EP0099032B1 - Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0099032B1
EP0099032B1 EP83106427A EP83106427A EP0099032B1 EP 0099032 B1 EP0099032 B1 EP 0099032B1 EP 83106427 A EP83106427 A EP 83106427A EP 83106427 A EP83106427 A EP 83106427A EP 0099032 B1 EP0099032 B1 EP 0099032B1
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cylinder head
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Jiri Dipl.-Ing. Seidl
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/38—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head of the type according to the preamble of claim 1.
  • the longitudinal channel extends next to the row of combustion chambers just above the parting plane of the cylinder head to the cylinder block.
  • the connecting channels are parallel to this parting plane and at an angle to the row of combustion chambers and to the longitudinal channel. All connection channels are drilled from an outside of the cylinder head and closed there with sealing caps. This training is only suitable for parallel hanging Ventilan orders, because the parallel to the parting connection channels in a V-shaped valve arrangement do not allow targeted cooling of the hottest points of the cylinder head.
  • the object of the invention is to arrange the longitudinal channel and the connecting channels so that a targeted cooling of hot cylinder head areas in all conventional cylinder head types and a design of the longitudinal channel and the connecting channels can be achieved directly by drilling or casting molds without additional sealing measures.
  • This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.
  • This design results in a direct cooling effect of the longitudinal channel and the connecting channels at the hottest areas of the cylinder head. Since the straight-line connecting channels start directly from the niche-like water spaces, no plugs or sealing lids are required, so that simple and inexpensive production is possible.
  • a further development of the invention for a cylinder head with V-shaped hanging and offset in the longitudinal extent of the same valve is characterized in claim 2.
  • This design specifically cools places of the cylinder head which are subject to high thermal loads, in particular the area around the exhaust ports, the area between the exhaust port and spark plug and the combustion chamber walls by means of a targeted longitudinal and transverse flow through the longitudinal port and the connecting ports.
  • the oil temperature in the cylinder head is kept low due to its good cooling.
  • a die-cast cylinder head 1 for water-cooled internal combustion engines has several niche-like water spaces 2 and 3.
  • the water spaces 2 and 3 can be formed towards the parting plane 1 'between the cylinder head 1 and the cylinder block (not shown) and are arranged around combustion chambers 4.
  • the water spaces 2 and 3 lie on the outside of the cylinder head 1. They have sections 5 and 6 which extend between two adjacent combustion chambers 4.
  • a longitudinal channel 7 is arranged at a distance from the combustion chambers 4.
  • Connecting channels 8, 9 and 10 extend from the water spaces 2 and 3 and from section 5 of the water space 2 to the longitudinal channel 7.
  • the connecting channels 8, 9 and 10 are arranged obliquely to the parting plane 1 '. They are made by drilling from water spaces 2 and 3 or from section 5 of water space 2.
  • connecting channels 8, 9 and 10 by casting mold trains.
  • the longitudinal channel 7 can be shaped toward the end faces of the cylinder head 1, not shown. There is no need for plugs and other closures, since the connecting channels start directly from the water spaces 2 and 3 or from section 5 of the water space 2.
  • the cylinder head 1 has laterally opening inlet and outlet channels 11 and 12, respectively.
  • the valves of which only the valve guides 13 and 14 are shown, are suspended, offset and arranged in a V-shape with respect to one another.
  • the inlet valve seat 15 and the outlet valve seat 16 are arranged correspondingly offset from one another.
  • a bore 17 for a spark plug is arranged opposite the inlet valve seat 15, so that it is on the same side as the outlet channel 12.
  • the connecting channels 8 and 10 are arranged on both sides of the exhaust valve seat 16 and the exhaust channel 12.
  • the connecting channel 8 is thus between the outlet channel 12 and the bore 17 for the spark plug.
  • the connecting channel 9 is arranged essentially opposite the outlet channel 12.
  • the longitudinal channel 7 lies between the valve guides 13 and 14.
  • the angle of inclination of the connecting channels 8, 9 and 10 with respect to the parting plane 1 ' is between 30 and 60 °.
  • the design described results in a cylinder head 1 with a low operating weight, since it has only a small water content. Due to the low water content, a good flow and cooling of the cylinder head can also be ensured with a water pump of relatively low drive power will.
  • the longitudinal channel 7 cools the valve guides 13 and 14 and, moreover, protects the oil located in the valve chamber 18 lying above from excessive heating.
  • thermally highly stressed points, in particular the vicinity of the exhaust ducts 12, the area between the exhaust duct 12 and the bore 17 for the spark plug and the walls of the combustion chambers 4 are preferably cooled by means of a defined cross flow flowing through the connecting ducts 8, 9 and 10 .

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf der Bauart nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei einem bekannten Zylinderkopf dieser Bauart gemäß der DE-A-28 39 199 erstreckt sich der Längskanal neben der Reihe der Brennräume knapp über der Trennebene des Zylinderkopfes zum Zylinderblock. Die Verbindungskanäle liegen parallel zu dieser Trennebene 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 Ventilan ordnungen geeignet, weil die zur Trennebene parallelen Verbindungskanäle bei einer V-förmigen Ventilanordnung keine gezielte Kühlung der heißesten Stellen des Zylinderkopfes ermöglichen.
  • 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 durch Bohren oder Gußformen ohne zusätzliche Verschlußmaßnahmen darstellbare Ausbildung des Längskanals und der Verbindungskanäle erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichenden 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Gußform-Züge 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.
  • 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 Einlaßventilsitz 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°.
  • 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 Brennäume 4 mittels einer durch die Verbindungskanäle 8, 9 und 10 strömenden definierten Querströmung bevorzugt gekühlt.

Claims (2)

1. Im Druckgießverfahren herstellbarer Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen,
- 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 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 zur Trennebene (1') angeordnet sind und sich von den Wasserräumen (2, 3) zum Längskanal (7) geradlinig als Bohrungen und/oder Gußformzüge erstrecken.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet,
- 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.
EP83106427A 1982-07-03 1983-07-01 Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen Expired EP0099032B2 (de)

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EP0099032A1 EP0099032A1 (de) 1984-01-25
EP0099032B1 true EP0099032B1 (de) 1985-04-24
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