[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Die DE-A 32 08 341 offenbart einen Zylinderkopf, in dem die dem Gaswechsel dienenden
Ein- und Auslaßkanäle nach dem Gleichstromprinzip angeordnet sind, d.h., beide Kanäle
münden in einer gemeinsamen, den Zylinderkopf seitlich begrenzenden Wand.
Solche Gleichstromköpfe bieten gegenüber sogenannten Querstromköpfen Vorteile bezüglich
des benötigten Bauraumes, da alle der Gemischzufuhr und der Abgasabfuhr dienenden
Bauteile auf einer Seite der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
[0003] Zur Kühlung solcher Gleichstromköpfe dienen in den Kopf eingegossene Wasserkanäle,
die das Kühlwasser im wesentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine führen.
Dieser wasserführende Bereich ist im allgemeinen durch ein nahezu horizontal verlaufendes
Deck von einem darüberliegenden, den Ventiltrieb aufnehmenden ölführenden Bereich
getrennt. Problematisch dabei ist die Tatsache, daß die mit unterschiedlicher Neigung
vom Brennraum zu der Flanschseite des Zylinderkopfes verlaufenden Gaswechselkanäle
für das in Längsrichtung strömende Wasser einen hohen Widerstand bilden, so daß ein
großer Teil des Kühlwassers dem Weg des geringsten Widerstandes folgend entlang der
der Flanschseite gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes strömt. Dabei werden
Bereiche unnötig stark gekühlt, z.B. die zu der gegenüberliegenden Seite geneigt liegende
Zündkerzenaufnahme, während die thermisch hoch belasteten Bereiche ungenügend gekühlt
werden. Diese Nachteile treten verstärkt auf, wenn die Brennkraftmaschine eine relativ
hohe Leistung aufweist.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Zylinderkopf derart
zu gestalten, daß mit einem in einfacher Weise herstellbaren Zylinderkopf eine verbesserte
Kühlung erzielt wird.
[0005] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafterweise
gestattet das nahezu diagonal verlaufende Deck gemeinsam mit dem Sammelkanal eine
Querstromkühlung jedes Zylinders, die den Zylinderkopf gleichmäßig und effektiv kühlt
sowie ein widerstandsarmes Abströmen des erwärmten Wassers durch den Sammelkanal.
[0006] Der diagonale Verlauf des Decks hält die Wassermenge im Bereich der zu einer den
Zylinderkopf begrenzenden Wand geneigten Zündkerze gering und führt das Wasser quer
und schnell zu dem thermisch hoch belasteten Bereich des Auslaßkanales. Die Anordnung
des Sammelkanales im ölführenden Bereich ermöglicht eine geradlinige, widerstandsarme
Gestaltung dieses Kanales.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen benannt. Die
Anordnung des Sammelkanales an der geodätisch höchsten Stelle benachbart der Zylinderkopfoberseite
sorgt gemeinsam mit dem schrägen Deck für eine rasche und vollständige Abfuhr von
durch Kavitation, Kochen o.ä. auftretenden Luftblasen. Ein Ansammeln solcher Blasen
an kritischen Bereichen kann zu einer ungleichmäßigen Kühlung und damit zu thermischen
Spannungen mit der Gefahr einer Rißbildung führen.
[0008] Die an der Zylinderkopfunterseite angeordneten Eintritte für das aus dem Kurbelgehäuse
in den Zylinderkopf strömende Kühlwasser sind so bemessen, daß die der thermisch belasteten
Flanschseite zugeordneten Eintritte ca. 2/3 der gesamten Wassermenge zuführen.
[0009] Die innenliegende Begrenzungswand des Sammelkanales ist glattflächig gestaltet und
an das Deck angebunden, so daß der gesamte ölführende Bereich beim Gießen des Zylinderkopfes
einteilig nach oben ausformbar ist.
[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
[0011] Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf,
- Fig. 2
- einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1,
- Fig. 3
- einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig. 1 und
- Fig. 4
- einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1.
[0012] Ein Zylinderkopf 1 einer nicht gezeigten wassergekühlten Brennkraftmaschine weist
für jeden Zylinder 2 einen dem Gaswechsel in einem Brennraum 3 dienenden Einlaßkanal
4 und einen Auslaßkanal 5 auf, die beide in eine den Zylinderkopf 1 seitlich begrenzende
Flanschseite 6 münden. Parallel zu dieser Flanschseite 6 verläuft eine begrenzende
Wand 7 und rechtwinklig dazu verläuft eine Zylinderkopfoberseite 8 und eine Zylinderkopfunterseite
9 des Zylinderkopfes 1.
[0013] Der Gaswechsel wird durch eine nicht gezeigte, in Lagern 10 gehaltene Nockenwelle
gesteuert, die über nicht gezeigte, in Bohrungen 11 gelagerte Tassenstößel auf in
Führungen 12 gleitende, ebenfalls nicht gezeigte Ventile wirken. Jedem Brennraum 3
ist mittels einer Öffnung 13 eine entlang einer Achse Z geneigte, nicht gezeigte Zündkerze
zugeordnet.
[0014] Von der Flanschseite 6 aus oberhalb des Einlaßkanales 4 nahezu diagonal zu der Wand
7 abfallend ist ein Deck 15 angeordnet, welches sich in Längsrichtung L innerhalb
des Zylinderkopfes 1 erstreckt. Dabei trennt das Deck 15 einen dem Brennraum 3 zugewandten,
wasserführenden Bereich W von einem die Ventilsteuerung aufnehmenden, ölführenden
Bereich S ab. Innerhalb des ölführenden Bereiches S ist ein sich in Längsrichtung
L benachbart der Zylinderkopfoberseite 8 und der Flanschseite 6 erstreckender, wasserführender
Sammelkanal 16 angeordnet.
[0015] Die Zylinderkopfunterseite 9 weist Eintritte 17 bzw. 18 auf, die aus einem nicht
gezeigten Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine Kühlwasser in den Zylinderkopf 1 führen.
[0016] Die Eintritte 17 und 18 sind mit Hohlräumen 19 und 20 verbunden, wobei der Hohlraum
19 die Ein- und Auslaßkanäle 4 und 5 umspült und an seiner geodätisch höchst gelegenen
Stelle über eine Verbindung 21 in den Sammelkanal 16 mündet. Der Hohlraum 20 umspült
die Führung 12 und ist benachbart zu dem Deck 15 an den Hohlraum 19 angeschlossen.
[0017] Gemäß Fig. 4 sind zwischen benachbarten Zylindern 2 Querwände 22 im Zylinderkopf
1 angeordnet, die Aufnahmen 23 für Zylinderkopfschrauben, Schmierölbohrungen 24 und
Durchbrüche 25 aufweisen.
[0018] Im Betrieb der Brennkraftmaschine strömt Kühlwasser durch die Eintritte 17, 18 in
die Hohlräume 19, 20 und durch die Verbindung 21 in den Sammelkanal 16. Bezüglich
jedes Zylinders 2 stellt sich somit eine Querstromkühlung ein, die eine gleichmäßige
und intensive Kühlung der den Zylindern 2 zugeordneten Bereiche des Zylinderkopfes
1 bewirkt. Der von der Wand 7 zu der Flanschseite 6 ansteigende Verlauf des Decks
15 fördert gemeinsam mit dem nachströmenden Wasser jede eventuell auftretende Luftblase
in den Sammelkanales 16. Innerhalb des Sammelkanales 16 liegt eine in Längsrichtung
L verlaufende Strömung vor, die über eine am Ende des Sammelkanales 16 angeordnete
Abströmöffnung 26 einem Kühlwasserkreislauf zugeführt wird. Der Strömungswiderstand
innerhalb des Sammelkanales 16 ist sehr gering, da er durch die Verlegung in den ölführenden
Bereich S keinerlei Umlenkung z.B. durch Gaswechselkanäle erfährt. Dieser geringe
Widerstand bewirkt ein rasches Durchströmen der Hohlräume 19, 20 und somit eine schnelle
Erwärmung des Wassers in der Startphase der Brennkraftmaschine und eine effektive
Kühlung im Dauerbetrieb.
[0019] Das Anbinden einer innenliegenden Begrenzungswand 27 des Sammelkanales 16 an das
Deck 15 und deren glattflächige Gestaltung gestatten ein einfaches Ausformen des ölführenden
Bereiches S beim Gießen des Zylinderkopfes 1.
[0020] Die Durchbrüche 25 vereinfachen die Kernlagerungen beim Gießen, da somit lediglich
ein einziger Gesamtkern erforderlich ist, anderenfalls müßten für jeden Zylinder 2
durch die Querwände 22 voneinander getrennte Kerne gelagert werden.
1. Zylinderkopf für eine wassergekühlte, mehrzylindrige Brennkraftmaschine, dessen dem
Gaswechsel dienende Einlaß- und Auslaßkanäle in eine den Zylinderkopf seitlich begrenzende
Flanschseite münden und der ein sich quer erstreckendes Deck aufweist, welches einen
wasserführenden Bereich von einem darüberliegenden ölführenden Bereich trennt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Deck (15) nahezu diagonal von der Flanschseite (6) aus oberhalb
des Einlaßkanales (4) abfallend zu der der Flanschseite (6) gegenüberliegenden, den
Zylinderkopf (1) begrenzenden Wand (7) verlaufend angeordnet ist und daß der ölführende
Bereich (S) einen sich in Längsrichtung (L) des Zylinderkopfes (1) erstreckenden,
wasserführenden Sammelkanal (16) aufweist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkanal (16) benachbart
der Zylinderkopfoberseite (8) und der Flanschseite (6) verlaufend angeordnet ist.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser über jedem
Zylinder (2) zugeordnete, in der Zylinderkopfunterseite (9) angeordnete Eintritte
(17, 18) einströmt, wobei die Eintritte (17, 18) der Flanschseite (6) bzw. der Wand
(7) zugeordnet sind.
4. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die der Flanschseite (6) zugeordneten Eintritte (17) ca. 65 % und die der Wand
(7) zugeordneten Eintritte (18) ca. 35 % des Kühlwassers dem Zylinderkopf (1) zuführen.
5. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine innenliegende Begrenzungswand (27) des Sammelkanales (16) an das Deck (15)
angebunden ist.