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(11) | EP 0 016 204 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
IM DRUCKGIESSVERFAHREN HERSTELLBARER ZYLINDERKOPF FÜR WASSERGEKÜHLTE BRENNKRAFTMASCHINEN CYLINDER HEAD OBTAINED BY PRESSURE CASTING FOR WATER COOLED INTERNAL COMBUSTION ENGINES CULASSE DE CYLINDRE OBTENU PAR COULLEE SOUS PRESSION POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE REFROIDIS A L'EAU |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen im Druckgießverfahren herstellbaren Zylinderkopf der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Bauart.
[0002] Bei einem bekannten Druckguß-Zylinderkopf dieser Bauart (DE-A-2 113840 und DD-A-88 462) erstrecken sich die nischenartigen Wasserräume von verschiedenen Seiten her in den Zylinderkopf. Ein Teil der Wasserräume ist durch einen zugleich als Deckel ausgebildeten Flansch der Saugrohr- und/oder Abgasanlage verschlossen, während ein anderer Teil der Wasserräume aufwendig durch viele einzelne eingepaßte Blechdeckel verschlossen werden muß. Der Zylinderkopf hat außerdem einen großen Wasserinhalt, durch den sich ein hohes Betriebsgewicht, eine lange Warmlaufdauer und örtlich geringe Wassergeschwindigkeiten ergeben. Ferner sind die Bohrungen für die Zylinderkopfschrauben unregelmäßig um die Brennräume angeordnet und es sind zusätzliche eingepreßte Blechdeckel oder Stopfen zum Verschließen von Querkanälen erforderlich, die quer durch einige dieser Bohrungen verlaufen.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Druckgießverfahren herstellbaren Zylinderkopf der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Bauart zu schaffen, der bei geringem Wasserinhalt eine gezielte Kühlung hoch wärmebelasteter Stellen aufweist und einfach und kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung entfällt ein großer Teil der nach außen zu verschließenden Wasserräume mit großem Wasserinhalt. Außerdem brauchen bei gebohrten Querkanälen nur deren Eingangsöffnungen durch Stopfen, Deckel oder Flanschansätze des Ansaug- oder Abgassammlers verschlossen zu werden, die keinen großen Aufwand erfordern. Durch die Querkanäle und den zur Kühlwasserableitung dienenden Längskanal wird eine definierte Querströmung des Kühlwassers durch den Zylinderkopf erzielt.
[0004] Es ist zwar bereits bekannt (US-A-2 230 225), einen deckelartigen Zylinderkopf nur mit zur Zylinderkopfdichtungsseite offenen Wasserräumen, Querkanälen und einem Längskanal zu versehen, dessen obere Begrenzung die höchste Stelle der Wasserräume sowie der Längs- und Querkanäle ist und der einen Wasseraustritt aufweist, jedoch sind bei diesem Zylinderkopf jedem Brennraum zwei Querkanäle so zugeordnet, daß die Querkanäle benachbarter Brennräume jeweils auf einer Seite von zwischen diesen Brennräumen angeordneten Bohrungen für Zylinderkopfschrauben liegen. Diese Anordnung ist für moderne Brennkraftmaschinen mit dicht nebeneinander angeordneten Zylindern bzw. Brennräumen nicht verwendbar, da bei einem Zusammenrücken der Zylinder die beiden zwischen zwei benachbarten Brennräumen angeordneten Querkanäle zu einem einzigen Querkanal vereinigt werden müßten, der bei symmetrisch angeordneten Zylinderkopfschrauben die dafür vorgesehenen Bohrungen anschneiden würde, wie dieses beim Zylinderkopf nach der eingangs genannten DE-A-2 113 840 und DD-A-88 462 der Fall ist. Somit ist allein eine Übertragung der aus der US-A-2 230 225 bekannten Merkmale auf einen Zylinderkopf nach der DD-A-88 462 nicht vorteilhaft und löst auch nicht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
[0005] Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Merkmale des Anspruches 2 ergeben eine gute Kühlung von einander benachbarten bzw. aneinander angrenzenden Teilen der Brennräume und Zylinder, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit extrem kleinen Zylinderabständen oder mit zusammengegossenen Zylinderlaufbüchsen.
[0006] Das Merkmal des Anspruches 3 ermöglicht das Ausformen des Längskanales beim Gießen und durch die Merkmale des Anspruches 4 wird die Kühlung der weit von der Zündkerze entfernt liegenden Brennraumzone begünstigt und die Klopffestigkeit des Brennraumes positiv beeinflußt. Die Merkmale des Anspruches 5 unterstützen die Bildung einer definierten Querströmung durch den Zylinderkopf.
[0007] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie I-1 der Fig. 2 eines Druckguß-Zylinderkopfes für wassergekühlte Brennkraftmaschinen und
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1.
[0008] Ein Druckguß-Zylinderkopf 1 für wassergekühlte Brennkraftmaschinen weist mehrere nischenartige Wasserräume 2, 3, 4 und 5 auf. Die nischenartigen Wasserräume 2 bis 5 sind zur Trennebene Zylinderkopf-Zylinderblock hin ausformbar und rings um Brennräume 6 angeordnet. Die Wasserräume 2 und 3 liegen zu Außenseiten des Zylinderkopfes 1 hin und die Wasserräume 4 und 5 sind über Durchlässen aus Wasserraumekken angeordnet, die von ggf. zusammengegossenen Zylinderlaufbüchsen im Zylinderblock bestimmt sind. Die Wasserräume 2 bis 5 sind durch schräg zur Reihe der Brennräume 6 angeordnete Querkanäle 7 und 7' miteinander verbunden, wobei die Wasserräume 4 im wesentlichen auf der Rückseite und die Wasserräume 5 im wesentlichen auf der Vorderseite angeschnitten sind. Ein hochliegender Längskanal 8 ist auf einer Seite des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Er verbindet die Querkanäle 7 und 7' bzw. die auf dieser Seite liegenden Wasserräume 3 miteinander und dient zum Abführen des Kühlwassers. Er ist zu seiner Stirnöffnung 9 hin ausformbar, so daß nur die schrägen Querkanäle 7 und 7' gebohrt werden müssen. Die Eingangsöffnungen 10 der Querkanäle 7 und 7' sind durch Stopfen 11 verschlossen.
[0009] Bohrungen 12 für nicht dargestellte Zylinderkopfschrauben sind senkrecht zur Trennebene Zylinderkopf-Zylinderblock und auf einem Kreis um jeden Brennraum 6 bzw. die Mittellängsachse von dessen Zylinder angeordnet. Zwei benachbarte Brennräume 6 haben je zwei der Bohrungen 12 gemeinsam. Jeweils zwei nischenartige Wasserräume 4 und 5 liegen auf einer senkrecht zur Reihe der Brennräume 6 verlaufend gedachten Verbindungslinie zweier Bohrungen 12. Durch ihre schräge Anordnung gehen die Querkanäle 7 und 7' an den Bohrungen 12 vorbei. In Fig. 1 ist der Zylinderkopf 1 zusammen mit dem oberen Abschnitt eines Zylinderblockes 13 und einer dazwischen angeordneten Zylinderkopfdichtung 14 dargestellt. In der Zylinderkopfdichtung 14 sind vom Wassermantel 15 des Zylinderblockes 13 in die nischenartigen Wasserräume 2 bis 5 führende Durchlässe 16, 17, 18 und 19 angeordnet. Die am weitesten vom Längskanal 8 entfernten Durchlässe 16 sind am größten und haben jeweils mindestens den gleichen Querschnitt wie ein Querkanal 7 bzw. 7'. Die dem Längskanal 8 nächstliegenden Durchlässe 19 sind am kleinsten und ihr Querschnitt beträgt etwa 1/4 bis 1/2 des Querschnittes der Durchlässe 16.
[0010] Bohrungen 20 zur Aufnahme nicht dargestellter Zündkerzen sind auf der dem Längskanal 8 gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Im oberen Teil des Zylinderkopfes 1, der Ventilkammer 21, sind unterhalb von Nockenwellenlagern 22 Auffang- und Leitrinnen 23 angeordnet, die aus den Nockenwellenlagern austretendes Schmieröl schnell zu Ablaufkanälen 24 leiten. Dadurch gelangt das Schmieröl ohne übermäßige Erwärmung in den Zylinderblock 13 zurück.
[0011] Durch die Anordnung der nischenartigen Wasserräume 2 bis 5 zur Zylinderkopfdichtungsseite hin ergibt sich eine gute Ausformbarkeit des Zylinderkopfes 1. Die Querkanäle 7 und 7' führen besonders dicht an heißen Zylinderkopfstellen, wie Auslaßkanälen 25, Ventilsitzen 26 und 27 und den Bohrungen 20 für die Zündkerzen vorbei, so daß besonders an diesen hoch wärmebelasteten Stellen eine gute Kühlwirkung erzielt wird. Dies wird durch die Querschnittsauswahl der in der Zylinderkopfdichtung 14 angeordneten Durchlässe 16 bis 19 zu den nischenartigen Wasserräumen begünstigt, die auf der Seite des Längskanals 8 stark gedrosselt sind, so daß sich eine definierte Strömung durch die Querkanäle 7 und 7' ergibt. Aufgrund ihrer parallelen Anordnung können alle Querkanäle 7 und 7' gemeinsam gebohrt werden. Sie benötigen jeweils nur einen kleinen üblichen dichtungslosen Blechdeckel als Stopfen 11. Durch ihre schräge Anordnung beeinträchtigen die Querkanäle 7 und 7' die Bohrungen 12 für Zylinderkopfschrauben nicht und begünstigen eine versetzte Ventilanordnung mit kurzen Ein-und Auslaßkanälen und einer entsprechenden Zündkerzenanordnung.
- mit in Reihe angeordneten Brennräumen,
- mit seitlich ausmündenden Ein- und Auslaßkanälen und hängenden Ein- und AuslaßVentilen,
- mit Bohrungen für Zylinderkopfschrauben und
- mit mehreren an den Kühlmantel eines Zylinderblockes anschließbaren nischenartigen Wasserräumen,
- die durch einen seitlichen Längskanal und
- durch Querkanäle miteinander verbunden sind,
- von denen jeweils einer zwischen zwei benachbarten Brennräumen und jeweils ein weiterer
zwischen einem Ein- und einem Auslaßkanal bzw. einem Ein- und einem Auslaßventil eines
Brennraumes hindurchführt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Querkanäle (7 und 7') schräg zur Reihe der Brennräume (6) gerichtet sind und
- die paarweise quer zur Reihe der Brennräume (6) angeordneten Bohrungen (12) für Zylinderkopfschrauben jeweils auf entgegengesetzten Seiten anschnittfrei kreuzen,
- daß alle nischenartigen Wasserräume (2, 3, 4 und 5) zur Trennebene Zylinderkopf-Zylinderblack hin ausformbar und
- im wesentlichen rings um die Brennräume
- daß die obere Begrenzung des Längskanales (8) die höchste Stelle der Wasserräume (2 bis 5) sowie der Längs- und Querkanäle (7, 7' und 8) ist und
- daß der Längskanal (8) einen Wasseraustritt (Stirnöffnung 9) aufweist.
- daß der Längskanal (8) an einem Ende des Zylinderkopfes (1) mit einer Stirnöffnung (9) endet und
- sich zu dieser hin stetig erweitert.
- daß der Längskanal (8) eng an den Brennräumen (6) entlangführt und
- daß Bohrungen (15) für Zündkerzen dem Längskanal (8) gegenüberliegend angeordnet sind.
- mit einem Zylinderkopf nach Anspruch 1 und
- mit einer zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock angeordneten Zylinderkopfdichtung,
- die vom Wassermantel des Zylinderblockes zu den nischenartigen Wasserräumen führende
Durchlässe aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Querschnitte der Durchlässe (16 bis
19) mit zunehmender Entfernung vom Längskanal (8) größer ausgebildet sind.
- having combustion chambers arranged in series,
- having laterally discharging inlet and outlet ducts and hanging inlet and outlet valves,
- having bores for cylinder-head screws and
- having a plurality of recess-like water compartments, which are connectible to the cooling jacket of a cylinder block and
- are interconnected by a lateral longitudinal duct and
- by transverse ducts,
- one of which passes between two adjacent combustion chambers and another of which
passes between an inlet duct and an outlet duct, i.e. an inlet valve and an outlet
valve of a combustion chamber,
characterized in
- that the transverse ducts (7 and 7') are inclined relatively to the row of combustion chambers (6) and
- the bores (12) for cylinder-head screws, which are arranged in pairs transversely of the row of combustion chambers (6), in each case cross at opposite sides without intersecting,
- that the moulds of all of the recess-like water compartments (2, 3, 4 and 5) can be removed towards the cylinder head-cylinder block interface, and
- are arranged substantially around the combustion chambers (6),
- that the upper limit of the longitudinal duct
- that the longitudinal duct (8) has a water outlet (end-face opening 9).
2. A cylinder head according to claim 1, characterized in
- that each two recess-like water compartments (4 and 5) are arranged transversely of the row of combustion chambers (6) and between each two combustion chambers (6) and are disposed at the ends of the row of combustion chambers (6) between the bores (12) for the cylinder-head screws, and
- are intersected at opposite sides by a transverse duct (7') passing between two combustion chambers (6) or arranged at the end of the row of combustion chambers (6).
- that the longitudinal duct (8) terminates in an end-face opening (9) at one end of the cylinder head (1) and
- widens continually towards this opening.
- that the longitudinal duct (8) extends along and close to the combustion chambers (6), and
- that bores (15) for ignition plugs are arranged opposite the longitudinal duct (8).
- having a cylinder head as claimed in claim 1 and
- having a cylinder-head gasket arranged between the cylinder head and the cylinder block,
- which gasket has passageways leading from the water jacket of the cylinder block to the recess-like water compartments, characterized in
- that the cross-sections of the passageways (16 to 19) increase in size with increasing distance from the longitudinal duct (8).
- avec des chambres de combustion disposées en ligne,
- avec des conduits d'admission et d'échappement débouchant latéralement et des soupapes d'admission et d'échappement en tête,
- avec des perçages pour des goujons de culasse et
- avec plusieurs chambres d'eau en forme de niches se raccordant à la chemise de refroidissement d'un bloccylindres,
- reliées entre elles par un conduit longitudinal latéral et
- par des conduits transversaux,
- parmi lesquels un conduit passe à chaque fois entre deux chambres de combustion voisines et un autre passe à chaque fois entre un conduit d'admission et un conduit d'échappement ou entre une soupape d'admission et une soupape d'échappement d'une chambre de combustion, caractérisée en ce
- que les conduits transversaux (7 et 7') sont dirigés obliquement par rapport à la ligne des chambres de combustion (6) et
- croisent sans les couper, sur des côtés opposés, des perçages (12) pour goujons de culasse disposés par paires perpendiculairement à la ligne des chambres de combustion (6),
- que toutes les chambres d'eau en forme de niches (2, 3, 4 et 5) peuvent être démoulées vers le plan de séparation culasse-bloc cylindres et
- sont disposées essentiellement autour des chambres de combustion (6),
- que la limitation supérieure du conduit longitudinal (8) est la zone la plus élevée des chambres d'eau (2 à 5) ainsi que des conduits longitudinaux et transversaux (7, 7' et 8) et
- que le conduit longitudinal (8) présente une sortie d'eau (ouverture frontale 9).
- que deux chambres d'eau respectives en forme de niches (4 et 5) sont disposées perpendiculairement à la ligne des chambres de combustion (6) entre deux chambres de combustion respectives (6) et aux extrémités de la ligne des chambres de
combustion (6) entre les perçages (12) pour goujons de culasse et
- sont recoupées en des côtés opposés par un conduit transversal (7') passant entre deux chambres de combustion (6) ou disposé à l'extrémité de la ligne des chambres de combustion (6).
- que le conduit longitudinal (8) se termine à une extrémité de la culasse (1) par une ouverture frontale (9) et
- s'élargit constamment vers celle-ci.
- que le conduit longitudinal (8) passe étroitement le long des chambres de combustion (6) et
- que des perçages (15) pour bougies d'allumage sont disposées à l'opposé du conduit longitudinal (8).
- avec une culasse selon revendication 1 et
- avec un joint de culasse disposé entre culasse et bloc cylindres,
- qui présente des passages allant de la chemise d'eau du bloc-cylindres aux chambres d'eau en forme de niches, caractérisé en ce que les sections des passages (16 à 19) sont réalisées plus grandes lorsque croit la distance au conduit longitudinal (8).