WO2016176710A1 - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Christof Knollmayr
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Avl List Gmbh
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    • F01P2003/024—Cooling cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with liquid cooling with at least two exhaust valves for controlling exhaust ports and at least one inlet valve for controlling at least one inlet port per cylinder, with at least one cooling jacket through which coolant flows, an exhaust valve bridge between two adjacent exhaust valves and between at least one exhaust valve an inlet / outlet valve bridge is arranged in each case adjacent to an adjacent inlet valve, and a first cooling channel is arranged in the region of at least one outlet valve bridge, and a second cooling channel is arranged in the region of at least one inlet / outlet valve bridge, and the first and second cooling channels are arranged in a central cooling region of the Cylinders are fluidly connected to each other.
  • AT 506 473 B1 describes a cylinder head for a multi-cylinder internal combustion engine with a coolant jacket comprising the exhaust valves, which has a coolant collecting duct extending in the longitudinal direction of the cylinder head on the exhaust side. Cooling channels are located in the area of the exhaust valve bridge and in the area of the inlet / outlet valve bridges. Since the flow of coolant into the area of the cooling passage of the intake / exhaust valve bridge is on either side of each exhaust valve, flow stagnation and thus overheating of the intake / exhaust valve bridges and the exhaust valve guides may occur.
  • the object of the invention is to improve the cooling in the area of the inlet / outlet valve bridges as well as in the region of the outlet valve guides.
  • the first sub-channel in the region of an exhaust valve guide and the second sub-channel in the region of an exhaust valve seat of the adjacent exhaust valve are arranged. This makes it possible to provide cooling both in rich in the exhaust valve guide, as well as in the area of the exhaust valve seat to improve.
  • the first subchannel and the second subchannel are merged both upstream and downstream of the flow divider.
  • the first and second sub-channels are brought together in the region of the first cooling channel.
  • the first and the second sub-channel can be merged in the region of a connecting channel of the cooling jacket, which is arranged in the region of a motor transverse plane between two adjacent cylinders or on at least one end side of the cylinder head.
  • the connecting channel connects two outlet-side and / or two inlet-side cooling jacket sections of two adjacent cylinders and / or at least one outlet-side cooling jacket section to an inlet-side cooling jacket section.
  • the flow division of the second cooling channel thus takes place substantially only in the region of the inlet / outlet valve bridge.
  • the coolant flow in the region of the inlet / outlet valve bridge is thus subdivided into two partial flows, wherein the first partial flow flows around the outlet valves through the first partial passage and thus cools the corresponding outlet valve seat.
  • the second partial flow of the second sub-channel cools the transition region between intake and exhaust valves.
  • the two sub-channels allow a directed flow and a precise cooling of thermally highly stressed areas of the inlet / outlet valve bridge and in particular of the adjacent exhaust valve seat.
  • the first cooling channel is flow-connected to the second cooling channel only via the central cooling region, and at least one flow interruption device is arranged at least in a region diametrically opposite the first and / or second cooling channel relative to the outlet valve center is.
  • Under flow interruption is understood to mean both a complete interruption of the cooling channel, for example by material input or a lid device, as well as a throttling point or device interrupting the flow.
  • first cooling channel and at least one second cooling channel-preferably the first cooling channel and the first sub-channel-together enclose at least one outlet valve guide over an angular range between 180 ° and 300 °, preferably approximately 210 ° to 240 °.
  • the second cooling channel is thus freed from the first cooling channel by the flow interruption device in an area facing the outlet longitudinal side wall of the cylinder head.
  • This can be prevented that there is a bypass flow between the first and second cooling channel of the coolant in the region of the outside of the cylinder and thus comes to stagnation and / or overheating in the region of the second cooling channel. Due to the higher flow rates, on the one hand, increased heat removal from the region of the outlet valve guides and, on the other hand, improved cooling of the outlet valve seats can be achieved.
  • the cylinder head may have an integrated coolant collecting channel extending over at least two cylinders and / or at least one integrated exhaust gas collector extending over at least two cylinders, which is at least partially surrounded by an exhaust gas cooling jacket.
  • the first cooling channel of each cylinder can be connected to the coolant collection channel and / or to the exhaust gas cooling jacket via at least one transfer channel.
  • the main flow from or to the coolant collection or coolant distributor channel or from or to the exhaust gas cooling jacket of the exhaust manifold takes place via the transfer channel connected to the first cooling channel.
  • the coolant can flow in a conventional manner via flow passages in the region of the cylinder head plane from the cooling jacket of the cylinder block in the cooling jacket of the cylinder head or - as usual in so-called top-down cooling systems - flow from the cooling jacket of the cylinder head into the cooling jacket of the cylinder block.
  • the production costs can be kept extremely small if the flow dividing device and / or the flow interruption device is formed by a cast wall section of the cylinder head.
  • the flow dividing device and the flow interruption device are thus formed by the casting material of the cylinder head itself, with only minor modifications of the casting mold or of the casting cores being required.
  • the heat removal from thermally highly stressed areas of the valve bridges, in particular the inlet / outlet valve bridges, and the outlet valve guides can be substantially improved.
  • FIG. 1 shows a cooling jacket system of a cylinder head according to the invention having an internal combustion engine in an oblique view.
  • Top view shows the cooling jacket in a bottom view
  • Figure 4 shows the cooling jacket in a section along the line IV - IV in Fig. 2.
  • Figure 5 shows a cylinder head according to the invention in a section along the line V - V in Fig. 2.
  • FIG. 6 shows the cooling jacket of a cylinder of the cylinder head according to the invention in an oblique view from above;
  • Fig. 7 shows the detail VII of Fig. 8.
  • Fig. 8 shows the cooling jacket of a cylinder in an oblique view from below.
  • FIG. 1 shows a cooling jacket system 1 of an internal combustion engine with a plurality of cylinders 2, which has a cooling jacket 3 of a cylinder head 4 for cooling of thermally critical areas such as fire deck 5, valve guides 14a, 14b, valve seats 14b, 15b, exhaust valve bridges 7 between the exhaust valves, inlet / Exhaust valve bridges 8 between intake valves and exhaust valves, exhaust ports 9, etc. (Fig. 5).
  • the cooling jacket 3 of the cylinder head 4 is in fluid communication with a block cooling jacket 10 of a cylinder block, not shown.
  • the cylinder head 4 has two exhaust valves per cylinder 2 and two inlet valves, of which only the exemptions 14 in the cooling jacket 3 for the outlet openings or the exemptions 15 in the cooling jacket 3 for the inlet openings and - in Fig. 5 - the exhaust valve guides 14a and inlet valve guides 15a and exhaust valve seats 14b and intake valve seat 15b are shown.
  • the exhaust valve guides 14a are also shown in FIGS. 6 to 8.
  • the cylinder head 4 has an integrated exhaust gas collector 16 (see FIG. 5), which is at least partially surrounded by an exhaust gas cooling jacket 17.
  • the exhaust gas cooling jacket 17 is in fluid communication with the cooling jacket 3 of the cylinder head 4 via one transfer passage 6 per cylinder 2, wherein the transfer passage 6 per cylinder 2 is connected to a first cooling passage 18 arranged in the region of the exhaust valve bridge 7 between two exhaust valve openings 14.
  • a second cooling channel 19 is arranged, which is connected to the first cooling channel 18 in a central, ie near-cylinder cooling region 20.
  • the cooling jacket 3 of the cylinder head 4 has an outlet-side cooling jacket section 3a and an inlet-side cooling jacket section 3b, which are fluidly connected to one another in the region of engine transverse planes 23 between adjacent cylinders 2 and on the end faces 4a, 4b of the cylinder head 4 via connecting channels 22.
  • Engine transverse plane 23 here denotes a plane extending perpendicularly to the engine longitudinal plane 2b between adjacent cylinders 2 through cylinder axes 2a.
  • the second cooling channel 19 is designed to be divided in the region of each inlet / outlet valve bridge 8, wherein a first partial channel 19 a and a second partial channel 19 b are arranged on each side of a flow dividing device 21.
  • the in a plan view of the direction indicated by reference numeral 2a cylinder axis, for example sickle-shaped or kidney-shaped flow divider 21 thus divides the second cooling channel 19 into two sub-channels - in a drawn in Fig. 5 above the outlet channel 9 first sub-channel 19a and an oblique in the figures
  • the second partial channel 19b which is arranged below the first partial channel 19a, projects from the common flow path upstream of the flow dividing device 21 and opens again downstream into a common flow path downstream of the flow dividing device 21.
  • the first part of the channel 19a is arranged in the form of a circular sector partially around the foreign valve guide 14a, whereby an optimal cooling of the exhaust valve guide is achieved.
  • the second sub-channel 19b is arranged in the region of the outlet valve seat 14b specifically removes heat from this region of the inlet / outlet valve bridge 8.
  • the first and second sub-channels 19a, 19b are each brought together in the region of the first cooling channel 18 on the one hand and in the region of the adjacent connecting channel 22 of the cooling jacket 3 on the other hand.
  • Each connecting passage 22 is configured to fluidly connect two exhaust-side cooling jacket portions 3a and / or two inlet-side coolant portions 3b of two adjacent cylinders 2 and / or at least one exhaust-side cooling jacket portion 3a to an inlet-side cooling jacket portion 3b.
  • the flow takes place at least in the regions of the engine transverse planes 23 substantially transversely to the engine longitudinal plane 2b spanned by the cylinder axes 2a.
  • the first cooling channel 18 is flow-connected to the second cooling channel 19 only via the central cooling region 20, wherein in relation to the outlet opening 14 of the first 18 and / or second cooling channel 19 diametrically opposite region of Cylinder head 2, a flow interruption device 24 is arranged (see Fig. 6 to Fig. 8).
  • the flow interruption device 24 is, for example, a blockage or interruption of a region of the second cooling channel 19 surrounding the outlet valves, or a connection of the first 18 to the second cooling channel 19.
  • a throttle point or other types of flow interruptions may also be provided.
  • bypass flows between the first 18 and second cooling channel 19 can be avoided by the exhaust valve on the side facing away from the first cooling passage 18 side of the exhaust valve guide 14a.
  • a defined radial flow in the engine longitudinal direction occurs at high speeds and throughputs locally.
  • the cooling in the region of the corresponding inlet / outlet valve bridge 8 can be improved.
  • a particularly good heat dissipation can be achieved by combining the flow control device 21 and the flow interruption device 24.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (4) für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit zumindest zwei Auslassventilen zur Steuerung von Auslassöffnungen (14) und zumindest einem Einlassventil zur Steuerung zumindest einer Einlassöffnung (15) pro Zylinder (2), mit zumindest einem von Kühlmittel durchströmten Kühlmantel (3), wobei zwischen zwei benachbarten Auslassventilen eine Auslassventilbrücke (7) und zwischen zumindest einem Auslassventil und einem benachbarten Einlassventil jeweils eine Einlass-/Auslassventilbrücke (8) angeordnet ist, und wobei im Bereich zumindest einer Auslassventilbrücke (7) ein erster Kühlkanal (18), und im Bereich zumindest einer Einlass-/Auslassventilbrücke (8) ein zweiter Kühlkanal (19) angeordnet ist, und die ersten und zweiten Kühlkanäle (18, 19) in einem zentralen Kühlbereich (20) des Zylinders (2) miteinander strömungsverbunden sind. Um die Kühlung im Bereich der Einlass-/Auslassventilbrücken sowie im Bereich der Auslassventilführungen zu verbessern, ist vorgesehen, dass zumindest ein zweiter Kühlkanal (19) eine Strömungsteilungseinrichtung (21) aufweist, welche den zweiten Kühlkanal (19) in einen ersten Teilkanal (19a) und einen zweiten Teilkanal (19b) unterteilt, wobei vorzugsweise der erste Teilkanal (19a) im Bereich einer Auslassventilführung (14a) und der zweite Teilkanal (19b) im Bereich eines Auslassventilsitzes (14b) des benachbarten Auslassventiles angeordnet sind.

Description

Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit zumindest zwei Auslassventilen zur Steuerung von Auslassöffnungen und zumindest einem Einlassventil zur Steuerung zumindest einer Einlassöffnung pro Zylinder, mit zumindest einem von Kühlmittel durchströmten Kühlmantel, wobei zwischen zwei benachbarten Auslassventilen eine Auslassventilbrücke und zwischen zumindest einem Auslassventil und einem benachbarten Einlassventil jeweils eine Einlass-/Auslassventilbrücke angeordnet ist, und wobei im Bereich zumindest einer Auslassventilbrücke ein erster Kühlkanal, und im Bereich zumindest einer Einlass-/Auslassventilbrücke ein zweiter Kühlkanal angeordnet ist, und die ersten und zweiten Kühlkanäle in einem zentralen Kühlbereich des Zylinders miteinander strömungsverbunden sind.
Die AT 506 473 Bl beschreibt einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit einem die Auslassventile umfassenden Kühlmittelmantel, welcher einen sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes auf der Auslassseite erstreckenden Kühlmittelsammelkanal aufweist. Im Bereich der Auslassventilbrücke, sowie im Bereich der Einlass-/Auslassventilbrücken sind Kühlkanäle angeordnet. Da die Kühlmittelströmung in den Bereich des Kühlkanals der Ein- Iass-/Auslassventilbrücke beidseits jedes Auslassventils erfolgt, kann es zu einer Strömungsstagnation und somit zu einer Überhitzung im Bereich der Einlass- /Auslassventilbrücken und der Auslassventilführungen kommen.
Brennkraftmaschinen mit integral mit den Zylinderköpfen ausgebildeten Abgassammlern sind aus den Veröffentlichungen US 2005/0087154 AI, EP 0 856 650 AI, US 7,051,685 B2, AT 500 442 Bl bekannt.
Insbesondere bei Höchstleistungsbrennkraftmaschinen ist eine ausreichende Kühlung des Bereiches der Einlass-/Auslassventilbrücken und der Auslassventilführungen nicht gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühlung im Bereich der Einlass-/Auslassventil- brücken sowie im Bereich der Auslassventilführungen zu verbessern.
Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass zumindest ein zweiter Kühlkanal eine Strömungsteilungseinrichtung aufweist, welche den zweiten Kühlkanal zumindest abschnittsweise in einen ersten Teilkanal und einen zweiten Teilkanal unterteilt. Vorzugsweise sind der erste Teilkanal im Bereich einer Auslassventilführung und der zweite Teilkanal im Bereich eines Auslassventilsitzes des benachbarten Auslassventiles angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Kühlung sowohl im Be- reich der Auslassventilführung, als auch im Bereich des Auslassventilsitzes zu verbessern.
Vorzugsweise sind der erste Teilkanal und der zweite Teilkanal sowohl stromaufwärts, als auch stromabwärts der Strömungsteilungseinrichtung zusammengeführt. Im Detail kann vorgesehen sein, dass erster und zweiter Teilkanal im Bereich des ersten Kühlkanals zusammengeführt sind. Weiters können der erste und der zweite Teilkanal im Bereich eines Verbindungskanals des Kühlmantels zusammengeführt sein, welcher im Bereich einer Motorquerebene zwischen zwei benachbarten Zylindern oder an zumindest einer Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist. Der Verbindungskanal verbindet zwei auslassseitige und/oder zwei einlassseitige Kühlmantelabschnitte zweier benachbarter Zylinder und/oder zumindest einen auslassseitigen Kühlmantelabschnitt mit einem einlassseitigen Kühlmantelabschnitt miteinander.
Die Strömungsteilung des zweiten Kühlkanals erfolgt somit im Wesentlichen nur im Bereich der Einlass-/Auslassventilbrücke. Die Kühlmittelströmung im Bereich der Einlass-/Auslassventilbrücke wird somit in zwei Teilströme unterteilt, wobei der erste Teilstrom durch den ersten Teilkanal die Auslassventile umströmt und somit den entsprechenden Auslassventilsitz kühlt. Der zweite Teilstrom des zweiten Teilkanals kühlt den Übergangsbereich zwischen Einlass- und Auslassventilen. Die beiden Teilkanäle ermöglichen eine gerichtete Strömung und eine punktgenaue Kühlung von thermisch hochbeanspruchten Bereichen der Einlass-/Aus- lassventilbrücke und insbesondere des benachbarten Auslassventilsitzes.
Zusätzlich oder alternativ zu der Strömungsteilungseinrichtung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der erste Kühlkanal mit dem zweiten Kühlkanal nur über den zentralen Kühlbereich strömungsverbunden ist, und zumindest in einem bezüglich der Auslassventilmitte dem ersten und/oder zweiten Kühlkanal diametral gegenüberliegenden Bereich zumindest eine Strömungsunterbrechungsein- richtung angeordnet ist. Unter Strömungsunterbrechung wird dabei sowohl eine komplette Unterbrechung des Kühlkanals, beispielsweise durch Materialeintrag oder eine Deckelvorrichtung, als auch eine die Strömung unterbrechende Drosselstelle oder -Vorrichtung verstanden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Kühlkanal und zumindest ein zweiter Kühlkanal - vorzugsweise der erste Kühlkanal und der erste Teilkanal - zusammen zumindest eine Auslassventilführung über einen Winkelbereich zwischen 180° und 300°, vorzugsweise etwa 210° bis 240° umgeben. Der zweite Kühlkanal ist somit durch die Strömungsunterbre- chungseinrichtung in einem der Auslasslängsseitenwand des Zylinderkopfes zugewandten Bereich gegenüber dem ersten Kühlkanal freigestellt. Somit wird eine vollständige Umströmung der Auslassventile verhindert. Dadurch kann verhindert werden, dass es zu einer Bypass-Strömung zwischen erstem und zweitem Kühl- kanal des Kühlmittels im Bereich der Außenseite des Zylinders und damit zur Stagnation und/oder Überhitzung im Bereich des zweiten Kühlkanals kommt. Durch die höheren Strömungsgeschwindigkeiten kann einerseits eine verstärkte Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Auslassventilführungen und andererseits eine verbesserte Kühlung der Auslassventilsitze erreicht werden.
Der Zylinderkopf kann einen sich zumindest über zwei Zylinder erstreckenden integrierten Kühlmittelsammelkanal und/oder zumindest einen sich über zumindest zwei Zylinder erstreckenden integrierten Abgassammler aufweisen, welcher zumindest teilweise von einem Abgaskühlmantel umgeben ist. Der erste Kühlkanal jedes Zylinders kann dabei mit dem Kühlmittelsammelkanal und/oder mit dem Abgaskühlmantel über zumindest einen Übertrittkanal verbunden sein. Die Hauptströmung vom bzw. zum Kühlmittelsammel- oder Kühlmittelverteilerkanal bzw. vom bzw. zum Abgaskühlmantel des Abgaskrümmers erfolgt über den mit dem ersten Kühlkanal verbundenen Übertrittkanal.
Das Kühlmittel kann in konventioneller Weise über Strömungsübertrittöffnungen im Bereich der Zylinderkopfebene vom Kühlmantel des Zylinderblockes in den Kühlmantel des Zylinderkopfes strömen oder - wie bei sogenannter Top-Down Kühlsystemen üblich - vom Kühlmantel des Zylinderkopfes in den Kühlmantel des Zylinderblockes strömen.
Der Fertigungsaufwand kann äußerst klein gehalten werden, wenn die Strö- mungsteilungseinrichtung und/oder die Strömungsunterbrechungseinrichtung durch einen gegossenen Wandabschnitt des Zylinderkopfes gebildet ist. Die Strö- mungsteilungseinrichtung und die Strömungsunterbrechungseinrichtung werden somit durch das Gussmaterial des Zylinderkopfes selbst gebildet, wobei nur geringe Modifikationen der Gussform bzw. der Gusskerne erforderlich sind.
Durch die Strömungsteilungseinrichtung und/oder die Strömungsunterbre- chungseinrichtung lässt sich insbesondere bei Hochleistungsbrennkraftmaschinen auf einfache Weise die Wärmeabfuhr aus thermisch hochbeanspruchten Bereichen der Ventilbrücken, insbesondere der Einlass-/Auslassventilbrücken, sowie der Auslassventilführungen wesentlich verbessern.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 ein Kühlmantelsystems einer einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine in einer Schrägansicht;
Fig. 2 einen Kühlmantel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in einer
Draufsicht; Fig. 3 den Kühlmantel in einer Untersicht;
Fig. 4 den Kühlmantel in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 2;
Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einem Schnitt entsprechend der Linie V - V in Fig. 2;
Fig. 6 den Kühlmantel eines Zylinders des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in einer Schrägansicht von oben;
Fig. 7 das Detail VII aus Fig. 8; und
Fig. 8 den Kühlmantel eines Zylinders in einer Schrägansicht von unten.
Fig. 1 zeigt ein Kühlmantelsystem 1 einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern 2, welches einen Kühlmantel 3 eines Zylinderkopfes 4 zur Kühlung von thermisch kritischen Bereichen wie Feuerdeck 5, Ventilführungen 14a, 14b, Ventilsitzen 14b, 15b, Auslassventilbrücken 7 zwischen den Auslassventilen, Einlass- /Auslassventilbrücken 8 zwischen Einlassventilen und Auslassventilen, Auslasskanäle 9, etc. aufweist (Fig. 5). Der Kühlmantel 3 des Zylinderkopfes 4 steht mit einem Blockkühlmantel 10 eines nicht weiter dargestellten Zylinderblockes in Strömungsverbindung. Im Bereich der Zylinderkopfdichtebene 11 gibt es pro Zylinder 2 auslass- und/oder einlassseitige Strömungsübertrittöffnungen 12, 13 zwischen dem Kühlmantel 3 des Zylinderkopfes 4 und dem Blockkühlmantel 10, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Der Zylinderkopf 4 weist pro Zylinder 2 zwei Auslassventile und zwei Einlassventile auf, von denen nur die Freistellungen 14 im Kühlmantel 3 für die Auslassöffnungen bzw. die Freistellungen 15 im Kühlmantel 3 für die Einlassöffnungen und - in Fig. 5 - die Auslassventilführungen 14a bzw. Einlassventilführungen 15a und Auslassventilsitze 14b bzw. Einlassventilventilsitze 15b eingezeichnet sind. Die Auslassventilführungen 14a sind auch in den Figuren 6 bis 8 eingezeichnet.
Der Zylinderkopf 4 weist einen integrierten Abgassammler 16 (siehe Fig. 5) auf, welcher zumindest teilweise von einem Abgaskühlmantel 17 umgeben ist. Der Abgaskühlmantel 17 steht über jeweils einen Übertrittkanal 6 pro Zylinder 2 mit dem Kühlmantel 3 des Zylinderkopfes 4 in Strömungsverbindung, wobei der Übertrittkanal 6 pro Zylinder 2 mit einem im Bereich der Auslassventilbrücke 7 zwischen zwei Auslassventilöffnungen 14 angeordneten ersten Kühlkanal 18 verbunden ist. Im Bereich jeder der Einlass-/Auslassventilbrücke 8 zwischen einem Auslassventil und einem Einlassventil ist jeweils ein zweiter Kühlkanal 19 angeordnet, welcher in einem zentralen, also zylinderachsnahen Kühlbereich 20 mit dem ersten Kühlkanal 18 verbunden ist. Der Kühlmantel 3 des Zylinderkopfes 4 weist einen auslassseitigen Kühlmantelabschnitt 3a und einen einlassseitigen Kühlmantelabschnitt 3b auf, welche im Bereich von Motorquerebenen 23 zwischen benachbarten Zylindern 2 sowie an den Stirnseiten 4a, 4b des Zylinderkopfes 4 über Verbindungskanäle 22 miteinander strömungsverbunden sind. Motorquerebene 23 bezeichnet hier eine normal zur durch die Zylinderachsen 2a aufgespannte Motorlängsebene 2b zwischen benachbarten Zylinder 2 verlaufende Ebene.
Der zweite Kühlkanal 19 ist im Bereich jeder Einlass-/Auslassventilbrücke 8 geteilt ausgeführt, wobei ein erster Teilkanal 19a und ein zweiter Teilkanal 19b auf jeweils einer Seite einer Strömungsteilungseinrichtung 21 angeordnet sind. Die in einer Draufsicht auf die durch Bezugszeichen 2a angedeutete Zylinderachse beispielsweise sichelförmig oder nierenförmig ausgeführte Strömungsteilungseinrichtung 21 teilt somit den zweiten Kühlkanal 19 in zwei Teilkanäle - und zwar in einen in Fig. 5 oberhalb des Auslasskanals 9 eingezeichneten ersten Teilkanal 19a und einen in den Figuren schräg unterhalb des ersten Teilkanals 19a angeordneten zweiten Teilkanal 19b - auf, wobei die Teilkanäle 19a, 19b stromaufwärts der Strömungsteilungseinrichtung 21 vom gemeinsamen Strömungsweg ausgehen und stromabwärts der Strömungsteilungseinrichtung 21 wieder in einen gemeinsamen Strömungsweg münden. Der erste Teilkanal 19a ist dabei kreisringsektorförmig teilweise um die Auslandsventilführung 14a angeordnet, wodurch eine optimale Kühlung der Auslassventilführung erreicht wird. Der zweite Teilkanal 19b ist im Bereich des Auslassventilsitzes angeordnet 14b führt ganz gezielt Wärme aus diesem Bereich der Einlass-/Auslassventilbrücke 8 ab. Der erste und der zweite Teilkanal 19a, 19b sind jeweils einerseits im Bereich des ersten Kühlkanals 18 und andererseits im Bereich des anliegenden Verbindungskanals 22 des Kühlmantels 3 zusammengeführt. Jeder Verbindungskanal 22 ist so ausgeführt, dass er zwei auslassseitige Kühlmantelabschnitte 3a und/oder zwei einlassseitige Kühlmittelabschnitte 3b zweier benachbarter Zylinder 2 und/ oder zumindest einen auslassseitigen Kühlmantelabschnitt 3a mit einem einlassseitigen Kühlmantelabschnitt 3b miteinander strömungsverbindet.
Je nachdem, ob ein Top-Down Kühlkonzept - mit Strömung vom Kühlmantel 3 des Zylinderkopfes 2 in den Blockkühlmantel 10 - oder ein konventionelles Kühlkonzept mit Strömung vom Blockkühlmantel 10 in den Kühlmantel 3 des Zylinderkopfes 2 - umgesetzt ist, erfolgt die Strömung vom ersten Kühlkanal 18 in den zweiten Kühlkanal 19 oder vom zweiten Kühlkanal 19 in den ersten Kühlkanal 18. Dabei Erfolgt die Strömung zumindest in den Bereichen der Motorquerebenen 23 im Wesentlichen quer zur durch die Zylinderachsen 2a aufgespannten Motorlängsebene 2b. Um eine Stagnation der Strömung im zweiten Kühlkanal 19 zu vermeiden, ist der erste Kühlkanal 18 mit dem zweiten Kühlkanal 19 nur über den zentralen Kühlbereich 20 strömungsverbunden, wobei in einem bezüglich der Auslassöffnung 14 dem ersten 18 und/oder zweiten Kühlkanal 19 diametral gegenüberliegenden Bereich des Zylinderkopfes 2 eine Strömungsunterbrechungseinrichtung 24 angeordnet ist (siehe Fig. 6 bis Fig. 8). Die Strömungsunterbrechungseinrichtung 24 ist dabei beispielsweise eine Blockade oder Unterbrechung eines die Auslassventile umgebenden Bereichs des zweiten Kühlkanals 19, bzw. einer Verbindung des ersten 18 mit dem zweiten Kühlkanals 19. Anstatt einer Unterbrechung oder Blockade kann auch eine Drosselstelle oder andere Arten von Strömungsunterbrechungen vorgesehen sein. Der erste Kühlkanal 18 und zumindest ein zweiter Kühlkanal 19 - vorzugsweise der erste Kühlkanal 18 und der erste Teilkanal 19a - umgeben zusammengenommen die entsprechende Auslassventilführung 14a über einen Winkelbereich ß zwischen 180° und 300°, vorzugsweise etwa 210° bis 240°.
Durch die Strömungsunterbrechungseinrichtung 24 können Bypass-Strömungen zwischen erstem 18 und zweitem Kühlkanal 19 um das Auslassventil auf der dem ersten Kühlkanal 18 abgewandten Seite der Auslassventilführung 14a vermieden werden. Somit tritt im Bereich jedes zweiten Kühlkanals 19 lokal eine definierte radiale Strömung in Motorlängsrichtung mit hohen Geschwindigkeiten und Durchsätzen auf.
Sowohl mit der Strömungsteiiungseinrichtung 21 als auch mit der Strömungsun- terbrechungseinrichtung 24 kann die Kühlung im Bereich der entsprechenden Einlass-/Auslassventilbrücke 8 verbessert werden. Eine besonders gute Wärmeabfuhr lässt sich bei Kombination der Strömungsteiiungseinrichtung 21 und der Strömungsunterbrechungseinrichtung 24 erzielen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Zylinderkopf (4) für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit zumindest zwei Auslassventilen zur Steuerung von Auslassöffnungen (14) und zumindest einem Einlassventil zur Steuerung zumindest einer Einlassöffnung (15) pro Zylinder (2), mit zumindest einem von Kühlmittel durchströmten Kühlmantel (3), wobei zwischen zwei benachbarten Auslassventilen eine Auslassventilbrücke (7) und zwischen zumindest einem Auslassventil und einem benachbarten Einlassventil jeweils eine Einlass-/Auslass- ventilbrücke (8) angeordnet ist, und wobei im Bereich zumindest einer Auslassventilbrücke (7) ein erster Kühlkanal (18), und im Bereich zumindest einer Einlass-/Auslassventilbrücke (8) ein zweiter Kühlkanal (19) angeordnet ist, und die ersten und zweiten Kühlkanäle (18, 19) in einem zentralen Kühlbereich (20) des Zylinders (2) miteinander strömungsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Kühlkanal (19) eine Strömungsteilungseinrichtung (21) aufweist, welche den zweiten Kühlkanal (19) zumindest abschnittsweise in einen ersten Teilkanal (19a) und einen zweiten Teilkanal (19b) unterteilt, wobei vorzugsweise der erste Teilkanal (19a) im Bereich einer Auslassventilführung (14a) und der zweite Teilkanal (19b) im Bereich eines Auslassventilsitzes (14b) des benachbarten Auslass- ventiles angeordnet sind.
2. Zylinderkopf (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (18) mit dem zweiten Kühlkanal (19) nur über den zentralen Kühlbereich (20) strömungsverbunden ist, und zumindestin einem bezüglich der Auslassöffnung(14) dem ersten und/oder zweiten Kühlkanal (18, 19) diametral gegenüberliegenden Bereich zumindest eine Strömungsunter- brechungseinrichtung (24) angeordnet ist.
3. Zylinderkopf (4) für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit zumindest zwei Auslassventilen zur Steuerung von Auslassöffnungen (14) und zumindest einem Einlassventil zur Steuerung zumindest einer Einlassöffnung (15) pro Zylinder (2), mit zumindest einem von Kühlmittel durchströmten Kühlmantel (3), wobei zwischen zwei benachbarten Auslassventilen eine Auslassventilbrücke (7) und zwischen zumindest einem Auslassventil und einem benachbarten Einlassventil jeweils eine Einlass-/Auslass- ventilbrücke (8) angeordnet ist, und wobei im Bereich zumindest einer Auslassventilbrücke (7) ein erster Kühlkanal (18), und im Bereich zumindest einer Einlass-/Auslassventilbrücke (8) ein zweiter Kühlkanal (19) angeordnet ist, und die ersten und zweiten Kühlkanäle (18, 19) in einem zentralen Kühlbereich (20) des Zylinders (2) miteinander strömungsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (18) mit dem zweiten Kühlkanal (19) nur über den zentralen Kühlbereich (20) strömungsver- bunden ist, und zumindest in einem bezüglich der Auslassöffnung(14) dem ersten und/oder zweiten Kühlkanal (18, 19) diametral gegenüberliegenden Bereich zumindest eine Strömungsunterbrechungseinrichtung (24) angeordnet ist.
4. Zylinderkopf (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Kühlkanal (19) eine Strömungsteilungseinrichtung (21) aufweist, welche den zweiten Kühlkanal (19) in einen ersten Teilkanal (19a) und einen zweiten Teilkanal (19b) unterteilt, wobei vorzugsweise der erste Teilkanal (19a) im Bereich einer Auslassventilführung (14a) und der zweite Teilkanal (19b) im Bereich eines Auslassventilsitzes (14b) des benachbarten Auslassventiles angeordnet sind.
5. Zylinderkopf (4) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Teilkanal (19a, 19b) sowohl stromaufwärts, als auch stromabwärts der Strömungsteilungseinrichtung (21) zusammengeführt sind.
6. Zylinderkopf (4) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilkanal (19a) und der zweite Teilkanal (19b) im Bereich des ersten Kühlkanals (18) zusammengeführt sind.
7. Zylinderkopf (4) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilkanal (18) und der zweite Teilkanal (19) im Bereich eines Verbindungskanals (22) des Kühlmantels (3) zusammengeführt sind, welcher im Bereich einer Motorquerebene (23) zwischen zwei benachbarten Zylindern (2) und/oder im Bereich zumindest einer Stirnseite (4a, 4b) des Zylinderkopfes (4) angeordnet ist.
8. Zylinderkopf (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (22) zwei auslassseitige Kühlmantelabschnitte (3a) und/ oder zwei einlassseitige Kühlmantelabschnitte (3b) des Kühlmantels (3) zweier benachbarter Zylinder (2) miteinander strömungsverbindet.
9. Zylinderkopf (4) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (22) zumindest einen auslassseitigen Kühlmantelabschnitt (3a) des Kühlmantels (3) mit einem einlassseitigen Kühlmantelabschnitt (3b) miteinander strömungsverbindet.
Zylinderkopf (4) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 9, mit einem sich zumindest über zwei Zylinder (2) erstreckenden integrierten Kühlmittelsam- melkanal und/oder zumindest einen sich über zumindest zwei Zylinder (2) erstreckenden integrierten Abgassammler (16), welcher zumindest teilweise von einem Abgaskühlmantel (17) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (18) jedes Zylinders (2) mit dem Kühlmittelsam- melkanal und/oder mit dem Abgaskühlmantel (17) - vorzugsweise über zumindest einen Übertrittkanal (6) - verbunden ist.
11. Zylinderkopf (4) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erste Kühlkanal (18) und ein anschließend angeordneter zweiter Kühlkanal (19) - vorzugsweise der erste Teilkanal (19a) des zweiten Kühlkanals (19) - zusammen zumindest eine Auslassventilführung (14a) über einen Winkelbereich (ß) zwischen 180° und 300°, vorzugsweise etwa 210° bis 240° umgeben.
12. Zylinderkopf (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsteilungseinrichtung (21) und/oder die Strö- mungsunterbrechungseinrichtung (24) durch einen gegossenen Wandabschnitt des Zylinderkopfes (4) gebildet ist.
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