DE19937122C1 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlmittelgehäuse 7 für den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem jeweils einem Brennraum zugeordneten Kühlmittelraum 1, der mindestens einen Kühlmittelzulauf 4 und mindestens einen Kühlmittelablauf 5 aufweist, wobei der Kühlmittelraum 1 mindestens eine erste Kühlmittelkammer 2 und mindestens eine zweite davon getrennte Kühlmittelkammer 3 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlmittelgehäuse für den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem je­ weils einem Brennraum zugeordneten Kühlmittelraum, der minde­ stens einen Kühlmittelzulauf und mindestens einen Kühlmit­ telablauf aufweist.

Es ist bereits ein Kühlmittelgehäuse für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine bekannt (DE 195 42 492 C1), die mit einem Kühlmittelraum ausgestattet ist, der in mehrere Kühlmittel­ raumabschnitte aufgegliedert ist, die jeweils einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Zusammen mit dem Zy­ linderkopfboden bilden die Außenwände und die eine mit Abstand zum Zylinderkopfboden angeordnete Zylinderkopfdecke ein Kühl­ mittelgehäuse. Die Versorgung der Kühlmittelraumabschnitte er­ folgt durch Kühlmittelzuläufe bzw. Kühlmittelleitungen, die mit einer Pumpe in Verbindung stehen. Die einzelnen Kühlmit­ telraumabschnitte stehen hierbei in Durchflußverbindung und können nicht unterschiedlich angeströmt bzw. mit Kühlmittel versorgt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kühlmittelraum in einem Zylinderkopf derart auszubilden und anzuordnen, daß die einzelnen Kühlmit­ telraumabschnitte unterschiedlich angeströmt bzw. mit Kühlmit­ tel versorgt werden und somit die Kühlmittelströmung gezielt an den kritischen Bereich einzelner Zylinder separat herange­ führt werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Kühlmittelraum mindestens eine erste Kühlmittelkammer und mindestens eine zweite davon getrennte Kühlmittelkammer auf­ weist.

Dabei steht der Kühlmittelablauf der zweiten Kühlmittelkammer mit der ersten Kühlmittelkammer in Verbindung. Hierdurch wird erreicht, daß innerhalb des Kühlmittelraums eines Zylin­ ders die Kühlmittelströmung in kritischen Bereichen, wie die Brennraummitte und das Auslaßventil, optimal ausgebildet ist. Die sonst äußere Umströmung ist in die Mitte verlagert, und das Gesamtvolumen des Kühlmittelgehäuses ist reduziert. Es be­ stehen im wesentlichen keine Totwassergebiete.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß dir Kühlmittelzulauf der zweiten Kühlmittelkammer des Kühlmittelraums außerhalb des Kühlmittelgehäuses und der Kühl­ mittelablauf im Kühlmittelgehäuse vorgesehen ist.

Ferner ist es vorteilhaft, daß der Kühlmittelablauf der zweiten Kühlmittelkammer als Kühlmittelsteg ausgebildet und im Bereich einer Ausnehmung für ein Auslaßventil angeordnet ist. Der als Kühlmittelsteg ausgebildete Kühlmittelablauf strömt den kritischen Bereich des Auslaßventils und des Brennraums an und gewährleistet in diesem Bereich eine gezielte Kühlung.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß der Kühlmittelzulauf sowie der Kühlmittelablauf der ersten Kühlmittelkammer des Kühlmittelraums außerhalb des Kühlmittelgehäuses vorgesehen sind. Die beiden Kühlmittelkammern bzw. der Kühlmittelraum kann somit separat angeströmt und gezielt gekühlt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Kühlmittelzulauf mit der ersten und der zweiten Kühlmittelkammer in Durchfluß­ verbindung steht. Beide Kühlmittelkammern werden auf diese Weise gemeinsam mit Kühlmittel versorgt.

Das Kühlmittelgehäuse des Zylinderkopfs ist somit gänzlich vom Kühlwassergehäuse des Kurbelgehäuses getrennt.

Die für das Herstellungsverfahren des Kühlmittelgehäuses not­ wendigen Sandkerne sind entsprechend der Form der Kühlmittel­ räume ausgebildet. Damit entfallen zusätzliche Bohrungen bzw. Bearbeitungsschritte für die Formgebung der Kühlmittelräume bzw. der Kühlmittelgehäuse. Die erfindungsgemäßen Kühlmittel­ gehäuse lassen sich somit gießtechnisch wesentlich kostengün­ stiger herstellen.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß der Kühlmittelzulauf der ersten und der zweiten Kühl­ mittelkammer des Kühlmittelraums mindestens ein externes Kühl­ mittelventil aufweist. Mit Hilfe des Ventils kann der separat angeströmte Kühlmittelraum entsprechend der gewünschten Kühl­ leistung gesteuert werden.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und An­ ordnung ist es von Vorteil, daß die Bauhöhe der ersten Kühlmittelkammer des Kühlmittelraums in etwa der Bauhöhe des Brennraumdachs entspricht.

Vorteilhaft ist es ferner, daß die zweite Kühlmittelkammer des Kühlmittelraums im Bereich einer Außenseite der ersten Kühlmittelkammer des Kühlmittelraums und im Bereich der heißen Auslaßseite vorgesehen ist. Somit ist die kritische heiße Aus­ laßseite mit der zusätzlichen zweiten Kühlmittelkammer ver­ sorgt.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß das Kühlmittelgehäuse Strömungsleitelemente für Kühlmittel aufweist. Die Strömungsleitelemente gewährleisten einen optimalen Strömungsverlauf innerhalb des Kühlmittelgehäuses.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die erste und die zweite Kühlmittelkammer einen gemeinsamen oder einen getrennten Kühl­ mittelzulauf aufweisen. Je nach Brennkraftmaschine können die einzelnen Kühlmittelräume einzeln oder in kombinierter Weise angeströmt werden, und daß der Kühlmittelablauf der zweiten Kühlmittelkammer gezielt auf das Brennraumdach im Bereich der Brennraummitte abströmt.

Um die Komplexität des erfindungsgemäßen Kühlsystems zu be­ grenzen, ist es von Vorteil, daß mindestens zwei benachbarte Kühlmittelräume einen gemeinsamen Kühlmittelzulauf und einen gemeinsamen Kühlmittelablauf aufweisen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kühl­ mittelraums mit den Umrißlinien in der Seitenansicht gemäß Fig. 2,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Kühl­ mittelraums mit den Umrißlinien in der Ansicht von oben und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Kühlmittel­ gehäuses entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 mit 1 ein Kühlmittelraum für einen in der Zeichnung nicht dargestellten Zylinderkopf einer beispielsweise mehrzylindrigen Brennkraftmaschine dargestellt, der aus einer ersten Kühlmittelkammer 2 und einer zweiten Kühlmittelkammer 3 gebildet ist, die Teil eines Kühlmittelge­ häuses 7 sind.

Die erste Kühlmittelkammer 2 und die zweite Kühlmittelkammer 3 weisen einen gemeinsamen Kühlmittelzulauf 4 auf. Im Kühlmit­ telzulauf 4 ist kurz nach Eintritt in das Kühlmittelgehäuse 7 (Fig. 3) eine Verzweigung 15 vorgesehen, über die die erste Kühlmittelkammer 2 und die zweite Kühlmittelkammer 3 mit Kühl­ mittel versorgt werden.

Der Kühlmittelzulauf 4 ist als externer Zulauf ausgebildet, d. h. er ist außerhalb des Kühlmittelgehäuses vorgesehen. Das Kühlmittel wird hierbei nicht über ein Zylinderfußgehäuse in den Kühlkreislauf des Zylinderkopfs gebracht, sondern über den externen Kühlmittelzulauf 4 am Kühlmittelgehäuse bzw. am Zy­ linderkopf (Fig. 2). Den nicht dargestellten Zulaufleitungen sind in der Zeichnung nicht dargestellte Kühlmittelventile zu­ geordnet, durch die eine einfache Steuerung des Kühlmittel­ stroms in den jeweiligen Zylindern erreicht wird.

Die zweite Kühlmittelkammer 3 ist mit einem Kühlmittelsteg 6 ausgestattet, der als Kühlmittelablauf ausgebildet ist. Die zweite Kühlmittelkammer 3 wird vom Kühlmittel quer durch­ strömt, wobei das Kühlmittel im Bereich einer Ausnehmung 10 für ein Auslaßventil über den Kühlmittelsteg 6 der ersten Kühlmittelkammer 2 abfließt. Hierdurch wird präzise der kriti­ sche Bereich des Auslaßventils bzw. des Auslaßkanals für Abgas und des Brennraums gekühlt.

Die zweite Kühlmittelkammer 3 des Kühlmittelraums 1 ist über der ersten Kühlmittelkammer 2 des Kühlmittelraums 1 im Bereich der Auslaßseite angeordnet. Die zweite Kühlmittelkammer 3 weist neben dem Kühlmittelsteg 6 und dem Kühlmittelzulauf 4 keine weitere Verbindung zur ersten Kühlmittelkammer 2 auf. Sie weist die Ausnehmung 10 für ein Auslaßventil auf, in der ein nicht dargestelltes Auslaßventil angeordnet ist. Die Aus­ nehmung 10 wird vom Kühlmittelstrom umströmt (Fig. 2).

Die erste Kühlmittelkammer 2 des Kühlmittelraums 1 weist einen Kühlmittelablauf 5 auf, der als Kühlmittelkanal ausgeführt ist. Sie wird vom Kühlmittel längs durchströmt, wobei im Be­ reich der Brennraummitte verschiedene Ausnehmungen 9, 10, 11, 12, 13 für einen Auslaß für Abgas, ein Auslaßventil, Zündker­ zen, einen Injektor und Einlaßventile für Ladeluft vorgesehen sind, die vom Kühlmittel umströmt werden, bevor es über den Kühlmittelablauf 5 abströmt.

Der Kühlmittelablauf 5 ist als externer Kühlmittelablauf aus­ geführt, d. h. er ist außerhalb des Kühlmittelgehäuses 7 vor­ gesehen. Er steht über nicht dargestellte Leitungen mit der Kühlmittelpumpe in Durchflußverbindung.

Neben dem Kühlmittelzulauf 4 dient der Kühlmittelsteg 6 der zweiten Kühlmittelkammer 3 als weiterer Kühlmittelzulauf 4 für die erste Kühlmittelkammer 2.

Jeweils zwei Zylindern sind zwei Kühlmittelräume 1 als Kühl­ mittelraumpaar zugeordnet, wobei die Kühlmittelraumpaare für die verschiedenen Zylinder im Kühlmittelgehäuse 7 nebeneinan­ der angeordnet sind. Zwei benachbarte Kühlmittelräume 1 eines Kühlmittelraumpaares stehen jeweils über den Kühlmittelzu­ lauf 4 und den Kühlmittelablauf 5 in Verbindung. Eine Durch­ flußverbindung zwischen den zuvor beschriebenen Kühlmittel­ raumpaaren besteht nicht. Jedes Zylinderpaar bzw. jedes Kühl­ mittelraumpaar wird somit separat gekühlt bzw. angeströmt.

Fig. 1 zeigt auch, daß die erste Kühlmittelkammer 2 und die zweite Kühlmittelkammer 3 des Kühlmittelraums 1 voneinander getrennt angeordnet sind und nur der gemeinsame Kühlmittelzu­ lauf 4 und der Kühlmittelsteg 6 die beiden Kühlmittelkammern verbindet.

Fig. 2 zeigt den Kühlmittelraum 1 mit den verschiedenen Aus­ nehmungen 9, 11, 12, 13 für den Auslaß für Abgas, die Zündker­ zen, den Injektor und die Einlaßventile für Ladeluft.

Fig. 3 zeigt das Kühlmittelgehäuse 7 mit Wänden 17, einem Ein­ laßflansch 19 und einem Kettenkasten 18 in der Ansicht von oben gemäß Fig. 2.

Während in den Fig. 1 und 2 nur der Kühlmittelraum 1 darge­ stellt ist, zeigt Fig. 3 das Kühlmittelgehäuse im Schnitt, wobei die Wände 17 des Kühlmittelgehäuses 7 den Kühlmittel­ raum 1 bilden.

In dieser Darstellung ist die erste Kühlmittelkammer 2 (Fig. 2) entlang der Linie A-A geschnitten. Der gemeinsame Kühlmittelzulauf 4 versorgt die beiden Kühlmittelräume 1 bei­ der Zylinder. Über den Kühlmittelablauf 5 strömt das Kühlmit­ tel der jeweils ersten und zweiten Kühlmittelkammer 2, 3 der beiden Kühlmittelräume 1 bzw. der Kühlmittelraumpaare ab. Es sind Auslaßkanäle 9' für Abgas, Einlaßkanäle 13' für Ladeluft sowie Aufnahmen 11', 12' für die Zündkerzen und den Injektor vorgesehen, die vom Kühlmittel umströmt werden.

Claims (13)

1. Kühlmittelgehäuse (7) für den Zylinderkopf einer Brenn­ kraftmaschine mit mindestens einem jeweils einem Brennraum zu­ geordneten Kühlmittelraum (1), der mindestens einen Kühlmit­ telzulauf (4) und mindestens einen Kühlmittelablauf (5) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelraum (1) mindestens eine erste Kühlmittel­ kammer (2) und mindestens eine zweite davon getrennte Kühlmit­ telkammer (3) aufweist.

2. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelablauf (5) der zweiten Kühlmittelkammer (3) mit der ersten Kühlmittelkammer (2) in Durchflußverbindung steht.

3. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzulauf (4) der zweiten Kühlmittelkammer (3) des Kühlmittelraums (1) außerhalb des Kühlmittelgehäuses (7) und der Kühlmittelablauf (5) im Kühlmittelgehäuse (7) im Be­ reich der Brennraummitte vorgesehen ist.

4. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelablauf (5) der zweiten Kühlmittelkammer (3) als Kühlmittelsteg (6) ausgebildet und im Bereich einer Aus­ nehmung (10) für ein Auslaßventil angeordnet ist.

5. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzulauf (4) sowie der Kühlmittelablauf (5) der ersten Kühlmittelkammer (2) des Kühlmittelraums (1) außer­ halb des Kühlmittelgehäuses (7) vorgesehen sind.

6. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzulauf (4) mit der ersten Kühlmittelkam­ mer (2) und der zweiten Kühlmittelkammer (3) in Durchflußver­ bindung steht.

7. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzulauf (4) der ersten Kühlmittelkammer (2) und der zweiten Kühlmittelkammer (3) des Kühlmittelraums (1) mindestens ein externes Kühlmittelventil aufweist.

8. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauhöhe der ersten Kühlmittelkammer (2) des Kühlmit­ telraums (1) in etwa der Bauhöhe des Brennraumdachs ent­ spricht.

9. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kühlmittelkammer (3) des Kühlmittelraums (1) im Bereich einer Außenseite (16) der ersten Kühlmittelkammer (2) des Kühlmittelraums (1) und im Bereich der heißen Auslaßseite vorgesehen ist.

10. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelgehäuse (7) Strömungsleitelemente (8) für Kühlmittel aufweist.

11. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kühlmittelkammer (2) und die zweite Kühlmittel­ kammer (3) einen gemeinsamen oder einen getrennten Kühlmittel­ zulauf (4) aufweisen.

12. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei benachbarte Kühlmittelräume (1) einen ge­ meinsamen Kühlmittelzulauf (4) und einen gemeinsamen Kühlmit­ telablauf (5) aufweisen.

13. Kühlmittelraum (1) für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelablauf (5) der zweiten Kühlmittelkammer (3) gezielt auf das Brennraumdach im Bereich der Brennraummitte abströmt.