DE3802886A1

DE3802886A1 - Zylinderkopf fuer wassergekuehlte brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3802886A1
Application number: DE19883802886
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Melde-Tuczai; Gerwig Dipl Ing Argow
Original assignee: AVL List GmbH; AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1988-08-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für wassergekühlte Brennkraftmaschinen, mit einem Wassermantel, einer zentralen Aufnahmebohrung für eine Einspritzdüse oder Zündkerze, mehreren Ventilen, unter denen sich ein Auslaßven til und ein Einlaßventil befindet, sowie Bohrungen im Bereich des Wassermantels, über die den Stegen zwischen den Ventilen Kühlwasser zugeleitet wird.

Die kritischen Zonen bezüglich Temperaturbelastung eines mehrventiligen Zylinderkopfes liegen zwischen den Aus laßventilen und zwischen den Einlaßventilen. In der GB-PS 12 21 421 ist ein Zylinderkopf dieser Art beschrieben, der zwei Einlaßkanäle und diesen gegenüberliegend zwei Auslaß kanäle aufweist und bei welchem im Wassermantelbereich Boh rungen vorgesehen sind, durch die Kühlwasser gezielt in die kritischen Zonen gebracht wird. Zu diesem Zweck besitzt der gegossene Zylinderkopf einen an seiner Unterseite angeordne ten Kühlwassereinlaß, der mit einer das zentrale Gehäuse ei ner Einspritzeinrichtung umgebenden rotationssymmetrischen Kammer in Strömungsverbindung steht. Aus dieser Kammer führen vier radiale Kühlwasserkanäle, welche am Boden des Zylinder kopfes im Bereich der vier Ventilstege angeordnet sind und zusammen das gesamte über den Einlaß zufließende Kühlwasser über die Ventilstege in den Wassermantel leiten. Jeder Ventil steg, also auch der zwischen den beiden Auslaßventilen, wird mit etwa einem Viertel der gesamten Kühlwassermenge beauf schlagt. Die Kühlung der kritischen Zonen ist bei diesem Zylinderkopf deshalb unbefriedigend.

Weiter ist auch bekannt, die Umströmung der kritischen Stege mit einer horizontalen Wand durch den Zylinderkopf, die den Wassermantel teilt, zu erzwingen. Diese Ausführung wirft gußtechnische Probleme auf, die mit kleinerwerdendem Zylin derdurchmesser größer werden (Kerndurchbiegung, Kontrolle, Gußbutzen). Bei sehr gedrängten Bauarten, wie z. B. bei Mehr ventilmotoren mit kleinen Zylinderbohrungen ist die Unterbrin gung von solchen Strömungsleitwänden schwierig, wenn nicht sogar unmöglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekann ten Ausführungen zu vermeiden und insbesondere eine effekti vere Kühlung des Steges zwischen den Auslaßventilen und eine unproblematische Herstellung des Zylinderkopfes zu erreichen.

Die Erfindung besteht darin, daß im Bereich des Wasserman tels zwei kühlwasserführende Bohrungen vorgesehen sind, die, in Richtung der Zylinderachse gesehen, ein X bilden, wobei der Bereich der größten Annäherung der beiden Bohrungen im Steg zwischen zwei Ventilen, vorzugsweise Auslaßventilen bzw. Auslaßkanä len gelegen ist, und die beiden Bohrungen einerseits außen verschlossen sind und über je eine Bohrung mit dem Kühlmantel des Zylinderblockes in Verbindung stehen und andererseits im Bereich des Einlaßventiles bzw. der Einlaßventile bzw. der Einlaßkanäle etwa in gleicher Höhe in den Wassermantel münden. Durch die beiden Bohrungen tritt die Hauptmenge des Kühlwas sers in den Zylinderkopf, nur ein kleinerer Teil der gesamten Kühl wassermenge tritt über die erforderlichen Entdampfungsbohrun gen mit relativ kleinem Gesamt-Durchtrittsquerschnitt aus dem Zylinderblock in den Zylinderkopf über. Somit wird erreicht, daß beinahe die gesamte Kühlwassermenge je Zylinder zuerst den Auslaßventilsteg und anschließend, bei einer Vierventil ausführung, jeweils etwa die halbe Menge den Steg zu den Ein laßventilen kühlt. Durch diese Zwangskühlung des Stegberei ches mit den beiden Bohrungen kann die gußtechnisch problematische Trennwand im Wassermantel entfallen und es wird ein stabiler Wasserman telkern, eine leichtere Putzarbeit sowie eine einfachere Kon trolle ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können bei einem Zylinderkopf mit zwei Einlaßventilen die beiden Bohrungen im Stegbereich zu den Einlaßventilen bzw. Einlaßkanälen münden. Durch die X-förmige Anlegung der Durchflußkanäle kann gleich zeitig erreicht werden, daß je ein Kanal dem Stegbereich eines Einlaßventils so zugeordnet wird, daß beide Stegbereiche gleichmäßig gekühlt werden.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit nach der Erfindung besteht darin, daß sich die beiden Bohrungen kreuzen, vorzugs weise zueinander windschief angeordnet sind, wodurch sich eine platzsparende Anordnung ergibt.

Schließlich kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, daß sich die beiden Bohrungen schneiden und in einer Ebene liegen, die vorzugsweise parallel zum Zylinderkopfboden verläuft. Diese Ausführung ermöglicht eine relativ geringe Bauhöhe.

Die Erfindung wird dann nachfolgend anhand der teilwei se vereinfachten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Zylinderkopf gemäß der Erfindung im Axialschnitt ent sprechend der Linie I-I,

Fig. 2 einen Querschnitt ent sprechend der Linie II-II in Fig. 3 und

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1. In den

Fig. 4 bis 7 ist eine andere Ausführungsform des Zylinderkopfes gemäß der Er findung dargestellt und zwar ist

Fig. 4 ein Schnitt durch die beiden Auslaßventile gemäß der Linie IV-IV in Fig. 6,

Fig. 5 ein Schnitt durch den Auslaßventilsteg gemäß der Linie V-V in Fig. 6,

Fig. 6 ein horizontaler Schnitt durch die Kühlbohrun gen gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5 und

Fig. 7 ein Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6.

Gleiche Teile sind bei den beiden Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Zylinderkopf 1 weist zwei Auslaßkanäle 2 und zwei Einlaßkanäle 3 auf, welche durch Ventile gesteuert werden, von denen nur die Auslaßventile 4 dargestellt sind. Der Bereich des Ventilsteges zwischen den Einlaßkanälen 3 und den Auslaßkanälen 2 ist mit 5 und der Ventilsteg zwischen den Auslaßkanälen 2 mit 6 bezeichnet. Die sen Ventilstegbereich 6 durchsetzen zwei von der Seitenfläche 8 des Zylinderkopfes 1 her ausgeführte Bohrungen 9 und 10, wel che außen mit Stopfen 9′ bzw. 10′ verschlossen und in den Wassermantel 7 im Ventilstegbereich 5 zwischen den Einlaß- und Auslaßkanälen 3 bzw. 2 münden. Durch die beiden Bohrungen 12 und 13, welche den Zylinderkopfboden 11 durchsetzen, tritt die Hauptmenge des Kühlwassers für den Zylinderkopf 1 aus dem Zylinderblock über. Ein kleiner Teil der gesamten Kühl wassermenge tritt durch die Entdampfungsbohrungen 15 vom Kur belgehäuse in den Zylinderkopf über. Der Gesamtquerschnitt dieser Entdampfungsbohrungen 15 ist im Vergleich zum Gesamt querschnitt der beiden Überströmbohrungen 12 und 13 entspre chend dem angestrebten Mengenverhältnis klein.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß die beiden Bohrungen 9 und 10, in Richtung der Zylinderachse 1′ gesehen, X-förmig angeordnet sind (Fig. 3) und sich im Ventilsteg 6 zwischen den Auslaßkanälen 2 so nahe kommen als fertigungstechnisch ausführbar ist. Dieser Bereich wird also konzentriert von praktisch der gesamten Kühlwassermenge in tensiv gekühlt. Die Bohrungen 9 und 10 münden zu beiden Seiten der zentralen Düsen- oder Kerzenaufnahmebohrung 14, also im Ventilstegbereich 5 zwischen Ein- und Auslaßkanälen (3 bzw. 2) aus, womit erreicht wird, daß von der Kühlwassermenge je Zylinder jeweils etwa die halbe Menge den Steg zu den Einlaß ventilen kühlt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 bis 7 schneiden sich die beiden Bohrungen 9 und 10 im Bereich des Ventilsteges 6 zwi schen den Auslaßkanälen 2. Die beiden Kanäle 9 und 10 liegen in einer Ebene und parallel zum Zylinderkopfboden 11. An der Schnittstelle der beiden Kanäle 9 und 10 tritt zwangsläufig eine gewisse Querschnittsdrosselung ein, was bei der Festle gung der Bohrungsdurchmesser ohne weiteres berücksichtigt werden kann. Ein etwas größerer Bohrungsdurchmesser bietet bei dieser Ausführung keine Schwierigkeiten.

Im Rahmen der Erfindung sind noch andere Ausführungen möglich. So können die beiden Bohrungen auch in zueinander parallelen Ebenen liegen und sich im Stegbereich sehr nahe kommen. Diese Version ist nicht näher dargestellt; der Schnitt durch den Ventilsteg 6 zwischen den Auslaßkanälen 2 entspricht jedoch der Fig. 1.

Claims

1. Zylinderkopf für wassergekühlte Brennkraftmaschinen mit ei nem Wassermantel, einer zentralen Aufnahmebohrung für eine Einspritzdüse oder Zündkerze, mehreren Ventilen, unter denen sich ein Auslaßventil und ein Einlaßventil befindet, sowie Bohrungen im Bereich des Wassermantels, über die den Stegen zwischen den Venti len Kühlwasser zugeleitet wird, dadurch ge kennzeichnet, daß im Bereich des Wassermantels (7) zwei kühlwasserführende Bohrungen (9, 10) vorgesehen sind, die, in Richtung der Zylinderachse (1′) gesehen, ein X bilden, wobei der Bereich der größten Annäherung der bei den Bohrungen (9, 10) im Steg (6) zwischen zwei Ventilen, vorzugs weise Auslaßventilen (4) bzw. Auslaßkanälen (2) gelegen ist, und die beiden Bohrungen (9, 10) einerseits außen verschlos sen sind und über je eine Bohrung (12 bzw. 13) mit dem Kühlmantel des Zylinderblockes in Verbindung stehen und andererseits im Bereich des Einlaßventiles bzw. der Ein laßventile bzw. der Einlaßkanäle (13) etwa in gleicher Höhe in den Wassermantel (7) münden.

2. Zylinderkopf mit zwei Einlaßventilen nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die beiden Bohrungen (9, 10) im Stegbereich (6) zu den Einlaßventilen bzw. Einlaßkanälen (13) münden.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß sich die beiden Bohrungen (9, 10) kreuzen, vorzugs weise zueinander windschief angeordnet sind.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß sich die beiden Bohrungen (9, 10) schneiden und in einer Ebene liegen, die vorzugsweise parallel zum Zylinderkopfboden (11) verläuft.