By Integration of the intermediate deck with the sealing function of the cylinder head gasket results in a connecting component between the engine block and cylinder head, the sealing function as well as the coolant guiding function across the sealing direction Fulfills.

Gegebenenfalls läßt sich auch nachträglich an bestehenden Motorausführungen ohne große Änderung der Fertigungslinien hierfür eine entsprechende Kühlung in einfacher Weise realisieren.Possibly let yourself also later existing engine designs without much change the production lines for this a corresponding cooling realize in a simple way.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further Embodiments of the invention are the following description and the dependent claims refer to.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The The invention will be described below with reference to the attached drawings illustrated embodiment explained in more detail.

1 zeigt schematisch entsprechend der Linie I-I von 2 im Schnitt den Stegbereich zwischen zwei Zylindern einer Brennkraftmaschine einer ersten Ausführungsform im noch nicht verspannten Zustand. 1 shows schematically according to the line II of 2 in section the land area between two cylinders of an internal combustion engine of a first embodiment in the not yet stressed state.

2 zeigt eine Draufsicht auf ein Zwischendeck im Stegbereich zwischen zwei Zylindern der Brennkraftmaschine. 2 shows a plan view of an intermediate deck in the land area between two cylinders of the internal combustion engine.

3 zeigt entsprechend der Linie I-I von 2 schematisch im Schnitt den Stegbereich zwischen zwei Zylindern einer Brennkraftmaschine einer zweiten Ausführungsform im verspannten Zustand. 3 shows according to the line II of 2 schematically in section the land area between two cylinders of an internal combustion engine of a second embodiment in the clamped state.

Bei einer Brennkraftmaschine ist zwischen einem Motorblock 1 und einem Zylinderkopf 2 eine Zylinderkopfdichtung 3 angeordnet, um den Spalt zwischen den beiden Bauteilen um die Zylinderbohrungen 4 herum abzudichten. Zwischen jeweils zwei benachbarten Zylinderbohrungen 4 im Motorblock 1 befindet sich ein Steg 5.In an internal combustion engine is between an engine block 1 and a cylinder head 2 a cylinder head gasket 3 arranged the gap between the two components around the cylinder bores 4 seal around. Between each two adjacent cylinder bores 4 in the engine block 1 there is a footbridge 5 ,

Zusätzlich ist ein Zwischendeck 6 in Form einer mit entsprechenden Öffnungen versehenen Blechlage vorgesehen. Das Zwischendeck 6 besitzt, wie aus 2 ersichtlich, u.a. Öffnungen 7 entsprechend den Zylinderbohrungen 4, zwischen denen sich ein Steg 8 entsprechend dem Steg 5 zwischen den Zylinderbohrungen 4 befindet, Öffnungen 9 für den Durchtritt von Zylinderkopfschrauben sowie im sich stark verbreiternden Zwickelbereich zu Beginn des jeweiligen Stegs 8 eine Eintrittsöffnung 10 für Kühlmittel entsprechend einem dort mündenden und sich weiter in den Zylinderkopf 2 erstreckenden Kühlmittelkanal des Motorblocks 1 (nicht dargestellt) und eine dazu symmetrisch angeordnete Austrittsöffnung 11 für Kühlmittel entsprechend einem dort mündenden und sich weiter in den Motorblock erstreckenden Kühlmittelkanal des Zylinderkopfs 1 (nicht dargestellt), wobei die Eintrittsöffnung 10 und die Austrittsöffnung 11 durch einen Schlitz 12, der einen Kühlmittelkanal im Bereich des Stegs 5 und 8 bildet, miteinander verbunden sind. Der Schlitz 12 kann sich gegebenenfalls zu den Enden hin verbreitern.In addition, there is a tween deck 6 provided in the form of a sheet metal layer provided with corresponding openings. The intermediate deck 6 owns, like out 2 visible, including openings 7 according to the cylinder bores 4 between which there is a footbridge 8th according to the footbridge 5 between the cylinder bores 4 located, openings 9 for the passage of cylinder head bolts as well as in the strongly widening gusset area at the beginning of the respective web 8th an entrance opening 10 for coolant according to an opening there and further into the cylinder head 2 extending coolant passage of the engine block 1 (not shown) and a symmetrically arranged outlet opening 11 for coolant according to a there opening and further into the engine block extending coolant passage of the cylinder head 1 (not shown), wherein the inlet opening 10 and the exit opening 11 through a slot 12 , which has a coolant channel in the region of the web 5 and 8th forms, are interconnected. The slot 12 may possibly widen to the ends.

Das Zwischendeck 6 ist bei der dargestellten Ausführungsform in die Zylinderkopfdichtung 3 integriert, die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Deckbleche 13 aus elastischem Stahl, etwa Federstahl, aufweist. Die Deckbleche 13 besitzen jeweils um die Zylinderbohrungen 4 herum verlaufende Sicken 14, die mit ihren Scheiteln dem Zwischendeck 6 zugewandt sind, das hier als Trägerblech für die Zylinderkopfdichtung 3 dient. Für den hier dargestellten Fall von Vollsicken 14 laufen diese im Bereich des Stegs 5 zusammen und bilden dort einen gemeinsamen Sickenbereich. Zum jeweiligen Rand der Zylinderbohrungen 4 sind die Sicken 14 etwas beabstandet, wobei im Bereich zwischen Sicke 14 und Rand der Zylinderbohrung 4 ein Stopper 15 angeordnet ist, der dazu dient, die Sicke 14 gegen Plattdrücken zu schützen und entlang des Randes der Zylinderbohrung eine Überhöhung zur Vorspannung des Zylinderkopfes 2 zu bilden.The intermediate deck 6 is in the illustrated embodiment in the cylinder head gasket 3 integrated, according to the illustrated embodiment, two cover plates 13 made of elastic steel, such as spring steel. The cover sheets 13 each have around the cylinder bores 4 around running beads 14 , with their crests to the intermediate deck 6 are facing, here as a support plate for the cylinder head gasket 3 serves. For the case of full beads shown here 14 These run in the area of the footbridge 5 together and form a common bead area. To the respective edge of the cylinder bores 4 are the beads 14 slightly spaced, wherein in the area between bead 14 and edge of the cylinder bore 4 a stopper 15 is arranged, which serves the bead 14 to protect against flat pressing and along the edge of the cylinder bore an elevation to the bias of the cylinder head 2 to build.

Die Deckbleche 13 besitzen nicht dargestellte Zutrittsöffnungen entsprechend den Öffnungen 10, 11 des Zwischendecks 6, um den Kühlmitteldurchfluß durch den Schlitz 12 zu gewährleisten. Der Schlitz 12 kann sich, wie in 2 dargestellt, zu den Öffnungen 10, 11 hin erweitern, wie durchgezogen bzw. gestrichelt dargestellt ist.The cover sheets 13 have not shown access openings corresponding to the openings 10 . 11 of the decks 6 to the coolant flow through the slot 12 to ensure. The slot 12 can, as in 2 shown to the openings 10 . 11 expand, as shown by solid or dashed lines.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform sind auch die Deckbleche 13 mit Schlitzen 16 korrespondierend zu dem Schlitz 12 versehen.At the in 3 embodiment shown are also the cover plates 13 with slits 16 corresponding to the slot 12 Mistake.

Bei den dargestellten Ausführungsformen befinden sich die Stopper 15 an der dem Zwischendeck 6 zugewandten Seite der Deckbleche 13. Sie können aber stattdessen auch auf dem Deckblech 13 angeordnet sein.In the illustrated embodiments, the stoppers are located 15 at the tween deck 6 facing side of the cover plates 13 , But you can also use the cover plate instead 13 be arranged.

Gegebenenfalls reicht auch ein Deckblech 13 aus. Außerdem kann die Sicke 14 auch nach außen gerichtet sein. Wenn die Sicke 14 dann durch einen Stopper 15 geschützt werden soll, wäre der Stopper 15 auf der Seite anzubringen, nach der die Sicke 14 ausgeformt ist.If necessary, a cover plate is sufficient 13 out. In addition, the bead can 14 also be directed to the outside. If the beading 14 then through a stopper 15 should be protected, the stopper would be 15 to attach on the side, after the bead 14 is formed.

Das Zwischendeck 6 kann im Zusammenhang beliebig ausgebildeten Dichtungslagen verwendet werden, z.B. auch solchen, die über Halbsicken abdichten oder auch Stopper an der Außenseite der Sicken (bezüglich der zugehörigen Zylinderöffnung) aufweisen.The intermediate deck 6 can be used in connection with any desired sealing layers, for example also those which seal over half beads or also have stoppers on the outside of the beads (with respect to the associated cylinder opening).

Claims (13)

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem jeweils durch einen Steg (5) voneinander getrennten Zylinderbohrungen (4) aufweisenden Motorblock (1 ), einem Zylinderkopf (2), einer zwischen beiden befindlichen Zylinderkopfdichtung (3) sowie mit einem Kühlkanäle umfassenden Kühlsystem, wobei in Zwickelbereichen an den Enden des Stegs (5) jeweils ein Kühlkanal mündet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motorblock (1) und Zylinderkopf (2) ein Zwischendeck (6) angeordnet ist, in der ein sich über die Länge des Steges (5) zwischen dessen Zwickelbereichen erstreckender und ein die dort mündenden Kühlkanäle miteinander verbindender Kanal vorgesehen ist.Multi-cylinder internal combustion engine with one each through a web ( 5 ) separate cylinder bores ( 4 ) having engine block ( 1 ), a cylinder head ( 2 ), an intermediate cylinder head gasket ( 3 ) and with a cooling system comprising cooling channels, wherein in gusset areas at the ends of the web ( 5 ) in each case a cooling channel opens, characterized in that between engine block ( 1 ) and cylinder head ( 2 ) an intermediate deck ( 6 ) is arranged, in which a on the Length of the bridge ( 5 ) extending between the gusset areas and a channel there opening out cooling channels interconnecting channel is provided. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischendeck (6) ein mit entsprechenden Öffnungen gestanztes Blech ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the intermediate deck ( 6 ) is a stamped with corresponding openings sheet metal. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischendeck (6) in die Zylinderkopfdichtung (3) integriert ist.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate deck ( 6 ) in the cylinder head gasket ( 3 ) is integrated. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischendeck (6) das Trägerblech der Zylinderkopfdichtung (3) bildet.Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the intermediate deck ( 6 ) the carrier plate of the cylinder head gasket ( 3 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischendeck (6) zumindest auf einer Seite ein elastisches, mit um die Zylinderbohrungen (4) umlaufenden Sicken (14) versehenes Deckblech (13) trägt.Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the intermediate deck ( 6 ) at least on one side of an elastic, with around the cylinder bores ( 4 ) circumferential beads ( 14 ) provided cover plate ( 13 ) wearing. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (14) des Deckblechs (13) jeweils durch mindestens einen entsprechend umlaufenden Stopper (15) gegen Plattdrücken geschützt sind.Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the beads ( 14 ) of the cover plate ( 13 ) each by at least one corresponding circumferential stopper ( 15 ) are protected against flat pressing. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Zwischendecks (6) ≥ 0,8 mm ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the thickness of the intermediate deck ( 6 ) ≥ 0.8 mm. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal schlitzförmig ist.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Canal slit-shaped is. Verbindungsbauteil zwischen Motorblock (1) und Zylinderkopf (2) einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Dichtungslage (13) und einem als Trägerblech für die wenigstens eine Dichtungslage (13) dienenden Zwischendeck (6), wobei die wenigstens eine Dichtungslage (13) und das Zwischendeck (6) an den Enden des Bereichs eines Stegs (8) zwischen zwei Zylinderbohrungen (4) des Motorblocks (1) eine Ein- und eine Austrittsöffnung (10, 11) für Kühlmittel aufweisen, die im Bereich des Zwischendecks (6) durch einen Kanal (12) miteinander verbunden sind.Connecting component between engine block ( 1 ) and cylinder head ( 2 ) of a multi-cylinder internal combustion engine, with at least one gasket layer ( 13 ) and as a carrier sheet for the at least one gasket layer ( 13 ) ( 6 ), wherein the at least one sealing layer ( 13 ) and the intermediate deck ( 6 ) at the ends of the area of a web ( 8th ) between two cylinder bores ( 4 ) of the engine block ( 1 ) an inlet and an outlet opening ( 10 . 11 ) for refrigerants located in the area of the intermediate deck ( 6 ) through a channel ( 12 ) are interconnected. Verbindungsbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Zwischendecks (6) eine Dichtungslage (13) angeordnet ist.Connecting component according to claim 9, characterized in that on both sides of the intermediate deck ( 6 ) a gasket layer ( 13 ) is arranged. Verbindungsbauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungslage (13) um die jeweilige Zylinderbohrung (4) herum verlaufende Sicken (14) aufweist.Connecting component according to claim 9 or 10, characterized in that the sealing layer ( 13 ) around the respective cylinder bore ( 4 ) around beads ( 14 ) having. Verbindungsbauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (14) jeweils durch einen Stopper (15) gegen Plattdrücken geschützt sind. 13. Verbindungsbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischendeck (6) eine Stärke ≥ 0,8 mm aufweist.Connecting component according to claim 11, characterized in that the beads ( 14 ) each by a stopper ( 15 ) are protected against flat pressing. 13. Connecting component according to one of claims 9 to 12, characterized in that the intermediate deck ( 6 ) has a thickness ≥ 0.8 mm. Verbindungsbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal schlitzförmig ist.Connecting component according to one of claims 9 to 12, characterized in that the Canal slit-shaped is.
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