DE4433280A1 - Zylinderkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen Kolben trägt, der in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit Gas­ wechselkanälen zusammenwirkende Gaswechselventile, ein Einspritz­ ventil, eine oberhalb des Zylinderkopfbodens angeordnete Zwischenwand und zumindest ein Kühlflüssigkeitsraum mit einem Zugang und einem Ab­ gang angeordnet sind.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-AS 12 94 096 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist einen 4-Ventil-Zylinderkopf mit einem zentralen Einspritzventil auf. Zur Kühlung des Zylinderkopfbodens strömt Kühlflüssigkeit über insgesamt 8 Zugänge in einzelne in dem Zylinderkopf angeordnete äußere Kühlräume, um von dort über gegossene Kanäle in einen inneren Kühlraum zu gelangen, der das Einspritzventil umgibt. Von diesem inneren Kühlraum gelangt die Kühlflüssigkeit direkt in einen Aus­ gang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine be­ reitzustellen, bei der die Kühlung insbesondere des Zylinderkopfs gegen­ über dem Stand der Technik verbessert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein zwischen dem Zylinderkopf­ boden und einer Zwischenwand angeordneter Kühlraum einen außenlie­ genden, durchgehenden Ringraum umfaßt, der über geradlinige Kühl­ bohrungen mit einem mittig in dem Zylinderkopfboden angeordneten Ein­ spritzventilkühlraum verbunden ist, und daß weitere Kühlkanäle vorhan­ den sind, die zumindest einen Auslaßventilkühlraum mit dem Ringraum und dem Einspritzventilkühlraum verbinden. Durch diese Ausbildung wird eine effektive und wirkungsvolle Kühlung des Zylinderkopfs in den ther­ misch beanspruchten Bereichen ermöglicht, wobei darüberhinaus dieser Zylinderkopf konstruktionstechnisch günstig ausgebildet ist. Dadurch, daß ein außenliegender, durchgehender Ringraum vorhanden ist, wird eine Verteilung der in den Zylinderkopf eintretenden Kühlflüssigkeit auf dessen gesamten Umfang erreicht, so daß insgesamt ein ausgeglichenes und gleichmäßiges Temperaturniveau eingestellt ist. Dieser Ringraum ist über geradlinige Kühlbohrungen mit einem mittig in dem Zylinderkopfboden angeordneten Einspritzventilkühlraum verbunden. Dabei ist das Einspritz­ ventil direkt oder unter Einbezug einer Schutzhülse, die einen Wechsel des Einspritzventils ohne Ablaß der Kühlflüssigkeit ermöglicht, in den Ein­ spritzventilkühlraum eingesetzt. Dadurch wird eine effektive Kühlung des Einspritzventils sichergestellt. Die geradlinigen Kühlbohrungen lassen sich bei der Bearbeitung des Zylinderkopfs ohne großen Aufwand an­ bringen und ermöglichen eine genaue Dosierung der einzelnen Kühlströme. Gleiches gilt für die Kühlkanäle, die einen Auslaßventilkühl­ raum mit dem Ringraum und dem Einspritzventilkühlraum verbinden. Auch diese Kanäle können beispielsweise durch Bohren einfach gefertigt wer­ den. Der Auslaßventilkühlraum wird vorteilhaft durch eine entsprechende Ausnehmung zwischen einem Ventilsitzring und dem Zylinderkopfgehäuse gebildet. Dabei wird dann der Ventilsitzring nach der Anbringung des Kühlkanals eingesetzt.

In Weiterbildung der Erfindung ist in der den Ringraum umgebenden äußeren Zylinderkopfumfangswand zumindest ein Zugang eingelassen, der den Ringraum mit einem Zylinderkühlraum verbindet. Dieser Zugang kann beim Gießen des Zylinderkopfs eingegossen bzw. ausgespart wer­ den oder aber zumindest teilweise durch nachträgliche Bearbeitungs­ schritte gefertigt werden. Dabei sind vorzugsweise vier Zugänge auf dem Umfang des Zylinderkopfs verteilt, die eine wirkungsvolle und gut verteilte Versorgung des Zylinderkopfs mit Kühlflüssigkeit ermöglichen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Zwischenwand kegelig ausgebildet und weist auf der von dem Zylinderkopfboden wegweisenden Seite einen konkarven Verlauf, während sie auf der von dem Ringraum, den Kühl­ bohrungen und den Kühlkanälen gebildeten Seite im wesentlichen geradlinig ausgebildet ist. Dabei ist die Zwischenwand im Bereich der Einspritzventilsitzfläche auf dem Zylinderkopfboden mit dem Zylinder­ kopfboden verbunden. Durch die schräge Anbindung zu den Zylinderkopf­ seitenwänden ist eine gute Abstützung des Zylinderkopfbodens zu den Zylinderkopfseitenwänden gegeben.

In Weiterbildung der Erfindung strömt die Kühlflüssigkeit von dem Ringraum durch die Kühlbohrungen und die Kühlkanälen in den Einspritz­ ventilkühlraum, der ein Bestandteil der sich oberhalb des Zylinderkopfbo­ dens erstreckenden Kühlräume ist. Durch diese Ausbildung ist eine wir­ kungsvolle und effiziente Kühlung der thermisch belasteten Bereiche in den Zylinderkopf sichergestellt. Dabei kann es auch vorgesehen sein, daß von dem Ringraum direkt Verbindungsbohrungen zu den oberen Kühlräu­ men bestehen, die einen dosierten Kühlstrom direkt in diese Kühlräume entweichen lassen und zugleich die Entlüftung des Ringraumes bewirken.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Abgaskanal zumindest teilweise kühlflüssigkeitsumströmt. Dabei wird der Abgaskanal vor dem Austritt der Kühlflüssigkeit aus dem Zylinderkopf quasi als letztes Glied in der Kühl­ kette umströmt.

In Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich unterhalb eines Abgaska­ nalanschlußflansches ein Ausgang und neben dem Abgaskanalanschluß­ flansch ein Abfluß der Kühlflüssigkeit aus dem Zylinderkopf vorgesehen. Je nach dem, ob die Brennkraftmaschine als Reihenmotor mit im wesent­ lichen vertikal ausgerichteten Zylinderrohren oder als V-Maschine mit Schrägstellung der Zylinderrohre ausgebildet ist, werden entweder die Ausgänge oder die Abflüsse an eine Abwassersammelleitung ange­ schlossen, da bei der vertikalen Ausrichtung der Zylinderrohre die Ab­ flüsse geodätisch höher liegen als die Ausgänge. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß insbesondere in Verbindung mit der in Weiterbildung vorgesehenen Absperrbarkeit der Verteilleitung zu dem Zulauf und der Verbindbarkeit des Zulaufs mit einer Ablaßleitung gezielt eine Zylinder­ einheit "trockengelegt" werden kann und somit die Zylindereinheit ohne Ablaß der Kühlflüssigkeit aus der gesamten Brennkraftmaschine teilweise oder komplett demontiert werden kann.

In Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist bei Ausbildung der Brenn­ kraftmaschine mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderreihen die Kon­ kavität der Zwischenwand so bemessen, daß deren geodätisch tiefster Punkt in dem Einspritzventilkühlraum liegt. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß beim Ablassen der Kühlflüssigkeit sichergestellt ist, daß die Kühlflüssigkeit vollständig aus dem Zylinderkopf entfernt wird. Dies ist einerseits für eine komplikationsfreie Wartung und Reparatur günstig, an­ dererseits in Extremfällen, wenn beim Stillstand der Brennkraftmaschine wegen Frost die nicht mit Zusätzen versehene Kühlflüssigkeit, die also normales Wasser ist, abgelassen werden muß. Für diesen Fall ist dann der erfindungsgemäß ausgebildete Zylinderkopf wie auch sämtliche ande­ ren kühlflüssigkeitsführenden Teile der Brennkraftmaschine so ausge­ staltet, daß keine Kühlflüssigkeit zurückbleibt.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Zylinderkühlraum in ein Zwischen­ gehäuse eingelassen. Damit ist dieser Zylinderkühlraum aus dem eigent­ lichen Kurbelgehäuse herausgenommen, so daß in dem Kurbelgehäuse keine direkten Kühlräume vorhanden sind. In dem Kurbelgehäuse ist le­ diglich die in Weiterbildung vorgesehene Verteilleitung angeordnet, die mit einem Zulauf zu dem Zylinderkühlraum in Verbindung steht. Zudem umfaßt der Zylinder ein Zylinderrohr, das in das Zwischengehäuse ein­ setzbar ist und mit einem umlaufenden Bund zwischen dem Zylinderkopf und dem Zwischengehäuse verspannbar ist. In einem Bereich unterhalb des Zulaufs ist das Zylinderrohr gegenüber dem Zwischengehäuse abge­ dichtet. Wird, wie zuvor beschrieben, die Verteilleitung zu dem Zulauf einer Zylindereinheit abgesperrt und die Kühlflüssigkeit aus dieser Zylin­ dereinheit abgelassen, so kann diese Zylindereinheit insgesamt von dem Kurbelgehäuse abgenommen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß Reste von Kühlflüssigkeit durch die Zylinderöffnung in das Kurbelgehäuse eintreten. Dies wird dadurch verhindert, daß in diesem Bereich während der Montage keine kühlflüssigkeitsführende Verbindung geöffnet wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren darge­ stelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.

Es zeigen:

Fig. 1 Einen Schnitt durch einen Teilbereich einer Zylindereinheit im Bereich eines Einlaßventils und eines Auslaßventils,

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt gemäß Fig. 1 im Bereich eines Ein­ spritzventils,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Zylinderkopfs mit Sicht auf einen Abgaskanalanschlußflansch

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf durch die Ebene der Auslaßventile und des Auslaßkanals

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf durch die Ebene der Einlaßventile und des Einlaßkanals und

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf.

Die Zylindereinheit gemäß Fig. 1 zeigt ein Zwischengehäuse 1, das auf einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine aufgesetzt wird. In das Zwischengehäuse 1 ist ein Zylinderrohr 2 eingeschoben und ragt bis in das Kurbelgehäuse hinein. Das Zylinderrohr 2 weist einen umlaufenden Bund 3 auf, mit dem es auf dem Zwischengehäuse 1 aufliegt. Auf dem Zwischengehäuse 1 und dem Zylinderrohr 2 ist ein Zylinderkopf 4 aufge­ setzt und über Zuganker mit dem Kurbelgehäuse verspannt.

In dem Kurbelgehäuse ist eine Verteilleitung für Kühlflüssigkeit einge­ lassen, die Öffnungen aufweist, die jeweils mit einem Zulauf 5 in dem Zwischengehäuse 1 verbunden sind. Der Zulauf 5 führt die Kühlflüssigkeit zu einem Zylinderkühlraum 6, der zwischen dem Zylinderrohr 2 und dem Zwischengehäuse 1 gebildet ist. In einem Bereich unterhalb des an das Zylinderrohr 1 gelangenden Zulaufs 5 ist das Zylinderrohr 2 gegenüber dem Zwischengehäuse 1 durch Dichtungen 7 abgedichtet. Die Kühl­ flüssigkeit gelangt von dem Zylinderkühlraum 6 über Steigkanäle 8 und Verbindungsstücke 9 in Zugänge 10 in den Zylinderkopf. Diese Zugänge 10 sind (Fig. 6) auf der Zylinderkopfumfangswand 11 verteilt angeordnet. Von diesen Zugängen 10 gelangt die Kühlflüssigkeit in einen außenlie­ genden, durchgehenden Ringraum 12 des Zylinderkopfs. Von diesem Ringraum 12 gelangt die Kühlflüssigkeit durch geradlinige Kühlbohrungen 13 in einen Einspritzventilkühlraum 14. In diesen Einspritzventilkühlraum 14 ist ein Einspritzventil 15 unter Einfügung einer Hülse 16 eingesetzt. Die Hülse 16 ist gegenüber dem Einspritzventilkühlraum 14 abgedichtet, so daß bei einem nötigen Wechsel des Einspritzventils 15 dieses ohne Ab­ lassen der Kühlflüssigkeit aus dem Zylinderkopf 4 demontiert werden kann. Der Einspritzventilkühlraum 14 bildet gleichzeitig einen Bestandteil der sich oberhalb einer Zwischenwand 17 erstreckenden Kühlräume 18.

Von dem Ringraum 12 gelangt die Kühlflüssigkeit weiterhin durch Kühlka­ näle 19 in Auslaßventilkühlräume 20, um von dort über weiterführende Kühlkanäle 19 ebenfalls in den Einspritzventilkühlraum 14 zu gelangen. Die Auslaßventilkühlräume 20 werden durch entsprechende Freiräume zwischen Ventilsitzringen 21 und dem Zylinderkopf 4 gebildet. Sowohl die Zugänge 10, als auch die Kühlbohrungen 13 und die Kühlkanäle 19 können zumindest teilweise in den Zylinderkopf gebohrt werden. Dabei werden entsprechende Bohröffnungen nach außen durch Stopfen 22 ver­ schlossen. Die Zwischenwand 17 ist im übrigen zu den Kühlräumen 18 konkav ausgebildet und zwar derart, daß bei einem schrägstehenden Zy­ linderkopf, wie dies bei einer V-Brennkraftmaschine zwangsläufig der Fall ist, der geodätisch tiefste Punkt im Bereich des Einspritzventilkühlraums 14 ist. Dadurch ist eine vollständige Entleerung der Kühlräume 18 von Kühlflüssigkeit sichergestellt. Entsprechend sind auch zumindest ein Zu­ gang 10 so angeordnet, daß dieser eine vollständige Entleerung des Ringraums 12 in den Zylinderkühlraum 6 ermöglicht.

Die Kühlräume 18 sind so ausgebildet, daß diese zu einem Ausgang 23 und Ausläße 26 hinführen, die je nach dem, ob die Brennkraftmaschine als Reihen- oder V-Maschine ausgebildet ist, an geodätisch höchster Stelle der Kühlräume 18 neben oder unterhalb einem Abgaskanal 24 an­ geordnet sind. Dabei umströmt die Kühlflüssigkeit in einem weiten Be­ reich den Abgaskanal 24.

Claims (13)

1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbel­ welle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein Pleuel angelenkt ist, das einen Kolben trägt, der in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zy­ linder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit Gaswechselkanälen zusammenwirkende Gaswechselventile, ein Einspritzventil, eine oberhalb des Zylinderkopfbodens angeordnete Zwischenwand und zumindest ein Kühlflüssigkeitsraum mit einem Zugang und einem Abgang angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem Zylinderkopfboden (25) und der Zwischenwand (17) angeordneter Kühlraum einen außenliegen­ den, durchgehenden Ringraum (12) umfaßt, der über geradlinige Kühlboh­ rungen (13) mit einem mittig zu dem Zylinderkopfboden (25) angeordne­ ten Einspritzventilkühlraum (14) verbunden ist, und daß weitere Kühlka­ näle (19) vorhanden sind, die zumindest einen Auslaßventilkühlraum (20) mit dem Ringraum (12) und dem Einspritzventilkühlraum (14) verbinden.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Ringraum (12) umgebenden äußeren Zylinderkopfumfangswand (11) zumindest ein Zugang (10) einge­ lassen ist, der den Ringraum (12) mit einem Zylinderkühlraum (6) verbin­ det.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (17) kegelig ausgebildet ist und auf der von dem Zylinderkopfboden (25) wegweisenden Seite einen konkaven Verlauf aufweist und auf der von dem Ringraum (12), den Kühlbohrungen (13) und den Kühlkanälen (19) gebildeten Seite im we­ sentlichen geradlinig ausgebildet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit von dem Ringraum (12) durch die Kühlbohrungen (13) und die Kühlkanäle (9) in den Einspritzven­ tilkühlraum (14) strömt, der ein Bestandteil der sich oberhalb der Zwischenwand (17) erstreckenden Kühlräume (18) ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal (24) zumindest teilweise kühlflüssigkeitsumströmt ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich unterhalb eines Abgaskanalan­ schlußflansches ein Ausgang (23) und neben dem Abgaskanalanschluß­ flansch ein Abfluß (26) der Kühlflüssigkeit aus dem Zylinderkopf (4) an­ geordnet sind.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (23) dann an eine Abwasser­ sammelleitung angeschlossen sind, wenn die Brennkraftmaschine mit V- förmig angeordneten Zylinderreihen ausgestaltet und die Zylinderköpfe (4) so angeordnet sind, daß die Ausgänge (23) geodätisch höher liegen als die Kühlräume (18) der Zylinderköpfe.

8. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Abflüsse (26) eine Abwasser­ sammelleitung angeschlossen ist, wenn die Zylinderrohe (2) der Brenn­ kraftmaschine im wesentlichen vertikal ausgerichtet sind und die Abflüsse (26) geodätisch höher liegen als die Kühlräume (18) der Zylinderköpfe.

9. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Brennkraftmaschine mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderreihen die Konkavität der Zwischen­ wand (17) so bemessen ist, daß deren geodätisch tiefster Punkt im Ein­ spritzventilkühlraum (14) liegt.

10. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkühlraum (6) in ein Zwischen­ gehäuse (1) eingelassen ist.

11. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkühlraum (6) einen Zulauf (5) aufweist, der mit einer Verteilleitung in dem Kurbelgehäuse zusammen­ wirkt.

12. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder ein Zylinderrohr (2) umfaßt, das in das Zwischengehäuse (1) einsetzbar, mit einem umlaufenden Bund (3) zwischen Zylinderkopf (4) und Zwischengehäuse (1) verspannbar und im Bereich unterhalb des Zulaufs (5) gegenüber dem Zwischengehäuse (1) abdichtbar ist.

13. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilleitung zu dem Zulauf (5) ab­ sperrbar und der Zulauf (5) mit einer Ablaßleitung verbindbar ist.