DE2437965C2 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen fiüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs I. Es ist Zweck der Erfindung, die aus dem Brennraum des Zylinders in den Zylinderkopf eingestrahlte Wärme abzuführen. Die Bauart des Zylinderkopfes, d.h, mit oder ohne Einbau Von Gaswechselventilen, ist maßgebend für die örtliche Wärmebelastung im Zylinderkopf. So ist ein Zylinderdeckel nach der DE-PS 6 90498 bekannt, der durch das Fehlen von Gaswechselventilen und Gasführungskanälen nahezu vollkommen kreissym* metrisch ausgebildet ist Entsprechend symmetrisch ist aUch die Wärmebelastung des Zylinderdeckeis. Mit der dargestellten Kühlflüssigkeitsführung in den ringförmig verlaufenden Kühlflüssigkeitsräumen, die neben-und übereinanderliegend nacheinander durchströmt werden, ist eine zufriedenstellende Kühlung erreicht worden. Auf Zylinderköpfe mit nicht kreissymmetrischem Aufbau und dadurch unsymmetrischer Wärmebelastung ist dieses Konzept der Kühlflüssigkeitsführung jedoch nicht übertragbar.

Zylinderköpfe mit einer dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 weitgehend entsprechenden Anordnung von Gaswechselventilen, Gasführungskanälen und Kühlflüssigkeitsräumen sind nach der US-PS 34 20 215 und der FR-PS 15 51 339 bekannt. Obwohl bei beiden Zylinderköpfen info'ge der sehr unterschiedlichen Temperaturniveaus in den beiden Gasführungskanälen keine symmetrische Wärmebelastung gegeben ist, wurde die Kühlflüssigkeitsführung weitgehend symmetrisch ausgebildet Der Abbau von thermischen Spannungen wird damit aber nicht in wünschenswertem Maße erreicht

Beim Zylinderkopf nach der US-PS 34 20 215 umspült die Kühlflüssigkeit auch den Einiaßkanai fur die Verbrennungsluft, die mit Hilfe einer geeigneten Kühleinrichtung auf eine niedrigere Temperatur als die der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine gekühlt ist In diesem Fall bewirkt die Kühlflüssigkeit einen Temperaturausgleich durch Anwärmen des Einlaßkanales. Die zwischen Verbrennungsluft und Kühlflüssigkeit hier vorhandene Temperaturdifferenz ist aber vernachlässigbar klein gegenüber den Verhältnissen am Auslaßkanal, der, die Abgase mit einer gegenüber der Kühlflüssigkeit vielfach höheren Temperatur durchströmen. Die zum Einlaßkanal geleitete Kühlflüssigkeitsmenge könnte daher besser an anderer Stelle genutzt werden. Die Wärmespannungen im Zylinderkopf würden sich dadurch nicht erhöhen, da das geringe Temperaturgefälle zwischen Verbrennungsluft und Kühlflüssigkeit durch Wärmeleitung über die Wandung des Einlaßkanals ausgeglichen werden kann.

Auch beim Zylinderkopf nach der FR-PS 15 51 339 umspült die Kühlflüssigkeit den Einlaßkanal für die Verbrennungsluft, die hier aber dieselbe Temperatur wie die Kühlflüssigkeit aufweist Ein Wärmeaustausch zwischen Kühlflüssigkeit und Einlaßkanalwand kann wegen des Fehlens einer Temperaturdifferenz gar nicht stattfinden. Die zum Einlaßkanal geführte Kühlflüssigkeitsmenge ist für die Kühlung des Zylinderkopfes ohne Wirkung. Sie wäre an Stellen mit großer Wärmeeinstrahlung nutzbringender zu verwenden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf zu schaffen, bei dem die Bereiche mit der intensivsten Wärmeeinstrahlung — Zylinderkopfboden, zentrale Kammer und Auslaßkanal — bevorzugt gekühlt werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs I gelöst und wird durch die Patentansprüche ? und 3 weiter ausgestaltet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Kühlflüssigkeit in jedem der beiden Kühlflüssigkeitsstränge beim Eintritt in den Zylinderkopf das gleiche relativ niedrige Temperaturniveau besitzt, wie es vom Zylinder-Kurbelgehäuse her gegeben ist und daß dadurch die Kühlung des Auslaßkanales wesentlich verbessert ist, Weil jeder der beiden Kühlflüssigkeitsstränge eine größere Kühlflüs» sigkeitsmenge führt als die Vier KÜhlflüssigkeitsteilstfö^ me im Zylinderkopf entsprechend der FR-PS 15 51 339

bei gleichem Gesamtdurchsatz an Kühlflüssigkeit, wodurch gußtechnisch vorteilhaft große Kanalquerschnitte zu verwirklichen sind, ohne die Strömungsgeschwindigkeit herabsetzen zu müssen, so daß die verbesserte Kühlung des Zylinderkopfes eine Steigerung der maximal zulässigen Zylinderleistung der Brennkraftmaschine ermöglicht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einem parallel zu seinem Boden geführten Schnitt nach der Linie I-I in F i g. 2,

F i g. 2 einen Längsschnitt des Zylinderkopfes nach der Linie IMI in F ig. I₁

F i g. 3 einen Querschnitt des Zylinderkopfes nach der Linie HI-III in Fig. 1 und

F i g. 4 einen Querschnitt des Zylinderkopfes nach der Linie IV-IVin Fig. 1.

Ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf 11 für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine besitzt in Zylinderkopf-Längsrichtung gegenü'bprüegeide

Ein-und Auslaßkanäle 12, 13, denen je ein Ventilpaar zugeordnet ist, eine zentrale Kammer 14 zur Aufnahme einer Einspritzdüse oder einer Vorkammer und mehrere Eintrittsbohrungen 15, 21 für die Kühlflüssigkeit im Zylinderkopfboden 23, die mit nicht weiter dargestellten Kühlflüssigkeitsräiimen des Zylinder-Kurbelgehäuses korrespondieren.

Eine intensive Kühlung der Zylinderkopfbocienpartie um die zentrale Kammer 14 wird erreicht durch zwei ringförmige, übere:inanderliegende, die zentrale Kammer 14 umgebende Kühlkanäle 16,17, die durch zwei in Zylinderkopf-Längsriehtung gegenüberliegende Übertrittsöffnungen 18, 19 miteinander verbunden sind. Dadurch ist die Kühlflüssigkeit gezwungen, die ringförmigen Kühlkanäle 16,17 nacheinander in bezug auf die zentrale Kammer ;I4 in Umfangsrichtung zu durchfließen.

Der untere ringförmige Kühlkanal ist zur Versorgung

mit Kühlflüssigkeit durch zwei in Zylinderkopf-Querrichtung in der Nähe des Zylinderkopfbodens ?3

■ gegenüberliegende Bohrungen 20 mit zwei an den Längsseiten des Zylinderkopfes gelegenen, von je zwei Eintrittsbohrungen 21 gespeisten, Kühlkanälen 22 verbunden.

Durch einen weiteren Kühlkanal 24, der den oder die Auslaßkanäle 13 an drei Seiten umschließt, wird eine

ίο bevorzugte Kühlung der gegenüber den Einlaßkanälen 12 thermisch höher belasteten Auslaßkanälen 13 erreicht. Damit stellen sich etwa gleiche Wandtemperaturen im Zylinderkopf 11 ein, wodurch die sonst unvermeidlichen Wärmespannungen vermieden werden.

Dieser weitere Kühlkanal 24 wird durch eine Eintrittsbohrung 15 mit Kühlflüssigkeit gespeist Im Falle einer Brennkraftmaschine mit V-Anordnung der Zylinder besteht über die Eintrittsbohrung 15 eine Verbindung zu den am höchsten gelegenen Kühlflüssigkeitsräumen des Zylinder-Kurbelgcäuses, so daß sich eine Entlüftung der KühitlüssigkeitsräuK.e des Zylinder-Kurbelgehäuses ergibt
Um eine ausreichende Versorgung des oberen

ringförmigen Kühlkanals 17 durch die Übertrittsöffnung 18 mit Kühlflüssigkeit zu gewährleisten, besitzt die in der Nähe des Kühlflüssigkeitsrücklaufanschlusses 26 liegende Übertrittsöffnung 19 einen kleineren Querschnitt als die in Zylinderkopf-Längsriehtung gegenüberliegende Übertrittsöffnung 18.

Die Entlüftung der beiden seitlichen Kühlkanäle 22 des Zylinderkopfes 11 erfolgt über die aus gußtechnischen Gründen ohnehin notwendigen Verbindungen 27 zwischen dem weiteren Kühlkanal 24 und den seitlichen Kühlkanälen 22. Um an diesen Stellen einen wesentlichen Flüssigkeitsübertritt zu unterbinden, ist je ein Drosseleinsatz 28 angeordnet, der nur einen schmalen Spalt-Querschnitt für den Durchgang der Luft freiläßt

Hierzu 3 Blatt Zeich aungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit sich in Zylinderkopf-Längsrichtung gegenüberliegenden Ein- und Auslaßkanä-Ien, denen je ein Ventilpaar zugeordnet ist, einer zentralen Kammer zur Aufnahme einer Einspritzdüse oder einer Vorkammer und mehreren Eintrittsbohrungen für die Kühlflüssigkeit im Zylinderkopfboden, die mit Kühlflüssigkeitsräumen des Zylinder-Kurbelgehäuses korrespondieren sowie einem ringförmigen, die zentrale Kammer umgebenden Kühlkanal, der von zwei in Zylinderkopf-Querrichtung in der Nähe des Zylinderkopfbodens gegenüberliegenden Bohrungen aus je einem an der Zylinderkopf- ;s längsseite gelegenen Kühlkanal mit Kühlflüssigkeit gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kühlflüssigkeitsstränge ausgehend vom Zylinder-Kurbelgehäuse den Zylinderkopf auf getrennten Wegen im Bereich der zentralen Kammer (14) und dem Bereich des Auslaßkanals (13) unter weitgehender Auslassung des Bereiches des Einlaßkanals (12) durchziehen, daß der eine Kühlflüssigkeitsstrang im Bereich der zentralen Kammer (14) nacheinander durch zwei übereinanderliegende ringförmige Kühlkanäle (16,17) geführt ist, daß zwei sich in Zylinderkopf-Längsnchtung gegenüberliegende Übertrittsöffnungen (18, 19) die beiden übereinanderliegenden ringförmigen Kühlkanäle (16, 17) verbinden, wobei die in der Nähe des Kühlflüssigkeitsrücklaufanschlusses (26) liegende erste Übe. .rittsöffnung (19) einen kleineren Querschnitt als die zweite Übertr'tsöffnung (18) aufweist, und daß der andere Kf'hlflüssigkeitsstrang einen den Auslaßkanal (13) halbkreisarr* umgebenden Kühlkanal (24) aufweist, der von einem unterhalb des Auslaßkanales angeordneten in Zylinderkopf-Längsrichtung verlaufenden Zulaufkanal gespeist wird.

2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je einen Drosseleinsatz (28) in zwei, aus gußtechnischen Gründen notwendigen, Verbindungen (27) zwischen dom halbkreisartigen Kühlkanal (24) und den seitlichen Kühlkanälen (22).

3. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der halbkreisartige Kühlkanal (24) über eine Eintrittsbohrung (15) mit dem am höchsten gelegenen Kühlflüssigkeitsraum des Zylinder-Kurbelgehäuses verbunden ist.