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(11) | EP 0 099 032 B2 |
| (12) | NEUE EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen Cylinder head for a water-cooled multi-cylinder internal-combustion engine Culasse pour un moteur à combustion interne à multi-cylindres et avec refroidissement par eau |
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[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf der Bauart nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Bei einem bekannten Zylinderkopf dieser Bauart gemäss der DE-A 2839 199 erstreckt sich der Längskanal neben der Reihe der Brennräume knapp über der Trennebene des Zylinderkopfes zum Zylinderblock. Die Verbindungskanäle liegen parallel zu dieserTrennebene und schräg zur Reihe der Brennräume sowie zum Längskanal. Alle Verbindungskanäle sind von einer Aussenseite des Zylinderkopfes gebohrt und dort mit Verschlussdeckeln verschlossen. Diese Ausbildung ist ausschliesslich für parallel hängende Ventilanordnungen geeignet, weil die zur Trennebene parallelen Verbindungskanäle bei einer V-förmigen Ventilanordnung keine gezielte Kühlung der heissesten Stellen des Zylinderkopfes ermöglichen.
[0003] Bei einem weiteren bekannten Zylinderkopf ähnlicher Bauart gemäss DE-A 3123538 sind mehrere Längskanäle vorgesehen, von denen zwei zur Trennebene des Zylinderkopfes zum Zylinderblock offen ausgebildet sind. Einer dieser beiden Längskanäle ist im wesentlichen über die gesamte Zylinderkopflänge ausschliesslich längsdurchströmt und verläuft parallel zu den Brennraumkonturen jeweils bogenförmig. Der zweite offene Längskanal ist in grösserem Abstand seitlich ausserhalb der Brennräume angeordnet und steht über an der gegenüberliegenden Aussenseite des Zylinderkopfes verschlossene Querbohrungen sowie dort jeweils einmündende Vertikalbohrungen mit Wasserräumen im Zylinderblock in Verbindung. Zwei weitere Längskanäle erstrecken sich über den Brennräumen und einer davon im Bereich von Ventilführungen. Diese beiden Längskanäle sind ausschliesslich zwischen einer Kühlmittel aus dem Zylinderblock zuleitenden Ausnehmung im Bereich einer Stirnseite des Zylinderkopfes und Austrittsöffnungen an der gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinderkopfes längsdurchströmt. Die Bohrungen der letztgenannten Längskanäle sind an einer Stirnseite des Zylinderkopfes mit Verschlusspfropfen verschlossen. Dadurch ist der Bauaufwand erhöht. Eine Ausbildung dieses bekannten Zylinderkopfes mit V-förmiger Ventilanordnung ist nicht vorgesehen.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, den Längskanal und die Verbindungskanäle so anzuordnen, dass eine gezielte Kühlung heisser Zylinderkopfbereiche bei allen üblichen Zylinderkopf-Bauarten und eine unmittelbar duch Bohren oder Gussformen ohne zusätzliche Verschlussmassnahmen darstellbare Ausbildung des Längskanals und der Verbindungskanäle erreicht werden kann.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Durch diese Ausbildung ergibt sich eine direkte Kühlwirkung des Längskanals und der Verbindungskanäle an den heissesten Zylinderkopfbereichen. Da die geradlinigen Verbindungskanäle unmittelbar von den nischenartigen Wasserräumen ausgehen, werden keine Stopfen oder Verschlussdeckel benötigt, so dass eine einfache und kostengünstige Fertigung gegeben ist.
[0006] Es ist zwar bekannt (DE-A 27 56 006), einen Zylinderkopf nur mit zur Zylinderkopfdichtungsseite offenen ringabschnitt-förmigen Wasserräumen als Längskanal und einem weiteren dazu parallelen hochliegenden Längskanal zu versehen, jedoch sind bei diesem Zylinderkopf keine Verbindungskanäle zwischen den Wasserräumen und dem Längskanal mit einer gezielten Kühlwirkung in ihrem Bereich vorhanden und das Kühlwasser wird im wesentlichen nur längs durch den Zylinderkopf geleitet, so dass örtliche Temperaturspitzen auftreten können.
[0007] Eine Weiterbildung der Erfindung für einen Zylinderkopf mit V-förmig hängenden und in Längserstreckung desselben versetzt angeordneten Ventilen ist in Anspruch 2 gekennzeichnet. Durch diese Ausbildung werden gezielt thermisch hoch belastete Stellen des Zylinderkopfes, insbesondere die Umgebung der Auslasskanäle, jeweils der Bereich zwischen Auslasskanal und Zündkerze sowie die Brennraumwände mittels einer gezielten Längs- und Querströmung durch den Längskanal und die Verbindungskanäle gekühlt. Ausserdem wird die Öltemperatur im Zylinderkopf durch dessen gute Kühlung niedrig gehalten.
[0008] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 einen Schnitt nach der Linie I-I der
Fig.2 eines Druckguss-Zylinderkopfes für wassergekühlte Brennkraftmaschinen und Figur 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1.
[0009] Ein Druckguss-Zylinderkopf 1 für wassergekühlte Brennkraftmaschinen weist mehrere nischenartige Wasserräume 2 und 3 auf. Die Wasserräume 2 und 3 sind zur Trennebene 1' zwischen Zylinderkopf 1 und dem nicht dargestellten Zylinderblock hin ausformbar und rings um Brennräume 4 angeordnet. Die Wasserräume 2 und 3 liegen zu den Aussenseiten des Zylinderkopfes 1 hin. Sie weisen Abschnitte 5 und 6 auf, die sich zwischen zwei benachbarten Brennräumen 4 aufeinanderzu erstrecken. Über den Brennräumen 4 ist mit Abstand zu diesen ein Längskanal 7 angeordnet. Von den Wasserräumen 2 und 3 und vom Abschnitt 5 des Wasserraumes 2 erstrecken sich Verbindungskanäle 8, 9 und 10 zum Längskanal 7. Die Verbindungskanäle 8, 9 und 10 sind schräg zur Trennebene 1' angeordnet. Sie sind durch Bohren von den Wasserräumen 2 und 3 bzw. vom Abschnitt 5 des Wasserraumes 2 aus hergestellt. Es ist auch möglich, diese Verbindungskanäle 8, 9 und 10 durch Gussformzüge auszuformen. Der Längskanal 7 ist zu den nicht dargestellten Stirnseiten des Zylinderkopfes 1 hin ausformbar. Stopfen und andere Verschlüsse erübrigen sich, da die Verbindungskanäle unmittelbar von den Wasserräumen 2 und 3 bzw. vom Abschnitt 5 des Wasserraumes 2 ausgehen.
[0010] Der Zylinderkopf 1 weist seitlich ausmündende Ein- und Auslasskanäle 11 bzw. 12 auf. Die Ventile, von denen nur die Ventilführungen 13 und 14 dargestellt sind, sind hängend, versetzt und V-förmig zueinander angeordnet. Der Einlassventilsitz 15 und der Auslassventilsitz 16 sind entsprechend versetzt zueinander angeordnet. Gegenüber dem Einlassventil 15 ist eine Bohrung 17 für eine Zündkerze angeordnet, so dass diese auf der gleichen Seite wie der Auslasskanal 12 liegt. Die Verbindungskanäle 8 und 10 sind beiderseits des Auslassventilsitzes 16 bzw. des Auslasskanales 12 angeordnet. Der Verbindungskanal 8 liegt somit zwischen dem Auslasskanal 12 und der Bohrung 17 für die Zündkerze. Der Verbindungskanal 9 ist im wesentlichen gegenüber dem Auslasskanal 12 angeordnet. Der Längskanal 7 liegt zwischen den Ventilführungen 13 und 14. Der Neigungswinkel der Verbindungskanäle 8, 9 und 10 in bezug auf die Trennebene 1' beträgt zwischen 30 und 60°.
[0011] Durch die beschriebene Ausbildung ergibt sich ein Zylinderkopf 1 mit einem geringen Betriebsgewicht, da er nur einen kleinen Wasserinhalt aufweist. Durch den geringen Wasserinhalt kann auch mit einer Wasserpumpe relativ geringer Antriebsleistung eine gute Durchströmung und Kühlung des Zylinderkopfes gewährleistet werden. Der Längskanal 7 kühlt die Ventilführungen 13 und 14 und schützt darüber hinaus das in der darüber liegenden Ventilkammer 18 befindliche Öl vor zu starker Erwärmung. Ferner werden beim Zylinderkopf 1 thermisch hoch belastete Stellen, insbesondere die Umgebung der Auslasskanäle 12, jeweils der Bereich zwischen Auslasskanal 12 und Bohrung 17 für die Zündkerze sowie die Wandungen der Brennräume 4 mittels einer durch die Verbindungskanäle 8, 9 und 10 strömenden definierten Querströmung bevorzugt gekühlt.
- mit in einer Reihe angeordneten Brennräumen (4),
- mit in mindestens einer, zu den Brennräumen (4) parallelen Reihe angeordneten Ventilführungen (13, 14) für hängende Ein- und Auslassventile,
- mit an den Kühlmantel eines Zylinderblockes anschliessbaren Wasserräumen (2,3),
- die rings um die Brennräume (4) angeordnet und zur Trennebene (1') des Zylinderkopfes (1) zum Zylinderblock hin nischenförmig offen ausgebildet sind,
- mit mindestens einem zur Reihe der Brennräume (4) parallel und im Abstand von der Trennebene (1') angeordneten Längskanal (7) und
- mit je Brennraum (4) mehreren, geradlinigen Verbindungskanälen (8,9,10) zwischen den Wasserräumen (2, 3) und dem Längskanal (7),
- die sich quer zur Reihe der Brennräume (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Längskanal (7) in bezug auf die Trennebene (1') über den Brennräumen (4) sowie parallel und eng benachbart zur Reihe der Ventilführungen (13, 14) angeordnet ist und
- dass die Verbindungskanäle (8, 9, 10) im Winkel zurTrennebene (1') angeordnet sind und sich von den Wasserräumen (2, 3) zum Längskanal (7) geradlinig als Bohrungen und/oder Gussformzüge erstrecken.
- dass sich ein einziger Längskanal (7) etwa mittig über der Reihe der Brennräume (4) zwischen zwei Reihen von V-förmig zueinander angeordneten Ventilführungen (13, 14) für V-förmig hängende Ein- und Auslassventile erstreckt,
- dass - in Richtung der Reihe der Brennräume (4) gesehen - Bohrungen (17) für Zündkerzen jeweils etwa parallel neben Auslasskanälen (12), die auf einer Längsseite ausmünden und etwa in gemeinsamen Querebenen mit Einlasskanälen (11), die auf der anderen Längsseite ausmünden, angeordnet sind,
- dass beiderseits jedes Auslasskanals (12) etwa in parallelen Querebenen je ein Verbindungskanal (8 bzw. 10) angeordnet ist,
- von denen jeweils einer (8) zwischen einem Auslasskanal (12) und einer Bohrung (17) für Zündkerzen hindurchführt,
- dass je ein weiterer Verbindungskanal (9) neben jedem Einlasskanal (11) und etwa in einer gemeinsamen Querebene mit jedem Auslasskanal (12) angeordnet ist und
- dass sich die Verbindungskanäle (8, 9, 10) vom Längskanal (7) nach beiden Seiten unter jeweils einem Winkel von etwa 30 bis 60° schräg zur Trennebene (1') hin erstrecken.
- avec des chambres de combustion (4) disposées en une rangée,
- avec des guidages de soupapes (13, 14), disposés en au moins une rangée parallèle aux chambres de combustion (4), pour des soupapes d'admission et d'échappement placées en tête,
- avec des chambres d'eau (2, 3) susceptibles d'être racordées à la chemise de refroidissement d'un bloc-cylindres,
- ces chambres d'eau étant disposée annulaire- ment autour des chambres de combustion (4) et étant ouvertes en forme de niches vers le plan de séparation (1') de la culasse (1) et du bloc-cylindres,
- avec au moins un canal longitudinal (7) disposé parallèlement à la rangée des chambres de combustion (4) et à une certaine distance du plan de séparation (1'),
- avec plusieurs canaux de liaison (8, 9, 10) en ligne droite par chambre de combustion (4) entre les chambres d'eau (2, 3) et le canal longitudinal (7),
- ces canaux de liaison s'étendant transversalement par rapport à la rangée des chambres de combustion (4), culasse caractérisée en ce que:
- le canal longitudinal (7) est disposé, par rapport au plan de séparation (1'), au-dessus des chambres de combustion (4) ainsi que parallèlement à la rangée de guidage de soupapes (13,14) et à leur proximité immédiate,
- les canaux de liaison (8,9, 10) sont disposés selon un angle par rapport au plan de séparation (1') et s'étendent des chambres à eau (2, 3) vers le canal longitudinal (7) en ligne droite sous forme de perçages et/ou de passage ménagés au moulage.
- un unique canal longitudinal (7) s'étend à peu près au milieu au-dessus de la rangée des chambres de combustion (4) entre deux rangées de guidage de soupapes (13, 14) disposées les unes par rapport aux autres en formant un V pour des soupapes d'admission et d'échappement placés en tête en formant un V,
- en regardant dans la direction de la rangée des chambres de combustion (4), des perçages (17) pour des bougies d'allumage sont disposés respectivement à peu près parallèlement à côté de panneaux d'échappement (12) qui débouchent sur un côté longitudinal, et à peu près dans des plans transversaux communs avec des canaux d'admission (11) qui débouchent sur l'autre côté longitudinal,
- un canal de liaison (8 ou bien 10) est disposé de part et d'autre de chaque canal d'échappement (12) à peu près dans des plans transversaux parallèles,
- l'un (8) de ces canaux de liaison passant entre un canal d'échappement (12) et un perçage (17) pour bougies d'allumage,
- un autre canal de liaison (9) est disposé à côté de chaque canal d'admission (11) et à peu près dans un plan transversal commun avec chaque canal d'échappement (12),
- les canaux de liaison (8, 9, 10) s'étendent obliquement par rapport au plan de séparation (1'), suivant respectivement un angle d'environ 30 à 60°C, à partir du canal longitudinal (7) vers les deux côtés.
- with combustion chambers (4) arranged in a row,
- with valve guides (13, 14) for suspended inlet and outlet valves, which valve guides are arranged in at least one row parallel to the combustion chambers (4),
- with water chambers (2, 3) which can be connected to the cooling jacket of a cylinder block, and
- which are arranged around the combustion chambers (4) and towards the dividing plate (1 1) of the cylinder head (1) and are formed as recesses open in the direction of the cylinder block,
- with at least one longitudinal duct (7) parallel to the row of combustion chambers (4) and arranged at a distance from the dividing plate (1'), and
- with, for each combustion chamber (4), several linearly-extending connecting ducts (8, 9, 10) between the water chambers (2, 3) and the longitudinal duct (7),
- which extend transversely of the row of combustion chambers (4), characterized in
- that the longitudinal duct (7) is arranged, in relation to the dividing plande (1'), above the combustion chambers (4) as well as parallel to and closely adjacent to the row of valve guides (13, 14), and
- that the connecting ducts (8, 9, 10) are arranged at an angle to the dividing plane (1') and extend, in a straight line as bores and/or mould passages, from the water chambers (2, 3) to the longitudinal duct (7).
- that a single longitudinal duct (7) extends generally centrally over the row of combustion chambers (4) between two rows of valve guides (13,14) which are arranged in V-form relatively to each other and which are provided for inlet and outlet valves suspended in V-form,
- that, seen in the direction of the row of combustion chambers, bores (17) for sparking plugs are each arranged generally parallel alongside outlet ducts (12), discharging at a longitudinal side, and substantially in common transverse planes with inlet ducts (11) which discharge at the other longitudinal side,
- that, at the two sides of each other outlet duct
- that each one of these ducts (8) extends between an outlet duct (12) and a bore (17) for sparking plugs,
- that a further connecting duct (9) is arranged alongside each inlet duct (11) and approximately in a transverse plane common to each outlet duct (12), and
- that the connecting ducts (8, 9, 10) extend from the longitudinal duct (7) towards both sides at an angle of approximately 30 to 60° to the dividing plane (1').