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Die Erfindung betrifft einen Zyhnderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Auslassventilen und mindestens einem zu einem Einlassventil führenden Einlasskanal pro Zylinder, mit mindestens einem ersten Kühlkanal, der in einen unteren Kühlraum zwischen zwei Auslassventilen mündet und in einen zentralen Bereich um die Zylinderachse gerichtet ist.
Bei mässig und insbesondere bei höchstbelasteten Brennkraftmaschinen sind die Bereiche zwischen den Ventilen, ganz besonders zwischen den Auslassventilen, aber auch die Bereiche zwischen den Auslassventilen und den Einlassventilen und die Bereiche zwischen den Auslassventilen und einem Aufnahmeteil für den Düsenhalter, wie eine Hülse oder einen Butzen, besonders hoher Wärmebelastung ausgesetzt. Ganz besonders kritisch hinsichtlich der Wärmebelastung sind höchstbelastete Motoren mit vier Ventilen pro Zylinder. An den Stellen von höchster Wärmebelastung muss durch gelenkte Kühlstrahlen hoher Geschwindigkeit eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet sein.
Es ist ein Zylinderkopf der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein Kühlmittelstrahl im Bereich einer Zylinderkopfseite von aussen nach innen zwischen die Auslasskanäle gelenkt wird, wodurch der sogenannte Steg zwischen den Auslassventilen gekühlt wird. Diese bekannte Konstruktion ist in Fig. 1 dargestellt. In der Folge teilt sich dieser Strahl, wobei ein Teil des Kühlmittels aufsteigt und zwei weitere Teilstrahlen die Stege zwischen den beiden Auslassventilen und den Einlassventilen einerseits und dem Bereich der Hülse um den Düsenhalter andererseits kühlen. Die Stege zwischen den Auslassventilen und den Einlassventilen werden dabei allerdings schon deutlich schlechter gekühlt, da die erwähnten Teilstrahlen zwischen den Auslassventilen und dem Düsenhalter zu einem grossen Teil nach oben abgelenkt werden.
Insbesondere bei höchster Belastung und Leistungssteigerung mittels Aufladung reicht diese Art der Kühlung nicht mehr aus, um die Bauteiltemperaturen im zulässigen Bereich zu halten.
Weiters sind mittelschnellaufende Brennkraftmaschinen, beispielsweise für Lokomotiven und kleinere Schiffe, bekannt, bei denen mit relativ hoher Aufladung schon bei niedrigen Drehzahlen hohe Leistungen erreicht werden. Durch die hohe mechanische Belastung des Zylinderkopfes bestehen bei diesen Motoren besonders hohe Anforderungen auf Einhaltung der Temperaturgrenzen. Um eine ausreichende Wärmeabfuhr zu erreichen, wird bei diesen Mittel- schnelläufern die sogenannte "Bohrungskühlung" angewandt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Dabei kommt das Kühlwasser über eine Verbindungsleitung oder über eine Anzahl von Einzelbohrungen vom die Zylinderbüchse umgebenden Wassennantel des Zylinderblockes in den unteren Wasserraum des Zylinderkopfes.
Von dort strömt das Kühlmittel durch vier radiale Boh- rungen zwischen den Ventilen zur Mitte gegen das Rohr, in dem sich der Düsenhalter befin- det. Indem das Kühlmittel das Düsenhalterrohr umströmt, kommt es nach oben in den oberen
Kühlmittelraum. Diese Art der Kühlung ist äusserst effektiv, da an den Stellen hoher Wärme-
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belastung eine grosse Kühlmittelgeschwindigkeit mit sehr gutem Wärmeübergang erzielt wird. Sie ist jedoch in der Herstellung sehr teuer, da von vier Seiten des Zylinderkopfes gebohrt werden muss. Für die Herstellung der Bohrungen müssen im Zylinderkopf Öffnungen angebracht und später wieder verschlossen werden. Diese Herstellung ist somit nur bei Emzelzylindern möglich.
Bei Brennkraftmaschinen ohne Einzelzylinder, wie sie üblicher Weise in Fahrzeugen eingesetzt werden, bestehen keine Zugangsmöglichkeiten zur Herstellung derartiger radialer Bohrungen. Daher ist die "Bohrungskühlung" bei diesen Brennkraftmaschinen nicht geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise die Wärmeabfuhr in thermisch hoch beanspruchten Bereichen zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass zusätzlich zwischen mindestens einem Auslassventil und mindestens einem Einlassventil zumindest ein zweiter Kühlkanal in den zentralen Bereich einmündet, und dass die zumindest ein Kühlkanal im Bereich seiner Mündung eine Düse aufweist. Die Strömung in den Kühlraum wird dabei durch mehrere genau ausgerichtete Einzelströmungen ersetzt, welche gezielt auf thermisch hoch beanspruchte Bereiche im unteren Kühlmittelraum des Zylinderkopfes gerichtet sind. Die thermisch hoch beanspruchten Bereiche um die Auslassventile werden dabei von beiden Seiten umströmt.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Einlassventilen pro Zylinder kann vorgesehen sein, dass zwischen jeweils zwei Einlasskanälen ein dritter Kühlkanal in den Kühlraum mündet, welcher vorzugsweise im Bereich seiner Mündung eine Düse aufweist. Da allerdings der Steg zwischen den Einlassventilen beidseits durch die einströmende Frischluft gekühlt wird und somit nicht zu den thermisch kritischen Stellen gehört, kann bei einfachen Ausführungen der dritte Kühlkanal auch weggelassen werden.
Die Düsen können dabei mit dem Zylinderkopf mitgegossen bzw. einstückig mit diesem ausgeführt sein und erfordern somit keinen Mehraufwand durch Bearbeitungsvorgänge. Genauso ist es möglich, die Düse als separaten Teil auszuführen, wobei vorgesehen sein kann, dass die Düse durch ein topfförmiges, in den Kühlkanal eingestecktes Umlenkstück, vorzugsweise aus Blech, gebildet ist. Das Umlenkstück wird zweckmässigerweise von der Seite der Zylinderkopfebene in den Kühlkanal eingebracht. Die Auslegung und Konstruktion des Zylinderkopfes kann somit ungeachtet von Bearbeitungsvorgängen für die Schaffung von Kühlmittelbohrungen erfolgen.
Bei einem Zylinderkopf mit einem etwa zentral angeordneten, zylindrischen Aufnahmeteil für eine Einspritzeinrichtung, beispielsweise eine Hülse oder einen Butzen, ist es besonders vorteilhaft, wenn mindestens ein erster, ein zweiter und/oder ein dritter Kühlkanal etwa radial auf den Aufnahmeteil gerichtet ist.
Wenn das aus den Düsen ausströmende Kühlmittel frontal auf den Aufnahmebereich für die Einspritzeinrichtung auftrifft, kann in diesem Bereich ein Kühlmittelstau mit schlechtem
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Wärmeübergang und somit schlechter Wärmeabfuhr entstehen. Dies ist besonders ungünstig, da oft in diesen Bereichen ein besonders hoher Wärmeeintrag erfolgt.
Um dies zu vermeiden ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass zumindest ein Kühlkanal tangential auf den Aufnahmeteil gerichtet ist. Die aus den Düsen austretenden Kühlmittelstrahlen prallen somit nicht mehr frontal gegen die zylindrische Wand des Aufnahmeteiles, sondern strömen tangential an dieser entlang, sodass der Kühlmittelstrahl - statt sich in zwei Teilströme aufzusplitten - in einer Richtung um den Aufnahmeteil herum und in der Folge schraubenförmig in den oberen Kühlmittelraum des Zylinderkopfes strömt.
Die tangentiale Anströmung kann in besonders einfacher Weise erreicht werden, wenn zumindest ein Einlasskanal und/oder zumindest ein Auslasskanal eine vorzugsweise durch eine angegossene Nase gebildete Leitfläche aufweist, welche die aus zumindest einem Kühlkanal austretende Kühlströmung tangential auf den Aufnahmeteil lenkt.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
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1Fig. 2 einen bekannten Einzylinderkopf in einem Schnitt quer zur Zylinderachse, Fig. 3 einen erfindungsgemäss ausgebildeten Zylinderkopf quer zur Zylinderachse in einer Ausführungvariante, Fig. 4 einen erfindungsgemäss ausgebildeten Zylinderkopf in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 5 einen erfindungsgemäss ausgebildeten Zylinderkopf in einer dritten Ausführungsvariante und Fig. 6 ein Detail im Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5.
Fig. 1 zeigt den Zylinderkopf 101 einer bekannten Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindem 102 in einem Schnitt quer zur Zylinderachse 103a durch den unteren Kühlmittelraum 104. Die Brennkraftmaschine weist pro Zylinder 102 zwei Auslassventile 105,106 auf, welche jeweils einen Auslasskanal 107,108 verschliessen. Weiters weist der Zylinderkopf 101 zwei Einlassventile 109,110 auf, über welche jeweils ein Einlasskanal 111,112 in den Brennraum mündet. In den unteren Kühlmittelraum 104 mündet ein von einer Steigleitung 120 abzweigender Kühlkanal 121 ein. Der Kühlkanal 121 ist in der bekannten Ausführung gebohrt, weshalb eine Öffnung 121a in der Wand 101b des Zylinderkopfes 101 erforderlich ist, welche nachträglich durch ein Verschlusselement 121b wieder verschlossen wird.
Die Steigleitung 120 ist mit einem nicht weiter dargestellten Kühlmantel um die Zylinderbüchse des Zylinderblockes verbunden.
Der Kühlkanal 121 ist auf einen zentralen Bereich 103 etwa quer zur Zylinderachse 103a gerichtet, so dass das Kühlmittel gemäss dem Pfeil 119 zwischen die Auslasskanäle 107 und 108 strömt und den als Steg 115 bezeichneten Bereich des Zylinderkopfbodens 101 a zwischen den beiden Auslassventilen 105,106 kühlt. Dabei teilt sich der Kühlmittelstrahl, wobei ein Teil in den oberen Kühlmittelraum des Zylinderkopfes 101 aufsteigt und der Rest zu einem im zentralen Bereich 103 angeordneten Aufnahmeteil 113 zur Aufnahme einer nicht weiter dargestellten Einspritzeinrichtung strömt, wobei sich der Kühlmittelstrahl in die Teilstrahlen 119a und 119b aufteilt. Der Aufnahmeteil 113 ist beispielsweise eine Hülse oder ein Butzen.
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Die Stege 116,117 zwischen Auslassventil 105 und Einlassventil 109 bzw. zwischen Auslassventil 106 und Einlassventil 110, werden schon deutlich schlechter gekühlt, da die erwähnten Teilstrahlen 119a, 119b zwischen den Auslassventilen 105,106 und der zylindrischen Wand 114 des Aufnahmeteiles 113 zu einem grossen Teil nach oben abgelenkt werden. Wird entsprechend dem allgemeinen Trend die Leistung mittels Aufladung noch höher getrieben und die Wärmebelastung somit gesteigert, reicht bei diesem bekannten Zylinderkopf 101 die Kühlung nicht mehr aus, um die Bauteiltemperaturen im annehmbaren Bereich zu halten.
In Fig. 2 ist ein bekannter Einzelzylinderkopf 201 einer sogenannten mittelschnellaufenden Brennkraftmaschine dargestellt, welche beispielsweise in einer Lokomotive oder in einem kleineren Schiff verwendet wird. Mittelschnelläufer werden zur Erzielung hoher Leistung schon bei niedrigen Drehzahlen mit hoher Aufladung ausgeführt. Dadurch wird der Zylinderkopf 201 mechanisch und thermisch hoch beansprucht. Um trotzdem ausreichende Kühlung zu gewährleisten, wird bei diesen Motoren die sogenannte "Bohrungskühlung" angewandt.
Bei diesen kommt das Kühlmittel von unten aus dem Kühlmantel um die Zylinderbüchse des Zylinders 202 über eine Steigleitung oder über eine Anzahl von Einzelbohrungen 220 in den unteren Kühlraum 204 des Zylinderkopfes 201. Von dort strömt es durch vier als Bohrungen ausgebildete Kühlmittelkanäle 221,224, 227,230 zwischen den Auslassventilen 205,206 und Einlassventilen 209,210 zu einem zentralen Bereich 203, in welchem der Aufnahmeteil 213 für die Einspritzeinrichtung angeordnet ist. Die Kühlkanäle 221,224, 227 und 230 verlaufen radial zum Aufnahmeteil 213 und quer zur Zylinderachse 203a. Das Kühlmittel strömt aus Kühlkanälen 221,224, 227 und 230 gemäss den Pfeilen 219 und 219a zum zentralen Bereich 203 und von dort entlang der Wand 214 des Aufnahmeteiles 213 in den oberen Kühlmittelraum des Einzelzylinderkopfes 201.
Dadurch werden sowohl der Steg 215 zwischen den Auslassventilen 205,206, als auch die Stege 216,217 zwischen Auslassventilen 205,206 und Einlassventilen 209,210 und auch der Steg 218 zwischen den Einlassventilen 209, 210 optimal gekühlt, da an den Stellen hoher Wännebelastung eine grosse Wassergeschwindigkeit mit sehr gutem Wärmeübergang erzielt wird. Diese Art der Kühlung ist allerdings in der Herstellung sehr teuer, da von vier Seiten des Einzelzylinderkopfes 201 gebohrt werden muss und für die Bohrungen an jeder Seite des Einzelzylinderkopfes 201 Öffnungen 221a, 224a, 227a, 230a angebracht und über Verschlusselemente 221b, 224b, 227b, 230b dicht verschlossen werden müssen.
In Fig. 3 bis 6 sind Ausführungsvarianten der Erfindung dargestellt, wobei funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Fig. 3 zeigt einen Zylinderkopf 1 im Bereich eines Zylinders 2 einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, wobei die Wand des Zylinderkopfes mit Ib und die Zylinderachse mit 3a bezeichnet ist. Pro Zylinder 2 sind zwei Auslassventile 5, 6 vorgesehen, von denen jeweils ein Auslasskanal 7,8 ausgeht. Zwei Einlasskanäle 11,12 münden über jeweils ein Einlassventil 9, 10 in den Brennraum des Zylinders 2. Pro Zylinder 2 sind weiters in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante ein erster Kühlkanal 21, zwei zweite Kühlkanäle 24,27 und ein dritter Kühlkanal 30 vorgesehen, wobei jeder Kühlkanal 21, 24, 27, 30 auf einen zentralen Bereich 3,
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etwa quer zur Zylinderachse 3a gerichtet ist.
Jeder Kühlkanal 21,24, 27,30 wird über eine Steigleitung 20,23, 26,29 mit Kühlmittel aus dem Kühlmantel des nicht weiter dargestellten Zylinderblockes versorgt. Im Bereich der Mündung der Kühlkanäle 21, 24, 27, 30 in den unteren Kühlmittelraum 4 des Zylinderkopfes 1 ist jeweils eine Düse 22,25, 28,31 vorgesehen, über welche Kühlmittelstrahlen gemäss den Pfeilen 19 entlang der Stege 15,16, 17 und 18 des Zylinderkopfbodens la zum Aufnahmeteil 13 für eine Einspritzemrichtung, beispielsweise eine Hülse oder einen am Zylinderkopf 1 angeformten Butzen, strömen. Im Bereich der zylindrischen Wand 14 des Aufnahmeteiles 13 entstehen Teilströmungen in Richtung des oberen Kühlmittelraumes des Zylinderkopfes 1, wie durch die Pfeile 19a, 19b angedeutet ist.
Dadurch werden sowohl die Stege 15, 16, 17 und 18, als auch der Aufnahmeteil 13 für die Einspritzeinrichtung ausreichend gekühlt. Da die Kühlkanäle 21,24, 27, 30 als auch die Düsen 22,25, 28, 31 zusammen mit dem Zylinderkopf 1 gegossen werden, ist eine besonders einfache Herstellung möglich.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 dadurch, dass die Düsen 22,25, 28 des ersten Kühlkanales 21 und der zweiten Kühlkanäle 24,27 etwa tangential auf den Aufnahmeteil 13 gerichtet sind und somit einen Drall der Kühlmittelströmung um die Zylinderachse 3a erzwingen. Dadurch wird vermieden, dass der aus den Düsen 22,25, 28 ausströmende Kühlmittelstrahl, der durch die Pfeile 19 symbolisiert ist, auf die Wand 14 des zylindrischen Aufnahmeteiles 13 für die Einspritzeinrichtung aufprallt und in diesem Gebiet ein Strömungsstau entsteht, welcher einen schlechten Wärmeübergang und somit eine schlechte Wärmeabfuhr bewirken würde.
Die tangentiale Anströmung des Aufnahmeteiles 13 kann darüber hinaus noch durch Leitflächen 32,33 und 34 an den Auslasskanälen 7,8 und am Einlasskanal 11 unterstützt werden. Die Leitflächen 32, 33,34 können in einfacher Weise durch angeformte Nasen 32a, 33a, 34a gebildet sein. Die dadurch ausgebildete schraubenförmige Drallströmung, welche das Kühlmittel in den oberen Wasserraum des Zylinderkopfes 1 führt, ist in Fig. 4 durch die Pfeile 19a angedeutet.
Bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsvarianten sind die Düsen 22, 25, 28 und 31 mit dem Zylinderkopf 1 mitgegossen. Fig. 5 zeigt dagegen eine Ausführungsvariante, bei der die Düsen 22, 25, 28 und 31 durch separate, topfförmige Umlenkstücke 22a, 25a, 28a und 31 a gebildet sind. Die Umlenkstücke 22a, 25a, 28a und 31 a werden beispielsweise aus Blech hergestellt, und können entweder in den Zylinderkopf 1 eingegossen sein oder-wie aus der Detaildarstellung aus Fig. 6 hervorgeht-von der Seite der Zylinderkopfdichtebene Ic des Zylinderkopfbodens 1 a in die Kühlkanäle 21, 24, 27 und 30 eingeschoben sein.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung kann, insbesondere bei verdrehter Anordnung der Ventile, eine optimale Kühlung in thermisch hochbeanspruchten Bereichen ohne konstruktive Einschränkung wegen Schaffung von Kühlmittelbohrungen erreicht werden.
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The invention relates to a cylinder head for a liquid-cooled internal combustion engine with at least two exhaust valves and at least one intake channel leading to an intake valve per cylinder, with at least one first cooling channel, which opens into a lower cooling space between two exhaust valves and is directed into a central area around the cylinder axis.
In the case of moderately and in particular in highly loaded internal combustion engines, the areas between the valves, particularly between the exhaust valves, but also the areas between the exhaust valves and the intake valves and the areas between the exhaust valves and a receiving part for the nozzle holder, such as a sleeve or a slug, exposed to particularly high heat loads. Highly loaded engines with four valves per cylinder are particularly critical with regard to thermal load. Adequate heat dissipation must be ensured at the points of greatest thermal stress by means of directed cooling jets at high speed.
A cylinder head of the type mentioned at the outset is known, in which a coolant jet in the region of a cylinder head side is directed from the outside inwards between the outlet channels, as a result of which the so-called web is cooled between the outlet valves. This known construction is shown in Fig. 1. This jet then divides, with part of the coolant rising and two further part jets cooling the webs between the two outlet valves and the inlet valves on the one hand and the area of the sleeve around the nozzle holder on the other. However, the webs between the exhaust valves and the intake valves are cooled much worse, since the partial jets mentioned are largely deflected upward between the exhaust valves and the nozzle holder.
This type of cooling is no longer sufficient to keep component temperatures within the permissible range, especially when the load is high and the output is increased.
Furthermore, medium-speed internal combustion engines are known, for example for locomotives and smaller ships, in which high outputs are achieved with a relatively high charge even at low speeds. Due to the high mechanical load on the cylinder head, these engines have particularly high requirements for maintaining the temperature limits. In order to achieve sufficient heat dissipation, the so-called "bore cooling" is used in these medium-speed rotors, as shown in FIG. 2. The cooling water comes through a connecting line or through a number of individual bores from the water jacket of the cylinder block surrounding the cylinder liner into the lower water space of the cylinder head.
From there, the coolant flows through four radial holes between the valves to the center against the pipe in which the nozzle holder is located. As the coolant flows around the nozzle holder tube, it comes up into the upper one
Coolant compartment. This type of cooling is extremely effective because
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load a high coolant speed with very good heat transfer is achieved. However, it is very expensive to manufacture because drilling has to be carried out from four sides of the cylinder head. To make the holes, openings must be made in the cylinder head and then closed again later. This production is therefore only possible with single cylinders.
In internal combustion engines without a single cylinder, as are usually used in vehicles, there are no access options for producing such radial bores. Therefore, "bore cooling" is not suitable for these internal combustion engines.
The object of the present invention is to improve the heat dissipation in areas which are subject to high thermal stress in the simplest possible manner in an internal combustion engine of the type mentioned at the outset.
According to the invention, this is achieved in that at least one second cooling channel opens into the central area between at least one outlet valve and at least one inlet valve, and in that the at least one cooling channel has a nozzle in the area of its mouth. The flow into the cooling chamber is replaced by several precisely aligned individual flows, which are aimed specifically at thermally highly stressed areas in the lower coolant chamber of the cylinder head. The thermally highly stressed areas around the exhaust valves are flowed around from both sides.
In internal combustion engines with at least two inlet valves per cylinder, it can be provided that a third cooling duct opens into the cooling chamber between two inlet ducts, which preferably has a nozzle in the region of its opening. However, since the web between the inlet valves is cooled on both sides by the incoming fresh air and is therefore not one of the thermally critical points, the third cooling channel can also be omitted in simple designs.
The nozzles can be cast with the cylinder head or can be made in one piece with it and therefore do not require any additional work due to machining operations. It is also possible to design the nozzle as a separate part, it being possible for the nozzle to be formed by a cup-shaped deflection piece, preferably made of sheet metal, which is inserted into the cooling channel. The deflection piece is expediently introduced into the cooling duct from the side of the cylinder head plane. The design and construction of the cylinder head can thus be carried out regardless of machining operations for the creation of coolant holes.
In the case of a cylinder head with an approximately centrally arranged cylindrical receiving part for an injection device, for example a sleeve or a slug, it is particularly advantageous if at least a first, a second and / or a third cooling channel is directed approximately radially onto the receiving part.
If the coolant flowing out of the nozzles hits the receiving area for the injection device head-on, a coolant jam with bad can occur in this area
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Heat transfer and thus poor heat dissipation arise. This is particularly unfavorable because often a particularly high heat input occurs in these areas.
In order to avoid this, a particularly preferred embodiment variant of the invention provides that at least one cooling duct is directed tangentially onto the receiving part. The coolant jets emerging from the nozzles no longer collide head-on with the cylindrical wall of the receiving part, but flow tangentially along it, so that the coolant jet - instead of splitting into two partial flows - in one direction around the receiving part and subsequently in a helical fashion upper coolant chamber of the cylinder head flows.
The tangential flow can be achieved in a particularly simple manner if at least one inlet channel and / or at least one outlet channel has a guide surface, preferably formed by a molded nose, which directs the cooling flow emerging from at least one cooling channel tangentially onto the receiving part.
The invention is explained in more detail with reference to the figures.
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1Fig. 2 shows a known single cylinder head in a section transverse to the cylinder axis, FIG. 3 shows a cylinder head designed according to the invention transverse to the cylinder axis in one embodiment variant, FIG. 4 shows a cylinder head designed according to the invention in a second embodiment variant, FIG. 5 shows a cylinder head designed according to the invention in a third embodiment variant, and FIG 6 shows a detail in section along the line VI-VI in FIG. 5.
1 shows the cylinder head 101 of a known internal combustion engine with a plurality of cylinders 102 in a section transverse to the cylinder axis 103a through the lower coolant chamber 104. The internal combustion engine has two exhaust valves 105,106 per cylinder 102, each of which closes an exhaust passage 107,108. Furthermore, the cylinder head 101 has two intake valves 109, 110, via which an intake passage 111, 112 opens into the combustion chamber. A cooling duct 121 branching off from a riser 120 opens into the lower coolant chamber 104. The cooling duct 121 is drilled in the known embodiment, which is why an opening 121a in the wall 101b of the cylinder head 101 is required, which is subsequently closed again by a closure element 121b.
The riser 120 is connected to a cooling jacket, not shown, around the cylinder liner of the cylinder block.
The cooling duct 121 is directed toward a central region 103 approximately transversely to the cylinder axis 103a, so that the coolant flows according to the arrow 119 between the exhaust ducts 107 and 108 and cools the region of the cylinder head base 101a designated as the web 115 between the two exhaust valves 105, 106. The coolant jet thereby divides, a part rising into the upper coolant chamber of the cylinder head 101 and the rest flowing to a receiving part 113 arranged in the central area 103 for receiving an injection device, not shown, whereby the coolant jet is divided into the partial jets 119a and 119b. The receiving part 113 is, for example, a sleeve or a slug.
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The webs 116, 117 between the outlet valve 105 and the inlet valve 109 or between the outlet valve 106 and the inlet valve 110 are cooled much worse, since the aforementioned partial jets 119a, 119b between the outlet valves 105, 106 and the cylindrical wall 114 of the receiving part 113 are largely deflected upwards will. If, in accordance with the general trend, the power is boosted even further by means of charging and the heat load is thus increased, the cooling in this known cylinder head 101 is no longer sufficient to keep the component temperatures within an acceptable range.
FIG. 2 shows a known single cylinder head 201 of a so-called medium-speed internal combustion engine, which is used, for example, in a locomotive or in a smaller ship. To achieve high performance, medium-speed runners are run with a high charge even at low speeds. As a result, the cylinder head 201 is subjected to high mechanical and thermal stress. In order to ensure adequate cooling, the so-called "bore cooling" is used for these motors.
In these, the coolant comes from below from the cooling jacket around the cylinder liner of the cylinder 202 via a riser or via a number of individual bores 220 into the lower cooling chamber 204 of the cylinder head 201. From there it flows through four coolant channels 221, 224, 227, 230 designed as bores Exhaust valves 205, 206 and intake valves 209, 210 to a central region 203, in which the receiving part 213 for the injection device is arranged. The cooling channels 221, 224, 227 and 230 run radially to the receiving part 213 and transversely to the cylinder axis 203a. The coolant flows from cooling channels 221, 224, 227 and 230 according to arrows 219 and 219a to the central area 203 and from there along the wall 214 of the receiving part 213 into the upper coolant space of the single cylinder head 201.
As a result, both the web 215 between the exhaust valves 205, 206, the webs 216, 217 between the exhaust valves 205, 206 and the intake valves 209, 210 and also the web 218 between the intake valves 209, 210 are optimally cooled, since a high water velocity with very good heat transfer is achieved at the points of high thermal loads becomes. However, this type of cooling is very expensive to manufacture, since drilling has to be carried out from four sides of the single cylinder head 201 and openings 221a, 224a, 227a, 230a are made for the bores on each side of the single cylinder head 201 and via closure elements 221b, 224b, 227b, 230b must be tightly closed.
3 to 6, embodiment variants of the invention are shown, elements with the same function being provided with the same reference numerals.
3 shows a cylinder head 1 in the region of a cylinder 2 of a multi-cylinder internal combustion engine, the wall of the cylinder head being designated by Ib and the cylinder axis being designated by 3a. Two exhaust valves 5, 6 are provided per cylinder 2, each of which emits an exhaust passage 7, 8. Two inlet channels 11, 12 each open into the combustion chamber of the cylinder 2 via an inlet valve 9, 10. Furthermore, in the embodiment variant shown in FIG. 3, a first cooling channel 21, two second cooling channels 24, 27 and a third cooling channel 30 are provided for each cylinder 2 , wherein each cooling channel 21, 24, 27, 30 to a central area 3,
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is directed approximately transversely to the cylinder axis 3a.
Each cooling channel 21, 24, 27, 30 is supplied with coolant from the cooling jacket of the cylinder block, not shown, via a riser 20, 23, 26, 29. In the area of the opening of the cooling channels 21, 24, 27, 30 into the lower coolant chamber 4 of the cylinder head 1, a nozzle 22, 25, 28, 31 is provided, via which coolant jets according to the arrows 19 along the webs 15, 16, 17 and 18 of the cylinder head base la flow to the receiving part 13 for an injection device, for example a sleeve or a slug formed on the cylinder head 1. In the area of the cylindrical wall 14 of the receiving part 13, partial flows occur in the direction of the upper coolant chamber of the cylinder head 1, as indicated by the arrows 19a, 19b.
As a result, both the webs 15, 16, 17 and 18 and the receiving part 13 are sufficiently cooled for the injection device. Since the cooling channels 21, 24, 27, 30 and the nozzles 22, 25, 28, 31 are cast together with the cylinder head 1, particularly simple manufacture is possible.
The embodiment variant shown in FIG. 4 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 3 in that the nozzles 22, 25, 28 of the first cooling channel 21 and the second cooling channels 24, 27 are directed approximately tangentially onto the receiving part 13 and thus a swirl of the coolant flow force around the cylinder axis 3a. This prevents the coolant jet flowing out of the nozzles 22, 25, 28, which is symbolized by the arrows 19, from hitting the wall 14 of the cylindrical receiving part 13 for the injection device and causing a flow congestion in this area, which leads to poor heat transfer and would cause poor heat dissipation.
The tangential flow against the receiving part 13 can also be supported by guide surfaces 32, 33 and 34 on the outlet channels 7, 8 and on the inlet channel 11. The guide surfaces 32, 33, 34 can be formed in a simple manner by molded lugs 32a, 33a, 34a. The helical swirl flow thus formed, which leads the coolant into the upper water space of the cylinder head 1, is indicated in FIG. 4 by the arrows 19a.
In the embodiment variants shown in FIGS. 3 and 4, the nozzles 22, 25, 28 and 31 are cast with the cylinder head 1. 5, on the other hand, shows an embodiment variant in which the nozzles 22, 25, 28 and 31 are formed by separate cup-shaped deflection pieces 22a, 25a, 28a and 31a. The deflection pieces 22a, 25a, 28a and 31a are made of sheet metal, for example, and can either be cast into the cylinder head 1 or - as can be seen from the detailed illustration in FIG. 6 - from the side of the cylinder head sealing plane Ic of the cylinder head base 1 a into the cooling channels 21, 24, 27 and 30 inserted.
With the design according to the invention, in particular when the valves are rotated, optimal cooling in areas subject to high thermal stress can be achieved without constructive restrictions due to the creation of coolant holes.