EP1884647B1 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1884647B1
EP1884647B1 EP20070013424 EP07013424A EP1884647B1 EP 1884647 B1 EP1884647 B1 EP 1884647B1 EP 20070013424 EP20070013424 EP 20070013424 EP 07013424 A EP07013424 A EP 07013424A EP 1884647 B1 EP1884647 B1 EP 1884647B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder head
flow guide
dome
guide rib
liquid
Prior art date
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EP20070013424
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English (en)
French (fr)
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EP1884647A3 (de
EP1884647A2 (de
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Peter Ausserlechner
Gerald Winter
Herbert Holzinger
Wolfgang Ritzlmayr
Robert Ehart
Josef Spiel
Robert Auer
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP1884647A2 publication Critical patent/EP1884647A2/de
Publication of EP1884647A3 publication Critical patent/EP1884647A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder

Definitions

  • the invention relates to a liquid-cooled cylinder head for an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
  • each cooling liquid space is formed by a single annular space surrounding the dome, which only passes through the gas exchange inlet and gas exchange outlet channels and the valve guides for the gas exchange outlet valve (s) is.
  • the peripheral wall of the annulus has vertical ribs extending toward the mandrel.
  • the drain channel of each annulus empties into a drain collection channel extending along the cylinder head.
  • a liquid-cooled cylinder head for an internal combustion engine for the BMW straight-six diesel engine with the BMW internal designation M 57 is known, which has been used for several years, for example, in the BMW 3 Series and from which the present invention proceeds.
  • the cylinder head is intended for a four-valve internal combustion engine, wherein the cylinder head gas exchange inlet ducts and Gas monauslasskanäle has.
  • the gas exchange outlet ducts like the gas exchange inlet ducts, are arranged in pairs and form a common single exhaust gas outlet duct towards the cylinder head wall.
  • the Gas passiveauslasskanäle are formed by Auslasskanalwanditch that form a gusset inlet side.
  • a dome Adjacent to the gusset, toward the inlet side of the cylinder head, a dome is arranged with a bore in which the fuel injection valve is arranged.
  • the dome and the Auslasskanalwandungen are largely surrounded by a coolant channel, which is acted upon by three inlet bores in a cylinder head parting plane from the crankcase with coolant.
  • the coolant flows through the three coolant inflow openings into the cylinder head, surrounds the exhaust port walls and the area of the valve seat rings in a spectacle shape and continues to flow in the direction of the dome. Starting from the dome, the coolant continues to flow in the direction of the inlet side of the cylinder head and back into the crankcase of the internal combustion engine.
  • liquid-cooled cylinder head Even if the liquid-cooled cylinder head has no disadvantages, it may be that in a further increase in power of the internal combustion engine in the region of the dome forms a hot area.
  • Object of the present invention is to show a measure to achieve even better cooling of the dome.
  • the production of the cylinder head is particularly preferably carried out according to claim 4.
  • the production of the short-circuit opening can gem. Claim 6 without cutting, z. B. with a casting or machining, z. B. done by drilling or milling.
  • inventive design according to claim 7 either for a self-igniting internal combustion engine that works on the diesel principle or for a gasoline engine with spark ignition can be used.
  • Fig. 1 shows a section through a cylinder head 1 perpendicular to its longitudinal axis through a dome 6 for receiving a fuel injection valve in a bore 11.
  • the cylinder head 1 has a coolant channel 2, whose three-dimensional geometry in Fig. 2 is shown. In Fig. 1 a hatched area is hatched.
  • the cylinder head 1 is for a self-igniting internal combustion engine with two Gas constituhereinlass- and two Gas constituauslassventilen provided and has an outlet channel with a first Auslrawkanalwandung 3 and a second Auslasskanalwandung 4.
  • the first and the second outlet channel wall 3, 4 merge in the region of a gas outlet from the cylinder head 1 to a common outlet channel 9.
  • the first and second outlet channel wall 3, 4 form the inlet side, on the side facing the coolant channel 2 with each other a gusset 5. Spaced from the Gusset 5 is arranged in the direction of an inlet side of the cylinder head 1 of the dome 6.
  • the cylinder head 1 Starting from a cylinder head separating plane 1 'facing a crankcase, not shown, the cylinder head 1 has a first inlet opening 2', which is arranged centrally between the first and the second outlet channel wall 3, 4. In this first inflow opening 2 'flows coolant from the crankcase in the cylinder head 1. A coolant flow is in the Fig. 1 to 4 shown schematically with arrows. Subsequently, the coolant continues to flow past the dome 6 in the direction of the intake side of the cylinder head 1 and back into the crankcase, not shown, of the internal combustion engine.
  • Fig. 2 shows a plan view of a portion of a casting core for the coolant channel 2 of the known from the prior art cylinder head 1.
  • a second and a third inflow opening 2 ", 2"' for the coolant channel 2 are respectively provided geodetically below the first and the second outlet channel walls 3, 4.
  • the coolant is pumped by a coolant pump, not shown, through the three inflow openings 2 ', 2 ", 2''' in the cylinder head 1, wherein the area radially around valve seat rings, not shown, as well as the radially outer region of the first and second outlet channel wall 3, 4. From there flows the coolant, as previously described in the direction of Dom 6 and then on towards the inlet side of the cylinder head. 1
  • a hot region 10 is formed in the cylinder head 1 known from the prior art in the lower region of the dome 6.
  • Fig. 3 shows the same cut as Fig. 1 .
  • Fig. 4 shows the same view of the portion of the casting core for the coolant channel 2 as Fig. 2 ,
  • Fig. 3 is an inventively formed on the gusset region 5 first Strömungsleitrippe 7 facing the dome 6 shown.
  • a second flow guide rib 8 is formed on the dome 6, which extends in the direction of the first flow guide rib 7.
  • a flow gap with a width between 2 and 10 mm is formed between the second flow guide rib 8 and the first flow guide rib 7 or the first and the second outlet passage walls 3, 4.
  • relatively little coolant flows geodetically upwards into the coolant channel 2, so that the critical foot region of the dome 6 flows around more strongly with coolant and thus is better cooled.
  • a preferred thickness of the first and the second flow guide rib 7, 8 is between 3 and 10 mm.
  • the first and the second flow guide ribs 7, 8 are formed integrally with the cylinder head 1 in the same material.
  • the flow guide rib 7 and / or 8 can also be designed as an insert part or a cast-in component.
  • either a fuel injection valve and / or an ignition device can be arranged.
  • the second Strömungsleitrippe 8 may also be designed such that in the flow direction of the coolant, behind the gap between the Strömungsleitrippen 7, 8, no undercut is present, d. H. a wall thickness of the dome 6 behind the gap, geodetically above the second flow guide rib 8 is substantially constant.
  • Fig. 4 can be seen how the improved flow of the dome 6 is further improved with coolant. While in the prior art the valve seat rings of the gas exchange outlet valves are gland-shaped radially surrounded, according to the invention a short circuit flow between the first inflow opening 2 'and the second and the third inflow opening 2 ", 2'" avoided. Otherwise, the same applies as the execution too Fig. 2 ,
  • Fig. 5 shows the top view of a three-dimensional cutout of the cylinder head 1 in the region of the first and the second outlet channel wall 3, 4.
  • Darg President is the gusset region 5, to which the first flow guide rib 7 is formed.
  • the dome 6 is arranged in the direction of the inlet side.
  • the second flow guide rib 8 which extends in the direction of the first flow guide rib 7.
  • Fig. 6 shows a section through an inventively designed cylinder head 1 for a second embodiment in a first manufacturing variant. Shown is the region of the first flow guide rib 7 with the coolant channel 2 surrounding the first flow guide rib 7.
  • the first flow guide rib 7 has a short-circuit opening 12 through which the coolant flows. A flow direction of the coolant is shown schematically by arrows. Due to the enlarged surface of the first flow guide rib 7, the cooling of the temperature-critical region is further improved.
  • the short-circuit opening 12 during the casting process of the cylinder head ie non-cutting, mitgegossen
  • Fig. 7 shows the same section through the inventively designed cylinder head as Fig. 6 , but for a second production variant.
  • the short-circuit opening 12 is made by drilling, ie machining. A milled short-circuit opening 12 can also be produced.
  • a first flow guide rib 7 in the gusset 5 between the outlet channels and a second flow guide 8 on the dome 6 is proposed.
  • the two branches are closed to the lateral crossings 2 ", 2 ''' Flow guide rib 8 am Dom 6 is routed between the exhaust valves and the Dom 6.
  • the first Strömungsleitrippe 7 between the exhaust ports is made very thin, on the one hand to influence the stiffness of the cylinder head 1 only slightly and not to disturb the flow of coolant on the upper deck of the coolant jacket on the other hand.
  • the second flow guide rib 8 on the dome 6 and the first flow guide rib 7 between the outlet channels are separated from each other by a thin gap. This allows a reduced flow of the coolant from bottom to top.
  • the second flow guide rib 8 on the dome 6 is not connected to the outlet channels, so that channel cracks can be avoided.
  • the coolant flow of the central passage 2 ' can be directed as desired and a component temperature reduction can be achieved, which leads to a substantial increase in fatigue strength.
  • the production of the casting core is facilitated by the division of the flow guide ribs 7, 8.
  • the first flow guide rib 7, for example, mitgeformt between the outlet channels with a lateral slide.
  • the second flow guide rib 8 on the dome 6 can be produced, for example, by an insert in the region of the inlet channels or by a slide which is integrated in the upper or lower half of the core tool.
  • the width and the shape of the two Strömungsleitrippen 7, 8 can also be easily adapted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Patentschrift PS 35 16 453 C2 hingewiesen, in der ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Zylinderreihe einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine beschrieben ist. In diesem Zylinderkopf sind Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslasskanäle mit Gaswechselventilen, sowie eine in einem Dom angeordnete Bohrung zur Aufnahme einer Zündkerze oder eines Einspritzventils vorgesehen. Ferner weist der Zylinderkopf Kühlflüssigkeitsräume auf, die von den Wänden der Brennräume begrenzt sind und durch die sich die Einlass- und Auslasskanäle sowie der Dom erstrecken. Die Kühlflüssigkeitsräume weisen Zuflussöffnungen im Zylinderkopfboden auf und stehen mit Kühlräumen im Zylinderblock in Verbindung. Die Kühlflüssigkeitsräume für die einzelnen Brennräume sind derart voneinander getrennt, dass jeder Kühlflüssigkeitsraum von einem einzigen, den Dom umgebenden Ringraum gebildet ist, der lediglich von den Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslasskanälen und den Ventilführungen für das oder die Gaswechselsauslassventile durchsetzt ist. Die Umfangswand des Ringraumes weist sich in Richtung auf den Dom erstreckende vertikale Rippen auf. Der Abflusskanal von jedem Ringraum mündet in einen Abflusssammelkanal, der sich längs des Zylinderkopfes erstreckt.
  • Weiter ist ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine für den BMW Reihensechszylinder-Dieselmotor mit der BMW internen Bezeichnung M 57 bekannt, der seit mehreren Jahren beispielsweise in der BMW 3er-Reihe verbaut wird und von dem die vorliegende Erfindung ausgeht. Der Zylinderkopf ist für eine Vierventil-Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei der Zylinderkopf Gaswechseleinlasskanäle und Gaswechselauslasskanäle aufweist. Die Gaswechselauslasskanäle sind wie die Gaswechseleinlasskanäle paarweise angeordnet und bilden zur Zylinderkopfwandung hin einen gemeinsamen einzigen Abgasauslasskanal. Die Gaswechselauslasskanäle werden von Auslasskanalwandungen gebildet, die einlassseitig einen Zwickel bilden. Benachbart zum Zwickel, weiter in Richtung Einlassseite des Zylinderkopfes, ist ein Dom mit einer Bohrung angeordnet, in dem das Kraftstoffeinspritzventil angeordnet ist. Der Dom und die Auslasskanalwandungen sind weitgehend von einem Kühlmittelkanal umströmt, der durch drei Zulaufbohrungen in einer Zylinderkopftrennebene aus dem Kurbelgehäuse mit Kühlmittel beaufschlagt ist. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine strömt das Kühlmittel durch die drei Kühlmittelzuströmöffnungen in den Zylinderkopf, umströmt brillenförmig die Auslasskanalwandungen sowie den Bereich der Ventilsitzringe und strömt weiter in Richtung Dom. Ausgehend von dem Dom strömt das Kühlmittel weiter in Richtung Einlassseite des Zylinderkopfes und zurück in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine.
  • Aus US 2002/0129776 A1 ist ein Zylinderkopf bekannt, in dem eine erste, sich in Richtung Dom erstreckende Strömungleitrippe angeordnet ist.
  • Auch wenn der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf keine Nachteile aufweist, kann es sein, dass sich bei einer weiteren Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine im Bereich des Doms ein heißer Bereich ausbildet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Maßnahme aufzuzeigen, um eine noch bessere Kühlung des Domes zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die geometrischen Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche 2 und 3 sind besonders bevorzugte Größenbereiche.
  • Die Herstellung des Zylinderkopfes erfolgt besonders bevorzugt gemäß Patentanspruch 4.
  • Mit der Ausgestaltung gem. Patentanspruch 5 wird die Kühloberfläche vergrößert, wodurch die Kühlwirkung nochmals verbessert wird.
  • Die Herstellung der Kurzschlussöffnung kann gem. Patentanspruch 6 spanlos, z. B. mit einem Gießverfahren oder spanend, z. B. durch Bohren oder Fräsen erfolgen.
  • In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7 entweder für eine selbstzündende Brennkraftmaschine, die nach dem Dieselprinzip arbeitet oder für eine Otto-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung verwendet werden.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand des Standes der Technik und zweier besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen in sieben Figuren näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt einen Schnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderkopf.
    Fig. 2
    zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines Gusskernes für einen Kühlmittelkanal des aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderkopfes.
    Fig. 3
    zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf für ein erstes Ausführungsbeispiel.
    Fig. 4
    zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines Gusskernes für den erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf.
    Fig. 5
    zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Abschnitt des erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopfs.
    Fig. 6
    zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf für ein zweites Ausführungsbeispiel in einer ersten Herstellungsvariante.
    Fig. 7
    zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf für das zweite Ausführungsbeispiel in einer zweiten Herstellungsvariante.
  • In den Fig. 1 bis 7 gelten für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf 1 senkrecht zu seiner Längsachse durch einen Dom 6 zur Aufnahme eines Brennstoffeinspritzventils in einer Bohrung 11. Der Zylinderkopf 1 weist einen Kühlmittelkanal 2 auf, dessen dreidimensionale Geometrie in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 1 ist eine geschnittene Fläche schraffiert dargestellt. Der Zylinderkopf 1 ist für eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit zwei Gaswechseleinlass- und zwei Gaswechselauslassventilen vorgesehen und weist einen Auslasskanal mit einer ersten Auslasskanalwandung 3 und einer zweiten Auslasskanalwandung 4 auf. Die erste und die zweite Auslasskanalwandung 3, 4 verschmelzen im Bereich eines Gasaustrittes aus dem Zylinderkopf 1 zu einem gemeinsamen Auslasskanal 9. Die erste und zweite Auslasskanalwandung 3, 4 bilden einlassseitig, auf der dem Kühlmittelkanal 2 zugewandten Seite miteinander einen Zwickel 5. Beabstandet von dem Zwickel 5 ist in Richtung einer Einlassseite des Zylinderkopfes 1 der Dom 6 angeordnet.
  • Ausgehend von einer einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse zugewandten Zylinderkopftrennebene 1' weist der Zylinderkopf 1 eine erste Einströmöffnung 2' auf, die mittig zwischen der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung 3, 4 angeordnet ist. In dieser ersten Einströmöffnung 2' strömt Kühlmittel aus dem Kurbelgehäuse in den Zylinderkopf 1. Eine Kühlmittelströmung ist in den Fig. 1 bis 4 schematisch mit Pfeilen dargestellt. Anschließend strömt das Kühlmittel weiter am Dom 6 vorbei in Richtung Einlassseite des Zylinderkopfes 1 und zurück in das nicht dargestellte Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine.
  • Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines Gusskernes für den Kühlmittelkanal 2 des aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderkopfes 1. In Fig. 2 ist erkennbar, dass benachbart zur ersten Einströmöffnung 2' jeweils geodätisch unter der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung 3, 4 eine zweite und eine dritte Einströmöffnung 2", 2"' für den Kühlmittelkanal 2 vorgesehen ist. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Kühlmittel von einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe durch die drei Einströmöffnungen 2', 2", 2''' in den Zylinderkopf 1 gepumpt, wobei der Bereich radial um nicht dargestellten Ventilsitzringe, sowie der radial äußere Bereich der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung 3, 4 gekühlt wird. Von dort fließt das Kühlmittel, wie zuvor beschrieben in Richtung Dom 6 und anschließend weiter in Richtung Einlassseite des Zylinderkopfes 1.
  • Wird die Leistung der Brennkraftmaschine erheblich gesteigert, kann es sein, dass sich bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderkopf 1 im unteren Bereich des Doms 6 ein heißer Bereich 10 ausbildet.
  • In den Fig. 3 und 4 ist der gleiche Zylinderkopf 1 aus den Fig. 1 und 2 nochmals dargestellt, jedoch mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kühlmittelkanals 2. Fig. 3 zeigt den gleichen Schnitt wie Fig. 1, Fig. 4 zeigt die gleiche Aufsicht auf den Abschnitt des Gusskernes für den Kühlmittelkanal 2 wie Fig. 2.
  • In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäß an den Zwickelbereich 5 angeformte erste Strömungsleitrippe 7 mit Ausrichtung zum Dom 6 dargestellt. Weiter ist an den Dom 6 eine zweite Strömungsleitrippe 8 angeformt, die sich in Richtung der ersten Strömungsleitrippe 7 erstreckt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, dass zwischen der zweiten Strömungsleitrippe 8 und der ersten Strömungsleitrippe 7, bzw. der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung 3, 4 ein Strömungsspalt mit einer Breite zwischen 2 und 10 mm ausgebildet ist. Hierdurch wird erzielt, dass verhältnismäßig wenig Kühlmittel geodätisch nach oben in den Kühlmittelkanal 2 strömt, so dass der kritische Fußbereich des Doms 6 stärker mit Kühlmittel umströmt und somit besser gekühlt ist.
  • Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Ausbildung eines heißen Bereiches 10, wie er sich in dem zitierten Stand der Technik bei einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine bilden kann, vermieden. Eine bevorzugte Dicke der ersten und der zweiten Strömungsleitrippe 7, 8 beträgt zwischen 3 und 10 mm. In dem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Strömungsleitrippe 7, 8 einstückig und materialeinheitlich mit dem Zylinderkopf 1 ausgebildet. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Strömungsleitrippe 7 und/oder 8 auch als ein Einlegeteil bzw. ein eingegossenes Bauteil ausgebildet sein. In den Dom 6 kann entweder ein Brennstoffeinspritzventil und/oder eine Zündeinrichtung angeordnet werden. Somit ist es möglich, die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zylinderkopfes 1 sowohl für selbstzündende Brennkraftmaschinen als auch für fremd gezündete Brennkraftmaschinen zu verwenden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die zweite Strömungsleitrippe 8 auch derart ausgeführt sein, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels, hinter dem Spalt zwischen den Strömungsleitrippen 7, 8, keine Hinterschneidung vorhanden ist, d. h. eine Wandstärke des Domes 6 hinter dem Spalt, geodätisch oberhalb der zweiten Strömungsleitrippe 8 weitgehend konstant ist.
  • In Fig. 4 ist ersichtlich, wie die verbesserte Anströmung des Domes 6 mit Kühlmittel nochmals verbessert ist. Während im Stand der Technik die Ventilsitzringe der Gaswechselauslassventile brillenförmig radial umspült sind, ist erfindungsgemäß eine Kurzschlussströmung zwischen der ersten Einströmöffnung 2' und der zweiten sowie der dritten Einströmöffnung 2", 2'" vermieden. Ansonsten gilt das gleiche wie die Ausführung zu Fig. 2.
  • Fig. 5 zeigt die Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Ausschnitt des Zylinderkopfes 1 im Bereich der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung 3, 4. Dargstellt ist der Zwickelbereich 5, an den die erste Strömungsleitrippe 7 angeformt ist. Ausgehend vom Zwickel 5 ist der Dom 6 in Richtung Einlassseite angeordnet. An den Dom 6 ist die zweite Strömungsleitrippe 8 angeformt, die sich in Richtung der ersten Strömungsleitrippe 7 erstreckt.
  • Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel in einer ersten Herstellungsvariante. Dargestellt ist der Bereich der ersten Strömungsleitrippe 7 mit dem die erste Strömungsleitrippe 7 umgebenen Kühlmittelkanal 2. Bei diesem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die erste Strömungsleitrippe 7 eine Kurzschlussöffnung 12 auf, durch die das Kühlmittel strömt. Eine Strömungsrichtung des Kühlmittels ist durch Pfeile schematisch dargestellt. Durch die vergrößerte Oberfläche der ersten Strömungsleitrippe 7, wird die Kühlung des temperaturkritischen Bereichs nochmals verbessert. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kurzschlussöffnung 12 beim Gießvorgang des Zylinderkopfes, d. h. spanlos, mitgegossen
  • Fig. 7 zeigt den gleichen Schnitt durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf wie Fig. 6, jedoch für eine zweite Herstellungsvariante. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kurzschlussöffnung 12 durch Bohren, d. h. spanend hergestellt. Auch eine gefräste Kurzschlussöffnung 12 ist herstellbar.
    • Zusammengefasst kann mit anderen Worten gesagt werden:
  • Um die Strömung des Kühlmittels im besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wie gewünscht zu leiten, wird eine erste Strömungsleitrippe 7 im Zwickel 5 zwischen den Auslasskanälen und eine zweite Strömungsleitrippe 8 am Dom 6 vorgeschlagen. Des Weiteren werden im Kühlmitteleinströmbereich an den Ventilsitzringen die beiden Abzweiger zu den seitlichen Übertritten 2", 2''' geschlossen. Durch die erste Strömungsleitrippe 7 zwischen den Auslasskanälen wird die Hauptkühlmittelmenge des mittleren Übertritts 2' zum Dom 6 und dann weiter mit Hilfe der zweiten Strömungsleitrippe 8 am Dom 6 zwischen den Auslassventilen und den Dom 6 geleitet. Die erste Strömungsleitrippe 7 zwischen den Auslasskanälen ist sehr dünn ausgeführt, um einerseits die Steifigkeit des Zylinderkopfes 1 nur gering zu beeinflussen und zum anderen die Kühlmittelströmung am Oberdeck des Kühlmittelmantels nicht zu stören. Die zweite Strömungsleitrippe 8 am Dom 6 und die erste Strömungsleitrippe 7 zwischen den Auslasskanälen sind durch einen dünnen Spalt von einander getrennt. Dieser ermöglicht eine reduzierte Strömung des Kühlmittels von unten nach oben. Die zweite Strömungsleitrippe 8 am Dom 6 ist nicht an den Auslasskanälen angebunden, damit Kanalrisse vermieden werden können.
  • Durch die beiden Strömungsleitrippen 7, 8 am Dom 6 zwischen den Auslasskanälen kann die Kühlmittelströmung des mittleren Übertritts 2' wie gewünscht gelenkt und eine Bauteiltemperaturabsenkung erreicht werden, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Dauerfestigkeit führt.
  • Die Herstellung des Gusskerns wird durch die Zweiteilung der Strömungsleitrippen 7, 8 erleichtert. Durch eine geeignete Wahl der Zugrichtung kann die erste Strömungsleitrippe 7 beispielsweise zwischen den Auslasskanälen mit einem seitlichen Schieber mitgeformt werden. Die zweite Strömungsleitrippe 8 am Dom 6 kann beispielsweise durch ein Einlegeteil im Bereich der Einlasskanäle oder über einen Schieber, welcher in der Ober- oder Unterhälfte des Kernwerkzeuges integriert ist, hergestellt werden. Die Breite und die Form der beiden Strömungsleitrippen 7, 8 kann dadurch ebenfalls leicht angepasst werden.
  • Durch die Ausführung der Strömungsleitrippe 8 ohne Hinterschneidung kann der Gusskern wie bisher als Ober- und Unterteil mit einem Auslassschieber gefertigt werden. Dadurch wird kein zusätzlicher Schieber benötigt.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1.
    Zylinderkopf
    1'
    Zylinderkopftrennebene
    2.
    Kühlmittelkanal
    2'
    erste Einströmöffnung
    2"
    zweite Einströmöffnung
    2'''
    dritte Einströmöffnung
    3.
    erste Auslasskanalwandung
    4.
    zweite Auslasskanalwandung
    5.
    Zwickelbereich
    6.
    Dom
    7.
    erste Strömungsleitrippe
    8.
    zweite Strömungsleitrippe
    9.
    Auslasskanal
    10.
    heißer Bereich
    11.
    Bohrung
    12.
    Kurzschlussöffnung

Claims (7)

  1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einer ersten und einer zweiten, benachbart zueinander angeordneten, abschnittsweise ineinander übergehende, von einem Kühlmittelkanal (2) umgebenen Auslasskanalwandung (3, 4) für zwei Auslass-Gaswechselventile, wobei beabstandet von einem einlasseitigen, von den Auslasskanalwandungen (3, 4) gebildeter Zwickelbereich (5) ein zumindest teilweise von dem Kühlmittelkanal (2) umgebener Dom (6) angeordnet ist für ein weitgehend mittig zu einem von dem Zylinderkopf (1) abgedeckten Brennraum anordenbares Brennkraftmaschinenbauteil und wobei der Kühlmittelkanal (2) eine erste, weitgehend mittig zwischen der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung (3, 4) angeordnete Einströmöffnung (2') und eine zweite und eine dritte, von der ersten Einströmöffnung (2') diametral beabstandete Einströmöffnung (2", 2"') in einer Zylinderkopftrennebene (1') aufweist und sich ausgehend von der ersten Einströmöffnung (2') weitgehend über den Brennraum und zwischen der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung (3, 4) in Richtung Dom (5) erstreckt und ausgehend von der zweiten und der dritten Einströmöffnung (2", 2"') weitgehend über den Brennraum und radial um die erste und die zweite Auslasskanalwandung (3, 4) in Richtung Dom (6) erstreckt und ausgehend von dem Dom (6) in Richtung Einlassseite des Zylinderkopfes (1) erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwickelbereich (5) eine erste, sich in Richtung Dom (6) erstreckende Strömungsleitrippe (7) angeordnet ist und an den Dom (6) eine zweite, zu der ersten Strömungsleitrippe (7) korrespondierende Strömungsleitrippe (8) angeordnet ist.
  2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine lichte Weite zwischen der zweiten Strömungsleitrippe (8) und der ersten Strömungsleitrippe (7) und der ersten und der zweiten Auslasskanalwandung (3, 4) zwischen 2 und 10 mm beträgt.
  3. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Patentanspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der ersten und der zweiten Strömungsleitrippe (7, 8) zwischen 3 und 10 mm beträgt.
  4. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Strömungsleitrippe (7, 8) einstückig und materialeinheitlich mit dem Zylinderkopf (1) sind.
  5. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Strömungsleitrippe (7, 8) eine Kurzschlussöffnung (12) aufweist.
  6. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussöffnung (12) spanlos oder spanend herstellbar ist.
  7. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brennkraftmaschinenbauteil ein Brennstoffeinspritzventil und/oder eine Zündeinrichtung ist.
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