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Die
Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten
Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen
aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Sie
geht von der deutschen, noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung
mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE
10 2006 036 422.8 aus. Aus dieser ist ein flüssigkeitsgekühlter
Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit zumindest
zwei Zylindern, wobei für jeden Zylinder zwei in einer
Zylinderkopflängsrichtung, benachbart zueinander angeordnete
Gaswechselauslasskanäle vorgesehen sind. Grundsätzlich
ist diese Anordnung jedoch auch für Einzylinder-Brennkraftmaschinen
einsetzbar. Weiter ist für jeden Zylinder im Zylinderkopf
auslassseitig ein zwischen den Gaswechselauslasskanälen
angeordneter mittiger Kühlmittelkanal mit einem ersten
Kühlmittelzuführabschnitt und zwei außen,
neben den Gaswechselauslasskanälen angeordnete äußere Kühlmittelkanäle
mit einem zweiten und einem dritten Kühlmittelzuführabschnitt
vorgesehen, die mit einem, aus dem Kurbelgehäuse kommenden
Kühlmittel beaufschlagt werden. Des Weiteren umströmen
die äußeren Kühlmittelkanäle
die Gaswechselauslasskanäle fast vollständig bevor
sie sich in Richtung der Einlassseite erstrecken und einen Injektordom
zur Kühlung umspülen.
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Durch
den Kühlmittelkanal, der die Gaswechselauslasskanäle
fast vollständig umgreift, ist für die Herstellung
des Kühlmittelmantelwerkzeugs ein zusätzlicher
seitlicher Schieber erforderlich, um diesen Bereich zu entformen.
Des Weiteren ist auf der Unterseite des Kühlmittelmantels
eine große Freistellung im Bereich der Auslassventilsitzringe
erforderlich, um die Auslasskanäle in die Gussform einbauen
zu können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, den Kühlmittelmantel
derart zu gestalten, dass das Kühlmittelmantelwerkzeug
vereinfacht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausführung kann
der Kühlmittelmantel, bestehend aus sämtlichen
Kühlmittelkanälen, nach oben und nach unten entformt
und somit das Kühlmittel näher an der Unterseite
des Gaswechselauslasskanals geführt werden. Das Kühlmittel
gelangt über drei Übertritte, den Kühlmittelzuführabschnitten,
vom Kurbelgehäuse in die Kühlmittelkanäle
des Zylinderkopfes. Die drei Übertritte sind jeweils durch
Zylinderkopfmaterial voneinander getrennt. Das Kühlmittel
von den beiden seitlichen Übertritten wird an den Gaswechselauslasskanälen
entlang geführt und durch die geringe Bauhöhe
der Kühlmittelkanäle an der Bodenplatte des Zylinderkopfes,
d. h. brennraumnah gehalten. Die Kühlmittelmenge des mittleren
Kühlmittelkanals wird durch eine höhere Ausgestaltung
in der Mitte zur Kühlung des Zwickelbereichs verwendet.
Das Kühlmittel wird anschließend in Richtung Einlassseite
des Zylinderkopfes nach unten geleitet, wo es sich an einem Dom
für eine Einspritz- und/oder Zündeinrichtung in
zwei Teilströme aufteilt und zwischen dem Dom und den Gaswechselauslasskanälen
seitlich wegströmt.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausführung des Kühlmittelmantels
kann das Werkzeug zur Kühlmittelmantelkernherstellung vereinfacht
werden, da der seitliche Schieber entfällt. Die drei getrennten Kühlmittelkanäle
auf der Auslassseite des Zylinderkopfes erlauben eine gute Kühlung
der brennraumnahen Bodenplatte des Zylinderkopfes. Durch den Kühlmittelkanal
zwischen dem Dom und den Gaswechselauslasskanälen, der
vom mittleren Übertritt mit Kühlmittel versorgt
wird, kann dieser Bereich besonders gut gekühlt werden.
Die Freistellung im Bereich der Ventilsitzringe kann verkleinert
werden, da die Gaswechselauslasskanäle ähnlich
wie die Gaswechseleinlasskanäle von oben in die Gussform
eingelegt werden. Weiter ist es möglich, das Kühlmittel nahe
an der Gaswechselauslasskanalunterseite zu führen. Durch
den Entfall des Kühlmittelmantels oberhalb der Gaswechselauslasskanäle
kann dieser Raum für eine geänderte Kanalführung
und/oder für den Einsatz von Portlinern/PTC (Portliner
= Thermische Isolierungsmaßnahme im Gaswechselauslasskanal
aus Keramik, Blech mit Isolierung .../PTC = Pre-Turbo-Catalyst,
ein Katalysator vor dem Abgasturbolader) genutzt werden. Weiter
können die Ventilschaftführungen der Gaswechselauslasskanäle
in vorteilhafter Weise kraftflussgerecht am Oberdeck des Zylinderkopfes
angebunden werden.
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Die
Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist eine
zweite, besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
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Bei
dieser zweiten besonders bevorzugten Ausführungsvariante
gelangt das Kühlmittel wiederum über die drei Übertritte,
den Kühlmittelzuführabschnitten, vom Kurbelgehäuse
in den Zylinderkopf. Das Kühlmittel von den beiden seitlichen Übertritten wird
an den Gaswechselauslasskanälen entlang geführt
und kann auch oberhalb der Gaswechselauslasskanäle zwischen
den beiden seitlichen Übertritten strömen. Im
Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderkopf,
handelt es sich nur um einen relativ kleinen bogenförmigen
Kühlmittelkanal, der die Gaswechselauslasskanäle
nicht fast vollständig umgreift. Die Kühlmittelmenge
des mittleren Kühlmittelkanals wird ebenfalls durch die
höhere Ausgestaltung in der Mitte zur Kühlung
des Zwickelbereiches verwendet. Das Kühlmittel wird anschließend,
wie bereits oben beschrieben, nach unten geleitet, wo es sich am
Dom der Einspritz- und/oder Zündeinrichtung in zwei Teilströme
aufteilt und durch die Kühlmittelkanäle zwischen
dem Dom und den Gaswechselauslasskanälen seitlich wegströmt.
Die höhere Ausgestaltung des mittleren Kühlmittelkanals in
der Mitte kann durch die große Freistellung im Bereich
der Gaswechselauslassventile dargestellt werden. Der mittlere Kühlmittelkanal
hat keine Verbindung zu dem Bereich oberhalb der Gaswechselauslasskanäle.
Die drei getrennten Kühlmittelkanäle auf der Auslassseite
erlauben wiederum eine sehr gute Kühlung der Bodenplatte
des Zylinderkopfes, da das Kühlmittel brennraumnah an der
Bodenplatte des Zylinderkopfes geführt wird. Durch den
Kühlmittelkanal zwischen dem Dom und den Gaswechselauslasskanälen,
kann dieser Bereich besonders gut gekühlt werden, da keine
Kühlflüssigkeit nach oben entweichen kann. Durch
die große Freistellung nach oben kann der mittlere Kühlmittelkanal
höher gestaltet werden und der Bereich zwischen den Gaswechselauslasskanälen
besser gekühlt werden. Durch die Verbindung der äußeren
Kühlmittelkanäle oberhalb der Gaswechselauslasskanäle
kann dieser Bereich ebenfalls mit Kühlflüssigkeit
versorgt werden. Weiter können die Ventilschaftführungen
der Gaswechselauslasskanäle wiederum kraftflussgerecht
am Oberdeck des Zylinderkopfes und auch am Dom angebunden werden.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei besonders bevorzugten
Ausführungsbeispielen in zwei Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines dreidimensional dargestellten
Gusskerns für ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt
eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines dreidimensional dargestellten
Gusskerns für ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
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Im
Folgenden gelten für gleiche Bauelemente in beiden Figuren
die gleichen Bezugsziffern. Eine Kühlmittelströmungsrichtung
ist in beiden Figuren durch Pfeile schematisch dargestellt.
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1 zeigt
die Aufsicht auf einen Abschnitt eines dreidimensional dargestellten
Gusskerns 7 für einen erfindungsgemäßen,
flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für
eine Brennkraftmaschine. Im Vordergrund ist eine Auslassseite A
und im Hintergrund eine Einlassseite E des Zylinderkopfes angeordnet.
Die Richtungen sind durch einen Doppelpfeil neben dem Gusskern 7 dargestellt.
Zwei Aussparungen sind für zwei benachbart zueinander angeordnete
Gaswechselauslasskanäle 1, 1' vorgesehen.
Eine dritte Aussparung 8 ist für einen Dom für
eine nicht dargestellte Einspritz- und/oder Zündeinrichtung
vorgesehen. Zwischen den Gaswechselauslasskanälen 1, 1' ist ein
mittiger Kühlmittelkanal 2 angeordnet mit einem ersten
Kühlmittelzuführabschnitt 5. Beidseitig
der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' sind
zwei äußere Kühlmittelkanäle 3, 3' angeordnet
mit einem zweiten und einem dritten Kühlmittelzuführabschnitt 6, 6'. Durch
die Kühlmittelzuführabschnitte 5, 6, 6' werden die
Kühlmittelkanäle 2, 3, 3' mit
von einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse kommenden Kühlmittel
beaufschlagt. Der mittige Kühlmittelkanal 2 erstreckt sich
brennraumnah zwischen den Gaswechselauslasskanälen 1, 1',
die äußeren Kühlmittelkanäle 3, 3' erstrecken
sich ebenfalls brennraumnah außen um die Gaswechselauslasskanäle 1, 1' herum.
Unter brennraumnah wird verstanden, dass die Kühlmittelkanäle 2, 3, 3' überwiegend
entlang einer Bodenplatte des Zylinderkopfes geführt sind.
Auf der Einlassseite der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' gehen
der mittige Kühlmittelkanal 2 und die äußeren
Kühlmittelkanäle 3, 3' ineinander über
und erstrecken sich weiter um die Aussparung 8 für
den Dom herum.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausführung des Kühlmittelmantels
kann das Werkzeug zur Kühlmittelmantelkernherstellung vereinfacht
werden, da der seitliche Schieber entfällt. Die drei getrennten Kühlmittelkanäle 2, 3, 3' auf
der Auslassseite des Zylinderkopfes erlauben eine gute Kühlung
der brennraumnahen Bodenplatte des Zylinderkopfes. Durch den Kühlmittelkanal
zwischen dem Dom und den Gaswechselauslasskanälen 1, 1' kann
dieser Bereich besonders gut gekühlt werden. Die Freistellung im
Bereich der Ventilsitzringe kann verkleinert werden, da die Gaswechselauslasskanäle 1, 1' ähnlich wie
Gaswechseleinlasskanäle von oben in eine Gussform eingelegt
werden. Weiter ist es möglich, das Kühlmittel
nahe an der Unterseite der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' zu
führen. Durch den Entfall des Kühlmittelmantels
oberhalb der Gaswechselauslasskanäle 1, 1',
kann dieser Raum für eine geänderte Kanalführung
und/oder für den Einsatz von Portlinern/PTC genutzt werden.
Weiter können die Ventilschaftführungen der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' kraftflussgerecht
am Oberdeck des Zylinderkopfes angebunden werden.
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2 zeigt
ebenso wie 1 die Aufsicht auf einen dreidimensional
dargestellten Gusskern 7 für ein zweites besonders
bevorzugtes Ausführungsbeispiel. In 2 ist im
Vordergrund die Einlassseite des Gusskernes und im Hintergrund die
Auslassseite A des Gusskernes dargestellt, d. h. der Blick geht
von der Aussparung 8 für den Dom in Richtung Auslassseite
A. Die Grundgeometrie des zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles
entspricht weitgehend dem des ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles
aus 1, jedoch mit dem Unterschied, dass die äußeren
Kühlmittelkanäle 3, 3' kühlmittelführend
miteinander verbunden sind, wobei sich der Kühlmittelkanal
von den äußeren Kühlmittelkanälen 3, 3' als
bogenförmiger Kühlmittelkanal 4 über
die Gaswechselauslasskanäle 1, 1' erstreckt. Dieses
zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch
aus, dass es ähnlich einfach zu entformen ist wie das erste
bevorzugte Ausführungs beispiel, wobei jedoch der obere
Bereich der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' besser
gekühlt wird.
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Bei
dieser zweiten besonders bevorzugten Ausführungsvariante
gelangt das Kühlmittel wiederum über die drei Übertritte,
den Kühlmittelzuführabschnitten 5, 6, 6',
vom Kurbelgehäuse in den Zylinderkopf. Das Kühlmittel
von den beiden seitlichen Übertritten wird an den Gaswechselauslasskanälen 1, 1' entlang
geführt und kann auch oberhalb der Gaswechselauslasskanäle 1, 1',
durch den bogenförmigen Kühlmittelkanal 4 oberhalb
der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' strömen.
Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderkopf, handelt
es sich nur um einen bogenförmigen, relativ schmalen Kühlmittelkanal 4,
der die Gaswechselauslasskanäle 1, 1' nicht
fast vollständig umgreift. Das Kühlmittel des
mittleren Kühlmittelkanals 2 wird ebenfalls durch
die höhere Ausgestaltung in der Mitte zur Kühlung
des Zwickelbereiches verwendet. Das Kühlmittel wird anschließend
nach unten geleitet, wo es sich an der Aussparung 8 für
den Dom in zwei Teilströme aufteilt. Der mittlere Kühlmittelkanal 2 hat
keine Verbindung zu dem bogenförmigen Kühlmittelkanal 4.
Die drei getrennten Kühlmittelkanäle 2, 3, 3' auf der
Auslassseite erlauben wiederum eine gute Kühlung der Bodenplatte
des Zylinderkopfes, da das Kühlmittel brennraumnah an der
Bodenplatte des Zylinderkopfes geführt wird. Durch die
Kühlmittelkanäle zwischen der Aussparung 8 für
den Dom und den Gaswechselauslasskanälen 1, 1' kann
dieser Bereich besonders gekühlt werden, da keine Kühlflüssigkeit
nach oben entweichen kann. Durch die Verbindung der äußeren
Kühlmittelkanäle 3, 3' durch den
bogenförmigen Kühlmittelkanal 4 oberhalb
der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' kann
dieser Bereich ebenfalls mit Kühlflüssigkeit versorgt
werden. Weiter können die Ventilschaftführungen
der Gaswechselauslasskanäle 1, 1' kraftflussgerecht
am Oberdeck des Zylinderkopfes und am Dom angebunden werden.
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- 1,
1'
- Gaswechselauslasskanal
- 2
- mittiger
Kühlmittelkanal
- 3,
3'
- äußerer
Kühlmittelkanal
- 4
- bogenförmiger
Kühlmittelkanal
- 5
- erster
Kühlmittelzuführabschnitt
- 6,
6'
- zweiter,
dritter Kühlmittelzuführabschnitt
- 7
- Gusskern
- 8
- Aussparung
für einen Dom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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