Zylinderköpfe für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen mit Zylinderreihen in gegenseitigem Versatz in gegenüberliegenden Zylindergehäusen, insbesondere V-Motore

Abstract

 Für die Zylinderköpfe (13) einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (10) mit Zylinderreihen in gegen­seitigem Versatz in gegenüberliegenden Zylindergehäu­sen (11), insbesondere V-Motore, wird ein Einheits-­Zylinderkopf (13) vorgeschlagen, der ein Kühlmittel­fluß-System mit einer den Auslaßkanälen (17) benachbart angeordneten Ablaufleitung (33) als Verbindung eines Kühlmittelraumes (18) mit einem Querkanal (30) hat, an den ein den Einlaßkanälen (15) benachbart angeordneter Längskanal (19) anschließbar ist, der einen An­schluß (20) für eine Sammelleitung (21) eines Wärme­tauscherlaufes (22) aufweist und ferner in dem vom Querkanal fernen anderen Ende des Zylinderkopfes (13) eine weitere Leitungsverbindung (24) aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Zylinderköpfe für flüs­sigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen nach dem Oberbe­griff des Hauptanspruches.

[0002] Aus der US-A 2 936 745 ist ein flüssigkeitsgekühlter V-Motor bekannt, bei dem die Kühlmittelräume der beiden Zylinderköpfe mit einer im V-Raum quer zur Maschinen­längsrichtung angeordneten Sammelleitung für einen Wärmetauschervorlauf in Verbindung stehen. Von der Sammelleitung geht weiter eine Kurzschlußleitung ab zu einer Kühlmittel-Förderpumpe an der einem Kühlmittel­wärmetauscher zugewandten Stirnseite des V-Motors. Zur Erzielung kurzer Längen für den Wärmetauschervorlauf und die Kurzschlußleitung einerseits und zur Erreichung im wesentlichen langer Wege für das Kühlmittel in den Zylinderköpfen andererseits verbindet die Sammelleitung im förderpumpenseitigen Endbereich des V-Motors die beiden Zylinderköpfe. Diese Anordnung eignet sich für spiegelbildlich angeordnete und damit unterschiedlich gestaltete Zylinderköpfe eines V-Motors.

[0003] Aus der DE-B 1 576 226 ist eine Brennkraftmaschine mit gegenüberliegenden Zylindergehäusen in V-Anordnung bekannt, bei der eine dem V-Raum zugeordnete Saugrohr­anlage mit Einlaßkanälen in gegenüberliegenden Längs­seiten der Zylinderköpfe in Verbindung steht. Diese Saugrohranlage weist zusätzlich im V-Raum entlang den Zylinderköpfen angeordnete Längskanäle zur Abführung des Kühlmittels aus den Kühlmittelräumen der Zylinderköpfe auf.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kühlmit­telfluß in den gattungsgemäßen Zylinderköpfen eines V-Motors mit in den gegenüberliegenden Zylindergehäusen versetzt angeordneten Zylinderreihen derart zu gestal­ten, daß beide Zylindergehäuse mit identischen Zylinder­köpfen ausrüstbar sind, wobei die Zylinderköpfe in der Baulänge im wesentlichen der durch die stirnseitigen Bezugsebenen des Maschinengehäuses bestimmten Maschinen­länge entsprechen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Haupt­anspruches angegebenen Merkmale gelöst. Mit der erfin­dungsgemäßen Kombination einer für sich bekannten Sammelleitung für den Wärmetauschervorlauf mit für sich bekannten Längskanälen des V-Motors, wobei die Längs­kanäle an einander entgegengesetzten Enden über Quer­kanäle der beiden Zylinderköpfe mit deren Kühlmittel­räumen in Verbindung stehen, ist ein Kühlmittelfluß-­System geschaffen, durch das in vorteilhafter Weise ein auf beiden Zylindergehäusen eines V-Motors anordbarer Einheits-Zylinderkopf gestaltet werden kann, mit dem weiteren Vorteil günstiger, d.h. relativ kurzer Lei­tungslängen für den einzigen Wärmetauschervorlauf und weitere Leitungen. Die Ausbildung des Einheits-Zylin­derkopfes wird zusätzlich durch die gezielte Ausnützung des Zylinderreihen-Versatzes zur entsprechenden Anord­ nung des Querkanals gefördert. Damit entspricht weiter in vorteilhafter Weise die Baulänge des Einheits-­Zylinderkopfes der durch die stirnseitigen Bezugsebenen bestimmten Länge des Maschinengehäuses, wobei die Bezugsebenen im wesentlichen durch die Stirnseiten der entweder gleichauf oder gemäß dem Zylinderreihen-Versatz unterschiedlich endenden Zylindergehäuse des V-Motors bestimmt sind. Mit dem erfindungsgemäß geschaffenen Kühlmittelfluß-System sind an einem V-Motor zwei bau­gleiche Zylinderköpfe verwendbar, wobei einer der Einheitszylinderköpfe relativ zum anderen lediglich um seine Hochachse um 180° gedreht angeordnet wird.

[0006] Der Anspruch 2 beschreibt für die Zylinderköpfe eine Ausgestaltung für unterschiedliche Leitungsanordnungen, wobei nicht gebrauchte Anschlüsse bzw. Leitungsverbin­dungen, z.B. mittels eines Blindstopfens, verschließbar sind.

[0007] Die Längskanäle sind nach Anspruch 3 vorzugsweise in den Zylinderköpfen baulich integriert mit dem Vorteil einer besseren Temperaturverteilung im jeweiligen Zylinder­kopf.

[0008] Im ersten Kennzeichenmerkmal des Anspruches 4 ist eine Ausgestaltung für ein erstes Beispiel einer Leitungsan­ordnung mit einer auf halber Maschinenlänge angeordneten Sammelleitung für einen Wärmetauscher-Vorlauf beschrie­ben, die in Verbindung mit dem Anspruch 3 die Verlänge­rung der Längskanäle über die Anschlüsse der Sammellei­tung hinaus bis in die von den Querkanälen entfernten Endbereiche der Zylinderköpfe vorteilhaft unterstützt für weitere im zweiten Kennzeichenmerkmal des Anspru­ches 4 beschriebene Leitungsverbindungen. Damit können für die separaten Teile der Kurzschlußleitung und des Heizungsvorlaufes kürzere Leitungen erzielt werden.

[0009] Anspruch 5 beschreibt ein weiteres Beispiel einer Leitungsanordnung mit einer stirnseitig an der Brenn­kraftmaschine angeordneten Sammelleitung zwischen den Leitungskanälen, die einerseits mit einer Kurzschluß­leitung und andererseits mit einem Wärmetauscher-Vorlauf in Verbindung steht.

[0010] Das bisher beschriebene Kühlmittelfluß-System der erfindungsgemäß gestalteten Zylinderköpfe eines V-Motors dient im wesentlichen der Längsdurchströmung der Kühl­mittelräume der Zylinderköpfe. Mit der weiteren Ausge­staltung der Zylinderköpfe nach Anspruch 6 mit den Außlaßkanälen benachbart angeordneten Ablaufleitungen zur Verbindung der Kühlmittelräume mit den Querkanälen ist eine bevorzugte Querdurchströmung der Kühlmittel­räume erzielt. Diese kann ggf. mit der Längsdurchströ­mung kombiniert sein.

[0011] Die Querdurchströmung der Zylinderköpfe ist bevorzugt bei einem V-Motor mit hoher Leistung. Zur Erzielung einer hohen Leistung können die Zylinderköpfe in be­kannter Weise mit mehr als zwei Einlaßkanälen je Brenn­raum bzw. je Zylinder ausgebildet sein. Die große Anzahl an Einlaßkanälen je Zylinder ergibt bei geringen Zylin­derabständen nach einem Teilmerkmal des Anspruches 7 miteinander verbundene Wandungen der Einlaßkanäle. Diese miteinander verbundenen Wandungen trennen nach einem weiteren Teilmerkmal des Anspruches 7 bei in den Zylin­derköpfen baulich integrierten Längskanälen diese im wesentlichen vom jeweiligen Kühlmittelraum. Diese Wandungen bilden somit eine Teilbegrenzung der Längs­kanäle, die das mit hoher Temperatur aus den Zylinder­köpfen austretende Kühlmittel der Sammelleitung zufüh­ren. Damit dienen die baulich integrierten Längskanäle des Kühlmittelfluß-Systems zusätzlich einer vorteilhaf­ten Temperaturverteilung in den Zylinderköpfen zwischen deren Auslaß- und Einlaß-Seiten, die ohne diese Maßnahme aufgrund der vielen Einlaßkanäle je Zylinder gegenüber den Auslaßseiten relativ kühl wären mit der nachteiligen Folge ungünstiger Werkstoffspannungen. Die Wandungen können schließlich zur sicheren Ableitung von Gas- und Dampf-Blasen aus den Kühlmittelräumen mit der Durchbre­chungen von kleinem Querschnitt zu den Längskanälen ausgebildet sein.

[0012] Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung darge­stellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch in perspektivischer Darstellung einen flüssigkeitsgekühlten V-Motor mit maschinenmittig angeordneter Sammelleitung für den Vorlauf zu einem Kühlmittel-Wärmetauscher,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die gemäß Linie II-II in Fig. 3 geschnittenen Zylinderköpfe, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Zylinderköpfe gemäß der Linie III-III in Fig. 2, und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit stirnseitig angeordneter Sammelleitung zwi­schen den Längskanälen eines V-Motors.

[0013] Eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine 10 mit Zylindergehäusen 11 in V-Anordnung weist, wie aus Fig. 2 näher ersichtlich, im gegenseitigen Versatz "x" ange­ordnete Zylinderreihen 12 auf. Zylinderköpfe 13 der Brennkraftmaschine bzw. des V-Motors 10 weisen, wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, in einander gegenüberlie­genden Längsseiten 14 angeordnete Einlaßkanäle 15 auf, während den vom V-Raum 16 abgewandten Längsseiten 14ʹ der Zylinderköpfe 13 Auslaßkanäle 17 zugeordnet sind.

[0014] Zwischen den Einlaßkanälen 15 und den Auslaßkanälen 17 weist jeder Zylinderkopf 13 einen Kühlmittelraum 18 auf. Weiter sind die Zylinderköpfe 13 an ihren dem V-Raum 16 zugewandten Längsseiten 14 mit Längskanälen 19 ausge­rüstet, die in den Zylinderköpfen 13 baulich integriert sind. Die Längskanäle 19 weisen etwa auf halber Maschi­nenlänge angeordnete Anschlüsse 20 auf für eine Sammel­leitung 21 eines Wärmetauschervorlaufes 22 zu einem Kühlmittel-Wärmetauscher 23.

[0015] Die Längskanäle 19 weisen in den Endbereichen der Zylinderköpfe 13 jeweils eine weitere Leitungsverbin­dung 24 auf, wobei die Leitungsverbindung 24 des Längs­kanales 19 des in Fig. 2 linken Zylinderkopfes 13 für eine Kurzschlußleitung 25 dient, während die Leitungs­verbindung 24 des Längskanales 19 des rechten Zylinder­kopfes 13 einem Heizungsvorlauf 26 dient. Die weitere, gestrichelt angeordnete Leitungsverbindung 24 im rechten Zylinderkopf 13 ist durch einen Blindstopfen verschlos­sen. Die Kurzschlußleitung 25 steht über ein Rücklauf-­Thermostat 27 mit einer an der Stirnseite des V-Mo­tors 10 angeordneten Kühlmittel-Förderpumpe 29 in Verbindung. Weiter sind die Längskanäle 19 in den anderen entgegengesetzten Endbereichen der Zylinder­köpfe 13 iber Querkanäle 30 mit den Kühlmittelräumen 18 verbunden. Jeder Querkanal 30 ist am Zylinderkopf 13 im Endbereich des jeweiligen Zylindergehäuses 11 mit der von einer stirnseitigen Bezugsebene 31 bzw. 32 durch den Versatz "x" maximal beabstandeten Zylinderreihe 12 angeordnet. Mit dieser Anordnung verbleibt die Baulänge jedes Zylinderkopfes 13 in der durch die beiden stirn­seitigen Bezugsebenen 31 und 32 bestimmten Maschinen­länge. Die Querkanäle 30 stehen über den Auslaßkanä­len 17 benachbart angeordnete Ablaufleitungen 33 mit den Kühlmittelräumen 18 der Zylinderköpfe 13 in Verbindung. Damit ist eine für V-Motore 10 mit hoher Leistung bevorzugte Querdurchströmung der Zylinderköpfe 13 erzielt.

[0016] Zur Erzielung einer hohen Leistung sind jedem Zylinder der jeweiligen Zylinderreihe 12 im Zylinderkopf drei Einlaßkanäle 15 zugeordnet. Die Wandungen 34 sämtlicher Einlaßkanäle 15 eines Zylinderkopfes 13 sind miteinander verbunden und trennen im wesentlichen den Kühlmittel­raum 18 vom baulich integrierten Längskanal 19. Die Wandungen 34 weisen Durchbrechungen 35 von geringem Querschnitt auf zur sicheren Ableitung von Gas- und Dampf-Blasen aus dem Kühlmittelraum 18 in den Längs­kanal 19.

[0017] Das vorbeschriebene Kühlmittelfluß-System mit den Ablaufleitungen 33, den Querkanälen 30 und den Längs­kanälen 19 mit weiteren Leitungsverbindungen 24 und auf halber Maschinenlänge angeordneten Anschlüssen 20 für die Sammelleitung 21 des einzigen Wärmetauschervorlau­fes 22 ergibt die Möglichkeit der Verwendung eines einheitlichen Zylinderkopfes 13 auf beiden Zylinder­gehäusen 11, wobei einer der Zylinderköpfe 13 relativ zum anderen Zylinderkopf 13 lediglich um seine Hochachse um 180° gedreht angeordnet werden kann. Mit diesem Einheits-Zylinderkopf 13 sind im wesentlichen kurze Leitungslängen für die Kurzschlußleitung 25 sowie für den Wärmetauschervorlauf 22 erzielbar.

[0018] Schließlich zeigt die Fig. 4 eine Brennkraftma­schine 100, bei der die Anschlüsse für eine Sammel­leitung 210 identisch sind mit in den Endbereichen der Zylinderköpfe 130 angeordneten Leitungsverbindungen 240 der Längskanäle 190. Die gesonderten, gestrichelt angedeuteten Anschlüsse 20 der Längskanäle 190 sind durch Blindstopfen verschlossen. Die Sammelleitung 210 steht einerseits mit einer Kurzschlußleitung 250 und andererseits mit einem Wärmetauscher-Vorlauf 220 in Verbindung.

Ansprüche

1. Zylinderköpfe für flussigkeitsgekuhlte Brennkraft­maschinen mit Zylinderreihen in gegenseitigem Versatz in gegenüberliegenden Zylindergehäusen, insbesondere V-Motore,
- mit jeweils einer Längsseite (14,14ʹ) zugeordneten Einlaßkanälen (15) und Auslaßkanälen (17), sowie
- mit in den Zylinderköpfen (13,130) im wesentlichen zwischen den Einlaßkanälen und den Auslaßkanälen angeordneten Kühlmittelräumen (18),
- die an einer Brennkraftmaschine (10,100) miteinan­der kühlmittelführend verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
- daß den Zylinderköpfen (13,130) der Brennkraftma­schine (10,100) an einander zugewandten Längssei­ten (14,140) jeweils ein Längskanal (19,190) zugeordnet ist, und
- daß die Längskanäle in einander entgegengesetzten Endbereichen der Zylinderköpfe (13,130) der Brenn­kraftmaschine über Querkanäle (30) mit den Kühl­mittelräumen (18) der Zylinderköpfe in Verbindung stehen,
- wobei jeder Querkanal (30) im/am Zylinder­kopf (13,130) im Endbereich des jeweiligen Zylin­dergehäuses (11,110) mit der von einer stirnseiti­gen Bezugsebene (31,32) durch Versatz (x) maximal beabstandeten Zylinderreihe (12) angeordnet ist, und
- daß die Längskanäle (19,190) ferner relativ zur Maschinenhochachse drehsymmetrisch angeordnete Anschlüsse bzw. Leitungsverbindun­gen (20,200;24,240) für Kühlmittelleitun­gen (21,210;25,250;26) aufweisen.

2. Zylinderköpfe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Anzahl der Anschlüsse bzw. Leitungsverbindungen (20,200;24,240) der Längs­kanäle (19,190) größer ist als die Anzahl an­schließbarer Kühlmittelleitun­gen (21,210;25,250;26).

3. Zylinderköpfe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanäle (19,190) in den Zylinderköpfen (13,130) baulich integriert sind.

4. Zylinderköpfe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Längskanäle (19) etwa auf halber Maschi­nenlänge angeordnete Anschlüsse (20) für eine Sammelleitung (21) eines Wärmetauschervorlau­fes (22) aufweisen, und
- daß die Leitungsverbindung (24) des einen Längs­kanales (19) einer Kurzschlußleitung (25) und die Leitungsverbindung (24) des anderen Längskana­les (19) einem Heizungsvorlauf (26) dient.

5. Zylinderköpfe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Anschlüsse für eine Sammelleitung (210) identisch sind mit in einem Endbereich der Brenn­kraftmaschine (100) angeordneten Leitungsverbin­dungen (240),
- wobei die Sammelleitung (210) mit weiteren Lei­tungen (220,250) in Verbindung steht.

6. Zylinderköpfe nach einem oder mehreren der Ansprü­che 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Auslaß­kanälen (17) benachbart Ablaufleitungen (33) angeordnet sind zur Verbindung der Kühlmittel­räume (18) mit den Querkanälen (30).

7. Zylinderköpfe nach einem oder mehreren der Ansprü­che 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander verbundene Wandungen (34) der Einlaßkanäle (15) in einander gegenüberliegenden Längsseiten (14) der Zylinderköpfe (13) die jeweiligen Kühlmittelräu­me (18) von den jeweiligen Längskanälen (19) im wesentlichen trennen.

Zeichnung