WO2005088111A1 - Wassergekühlter zylinderkopf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Wassergekühlter zylinderkopf für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO2005088111A1
WO2005088111A1 PCT/EP2005/002345 EP2005002345W WO2005088111A1 WO 2005088111 A1 WO2005088111 A1 WO 2005088111A1 EP 2005002345 W EP2005002345 W EP 2005002345W WO 2005088111 A1 WO2005088111 A1 WO 2005088111A1
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WO
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cylinder head
cooling
coolant
inlet
water
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/002345
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Betsch
Bernhard Jutz
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/12—Arrangements for cooling other engine or machine parts
    • F01P3/14—Arrangements for cooling other engine or machine parts for cooling intake or exhaust valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/024—Cooling cylinder heads
    • 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 
    • F02F2001/008—Stress problems, especially related to thermal stress

Definitions

  • the invention relates to a water-cooled cylinder head for a multi-cylinder internal combustion engine having a coolant space between a cylinder head floor and an overlying cylinder head roof, with the coolant space passing through the gas exchange channels emanating from valve openings within a combustion chamber portion in the cylinder head floor and open out in side walls of the cylinder head, further with a cooling hole for each Combustion chamber section, which consists of two lying substantially within the plane of the cylinder head floor cooling bore sections, each extending from a side wall of the cylinder head in the direction of combustion chamber center in a gas exchange channels limited land area and are interconnected in the web area and the inlet opening for coolant and an outlet opening for the passage of the coolant into the coolant space, according to the features of the preamble of claim 1.
  • a generic water-cooled cylinder head is known.
  • the V-shaped cooling bores are connected with their own inlet opening to separate transfer openings and open at their V Tip in a cooling channel, which extends between the gas exchange channels and then empties into the coolant space.
  • the transfer openings have additional flow bores from which the coolant can be directed to the injection nozzle housing or the outlet channels.
  • the disadvantage is that the entire amount of coolant is introduced exclusively through cooling holes in the coolant chamber of the cylinder head. Due to the limited cross sections of the cooling holes so that only a good cooling in certain local area is possible; but not a large-scale cooling throughout the coolant space. Such a cooling system is therefore only suitable for low-loaded and large-volume internal combustion engines.
  • a water-cooled cylinder head is known in which for cooling of each combustion chamber section X-shaped cooling holes extend from a side surface of the cylinder head from between the exhaust ports and approximately laterally in combustion chamber center between the exhaust and inlet channels. In this cooling system, cooling is also determined by the cross-section of the cooling holes.
  • the cooling of the cylinder head depends on the flow rate of coolant through the cooling holes. Since with regard to a compact design, the cross sections of the cooling holes, especially in the web area can not be chosen arbitrarily large, the cooling capacity is limited by a limited flow rate, or it is a larger pump power required by a higher To convey coolant quantity with a higher coolant pressure through the cooling holes.
  • the invention has for its object to make the cooling holes in the generic cylinder head such that optimum cooling of the land area between the gas exchange channels with low flow and high coolant flow rate is achieved.
  • the cooling holes according to the invention are used exclusively for cooling the web area between the gas exchange channels and arranged in the land area facilities, such as glow plugs and fuel injectors; while all remaining elements of the cylinder head are cooled separately therefrom by a main coolant amount.
  • the invention results in a single V-shaped cooling bore with a common inlet and outlet opening, which is space-saving due to its V-shape and therefore suitable for optimal cooling of the land area.
  • the exit opening can be located away from the land area in a zone of the coolant space at a low pressure level. Such a position of the outlet opening leads to an optimal pressure gradient between the inlet and the outlet opening, due to the relatively high flow • speeds in the cooling hole can be achieved, which also improves the cooling.
  • the coolant which has been cooled back in the cooler is normally conveyed into the coolant jacket of the cylinder housing.
  • the coolant enters an inlet side of the cylinder, flows around it and is then conveyed from the outlet side of the coolant jacket through at least one transfer opening in the cylinder head into the coolant space there. The transition into the cylinder head takes place mostly from the outlet side.
  • the cooling hole is arranged in the cylinder head floor on the inlet side.
  • the inlet opening communicates with the inlet side in the coolant jacket of the cylinder block, and thus coolant with a lower temperature than on the outlet side passes into the cooling hole, whereby the cooling effect is further improved.
  • a particularly high flow velocity in the cooling bore is achieved when the outlet opening opens into the coolant chamber at a distance from the web region outside the combustion chamber section on the inlet side.
  • FIG. 1 is a partial view of the cylinder head with the cooling bores according to the invention in a view of the cylinder head floor.
  • FIG. 2 shows the cooling bore section with the inlet opening in an enlarged sectional view from the cooling bore according to the section II-II from FIG. 1;
  • FIG. 1 is a partial view of the cylinder head with the cooling bores according to the invention in a view of the cylinder head floor.
  • FIG. 2 shows the cooling bore section with the inlet opening in an enlarged sectional view from the cooling bore according to the section II-II from FIG. 1;
  • the cylinder head 1 partially shown in the figures has a cylinder head bottom 2, which is bounded by housing walls, of which an end wall 3 and the two side walls 4 and 5 are shown. Together with the cylinder head base 2, the housing walls enclose a coolant space 6, which is separated from an overlying, not shown camshaft space by a cylinder head cover.
  • the cylinder head floor 2 contains combustion chamber sections 7, 8, which are marked by dash-dotted lines.
  • combustion chamber sections 7, 8 there are two inlet openings 9, 10 for the inlet valves, two outlet openings 11, 12 for the outlet valves, a central bore 13 for an injection injector or a spark plug, and a receiving bore 14 for, for example, a glow plug.
  • the valve openings within the combustion chamber sections 7, 8 have a position according to which the inlet openings 9, 10 are arranged on one side of a longitudinal central axis 15 and the outlet openings 11, 12 on the other side thereof.
  • outlet channels 18, 19 which pass through the coolant space 6 in the direction of the side walls 4, 5, and of which the inlet channels 16, 17 in the side wall 4 and outlet channels open in the side wall 5.
  • the cylinder head 1 rests on a cylinder housing 20 and covers with its combustion chamber sections the cylinders arranged in the cylinder housing, wherein FIG. 2 shows in detail how the combustion chamber section 7 covers a cylinder 21.
  • the cylinder 21 is surrounded by a coolant jacket 22, in which on an inlet side 22a coolant is conveyed from a cooler, which leaves after flowing around the cylinder 21 on an outlet side 22b the coolant jacket 22 through a transfer opening 23 in the cylinder head bottom 2 and into the coolant chamber 6 in Cylinder head 1 overflowed.
  • the transfer opening 23 is arranged in the cylinder head bottom 2 below the outlet channels 18, 19, which surround the combustion chamber section 7 on the outside as a curved slot at a distance. The same arrangement results for all other combustion chamber sections.
  • the coolant flows through the coolant chamber 6 substantially in the cylinder head transverse direction, thereby cooling the combustion chamber sections 7, 8 and all internals, including the web regions 24 lying between the inlet ports 16, 17 and the web regions 25 lying between the exhaust ports 18, 19 Approximately after the inlet openings 9, 10 flow around, the coolant flow changes direction and changes from a transverse flow into a longitudinal flow, so that in the areas of the coolant space 6 which is traversed by the inlet channels 16, 17, essentially a longitudinal flow prevails , In this case, the longitudinal flow is caused by the outlet opening, which on the opposite side of the transfer openings 23 of the coolant chamber 6 in the not further shown end face of the cylinder head. 1 is provided and through which the coolant leaves the cylinder head 1 in the direction of a radiator.
  • the main cooling of the cylinder head 1 is performed by the flowing through the transfer openings 23 in the coolant chamber 6 main coolant quantity. It is important that the highly loaded web portions 24 and 25 are cooled intensively to avoid cracking.
  • a V-shaped cooling bore 26 is proposed for optimum cooling of the web region 24.
  • the V-shaped cooling bore 26 consists of twodebohrungs- sections 26 a and 26 b, which are introduced from the side wall 4 in the plane of the cylinder head floor 2 extending.
  • the cooling bore sections 26a and 26b produced by drilling, for example, run at an angle to one another in such a way that they meet in the web region 24 between the inlet openings 9, 10 with a smallest possible distance from the receiving bore 14 in a point 27.
  • the cooling bore 26 is connected separately from the main coolant flow via an inlet opening 28 in the bore section 26a directly to the coolant jacket 22 on its inlet side 22a.
  • an outlet opening 29 is provided in the bore section 26b, via which the cooling bore 26 is connected to the coolant space 6 in the region of the inlet channels 16, 17 or the longitudinal flow that forms.
  • the coolant can flow through the cooling hole 26, the cooling hole sections are closed in the region of the side wall 4 by plugs to the outside.
  • the web region 24 is thus cooled separately from the main coolant flow by a coolant partial flow, which is branched off directly from the coolant jacket 22 and after flowing through the cooling bore 26 through the outlet opening 29 the main coolant flow in Coolant space 6 is mixed.
  • the branching off of the partial flow takes place on the inlet side 22a of the coolant jacket 22 and thus of an area in which coolant coming directly from the cooler is present, and thus has a lower temperature than the coolant flowing into the cooling chamber 6 on the outlet side 22b.
  • the web region 24 can be cooled with coolant, which has a lower temperature than the coolant flowing with the main cooling flow through the coolant chamber 6.
  • the flow rate of coolant through the cooling bore 26, which is dependent inter alia on the pressure difference between the inlet opening 28 and the outlet opening 29, is important for optimum cooling of the bridge area 24.
  • the inlet opening 28 lies in the region of the inlet side 22a and thus becomes influenced by the coolant pressure on the inlet side 22a. Since the coolant enters the cooling system on the inlet side 22a, there is a relatively high coolant pressure.
  • the outlet opening 29 has connection to the coolant space 6 in an outflow area, from which the coolant leaves the cooling system and in which a lower pressure level prevails. Thus, the inlet opening 28 and the outlet opening 29 is in areas of the cooling system, between which largely the largest pressure gradient is given. Due to these pressure conditions, a very high coolant throughput through the cooling bore 22 is achieved. Overall, this leads to optimum cooling of the web region 24 by conveying a very high coolant quantity with a relatively low coolant temperature through the cooling bore 22.
  • the arrangement cooling bore 28 is not limited to the cooling of the web portion 24, but it is any other use of the cooling hole for cooling the cylinder head 1 and parts thereof is conceivable.
  • the invention is not limited to the use of a V-shaped cooling hole, but there are also modifications, such as a U-shaped or a curved design of the cooling hole 26 conceivable.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Zylinderkopf (1) für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelraum (6), der mit einer Hauptkühlmittelmenge aus dem Kühlmittelmantel (22) eines Zylindergehäuses (20) gekühlt wird. Der Zylinderkopf (1) umfasst ein weiteres Kühlsystem zur Kühlung des Stegbereiches (4,5) zwischen den Ventilöffnungen im Zylinderkopfboden (2). Vorgesehen ist eine Kühlbohrung (26), welche aus zwei V-förmig zu einander angeordneten Kühlbohrungsabschnitten (26a,26b)besteht, die sich von einer Seitenwand (4,5) aus in einen Stegbereich Kühlung des Stegbereiches (4,5) erfolgt getrennt von der Hauptkühlung des Zylinderkopfes (1) über die Kühlbohrung (26), die mit einer Eintrittsöffnung (28) unmittelbar an den Kühlmittelmantel (22) angeschlossen ist und die eine mit dem Kühlmittelraum (6) in Verbindung stehende Austrittsöffnung (29) hat.

Description

Wassergekühlter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelraum zwischen einem Zylinderkopfboden und einem darüber liegenden Zylinderkopfdach, mit den Kühlmittelraum durchsetzenden Gaswechselkanälen, die von Ventilöffnungen innerhalb eines Brennraumabschnittes im Zylinderkopfboden ausgehen und in Seitenwänden des Zylinderkopfes ausmünden, ferner mit einer Kühlbohrung für jeden Brennraumabschnitt, die aus zwei im wesentlich innerhalb der Ebene des Zylinderkopfbodens liegenden Kühlbohrungsabschnitten besteht, die sich jeweils von einer Seitenwand des Zylinderkopfes aus in Richtung Brennraummitte in einen von Gaswechselkanälen begrenzten Stegbereich erstrecken und im Stegbereich miteinander verbunden sind und die eine Eintrittsöffnung für Kühlmittel und eine Austrittsöffnung für den Übertritt des Kühlmittels in den Kühlmittelraum aufweisen, gemäß den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 15 76 726 AI ist ein gattungsgemäßer wassergekühlter Zylinderkopf bekannt. Um insbesondere eine gute Kühlung des Stegbereiches zwischen den Gaswechselkanälen zu erreichen, sind die V-förmig verlaufenden Kühlbohrungen mit einer eigenen Eintrittsöffnung an getrennte Übertrittsöffnungen angeschlossen und münden an ihrer V- Spitze in einen Kühlkanal, der sich zwischen den Gaswechselkanälen erstreckt und danach in den Kühlmittelraum ausmündet. Damit außerdem andere Bereiche des Zylinderkopfes gekühlt werden können, besitzen die Übertrittsöffnungen zusätzliche Strömungsbohrungen, von denen aus das Kühlmittel gezielt zum Einspritzdüsengehäuse oder den Auslasskanälen gelenkt werden kann.
Von Nachteil ist, das die gesamte Kühlmittelmenge ausschließlich durch Kühlbohrungen in den Kühlmittelraum des Zylinderkopfes eingeleitet wird. Durch die begrenzten Querschnitte der Kühlbohrungen ist damit nur eine gute Kühlung in bestimmten örtlichen Bereich möglich; nicht jedoch eine großflächige Kühlung im gesamten Kühlmittelraum. Ein derartiges Kühlsystem ist daher nur für niedrig belastete und großvolumige Brennkraftmaschinen geeignet.
Weiterhin aus der DE 38 02 886 AI ein wassergekühlter Zylinderkopf bekannt, bei dem zur Kühlung eines jeden Brennraumabschnittes X-förmig orientierte Kühlbohrungen von einer Seitenfläche des Zylinderkopfes aus sich zwischen den Auslasskanälen hindurch erstrecken und etwa in Brennraummitte seitlich zwischen den Auslass- und Einlasskanälen ausmünden. Bei diesem Kühlsystem wir die Kühlung ebenfalls durch den Querschnitt der Kühlbohrungen bestimmt.
Bei den bekannten Kühlsystemen ist von Nachteil, dass die Kühlung des Zylinderkopfes von der Durchflussmenge an Kühlmittel durch die Kühlbohrungen abhängt. Da im Hinblick auf eine kompakte Bauweise die Querschnitte der Kühlbohrungen, insbesondere im Stegbereich nicht beliebig groß gewählt werden können, ist die Kühlleistung durch eine begrenzte Durchflussmenge beschränkt, oder es ist eine größere Pumpleistung erforderlich um eine höhere Kühlmittelmenge mit einem höheren Kühlmitteldruck durch die Kühlbohrungen zu fördern.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Austrittsöffnungen der Kühlbohrungen in Zonen des Kühlmittelraumes münden, in denen noch ein relativ hohes Druckniveau vorliegt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit in den Kühlbohrungen beeinträchtigt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim gattungsgemäßen Zylinderkopf die Kühlbohrungen derart zu gestalten, dass eine optimale Kühlung des Stegbereiches zwischen den Gaswechselkanälen mit geringer Förderleistung und hoher Kühlmitteldurchsatzmenge erreicht wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Kühlbohrungen gemäß der Erfindung dienen ausschließlich der Kühlung des Stegbereiches zwischen den Gaswechselkanälen sowie von im Stegbereich angeordneter Einrichtungen, wie Glühkerzen und Kraftstoffinjektoren; während alle übrigen Elemente des Zylinderkopfes getrennt hiervon durch eine Hauptkühlmittelmenge gekühlt werden.
Durch die Erfindung ergibt sich eine einzige V-förmige Kühlbohrung mit einer gemeinsamen Eintritts- und Austrittsöffnung, die durch ihre V-Form platzsparend ist und deshalb für eine optimale Kühlung des Stegbereiches geeignet ist. Außerdem kann bei dieser Art der Kühlbohrung die Austrittsöffnung entfernt vom Stegbereich in einer Zone des Kühlmittelraumes mit einem niedrigen Druckniveau angeordnet werden. Eine derartige Lage der Austrittsöffnung führt zu einem optimalen Druckgefälle zwischen der Eintritts- und der Austrittsöffnung, durch das relativ hohe Strömungs- •geschwindigkeiten in der Kühlbohrung erzielt werden können, was die Kühlung ebenfalls verbessert.
Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen wird normalerweise das im Kühler rückgekühlte Kühlmittel in den Kühlmittelmantel des Zylindergehäuses gefördert. Dabei tritt das Kühlmittel auf einer Eintrittsseite der Zylinder ein, umströmt diese und wird danach von der Austrittsseite des Kühlmittelmantels aus durch mindestens eine Übertrittsöffnung im Zylinderkopf in den dortigen Kühlmittelraum gefördert. Der Übertritt in den Zylinderkopf erfolgt dabei meistens von der Auslassseite her.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Kühlbohrung im Zylinderkopfboden auf der Einlassseite angeordnet ist. Dadurch steht die Eintrittsöffnung mit der Eintrittsseite im Kühlmittelmantel des Zylinderblockes in Verbindung, und es gelangt somit Kühlmittel mit einer niedrigeren Temperatur als auf der Austrittsseite in die Kühlbohrung, wodurch die Kühlwirkung nochmals verbessert wird. Eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Kühlbohrung wird erreicht, wenn die Austrittsöffnung mit Abstand vom Stegbereich außerhalb des Brennraumabschnittes auf der Einlassseite in den Kühlmittelraum mündet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 in einer Teildarstellung den Zylinderkopf mit den erfindungsgemäßen Kühlbohrungen in einer Ansicht auf den Zylinderkopfboden; Fig. 2 von der Kühlbohrung den Kühlbohrungsabschnitt mit der Eintrittsöffnung in einer vergrößerten Schnittdarstellung gemäß dem Schnitt II-II aus Fig. 1;
Fig. 3 von der Kühlbohrung den Kühlbohrungsabschnitt mit der Austrittsöffnung in einer vergrößerten Schnittdarstellung gemäß dem Schnitt III-III aus Fig. 1.
Der in den Fig. teilweise dargestellte Zylinderkopf 1 weist einen Zylinderkopfboden 2 auf, der von Gehäusewänden begrenzt ist, von denen eine Stirnwand 3 und die beiden Seitenwänden 4 und 5 dargestellt sind. Zusammen mit dem Zylinderkopfboden 2 schließen die Gehäusewände einen Kühlmittelraum 6 ein, der von einem darüber liegenden nicht gezeigten Nockenwellenraum durch eine Zylinderkopfdecke getrennt ist.
Der Zylinderkopfboden 2 enthält Brennraumabschnitte 7,8, die durch strichpunktierte Linien markiert sind. Innerhalb eines jeden Brennraumabschnittes 7,8 sind zwei Einlassöffnungen 9,10 für die Einlassventile, zwei Auslassöffnungen 11,12 für die Auslassventile, eine im Zentrum gelegene Bohrung 13 für einen Einspritzinjektor oder eine Zündkerze und eine Aufnahmebohrung 14 für beispielsweise eine Glühkerze angeordnet. Dabei haben die Ventilöffnungen innerhalb der Brennraumabschnitte 7,8 eine Lage, gemäß der die Einlassöffnungen 9,10 auf der einen Seite einer Längsmittelachse 15 und die Auslassöffnungen 11,12 auf deren anderen Seite angeordnet sind.
Von den Einlassöffnungen 9,10 gehen Einlasskanäle 16,17 und von den Auslassöffnungen 11,12 Auslasskanäle 18,19 aus, welche den Kühlmittelraum 6 in Richtung der Seitenwände 4,5 durchqueren und von denen die Einlasskanäle 16,17 in der Seitenwand 4 und Auslasskanäle in der Seitenwand 5 münden. Gemäß Fig. 2 sitzt der Zylinderkopf 1 auf einem Zylindergehäuse 20 auf und deckt mit seinen Brennraumabschnitten die im Zylindergehäuse angeordneten Zylinder ab, wobei Fig. 2 im Einzeln zeigt, wie der Brennraumabschnitt 7 einen Zylinder 21 abdeckt.
Der Zylinder 21 ist von einem Kühlmittelmantel 22 umgeben, in den auf einer Eintrittsseite 22a Kühlmittel aus einem Kühler gefördert wird, das nach Umströmen des Zylinders 21 auf einer Austrittsseite 22b den Kühlmittelmantel 22 durch eine Übertrittsöffnung 23 im Zylinderkopfboden 2 verlässt und in den Kühlmittelraum 6 im Zylinderkopf 1 überströmt. Die Übertrittsöffnung 23 ist im Zylinderkopfboden 2 unterhalb der Auslasskanäle 18,19 angeordnet, die als bogenförmiger Schlitz den Brennraumabschnitt 7 außen mit Abstand umgibt. Die gleiche Anordnung ergibt sich für alle weiteren Brennraumabschnitte .
Von der Übertrittsöffnung 23 aus durchströmt das Kühlmittel den Kühlmittelraum 6 im wesentlich in Zylinderkopf- querrichtung und kühlt dabei die Brennraumabschnitte 7,8 sowie sämtliche Einbauten einschließlich der zwischen den Einlasskanälen 16,17 liegenden Stegbereiche 24 und der zwischen den Auslasskanälen 18,19 liegenden Stegbereiche 25. Etwa nach Umströmung der Einlassöffnungen 9,10 ändert die Kühlmittel-Strömung ihre Richtung und geht von einer Querströmung in eine Längsströmung über, so dass in den Bereichen des Kühlmittelraumes 6, der von den Einlasskanälen 16,17 durchquert wird, im wesentlichen eine Längsströmung vorherrscht. Dabei wird die Längsströmung von der Austrittsöffnung verursacht, die auf der den Übertrittsöffnungen 23 gegenüberliegenden Seite des Kühlmittelraumes 6 in der nicht dargestellten weiteren Stirnseite des Zylinderkopfes 1 vorgesehen ist und durch welche das Kühlmittel den Zylinderkopf 1 in Richtung eines Kühlers verlässt.
Die Hauptkühlung des Zylinderkopfes 1 wird von der durch die Übertrittsöffnungen 23 in den Kühlmittelraum 6 einströmenden Hauptkühlmittelmenge geleistet. Wichtig ist dabei, dass die hochbelasteten Stegbereiche 24 und 25 intensiv gekühlt werden, um Rissbildung zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung wird zur optimalen Kühlung des Stegbereiches 24 eine V-förmige Kühlbohrung 26 vorgeschlagen. Die V-förmige Kühlbohrung 26 besteht aus zwei Kühlbohrungs- abschnitten 26a und 26b, die von der Seitenwand 4 aus in der Ebene des Zylinderkopfbodens 2 verlaufend eingebracht sind. Die beispielsweise durch Bohren hergestellten Kühlbohrungs- abschnitte 26a und 26b verlaufen dabei so schräg zu einander, dass sie sich im Stegbereich 24 zwischen den Einlassöffnungen 9, 10 mit einem möglichst kleinen Abstand von der Aufnahmebohrung 14 entfernt in einer Spitze 27 treffen. Die Kühlbohrung 26 ist getrennt vom Hauptkühlmittelstrom über eine Eintrittsöffnung 28 im Bohrungsabschnitt 26a unmittelbar an den Kühlmittelmantel 22 auf dessen Eintrittsseite 22a angeschlossen. Des weiteren ist im Bohrungsabschnitt 26b eine Austrittsöffnung 29 vorgesehen, über welche die Kühlbohrung 26 mit dem Kühlmittelraum 6 im Bereich der Einlasskanäle 16,17 bzw. der sich ausbildenden Längsströmung verbunden ist. Damit das Kühlmittel durch die Kühlbohrung 26 strömen kann, sind die Kühlbohrungsabschnitte im Bereich der Seitenwand 4 durch Stopfen nach außen verschlossen.
Der Stegbereich 24 wird somit getrennt vom Hauptkühlmittelstrom durch einen Kühlmittel-Teilstrom gekühlt, der unmittelbar aus dem Kühlmittelmantel 22 abgezweigt wird und der nach Durchströmen der Kühlbohrung 26 durch die Austrittsöffnung 29 dem Hauptkühlmittelstrom im Kühlmittelraum 6 beigemischt wird. Dabei erfolgt die Abzweigung des Teilstromes auf der Eintrittsseite 22a des Kühlmittelmantels 22 und damit aus einem Bereich in dem unmittelbar aus dem Kühler kommendes Kühlmittel vorliegt, und das damit eine niedrigere Temperatur aufweist als das an der Austrittsseite 22b in den Kühlraum 6 überströmende Kühlmittel. Dadurch kann der Stegbereich 24 mit Kühlmittel gekühlt werden, das eine niedrigere Temperatur besitzt als das mit dem Hauptkühlstrom durch den Kühlmittelraum 6 strömende Kühlmittel.
Neben der Kühlmitteltemperatur ist für eine optimale Kühlung des Stegbereiches 24 die Durchflussmenge an Kühlmittel durch die Kühlbohrung 26 von Bedeutung, die unter anderem abhängig ist vom Druckunterschied zwischen der Eintrittsöffnung 28 und der Austrittsöffnung 29. Die Eintrittsöffnung 28 liegt im Bereich der Eintrittsseite 22a und wird somit vom Kühlmitteldruck auf der Eintrittsseite 22a beeinflusst. Da auf der Eintrittsseite 22a das Kühlmittel in das Kühlsystem eintritt, liegt dort ein relativ hoher Kühlmitteldruck vor. Die Austrittsöffnung 29 hat Verbindung zum Kühlmittelraum 6 und zwar in einem abströmigen Bereich, von dem aus das Kühlmittel das Kühlsystem verlässt und in dem ein niedrigeres Druckniveau vorherrscht. Somit befindet sich die Eintrittsöffnung 28 und die Austrittsöffnung 29 in Bereichen des Kühlsystems, zwischen denen weitgehend das größte Druckgefälle gegeben ist. Auf Grund dieser Druckverhältnisse wird ein sehr hoher Kühlmitteldurchsatz durch die Kühlbohrung 22 erreicht. Dies führt insgesamt zu einer optimalen Kühlung des Stegbereiches 24 durch Förderung einer sehr hohen Kühlmittelmenge mit einer relativ niedrigen Kühlmitteltemperatur durch die Kühlbohrung 22.
Gemäß Fig. 1 wird die Eintrittsöffnung 28 durch eine den Brennraumabschnitt 7, 8 mit Abstand außen bogenförmig umgebende Ausnehmung gebildet, welche von dem Bohrungsabschnitt 22a gekreuzt wird. Andere Ausführungen der Eintrittsöffnung 28 sind denkbar.
Ebenfalls ist im Rahmen der Erfindung ist die Anordnung Kühlbohrung 28 nicht nur auf die Kühlung des Stegbereiches 24 beschränkt, sondern es ist jede andere Verwendung der Kühlbohrung zur Kühlung des Zylinderkopfes 1 sowie Teilen davon ist denkbar.
Auch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung einer V- förmigen Kühlbohrung beschränkt, sondern es sind auch Abwandlungen, wie zum Beispiel eine U-förmige oder eine geschwungene Ausbildung der Kühlbohrung 26 denkbar.

Claims

Patentansprüche
Wassergekühlter Zylinderkopf (1) für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelraum (6) zwischen einem Zylinderkopfboden (2) und einem darüber liegenden Zylinderkopfdach, mit den Kühlmittelraum (6) durchsetzenden Gaswechselkanälen (Einlasskanäle 16,17; Auslasskanäle 18,19), die von Ventilöffnungen (Einlassöffnungen (9,10; Auslassöffnungen 11,12) innerhalb eines Brennraumabschnittes (7,8) im Zylinderkopfboden (2) ausgehen und in Seitenwänden (4,5) des Zylinderkopfes (1) ausmünden, ferner mit einer Kühlbohrung (26) für jeden Brennraumabschnitt (7,8), die aus zwei im wesentlich innerhalb der Ebene des Zylinderkopfbodens (2) liegenden Kühlbohrungsabschnitten (26a, 26b) besteht, die sich jeweils von einer Seitenwand (4,5) des Zylinderkopfes aus in Richtung Brennraummitte in einen von Gaswechselkanälen (Einlasskanäle 16,17; Auslasskanäle 18,19) begrenzten Stegbereich (24,25) erstrecken und im Stegbereich (24,25) miteinander verbunden sind und die eine Eintrittsöffnung (28) für Kühlmittel und eine Austrittsöffnung (29) für den Übertritt des Kühlmittels in den Kühlmittelraum (6) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kühlbohrungsabschnitt (22a) die Eintrittsöffnung (28) und im anderen Kühlbohrungsabschnitt (28b) die Austrittsöffnung (29) angeordnet ist.
2. Wassergekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbohrungsabschnitte (26a, 26b) im Zylinderkopfboden (2) zwischen den Einlassöffnungen (9,10) verlaufend angeordnet sind.
3. Wassergekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbohrungsabschnitte (26a, 26b) V-förmig zu einander angeordnet sind, die sich in einem Stegbereich (24,25) in einer Spitze (27) treffen.
4. Wassergekühlter Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (28) unmittelbar mit einem Kühlmittelmantel (22) im Zylindergehäuse (20) verbunden ist .
5. Wassergekühlter Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (28) im Zylinderkopfboden (2) im Bereich der Einlasskanäle (16,17) angeordnet ist.
6. Wassergekühlter Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (28) in einem Bereich des Kühlsystems mit einem hohen Kühlmitteldruck und die Austrittsöffnung (29) in einem Bereich des Kühlsystems mit einem niedrigen Kühlmitteldruck angeordnet ist.
7. Wassergekühlter Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopfboden (2) im Bereich der Auslasskanäle (18,19) mindestens eine Übertrittsöffnung (23) zum Übertritt einer Kühlmittel-Hauptmenge aus dem Kühlmittelmantel (22) des Zylindergehäuses (20) in den Kühlmittelraum (6) des Zylinderkopfes (1) vorgesehen ist,
8. Wassergekühlter Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (29) im Kühlbohrungsabschnitt (26b) auf der Seite der Einlasskanäle (16,17) in den Kühlmittelraum (6) und damit im Bereich einer Zone mit einem niedrigen Druckniveau mündet.
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