DE102005050510A1

DE102005050510A1 - Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005050510A1
Application number: DE200510050510
Authority: DE
Inventors: Jurij Gartner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, mit zwei in einer Auslassseite (1) des Zylinderkopfs angeordneten Gaswechselauslassventilen und zwei in einer Einlassseite (2) des Zylinderkopfes angeordneten Gaswechseleinlassventilen, die jeweils längs einer Brennkraftmaschinenlängsachse (3) angeordnet sind und einer zwischen den Gaswechselventilen angeordneten Zündeinrichtung, wobei ein Kühlmittelkanal (4) mit zumindest einer auslassseitigen, zu einem geodätisch unter dem Zylinderkopf angeordneten Kurbelgehäuse offenen Einströmöffnung (5) und einem einlassseitigen sich in Richtung der Brennkraftmaschinenlängsachse erstreckenden Sammelkanal (6) vorgesehen ist und wobei bei einem strömenden Kühlmittel, ausgehend von der Einströmöffnung (5), zuerst die Gaswechselauslassventile brillenförmig umströmbar, anschließend die Zündeinrichtung ringförmig umströmbar und anschließend die Einlassseite (2) in den Sammelkanal (6) durchströmbar sind und wobei ein Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals (4) in Strömungsrichtung des Kühlmittels von der Einströmöffnung (5) bis zum Sammelkanal (6) im Wesentlichen konstant ist. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine sehr gleichmäßige Kühlung des Zylinderkopfes bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 28 682 A1 aus. In dieser ist ein Zylinderkopf für eine mehrzylindrige, wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine beschrieben. Der Zylinderkopf weist zwei, an einer Längsseite einer Zylinderreihe in Längsrichtung nebeneinander liegende Auslassventile und an der anderen Längsseite mindestens ein Einlassventil auf. Weiter wird dem Zylinderkopf vom Zylinderkurbelgehäuse aus Kühlwasser über einen Einströmkanal zugeführt. Der Einströmkanal erstreckt sich im Wesentlichen symmetrisch zu einer zwischen den Auslassventilen verlaufenden Quermittelebene des Zylinderkopfes und besitzt einen in Längsrichtung der Zylinderreihe länglichen Querschnitt, wobei das Kühlwasser von dem Einströmkanal auf der Seite der Auslassventile quer durch den Zylinderkopf zu einem Kühlwassersammelkanal auf der Seite der Einlassventile strömt. In der DE 103 28 682 A1 wird vorgeschlagen, dass sich der Einströmkanal von einem Bereich, der sich an eine Zylinderkopfdichtung anschließt und zu dieser senkrecht verläuft, über eine sanfte Biegung von etwa 65° einer Stegbohrung in einen Ventilsitzbereich zwischen Auslasskanälen erstreckt und mindestens in der Biegung eine geringe radiale Höhe besitzt. Seine Breite ist in Längsrichtung der Zylinderreihe und durch seitlich angeordnete, nach innen vorspringende Rippen so bemessen, dass die Kühlwasserströmung einen Bereich des Ventilsitzbereichs, der mit einem symmetrisch zur Quermittelebene liegenden Bereich des benachbarten Auslasskanals einen sich zur Stegbohrung hin verjüngenden Trichter bildet.

Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung werden die auslassseitigen Ventilsitzbereiche sehr gut gekühlt, was jedoch auch zu einer starken Abkühlung des Abgases während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine führt. Nachteilig hierbei ist das verspätete Anspringen des Katalysators, bzw. der verspätete Beginn der Abgasreinigung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie für einen gattungsgemäßen Zylinderkopf eine gute Kühlung erzielbar ist, ohne ein frühes Anspringen des Katalysators zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals in Strömungsrichtung des Kühlmittels von der Einströmöffnung bis zum Sammelkanal im Wesentlichen konstant bleibt.

Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird eine sehr gezielte und gleichmäßige Kühlung des Zylinderkopfes erreicht. Aufgrund der geringen Umspülung der Einlasskanäle wird die Ansaugluft nur minimal aufgeheizt, womit der Füllgrad der Brennkraftmaschine verbessert wird, d.h. Leistung und Drehmoment der Brennkraftmaschine werden gesteigert.

Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 wird der Strömungswiderstand wesentlich verringert, wodurch die Kühlmittelpumpe kleiner dimensioniert werden kann, was wiederum zu einer Kraftstoffersparnis führt.

Bei der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 wird in vorteilhafter Weise auch die Gaswechselventilschaftführung mitgekühlt.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele in zwei Figuren näher erläutert.
1 zeigt die Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Kühlmittelmantel für ein erstes Ausführungsbeispiel;
2 zeigt die Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Kühlmittelmantel für ein zweites Ausführungsbeispiel.
Die 1 und 2, in denen für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen gelten, zeigen jeweils eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines Kühlmittelkanals 4 – entsprechend einem Sandkern zur Herstellung eines Kühlmittelkanals – für einen Zylinder in einem Zylinderkopf mit zwei Gaswechseleinlass- und zwei Gaswechselauslassventilen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine.
Der Kühlmittelkanal 4 in 1 weist eine Auslassseite 1 sowie eine Einlassseite 2 auf, die jeweils durch einen Pfeil, ausgehend von einer Brennkraftmaschinenlängsachse 3, gekennzeichnet sind. Auslassseitig weist der Kühlmittelkanal 4 eine Einströmöffnung 5 auf, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine von einem geodätisch unter dem Zylinderkopf angeordneten, nicht dargestellten Kurbelgehäuse mit Kühlmittel gespeist wird. Nach dem Eintritt in den Zylinderkopf ist der Kühlmittelkanal 4 in drei separate Einzelkanäle aufgeteilt, die brillenförmig zwei nicht dargestellte Gaswechselauslassventil sitzringe umfassen. In Richtung der Auslassseite 1, in Strömungsrichtung nach den Gaswechselauslassventilen, vereinen sich die drei separaten Einzelkanäle wieder und umfassen eine ebenfalls nicht dargestellte, zwischen den Gaswechselventilen angeordnete Zündeinrichtung. In Strömungsrichtung nach der Zündeinrichtung ist der Kühlmittelkanal 4 wieder in drei Einzelkanäle aufgeteilt, die ebenfalls brillenförmig zwei nicht dargestellte Gaswechseleinlassventilsitzringe umfassen. Weiter in Strömungsrichtung münden die drei Einzelkanäle in einen Sammelkanal 6, der sich einlassseitig entlang der Brennkraftmaschinenlängsachse 3 erstreckt. Erfindungsgemäß ist ein Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals 4 in Strömungsrichtung des Kühlmittels von der Einströmöffnung 5 bis zum Sammelkanal 6 im Wesentlichen konstant.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkanals 4. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelkanal 4 in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach der Einströmöffnung 5 im Bereich der Gaswechselauslassventile gegabelt, und bildet eine geodätisch über der ersten Brille angeordnete zweite Brille um die Gaswechselauslassventile. Somit strömt in diesem zweiten Ausführungsbeispiel das Kühlmittel nicht nur um die Gaswechselauslassventilsitzringe, sondern kühlt auch die auslassseitigen Gaswechselventilschaftführungen. Die geodätisch höher angeordnete zweite Brille mündet kurz vor der Zündeinrichtung wieder in die geodätisch tiefer angeordnete erste Brille. Die einlassseitige Ausformung des Kühlmittelkanals 4 entspricht im weiteren Verlauf dem ersten Ausführungsbeispiel. Erfindungsgemäß weist auch das zweite Ausführungsbeispiel einen im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt von der Einströmöffnung 5 bis zum Sammelkanal 6 auf.
Der Kühlmittelkanal 4 ist grundsätzlich derart ausgeformt, dass der Sammelkanal 6 immer den geodätisch höchsten Bereich aufweist, wobei der Kühlmittelkanal 4 von der Auslassseite 1 zur Einlassseite 2 bis in den Sammelka nal 6 eine Steigung von ca. 2° aufweist. Dieser stetige Anstieg von der Einlassseite 1 zur Auslassseite 2 dient der Entlüftung des Kühlmittelkanals 4 im Zylinderkopf. Diese Ausformung des Kühlmittelkanals 4 gilt auch für Zylinderköpfe von schräg eingebauten Brennkraftmaschinen.
In weiteren Ausführungsbeispielen können anstelle einer einzigen Einströmöffnung 5 auch mehrere Einströmöffnungen 5 vorgesehen sein. Darüber hinaus ist die Innenoberfläche, d. h. die kühlmittelführende Oberfläche des Kühlmittelkanals 4 im Wesentlichen gussrau und kantenfrei, wodurch ein Strömungswiderstand im Kühlmittelkanal 4 stark reduziert ist. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird eine gezielte Kühlung an den wichtigsten Stellen des Zylinderkopfes erreicht. Durch die ebenfalls brillenförmige Umspülung der Gaswechseleinlassventile wird die angesaugte Ansaugluft nur minimal aufgeheizt, wodurch ein besserer Füllgrad für die Brennkraftmaschine erzielt wird. Hierdurch werden Leistung und Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöht. Durch die geringe Benetzung des Auslasskanals mit Kühlmittel wird insbesondere in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine eine geringe Abkühlung des Abgases erzielt, wodurch ein Katalysator schneller anspringt und somit früher mit seine katalytische Wirkung einsetzt. Weiter ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung das Gesamtkühlmittelvolumen verringert, wodurch die Brennkraftmaschine eine kürzere Warmlaufphase erhält. Diese Verringerung des Kühlmittelvolumens führt weiter auch zu einem geringeren Gesamtgewicht der Brennkraftmaschine.

1: Auslassseite
2: Einlassseite
3: Brennkraftmaschinenlängsachse
4: Kühlmittelkanal
5: Einströmöffnung
6: Sammelkanal

Claims

Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, mit zwei in einer Auslassseite (1) des Zylinderkopfes angeordneten Gaswechselauslassventilen und zwei in einer Einlassseite (2) des Zylinderkopfes angeordneten Gaswechseleinlassventilen, die jeweils längs einer Brennkraftmaschinenlängsachse (3) angeordnet sind und einer zwischen den Gaswechselventilen angeordneten Zündeinrichtung, wobei ein Kühlmittelkanal (4) mit zumindest einer auslassseitigen, zu einem geodätisch unter dem Zylinderkopf angeordneten Kurbelgehäuse offenen Einströmöffnung (5) und einem einlassseitigen sich in Richtung der Brennkraftmaschinenlängsachse erstreckenden Sammelkanal (6) vorgesehen ist und wobei bei einem strömenden Kühlmittel ausgehend von der Einströmöffnung (5) zuerst die Gaswechselauslassventile brillenförmig umströmbar, anschließend die Zündeinrichtung ringförmig umströmbar und anschließend die Einlassseite (2) in den Sammelkanal (6) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals (4) in Strömungsrichtung des Kühlmittels von der Einströmöffnung (5) bis zum Sammelkanal (6) im Wesentlichen konstant ist.
Zylinderkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (4) um die Gaswechseleinlassventile brillenförmig ausgeformt ist.
Zylinderkopf nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Kühlmittelkanal (4) eine kühlmittelführende Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die kühlmittelführende Oberfläche im Wesentlichen gussrau und kantenfrei ist.
Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (4) stromab der Einströmöffnung (5) an jedem Gaswechselauslassventil gegabelt ausgeformt und geodätisch oberhalb des Kühlmittelkanals (4) um die Gaswechselauslassventile ein zweites Mal brillenförmig ausgeformt ist und stromab der Gaswechselauslassventile vor der Zündeinrichtung in den Kühlmittelkanal (4) mündet.