DE19542492C1 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Zy­ linderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 41 16 943 C1 ist ein gattungsgemäßer Zylinderkopf be­ kannt. Der aus einem Gußstück hergestellte flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf weist einen Kühlwasserraum auf, in dem unter ande­ rein Gaswechselkanäle und eine Kammer zur Aufnahme einer Ein­ spritzdüse angeordnet sind. Durch Kühlwasserbohrungen, die durch Kühlwasserzuläufe mit dem Kühlwassermantel des Zylindergehäuses verbunden sind, wird Kühlwasser aus dem Kurbelgehäuse in den Kühlwasserraum des Zylinderkopfes eingeleitet. Dabei sind die Kühlwasserzuläufe durch Bohrungen hergestellt. Hierdurch ist der mechanische Bearbeitungsaufwand des Zylinderkopfes erhöht, da der Zylinderkopf in verschiedenen Lagen positioniert und gebohrt werden muß. Die Herstellung des Zylinderkopfes ist aufwendig und teuer.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird auf die DE 38 19 655 C1 verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf derart aus­ zubilden, daß eine vereinfachte und damit kostengünstigere Her­ stellung und gleichzeitig eine verbesserte Kühlung des Zylinder­ kopfes gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Brennkraftmaschinen mit verhältnismäßig kleinen Brennräumen ha­ ben sehr schmale Bereiche, wie beispielsweise zwischen der Zünd­ kerzenkammer und dem Auslaßkanal. Um auch solche thermisch hoch belasteten Bereiche sinnvoll kühlen zu können ist der erfin­ dungsgemäße Zylinderkopf derart ausgebildet, daß die Kühlung ei­ nes solchen Bereiches von der Kühlung des übrigen Hauptwasser­ raumes abgetrennt ist. Im Bereich des Hauptwasserraumes ist eine von der Auslaßseite des Zylinderkopfes her ausgeführte und in Querrichtung verlaufende Kühlwasserbohrung vorgesehen, die durch einen Kühlwasserzulauf mit dem Kühlwassermantel des Kurbelgehäu­ ses verbunden ist. Die Kühlwasserbohrung mündet in einem schma­ len Bereich zwischen Auslaßventil und Kammer der Zündkerze, kann aber prinzipiell auch woanders liegen. Da die Kühlung des schma­ len Bereiches von der Kühlung des übrigen Hauptwasserraumes ge­ trennt ist, ist unabhängig von der Kühlung des übrigen Hauptwas­ serraumes eine gezielte Kühlung des relativ schmalen Bereichs zwischen Auslaßkanal und Zündkerzenkammer möglich. Das in den Kühlwasserzulauf eingesteuerte Wasser muß den Weg durch die Kühlwasserbohrung nehmen. Der Kühlwasserraum des Zylinderkopfes wird durch zwei voneinander getrennte Wasserkerne hergestellt. Der Hauptwasserraum wird vom sogenannten Hauptwasserkern gebil­ det. Der Kühlwasserzulauf für die getrennte Versorgung des schmalen Bereiches zwischen Auslaßventil und Zündkerzenkammer wird durch den Zusatzwasserkern gebildet. Die Kühlwasserbohrung wird anschließend gebohrt.

Ein Vorteil der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 liegt in der vereinfachten und dadurch kostengünstigeren Herstellung des aus einem Gußstück hergestellten Zylinderkopfes, da der Kühlwasser­ zulauf durch Gießen gebildet wird und damit ein Bohrvorgang ent­ fällt. Das Gießen erlaubt eine freie Gestaltung des Kühlwasser­ zulaufs. Eine Ausnutzung des Profils als "kleiner Kühlwasser­ raum" ist möglich. Gleichzeitig wird eine verbesserte Kühlung des Zylinderkopfes erreicht, da eine gezielte, d. h. über Bohrun­ gen in der Dichtung abstimmbare Kühlung ausgewählter Bereiche erreicht werden kann.

Der Kühlwasserzulauf gemäß Anspruch 2 bildet einen zusätzlichen "kleinen Kühlwasserraum" innerhalb des Kühlwasserraums des Zy­ linderkopfes und dient gleichzeitig zur direkten Kühlung eines Gaswechselkanals oder auch anderer Einbauten.

Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 führt zu einer individuellen Gestaltung des Zulaufs und dadurch zu einer Beein­ flussung der partiell gewünschten Kühlwassermenge. Der Wasser­ durchsatz durch die Kühlwasserbohrung kann-durch die Aufteilung des Gießkerns in getrennte Wasserkerne über entsprechend gewähl­ te Wasserdurchschnittsquerschnitte, beispielsweise in der Zylin­ derkopfdichtung, bedarfsgerecht abgestimmt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden in zwei Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer Ansicht von unten und einen Kühlwasserraum des Zylinderkopfes in ei­ nem Teilschnitt und

Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen Kühlwasserzulauf und eine Kühlwasserbohrung gemäß der Linie I-I aus Fig. 1.

Ein Zylinderkopf 1 für eine hier nicht näher dargestellte mehr­ zylindrige Brennkraftmaschine besteht aus einem einteiligen Guß­ stück mit einem Zylinderkopfboden 2 und den von diesem nach oben bis zu einer nicht dargestellten Deckeltrennebene, zur Auflage einer Zylinderkopfhaube, abführenden längsseitigen Außenwänden 3, 4 und stirnseitigen Außenwänden 5, 6.

Zusammen mit dem Zylinderkopfboden 2 umschließen die Außenwände 3 bis 6 und die durch eine mit Abstand vom Zylinderkopfboden 2 angeordnete, nicht dargestellte Zylinderkopfdecke einen Kühlwas­ serraum 7.

Der Zylinderkopfboden 2 besitzt für jeden Zylinder einen als Vertiefung ausgestalteten Brennraum 8, welcher zwei Mündungsöff­ nungen 9, 10 pro Zylinder aufweist und zwei weitere in den Brennraum 8 führende Öffnungen 11, 12 von Kammern 13, 14 zur Aufnahme von Zündkerzen, Einspritzdüsen oder dergleichen. Von den Mündungsöffnungen 9, 10 gehen Ventilkanäle 15, 16 ab, welche den Kühlwasserraum 7 bis zu den längsseitigen Außenwänden 3, 4 durchsetzen. Der dabei von der Mündungsöffnung 9 zur Außenwand 3 abführende Ventilkanal 15 bildet den Einlaßkanal und der von der Mündungsöffnung 10 zur Außenwand 4 abführende Ventilkanal 16 bildet den Auslaßkanal. Die V-förmig zueinander stehenden Kam­ mern 13, 14 durchsetzen den Kühlwasserraum 7 in Richtung zur Zy­ linderkopfdecke. Durch im Zylinderkopfboden 2 mit Abstand um den Brennraum 8 angeordnete Einlaßöffnungen 17 strömt Kühlwasser vom Kühlwassermantel des Kurbelgehäuses in den Kühlwasserraum 7 ein und durchströmt den Kühlwasserraum 7 bevorzugt in einer Zylin­ derkopfquerrichtung. Anschließend strömt das Kühlwasser durch eine im Zylinderkopfgehäuse angeordnete Auslaßöffnung 19 auf der Seite des Einlaßkanals 15 aus.

Zwischen Auslaßkanal 16 und Kammer 13 befindet sich ein Stegbe­ reich 20. Diesen Stegbereich 20 durchsetzt eine von der auslaß­ seitigen Außenwand 4 des Zylinderkopfes 1 her ausgeführte und in etwa in Richtung der Querachse 18 verlaufende Kühlwasserbohrung 21, welche nach außen mit einer Kugel 23 bzw. einem Stopfen ver­ schlossen ist und in den Kühlwasserraum 7 im Stegbereich 20 zwi­ schen Auslaßkanal 16 und Kammer 13 mündet. Die Kühlwasserbohrung 21 ist durch einen Kühlwasserzulauf 22 mit dem Kühlwassermantel des Kurbelgehäuses verbunden. Durch den Kühlwasserzulauf 22, welcher den Zylinderkopfboden 2 durchsetzt, tritt Kühlwasser aus dem Zylindergehäuse über und gelangt über die Kühlwasserbohrung 21 in den Kühlwasserraum 7. Selbstverständlich ist auch ein an­ derer Mündungsbereich der Kühlwasserbohrung denkbar.

Um neben der reinen Strömungsverbindung zwischen der Kühlwasser­ bohrung 21 und der Kühlwasserzufuhr 22 eine verbesserte Kühlung des Auslaßkanals 16 oder auch anderer Einbauten zu erreichen, ist gemäß der Erfindung der Kühlwasserzulauf 22 als "kleiner Kühlwasserraum" durch Gießen hergestellt. Das Gießen erlaubt ei­ ne freie Gestaltung des Kühlwasserzulaufs 22, was demzufolge ei­ ne Erstreckung des Kühlwasserzulaufs 22 zumindest teilweise ent­ lang der Außenseite des Auslaßkanals 16 ermöglicht, womit er­ reicht wird, daß dieser Bereich des Auslaßkanals 16 sowie die angrenzenden Bereiche des Zylinderkopfbodens 2 großflächig vom zufließenden Kühlwasser gekühlt werden. Der Kühlwasserzulauf 22 weist einen L-förmigen Querschnitt auf. Das in den Kühlwasserzu­ lauf 22 eingesteuerte Wasser muß den Weg durch die Kühlwasser­ bohrung 21 nehmen. Diese gezielte Kühlung des schmalen Bereiches zwischen Auslaßkanal 16 und Zündkerzenkammer 13 und gleichzeitig der Außenseite des Auslaßkanals 16 ist von der Kühlung des übri­ gen Kühlwasserraumes 7 getrennt. Die Kühlwasserzufuhr in den Kühlwasserzulauf 22 hinein und innerhalb desselben ist in Fig. 2 mit Strömungspfeilen angedeutet.

Der Kühlwasserraum des Zylinderkopfes wird durch einen Hauptwas­ ser- und einen von diesem getrennten Zusatzwasserkern herge­ stellt. Der Hauptwasserkern bildet den sich zwischen den Gas­ wechselkanälen bzw. Kammern erstreckenden Hauptwasserraum mit den Einlaßöffnungen und der davon getrennte Zusatzwasserkern bildet den Kühlwasserzulauf aus. Der Zusatzwasserkern ist als Kernleiste gestaltet, die im Kokillenunterteil eingelegt wird. Die Kühlwasserbohrung wird nach dem Gießen durch Bohren einge­ bracht. Es ist selbstverständlich möglich, den Wasserdurchsatz durch die Kühlwasserbohrung durch den Querschnitt des Kühlwas­ serzulaufs im Zylinderkopfboden zu steuern. Ferner ist durch das Gießen ein Ausnutzen des Kühlwasserzulaufs als "kleiner Kühlwas­ serraum" möglich. Desweiteren ermöglicht das Gießen eine indivi­ duelle Gestaltung des Kühlwasserzulaufs und dadurch eine Beein­ flussung der partiell gewünschten Kühlwassermenge.

Claims (3)

1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Kühlwasserraum, der sich in Kühl­ wasserraumabschnitte gliedert, die jeweils einem Brennraum zuge­ ordnet sind und durch die Gaswechselkanäle und mindestens eine Kammer für eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse verlaufen und in die in deren Bodenbereich zwischen den Gaswechselkanälen und der Kammer mindestens eine in Querrichtung verlaufende Kühlwas­ serbohrung mündet, die durch einen Kühlwasserzulauf mit dem Kühlwassermantel des Kurbelgehäuses verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserzulauf (22) durch Gießen hergestellt wird.

2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kühlwasserzulauf (22) zumindest teilweise ent­ lang der Außenseite von mindestens einem Gaswechselkanal (16) erstreckt.

3. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserraum (7) durch zwei voneinander getrennte Wasserkerne hergestellt wird.