DE19637122C1

DE19637122C1 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf

Info

Publication number: DE19637122C1
Application number: DE1996137122
Authority: DE
Inventors: Joachim Kelm; Eberhard Storz; Albrecht Dipl Ing Reustle
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2016-09-13

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 35 16 453 C2 ist ein gattungsgemäßer Zylinderkopf für eine Zylinderreihe einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Kühlmittelräume für die einzelnen Brennräume voneinander getrennt und ablaufseitig mit einem Sammelkanal verbunden sind. Dieser Sammelkanal ist an der einlaßseitigen Längsseite des Zylinderkopfes angeordnet und über einzelne Querkanäle mit den jeweiligen Kühlmittelräumen verbunden. Diese einzelnen Querkanäle münden seitlich in eine hochgelegene Stelle des jeweiligen Kühlmittelraumes. Ein derartiger Aufbau hat den Nachteil, daß die einzelnen Kühlmittelteilströme innerhalb der Kühlmittelräume ungleichmäßig sind und damit eine gleichmäßige Wärmeabfuhr nicht immer sichergestellt ist. Darüber hinaus ist durch die seitliche Anordnung der Sammelkammer und die seitliche Abdeckung dieser Sammelkammer eine zusätzliche Dichtfläche geschaffen, deren Lage oberhalb der Einlaßkanäle bei Undichtigkeiten zum Eintritt von Kühlmittel in die Einlaßkanäle führen kann. Undichtigkeiten an dieser Abdeckung können damit ohne vorherige Warnzeichen zu einem Totalausfall der Brennkraftmaschine führen. Darüber hinaus sind die Querkanäle zur Verbindung der Sammelkammer und der Kühlmittelräume nur sehr schwierig gußtechnisch zu erstellen, so daß diese gebohrt werden müssen.

Aus der DE 32 24 945 C1 ist darüber hinaus ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die Kühlmittelräume der einzelnen Brennräume bzw. Zylinder in Längsrichtung miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind die Kühlmittelräume über Schrägbohrungen mit einem Sammelkanal verbunden. Dieser Sammelkanal erstreckt sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes und ist im Bereich der Längsmittelachse angeordnet. Die Verbindung zwischen den Kühlmittelräumen und dem Sammelkanal ist dabei jedoch durch sehr aufwendig zu fertigende und überdies lange Bohrungen hergestellt, was zu fertigungstechnischen Problemen führt und darüber hinaus arbeits- und kostenaufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf dahingehend zu verbessern, daß die Kühlmitteldurchströmung der Kühlräume vergleichmäßigt wird, um damit eine gleichmäßige und bessere Wärmeabfuhr sicherzustellen, darüberhinaus soll ein derartiger Zylinderkopf möglichst einfach aufgebaut sein und weitgehend gußtechnisch hergestellt werden können, um aufwendige und teure Bohrungen für die Kühlwasserführung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch Anordnung der Sammelkammer im Bereich der Längsmittelachse des Zylinderkopfes ergibt sich eine gleichmäßige Durchströmung der Kühlmittelräume und somit eine gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Dach des Brennraumes. Durch die Ausbildung eines gegossenen Trennsteges und die Verbindung der einzelnen Kühlmittelräume mit der Sammelkammer über Öffnungen in diesem Trennsteg ergibt sich die Möglichkeit, die Kühlmittelräume, die Sammelkammer und die Verbindungen vollständig gußtechnisch herzustellen, so daß aufwendige Bohrungen nicht erforderlich sind. Durch die mittige Anordnung der Sammelkammer und die Trennung durch den gegossenen Trennsteg ergibt sich darüber hinaus ein besonders steifer Gehäuseaufbau des Zylinderkopfes, so daß im Vergleich zum Stand der Technik bei gleicher Steifigkeit deutliche Gewichtsvorteile zu erzielen sind.

Die Kühlmitteldurchströmung der einzelnen Kühlmittelräume je Brennraum bzw. je Zylinder wird noch einmal deutlich vergleichmäßigt, wenn sich die Öffnungen im Bereich der Mittellängsachse des Zylinderkopfes und jeweils im Bereich der Zylinderachse befinden. Der Ablauf des Kühlmittels aus den Kühlmittelräumen erfolgt somit mittig oberhalb jedes einzelnen Brennraumes, so daß eine gleichmäßige Wärmeabfuhr von allen Bereichen des Brennraumdaches ermöglicht wird.

Die Wärmeabfuhr von den Einlaßkanälen, den Auslaßkanälen und dem Aufnahmeschacht für die Zündkerze oder die Einspritzvorrichtung wird besonders gut und gleichmäßig, wenn der Kühlmittelraum für jede dieser Zylinderkopfkomponenten über einen eigenen Zulaufkanal verfügt, der mit der Kühlmittelführung im Zylinderblock verbunden ist.

Durch geeignete Abstimmung der Querschnitte der Zulaufkanäle je Zylinder bzw. je Brennraum kann auf besonders vorteilhafte Weise eine Kühlmitteldurchströmung der einzelnen Kühlmittelräume so eingestellt werden, daß für alle Kühlmittelräume die gleiche Kühlmitteldurchströmung (Volumen/Zeit) möglich ist.

Eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Brennraumdach ergibt sich, wenn die Einlaßkanäle, die Auslaßkanäle und die Aufnahmeschächte so angeordnet werden, daß sich je Zylinder zwei Einlaßkanäle auf einer Seite der Mittellängsachse und ein Auslaßkanal sowie ein Aufnahmeschacht auf der anderen Seite des Mittellängskanales befinden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen geöffneten Zylinderkopf,

Fig. 2 eine Ansicht der Zylinderkopfunterseite,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Zylinderkopf parallel zur Zylinderblock-Flanschfläche entlang der Linie III-III nach Fig. 4,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie IV-IV nach Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie V-V nach Fig. 1 und

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie VI-VI nach Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Zylinderkopf ist ohne Beschränkung auf diese Ausführungsform am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern in Reihenbauweise beschrieben. Der Zylinderkopf ist in Bezug auf die einzelnen Zylinder - soweit nicht anders angegeben - weitgehend gleich aufgebaut, so daß hier für gleiche oder gleichartige Bauelemente gleiche Bezugsziffern verwendet werden. In dem gegossenen Gehäuse 1 des Zylinderkopfes 2 sind die Oberseiten von vier Brennräumen 3 ausgebildet, in die jeweils ein Aufnahmeschacht 4 für eine Zündkerze 28 oder ein nicht dargestelltes Einspritzventil mündet. In jeden Brennraum münden weiterhin zwei Einlaßkanäle 5, 6 sowie ein Auslaßkanal 7.

Oberhalb der Brennräume 3 ist jeweils ein Kühlmittelraum 8 ausgebildet, der jeweils die dem Brennraum zugewandten Abschnitte der Einlaßkanäle 5, 6, der Auslaßkanäle 7 und der Aufnahmeschächte 4 nahezu vollständig umgreift. Die einzelnen Kühlmittelräume 8 sind durch Trennwände 9 voneinander getrennt, die von den einander gegenüberliegenden, längeren Seitenwänden 10 und 11 des Gehäuses 1 ausgehen. Jeder der Kühlmittelräume 8 hat in der in Fig. 3 ersichtlichen Draufsicht zwei gegenüberliegende bogenförmige Abschnitte 12 und 13, die an ihren Enden durch einen Steg 14 bzw. 15 voneinander getrennt sind. Der Steg 14 geht von der Seitenwand 10 des Gehäuses 2 aus und trennt jeweils die beiden Einlaßkanäle 5 und 6. Der Steg 15 geht jeweils von der gegenüberliegenden Seitenwand 11 aus und trennt den Auslaßkanal 7 und den Aufnahmeschacht 4. Die beiden bogenförmigen Abschnitte 12 und 13 sind über einen mittleren Abschnitt 16 verbunden, der etwa im Bereich der Mittellängsachse 17 zwischen den Einlaßventilen auf der einen und den Auslaßventilen sowie den Aufnahmeschächten auf der anderen Seite verläuft. Die Kühlmittelräume 8 sind bei zusammengebauter und betriebsbereiter Brennkraftmaschine über jeweils vier Zulaufkanäle 18 bis 21 mit der Kühlwasserführung des nicht näher dargestellten Zylinderblockes verbunden. Die Zulaufkanäle 18 bis 21 münden in die untere Flanschfläche 22 des Zylinderkopfes, die unter Zwischenlage einer nicht näher dargestellten Zylinderkopfdichtung an der oberen Flanschfläche des ebenfalls nicht dargestellten Zylinderblockes anliegt.

Die Kühlmittelräume 8 sind weiterhin mit einer ablaufseitigen Sammelkammer 23 verbunden, der sich im Bereich der Mittellängsachse 17 in Längsrichtung des Zylinderkopfes erstreckt. Diese eingegossene Sammelkammer 23 verläuft oberhalb der mittleren Verbindungsabschnitte 16 des jeweiligen Kühlmittelraumes 8 und ist durch einen gegossenen Trennsteg 24 von diesen getrennt. Jeder der Kühlmittelräume 8 ist über eine Öffnung 25 mit der Sammelkammer 23 verbunden. Diese Öffnungen 25 sind ebenfalls gußtechnisch hergestellt und liegen im höchsten Bereich der Kühlmittelräume 8 in unmittelbarer Nähe der Zylinderachsen 26. Die Sammelkammer 23 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des Zylinderkopfes und ist im Bereich der kurzen Stirnseite 27 des Zylinderkopfes auf nicht näher dargestellte Weise mit einem Kühlmittelrücklauf verbunden. Diese Anbindung an den Kühlmittelrücklauf kann an der kurzen Stirnseite oder beispielsweise an der Seitenwand 10 über eine kurze Querverbindung im Bereich der Stirnseite 27 erfolgen.

Claims

1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Zylinderreihe einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einem gegossenen Gehäuse (1), darin angeordneten Einlaß- (5, 6) und Auslaßkanälen (7) für jeden Brennraum (3) und jeweils mindestens einem in den Brennraum mündenden Aufnahmeschacht (4) für eine Zündkerze (28) oder ein Einspritzventil, sowie mit Kühlmittelräumen (8), die die Einlaßkanäle, die Auslaßkanäle sowie die Aufnahmeschächte zumindest teilweise umgeben und über Zulaufkanäle (18 bis 21) mit der Kühlmittelführung des Zylinderblocks verbünden sind, wobei die Kühlmittelräume für die einzelnen Brennräume voneinander getrennt sind und mit einer sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes erstreckenden Sammelkammer (23) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sammelkammer (23) im Bereich der Mittellängsachse (17) des Zylinderkopfes oberhalb der Kühlmittelräume (8) befindet, daß zwischen den Kühlmittelräumen und der Sammelkammer ein gegossener Trennsteg (24) ausgebildet ist, und daß die Kühlmittelräume und die Sammelkammer über Öffnungen (25) im Trennsteg miteinander verbunden sind.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (25) zwischen den Kühlmittelräumen (8) und der Sammelkammer (23) sich im Bereich der jeweiligen Zylinderachse (26) befinden.

3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem je Einlaßkanal (5, 6), Auslaßkanal (7) und Aufnahmeschacht (4) ein mit dem Zylinderblock verbundener Zulaufkanal (18 bis 21) ausgebildet ist.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte der Zulaufkanäle (18 bis 21) so abgestimmt sind, daß für jeden der Kühlmittelräume (8) gleiche Volumenströme eingestellt sind.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je Zylinder zwei Einlaßkanäle (5, 6) auf einer Seite der Mittellängsachse (17) und ein Auslaßkanal (7) sowie ein Aufnahmeschacht (4) auf der anderen Seite der Mittellängsachse ausgebildet sind.