AT507479B1

AT507479B1 - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT507479B1
Application number: AT0183809A
Authority: AT
Inventors: Thomas Dipl Ing Brandl; Christoph Dipl Ing Knollmayer
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-07-15
Also published as: WO2011061248A1; AT507479A2; US8887674B2; CN102686862A; US20120285403A1; EP2501919A1; AT507479A3; EP2501919B1; CN102686862B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung und mit einem integral mit dem Zylinderkopf (1) ausgebildeten flüssigkeitsgekühlten Abgassammler (8), wobei der Zylinderkopf (1) zumindest einen ersten und einen zweiten, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlraum (4, 9) aufweist, und wobei der Bereich des Abgassammlers (8) zumindest teilweise vom zweiten Kühlraum (9) umgeben ist. Um auf fertigungstechnisch einfache Weise eine optimale Wärmeabfuhr aus thermisch kritischen Bereichen zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Kühlraum (4, 9) über zumindest eine Bohrung (10) miteinander strömungsverbunden sind.

Description

österreichisches Patentamt AT507 479 B1 2011-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung und mit einem integral mit dem Zylinderkopf ausgebildeten flüssigkeitsgekühlten Abgassammler, wobei der Zylinderkopf zumindest einen ersten und einen zweiten, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlraum aufweist, und wobei der Bereich des Abgassammlers zumindest teilweise vom zweiten Kühlraum umgeben ist, wobei der erste und der zweite Kühlraum über zumindest eine Bohrung miteinander strömungsverbunden sind.

[0002] Aus der US 2005/0087154 A1 ist es bekannt, den Abgassammler integral mit dem Zylinderkopf auszuführen. Der durch einen oberen und einen unteren Teilkühlraum gebildete Hauptkühlraum ist thermisch mit dem Abgassammler verbunden.

[0003] Die EP 0 856 650 A1 zeigt ein Kühlsystem für einen Außenbordmotor, wobei die vom Brennraum ausgehenden Auslasskanäle im Zylinderkopf U-förmig gekrümmt sind und die Flanschflächen zum Anschluss eines Abgassammlers in der Zylinderkopfebene liegt. Der Abgassammler ist dabei integral mit dem Zylindergehäuse ausgebildet.

[0004] Die US 7,051,685 B2 offenbart einen Zylinderkopf mit integriertem Abgassammler, wobei der Abgassammler von einem ersten und einem zweiten Kühlraum umgeben ist, wobei die beiden Kühlräume durch mitgegossene Strömungsverbindungen miteinander verbunden sind. Der erste und der zweite Kühlraum sind dabei übereinander angeordnet.

[0005] Die AT 500 442 B1 beschreibt einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit einem ersten zentralen Kühlraum und einen integrierten Abgassammler umgebenden zweiten Kühlraum, wobei der Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlraum getrennt vom Kühlmittelstrom durch den ersten Kühlraum einstellbar ist.

[0006] Ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit zwei Kühlräumen, welche über zumindest eine Bohrung miteinander strömungsverbunden sind, ist beispielsweise aus der JP 2009-180109 A bekannt.

[0007] Die JP 2000-310157 A offenbart einen Zylinderkopf mit Flüssigkeitskühlung, wobei von einer Zylinderkopfseitenwand ausgehende Bohrungen zur Verbindung von Kühlmittelpassagen vorgesehen sind. Die Bohrungen sind jeweils durch einen Stopfen in der Zylinderkopfseitenwand verschließbar.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Zylinderkopf der eingangs genannten Art auf fertigungstechnisch einfache Weise eine ausreichende Kühlung des Abgassammler und von thermisch hoch beanspruchten Bereichen des Feuerdeckes sicherzustellen.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Bohrung zwischen zumindest einem Einlass- und zumindest einem Auslassventil, vorzugsweise zwischen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung, eines Zylinders angeordnet ist.

[0010] Dadurch, dass die Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlraum über Bohrungen erfolgt, lässt sich eine einfache und thermisch optimale Gestaltung des ersten und des zweiten Kühlraumes erreiche, wobei vorzugsweise pro Zylinder zumindest eine Bohrung vorgesehen ist. Da die Kerne des ersten und des zweiten Kühlraumes gußtechnisch getrennt sind, ergeben sich wesentliche Vorteile in der Gußfertigung.

[0011] Eine besonders gute Kühlung von thermisch hoch beanspruchten Bereichen lässt sich erreichen, wenn die Bohrung im Feuerdeck, insbesondere parallel zur Zylinderkopfdichtfläche, angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Bohrung zwischen zumindest einem Auslassventil und einer Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung eines Zylinders, vorzugsweise zwischen einer Auslassöffnung und einer Mündung der Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung angeordnet ist.

[0012] In einer fertigungstechnisch besonders einfachen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bohrung von einer vorzugsweise auslassseitigen Öffnung in einer Außenwand 1 π österreichisches Patentamt AT507 479B1 2011-07-15 des zweiten Kühlraumes ausgeht, wobei vorzugsweise die Öffnung durch einen Stopfen verschließbar ist. Um thermisch hoch beanspruchte Bereiche zwischen der Mündung der Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung und dem Auslassventilsitz optimal zu kühlen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bohrung mit einer durch die Zylinderachsen aufgespannten Hochebene einen Winkel <90°, vorzugsweise <70° aufspannt.

[0013] Der erste Kühlraum kann dabei überwiegend auf der Einlassseite und der zweite Kühlraum zumindest überwiegend auf der Auslassseite des Zylinderkopfes angeordnet sein.

[0014] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0015] Es zeigen [0016] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer Seitenansicht, [0017] Fig. 2 den Zylinderkopf in einer Draufsicht, [0018] Fig. 3 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie lll-lll in Fig. 1, [0019] Fig. 4 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1, [0020] Fig. 5 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 1, [0021] Fig. 6 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie Vl-Vl in Fig. 1, [0022] Fig. 7 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie Vll-Vll in Fig. 2 und [0023] Fig. 8 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie Vlll-Vlll in Fig. 4.

[0024] Die Figuren zeigen einen Zylinderkopf 1 für eine Brennkraftmaschine mit einem Einlassventil und einem Auslassventil pro Zylinder, wobei in den Figuren die Einlassöffnungen mit Bezugszeichen 2 und die Auslassöffnungen mit Bezugszeichen 3 angedeutet sind. Mit 2a sind die Einlasskanäle, mit Bezugszeichen 3a die Auslasskanäle bezeichnet. Die Auslasskanäle 3a münden in einen integral mit dem Zylinderkopf 1 geformten Abgassammler 8.

[0025] Der Zylinderkopf 1 weist einen den Hauptkühlmantel bildenden ersten Kühlraum 4 zur Kühlung von an den Brennraum grenzenden thermisch kritischen Bereichen auf, wobei der erste Kühlraum 4 über Kühlmittelöffnungen 5 im Feuerdeck 7 mit einem Kühlmantel eines nicht weiter dargestellten Zylinderblockes verbindbar ist.

[0026] Der integral mit dem Zylinderkopf 1 ausgebildete Abgassammler 8 ist zumindest teilweise von einem zweiten Kühlraum 9 umgeben. Der zweite Kühlraum 9 ist vom ersten Kühlraum 4 im Wesentlichen getrennt und nur über im Feuerdeck 7 angeordnete Bohrungen 10 mit diesem strömungsverbunden. Der zweite Kühlraum 9 ist über eigene Übertrittsöffnungen 6 mit dem Kühlmantel des Zylinderblockes verbindbar.

[0027] Die Bohrungen 10 sind dabei jeweils zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil eines Zylinders, insbesondere zwischen einer Einlassöffnung 2 und einer Auslassöffnung 3, angeordnet. Die Bohrung 10 kann dabei auch zwischen einem Auslassventil und einer in einen Brennraum mündenden Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung, insbesondere zwischen der Auslassöffnung 3 und der Mündung 11 der Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung in den Brennraum, angeordnet sein, wie besonders gut aus Fig. 11 zu sehen ist. Die Bohrung 10 ist dabei im Wesentlichen parallel zu einer Zylinderkopfdichtebene 17 ausgebildet und spannt mit einer durch die Zylinderachsen gebildeten Hochebene ε einen Winkel α <90°, insbesondere <70°, auf. Dadurch lässt sich eine besonders günstige Wärmeabfuhr aus thermisch kritischen Bereichen des Feuerdecks 7 gewährleisten.

[0028] Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist der erste Kühlraum 4 im Wesentlichen auf der Einlassseite E und der zweite Kühlraum 9 im Wesentlichen auf der Auslassseite A des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Eine besonders einfache Fertigung lässt sich erreichen, wenn die Bohrungen 10 von einer auslassseitigen Außenwand 12 des zweiten Kühlraumes 9 ausgehen. Die Öffnungen 13 in der Außenwand 12 können nachträglich durch Stopfen verschlossen werden.

[0029] Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, kann die Bohrung eine Drosselstelle 14 mit definiertem 2/7

Claims

österreichisches Patentamt AT507 479B1 2011-07-15 Querschnitt aufweisen. Über den Querschnitt der Drosselstelle 14 kann die Menge des zwischen zweitem und ersten Kühlraum 9, 4 übertretenden Kühlmittels eingestellt werden. [0030] Das Kühlmittel strömt aus dem nicht weiter dargestellten Kühlmantel des Zylinderblockes über die Übertrittsöffnungen 5, 6 in den ersten bzw. zweiten Kühlraum 4, 9. Ein Teil des Kühlmittels strömt entsprechend den Pfeilen S vom zweiten Kühlraum 9 in den ersten Kühlraum 4, wobei thermisch kritische Bereiche optimal gekühlt werden. Nach der Kühlung von thermisch kritischen Bereichen im Feuerdeck 7 und im Bereich des Abgassammlers 8 verlässt das Kühlmittel des ersten Kühlraumes 4 und des zweiten Kühlraumes 9 den Zylinderkopf 1 durch stirnseitig angeordnete Öffnungen 15 bzw. 16. Patentansprüche 1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung und mit einem integral mit dem Zylinderkopf (1) ausgebildeten flüssigkeitsgekühlten Abgassammler (8), wobei der Zylinderkopf (1) zumindest einen ersten und einen zweiten, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlraum (4, 9) aufweist, und wobei der Bereich des Abgassammlers (8) zumindest teilweise vom zweiten Kühlraum umgeben ist, wobei der erste und der zweite Kühlraum (9) über zumindest eine Bohrung (10) miteinander strömungsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (10) zwischen zumindest einem Einlass- und zumindest einem Auslassventil, vorzugsweise zwischen einer Einlassöffnung (2) und einer Auslassöffnung (3), eines Zylinders angeordnet ist.
2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kühlraum (9) über zumindest eine Bohrung (10) pro Zylinder miteinander strömungsverbunden sind.
3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (10) zwischen zumindest einem Auslassventil und einer Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung eines Zylinders, vorzugsweise zwischen der Auslassöffnung (3) und einer Mündung (11) der Einspritzeinrichtung oder Zündeinrichtung, angeordnet ist.
4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (10) im Wesentlichen parallel zu einer Zylinderkopfdichtfläche (17), vorzugsweise im Feuerdeck (7), angeordnet ist.
5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (10) von einer vorzugsweise auslassseitigen Öffnung (13) in einer Außenwand (12) des zweiten Kühlraumes (9) ausgeht, wobei vorzugsweise die Öffnung (13) durch einen Stopfen verschließbar ist.
6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlraum (4) zumindest überwiegend auf einer Einlassseite (E) und der zweite Kühlraum (9) zumindest überwiegend auf einer Auslassseite (A) angeordnet ist.
7. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (10) mit einer durch zumindest zwei Zylinderachsen aufgespannten Hochebene (ε) einen Winkel (a) <90°, vorzugsweise <70° aufspannt. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 3/7