AT5301U1 - Zylinderkopf für mehrere zylinder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für mehrere Zylinder (A, B, C) für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, mit einer an ein Feuerdeck (2) grenzenden Kühlraumanordnung (39), welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck (2) ausgebildetes Zwischendeck (4) in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum (5) und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse (6) anschließenden oberen Teilkühlraum (7) unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum (5, 7) durch zumindest eine Überströmöffnung miteinander strömungsverbunden sind, und wobei in den unteren Teilkühlraum (5) zumindest eine vorzugsweise im Feuerdeck (2) angeorndete Zuflussbohrung (13) pro Zylinder (A, B, C) für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teilkühlraum (7) zumindest eine Abflussöffnung für das Kühlmittel ausgeht. Um die Kühlung zu verbessern, ist vorgesehen, dass jedem Zylinder (A, B, C) ein unterer Teilkühlraum (5) zugeordnet ist und die unteren Teilkühlräume (5) zumindest zweier benachbarten Zylinder (A, B, C) durch eine Trennwand (12) im Wesentlichen voneinander getrennt sind und dass sich der obere Teilkühlraum (7) über zumindest zwei Zylinder (A, B, C) erstreckt.

Description

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  Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für mehrere Zylinder für eine flüssig- keitsgekühlte Brennkraftmaschine, mit einer an ein Feuerdeck grenzenden Kühl- raumanordnung, welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck aus- gebildeten Zwischendeck in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse anschliessenden oberen Teilkühl- raum unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum durch zumindest eine Überströmöffnung miteinander strömungsverbunden sind, und wobei in den un- teren Teilkühlraum zumindest eine vorzugsweise im Feuerdeck angeordnete Zu- flussöffnung pro Zylinder für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teil- kühlraum zumindest eine Abflussöffnung für das Kühlmittel ausgeht. 



  Insbesonders bei leistungsstarken Diesel-Brennkraftmaschinen mit hohem Wär- meeintrag reicht ein durchgehender Kühlraum für ein den Zylinderkopf in Längs- richtung durchströmendes Kühlmedium nicht aus, um eine ausreichende Kühlung des Feuerdecks zu gewährleisten. Mangelhafter Wärmeaustrag aus dem Zylin- derkopf kann aber zu Verzugserscheinungen, Undichtheiten sowie zu Rissen führen. 



  Aus der CH 614 995 A ist ein Einzelzylinder-Zylinderkopf für eine Diesel-Brenn- kraftmaschine bekannt, welcher einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum und einen oberen Teilkühlraum aufweist, wobei zwischen dem unteren und obe- ren   Teilkühlraum   eine Trennwand angeordnet ist. Die Kühlflüssigkeit wird einer- seits über einen Speisestutzen ringförmigen Kühlkanälen um die Ventilsitze und andererseits dem unteren Teilkühlraum zugeführt. Von den Kühlkanälen um die Ventilsitze strömt die Kühlflüssigkeit in einen zentralen Ringraum, der eine Buchse für eine Kraftstoffzuführeinrichtung umgibt. Von dort strömt das Kühlme- dium in den oberen Teilkühlraum. Auf diese Weise sollen Feuerdeck und Ventil- sitze unabhängig voneinander gekühlt werden.

   Auch die DE 24 60 972 A1 offen- bart einen Einzelzylinder-Zylinderkopf mit zwei übereinander angeordneten Kühl- flüssigkeitsräumen, welche durch Öffnungen miteinander verbunden sind. Für einen Zylinderkopf für mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine sind diese Konstruktionen allerdings nicht geeignet. 



  Aus der US 4,304,199 A ist ein Zylinderkopf für mehrere Zylinder einer Diesei- Brennkraftmaschine bekannt, weicher einen durch eine Trennwand in einen un- teren und einen oberen Teilkühlraum getrennten Kühlraum aufweist. Unterer und oberer Teilkühlraum sind über eine sichelförmige Öffnung, welche die Mündung einer Einspritzdüse in Umfangsrichtung teilweise umgibt, miteinander strö- mungsverbunden. Das Kühlmittel strömt über Zuflussöffnungen im Feuerdeck vom Zylinderblock in den unteren Teilühlraurn und von dort über die sichelför- 

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 migen Öffnungen weiter in den oberen Teilkühlraum. Der untere Teilkühlraum ist dabei für mehrere benachbarte Zylinder durchgehend ausgeführt, so dass zu- mindest teilweise auch eine Längsströmung entsteht.

   Insbesondere bei hohem Wärmeeintrag aus dem Brennraum kann aber auch hier ein ausreichender Wär- meaustrag nicht gewährleistet werden. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Zylinderkopf der eingangs genannten Art die Kühlung, insbesondere im Bereich des Feuerdeckes zu verbessern. 



  Dies wird dadurch erreicht, dass jedem Zylinder ein unterer Teilkühlraum zuge- ordnet ist und die unteren Teilkühlräume zumindest zweier benachbarter Zylin- der durch eine Trennwand im Wesentlichen voneinander getrennt sind und dass sich der obere Teilkühlraum über zumindest zwei Zylinder erstreckt. Dadurch, das die unteren Teilkühlräume zweier benachbarter Zylinder im Wesentlichen vollständig getrennt voneinander sind, wird eine Längsströmung verhindert. Ab- gesehen davon bietet diese Ausbildung auch grosse giesstechnische Vorteile. Ge- trennte untere Teilkühlräume sind durch die Verwendung von Einzelkernen mit kompakter Kernstruktur unproblematisch herzustellen, da eine relativ geringe Tendenz zum Verzerren besteht. Dadurch kann eine hohe Prozesssicherheit ge- währleistet werden. 



  Das Kühlmittel durchströmt die unteren Teilkühlräume somit nur im Wesentlichen in der Querrichtung des Zylinderkopfes. Dies ermöglicht es, den Wärmeaustrag für jeden einzelnen Zylinder genau zu definieren, und somit eine Beeinflussung der Kühlleistung durch Kühlmittellängsströmungen zu vermeiden. 



  Um auch bei Kippen der Brennkraftmaschine die Ansammlung von Dampfblasen im unteren Teilkühlraum zu vermeiden, ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen unterem und oberem Teilkühlraum zumindest eine Entlüftungsöffnung pro Zylinder angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Entlüftungsöffnung im Bereich zwischen einer Motorlängsebene und einer Seitenwand des Zylinderkopfes, vorzugsweise im Bereich einer die Zylinderachse beinhaltenden Motorquerebene, angeordnet ist. 



  In Weiterführung der Erfindung ist für einen Zylinderkopf, in welchem zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung pro Zylinder angeordnet ist, vorgesehen, dass das Zwischendeck eine Aufnahmeöffnung für ein die Kraftstoffeinspritzeinrich- tung aufnehmendes Einsatzrohr aufweist, wobei zwischen Aufnahmeöffnung und dem Einsatzrohr ein die Überströmöffnung zwischen unterem und oberem Teil- kühlraum bildender Ringspalt mit vordefinierten Querschnitt ausgebildet ist. 



  Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass das Zwischendeck einen vorzugsweise gegossenen Aufnahmebutzen für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung aufweist. Um eine ausreichend Kühlmittelversorgung des oberen Teilkühlraumes 

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 zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Überströmöffnung durch einen Übertritt im Zwischendeck gebildet ist, wobei der Übertritt vorzugs- weise im Bereich einer Seitenwand angeordnet ist. Eine ausgeprägte Querströ- mung des Kühlmittels im unteren Teilkühlraum wird dadurch erreicht, dass die Zuflussöffnungen und die Übertritte jeweils in bezüglich der Motorlängsebene gegenüberliegenden Seitenwänden angeordnet sind. 



  Um eine ausreichende Kühlung der Mündung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu erreichen, ist besonders vorteilhaft, wenn der untere   Teilkühlraum   im Bereich einer Kraftstoffeinspritzdüse der direkt in den Brennraum mündenden Kraftstoff- einspritzeinrichtung diese entlang des gesamten Umfanges umgibt. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemässen Zylinderkopf in einem Querschnitt gemäss der Linie I-I in Fig. 4 in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 den Zy- linderkopf in einem Querschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 4, Fig. 3 den Zylin- derkopf in einem Querschnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 4, Fig. 4 den Zylin- derkopf in einem Schnitt der Linie IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 den Zylinderkopf in ei- nem Schnitt gemäss der Linie V-V in Fig. 1, Fig. 6 und 7 einen erfindungsgemä- &num;en Zylinderkopf in einer zweiten Ausführungsvariante in Schnitten analog zu Fig. 4 und 5. 



  Der einstückig für mehrere Zylinder A, B, C ausgebildete Zylinderkopf 1 weist eine an ein brennraumseitiges Feuerdeck 2 grenzende Kühlraumanordnung 3 auf, welche durch ein Zwischendeck 4 in einen feuerdeckseitigen unteren Teil- kühlraum 5 und einen in Richtung der Zylinderachse 6 anschliessenden oberen Teilkühlraum 7 unterteilt ist. Das Zwischendeck 4 weist pro Zylinder A, B, C zu- mindest eine Überströmöffnung auf. In der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten ersten Ausführungsvariante ist die Strömungsöffnung als Ringspalt 9 mit definiertem Durchflussquerschnitt zwischen dem Zwischendeck 4 und einem Einsatzrohr 10 zur Aufnahme einer Krafteinspritzeinrichtung 11 ausgebildet, welches Einsatzrohr 10 eine Aufnahmebohrung 20 des Zwischendeckes 4 durchdringt.

   Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäss Fig. 6 und 7 sind die Zuflussöffnungen 13 nur im Bereich einer Seitenwand 1c angeordnet und die Strömungsöffnungen durch Übertritte 22 im Zwischendeck 4 im Bereich der gegenüberliegenden Seitenwand 1b gebildet. Die Aufnahme der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 kann dabei durch eine mit dem Zylinderkopf 1 mitgegossenen Aufnahmebutzen 21 des Zwischen- deckes 4 erfolgen. Um auch bei Kippen der Brennkraftmaschine ein Entlüften und ein Abströmen von Dampfblasen aus dem unteren Teilkühlraum 4 zu ermöglichen ist pro Zylinder 1 zumindest eine Entlüftungsbohrung 8 zwischen der Motorlängs- ebene 23 und einer Seitenwand lc, vorteilhafterweise im Bereich einer die Zylin- 

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 derachse 6 beinhaltenden Motorquerebene 18 - in Draufsicht gesehen nahe dem Zylindermantel 19 - angeordnet. 



  Wie aus Fig. 4 und Fig. 6 ersichtlich ist, sind die unteren Teilkühlräume 5 zweier benachbarter Zylinder A, B, C jeweils durch eine Trennwand 12 voneinander ge- trennt. Die Trennwände 12 sind jeweils im Bereich einer Motorquerebene la im Zylinderkopf 1 angeordnet. 



  In den Figuren sind mit Bezugszeichen 16 bzw. 17 Gaswechselkanäle bezeichnet. 



  Das Kühlmedium strömt durch Zuflussöffnungen 13 im Bereich der Seitenwände lb, lc (Fig. 4) bzw. der Seitenwand 1c (Fig. 6) des Zylinderkopfes 1 im Wesentlichen in Querrichtung entsprechend der Pfeile S in den unteren Teilkühlraum 5. Dabei werden die Bereiche um die Ventilsitze 14 der Hubventile 15 und um die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 umströmt und optimal gekühlt wird. Vom unteren Teilkühlraum 5 gelangt das Kühlmittel über Überströmöffnungen - Ringspalte 9 und/oder Übertritte 22 - in den oberen Teilkühlraum 7 und durchströmt den für alle Zylinder A, B, C einheitlich durchgehend ausgebildeten oberen Teilkühlraum 7 in der Längsrichtung des Zylinderkopfes 1. Durch zumindest eine nicht weiter dargestellte Abflussöffnung verlässt das Kühlmittel wieder den Zylinderkopf 1.

   Die Abflussöffnung kann beispielsweise an einer Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet sein. Alternativ dazu kann für den oberen Teilkühlraum auch eine Sammelleiste für das austretende Kühlmittel vorgesehen sein. 



  Wesentlich ist, dass die Durchströmung des unteren Teilkühlraumes 5 und damit die Kühlung des Feuerdeckes 2 für jeden Zylinder A, B, C unabhängig vom Nach- barzylinder separat erfolgt. Dadurch ist ein optimaler Wärmeaustrag für jeden Zylinder A, B, C gewährleistet.

Claims (9)

1. ANSPRÜCHE 1. Zylinderkopf (1) für mehrere Zylinder (A, B, C) für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, mit einer an ein Feuerdeck (2) grenzenden Kühlraum- anordnung (3), welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck (2) ausgebildetes Zwischendeck (4) in einen feuerdeckseitigen unteren Teil- kühlraum (5) und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse (6) an- schliessenden oberen Teilkühlraum (7) unterteilt ist, wobei unterer und oberer Teilkühlraum (5,7) durch zumindest eine Überströmöffnung mitein- ander strömungsverbunden sind, und wobei in den unteren Teilkühlraum (5) zumindest eine vorzugsweise im Feuerdeck (2) angeordnete Zuflussöff- nung (13) pro Zylinder (A, B, C) für das Kühlmittel einmündet und vom oberen Teilkühlraum (7) zumindest eine Abflussöffnung für das Kühlmittel ausgeht, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder (A, B,

   C) ein un- terer Teilkühlraum (5) zugeordnet ist und die unteren Teilkühlräume (5) zumindest zweier benachbarter Zylinder (A, B, C) durch eine Trennwand (12) voneinander getrennt sind und dass sich der obere Teilkühlraum (5) über zumindest zwei Zylinder (A, B, C) erstreckt.
2. 2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (12) im Bereich einer Motorquerebene (la) zwischen zwei be- nachbarten Zylindern (A, B, C) angeordnet ist.
3. 3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen unterem und oberem Teilkühlraum (5,7) zumindest eine Entlüf- tungsöffnung (8) pro Zylinder (A, B, C) angeordnet ist.
4. 4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Entlüftungsöffnung (8) im Bereich zwischen einer Mo- torlängsebene (23) und einer Seitenwand (1c) des Zylinderkopfes (1), vor- zugsweise im Bereich einer die Zylinderachse (6) beinhaltenden Motorquer- ebene (18), angeordnet ist.
5. 5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zumindest einer im Zylinderkopf (1) angeordneten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (11) pro Zylin- der (A, B, C), dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischendeck (4) eine Aufnahmeöffnung (20) für ein die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (11) auf- nehmendes Einsatzrohr (10) aufweist, wobei zwischen Aufnahmeöffnung <Desc/Clms Page number 6> (20) und dem Einsatzrohr (10) ein die Überströmöffnung zwischen unterem und oberem Teilkühlraum (5,7) bildender Ringspalt (9) mit vordefinierten Querschnitt ausgebildet ist.
6. 6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zumindest einer im Zylinderkopf (1) angeordneten Kraftstoffeinspritzeinrichtung (11) pro Zylin- der (A, B, C), dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischendeck (4) einen vorzugsweise gegossenen Aufnahmebutzen (21) für die Kraftstoffeinspritz- einrichtung (11) aufweist.
7. 7. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass zumindest eine Überströmöffnung durch einen Übertritt (22) im Zwischendeck (4) gebildet ist, wobei der Übertritt (22) vorzugsweise im Bereich einer Seitenwand (lb) angeordnet ist.
8. 8. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- flussöffnungen (13) und die Übertritte (22) jeweils in bezüglich der Motor- längsebene (23) gegenüberliegenden Seitenwänden (1c. lb) angeordnet sind.
9. 9. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass der untere Teilkühlraum (5) im Bereich der Kraftstoffein- spritzdüse (lla) einer direkt in den Brennraum mündenden Kraftstoffein- spritzeinrichtung (11) diese entlang des gesamten Umfanges umgibt.