EP1126151B1 - Flüssigkeitsgekühlter Querstrom-Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit in Reihe angeordneten Zylindern - Google Patents

Flüssigkeitsgekühlter Querstrom-Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit in Reihe angeordneten Zylindern Download PDF

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EP1126151B1 EP01100319A EP01100319A EP1126151B1 EP 1126151 B1 EP1126151 B1 EP 1126151B1 EP 01100319 A EP01100319 A EP 01100319A EP 01100319 A EP01100319 A EP 01100319A EP 1126151 B1 EP1126151 B1 EP 1126151B1
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    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/06—Casting

Definitions

  • the invention relates according to the preamble of claim 1 to a liquid-cooled cross-flow cylinder head for internal combustion engines with cylinders arranged in series, wherein the cylinder head with integrated control housing between a cylinder head floor and a control housing side top wall comprises a limited side walls coolant space, wherein the cylinder head floor from the coolant space and the top wall passing through screw pipes and oil drainage channels and arranged about cylinder-centered shaft pipes for spark plugs or injection nozzles are provided and further the coolant space is divided by means of transverse walls between diametric screw pipes.
  • Such a cylinder head is for example from the DE 38 38 953 C2 known, the transverse walls between diametrical screw pipes the height of the coolant space to pass through to the flat top wall and further to the transverse walls in the connecting planes querab adjacent shaft pipes before the manhole tubes each longitudinal end walls are provided in a cross-flow of the cylinder head of the deflection of the coolant in Serve direction of the shaft tubes and the adjacent areas of the cylinder head floor, which are arranged on this additional guide ribs.
  • a disadvantage of this known cylinder head is the complex casting design and the large-scale coolant space training.
  • the invention has the object of providing a generic cylinder head casting technology easier to design with high rigidity and targeted coolant flow at least in cross flow.
  • a particularly rigid cylinder head is achieved in an advantageous manner in casting technology simpler embodiment by means of connected to the cylinder head floor via transverse walls wells, being achieved in a further advantageous manner with the elimination of separate guide ribs for influencing the flow better venting of the cylinder head.
  • the wells may be formed for a cylinder head as separate components, but they are preferably integrally formed in a further development of the invention by means of casting training, a trough - seen in plan view - extends from each screw pipe in the direction of a connecting plane of the transverse adjacent pit pipes and serves as a directed to the shaft tubes flow guidance.
  • a coolant cross-flow of the cylinder head is preferably supported.
  • a longitudinal flow can be achieved in that the transverse wall between the cylinder head floor and trough in the longitudinal direction of the cylinder head having pointing flow opening. This can be achieved near the ground, additional flow of the manhole pipes.
  • an additional stiffening of the cylinder head is achieved in that the trough is provided along its opening edge with a projecting over the top wall stiffening web.
  • a liquid-cooled cross-flow cylinder head 1 for a not shown internal combustion engine with cylinders arranged in series comprises an integrated control housing 2 and between a cylinder head bottom 3 and a control housing side cover wall 4 of side walls 5 limited coolant space 6. Further, the cylinder head 1 is designed such that from the cylinder head floor 3 from the coolant chamber 6 and the top wall 4 passing through screw pipes 7 and ⁇ Iablaufkanäle 8 and approximately cylinder-centered shaft pipes 9 are provided for spark plugs or injectors. Next, the coolant chamber 6 is divided by means of transverse walls 10 between diametric screw pipes 7.
  • a trough 11 is arranged in the top wall 4 between diametrical screw pipes 7 and each querab adjacent shaft tubes 9 , which by means of a transverse wall 10 between the diametric screw pipes 7 and the cylinder head floor 3 is connected, wherein from the transverse wall 10 in the direction of the top wall 4 rising wall sections 11 'and 11 "of the trough 11 serve as flow control surfaces.
  • the trough 11 is integrally formed by casting training in the cylinder head 1, wherein the trough 11 - seen in plan view - of each screw pipe 7 in the direction of a connecting plane 12 - Figure 3 - the querab adjacent shaft pipes. 9 extended and serves as a directed to the shaft tubes 9 flow guidance.
  • the trough 11 is connected to the oil drain channel 8 or 8 'via a separate channel 13.
  • the trough 11 with the screw pipe 7 integrally formed with an oil drain passage 8 via a screw pipe 7 passing through arranged Channel 13 in conjunction, wherein the screw pipe 7 surrounds a cylinder head screw, not shown with play.
  • an inlet opening 14 of the separate channel 13 is arranged in the trough 11 corresponding to the installation position of the cylinder head 1.
  • FIG. 3 a shows an oil drainage channel 8 formed in one piece with a screw pipe 7, while FIG. 3 b shows an oil drainage channel 8 'arranged freestanding from the screwing pipe 7.
  • each stiffening web 16 in its course across the cylinder head 1 approximately corresponds to the course of the wall sections shown in Figure 3 11 'and 11 "of the trough 11, each of the Verste Trentsstege 16 contributes to the stiffening of the cylinder head 1 in the longitudinal and transverse directions.
  • the invention is suitable for two-valve and multi-valve cylinder heads for in-line or V-engines.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf einen flüssigkeitsgekühlten Querstrom-Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit in Reihe angeordneten Zylindern, wobei der Zylinderkopf mit integriertem Steuergehäuse zwischen einem Zylinderkopfboden und einer steuergehäuseseitigen Deckwand einen von Seitenwänden begrenzten Kühlmittelraum umfasst, wobei vom Zylinderkopfboden aus den Kühlmittelraum und die Deckwand durchsetzende Schraubenpfeifen sowie Ölablaufkanäle und etwa zylindermittig angeordnete Schachtrohre für Zündkerzen oder Einspritzdüsen vorgesehen sind und weiter der Kühlmittelraum mittels Querwänden zwischen diametralen Schraubenpfeifen unterteilt ist.
  • Ein derartiger Zylinderkopf ist beispielsweise aus der DE 38 38 953 C2 bekannt, wobei die Querwände zwischen diametralen Schraubenpfeifen den Kühlmittelraum der Höhe nach durchsetzen bis zur eben verlaufenden Deckwand und weiter an den Querwänden in den Verbindungsebenen querab benachbarter Schachtrohre vor den Schachtrohren jeweils endende Längswände vorgesehen sind, die bei einer Querdurchströmung des Zylinderkopfes der Ablenkung des Kühlmittels in Richtung der Schachtrohre und der angrenzenden Bereiche des Zylinderkopfbodens dienen, wobei an diesem zusätzliche Führungsrippen angeordnet sind.
  • Nachteilig an diesem bekannten Zylinderkopf ist die aufwendige Gussgestaltung sowie die großräumige Kühlmittelraum-Ausbildung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Zylinderkopf gusstechnisch einfacher auszugestalten bei hoher Steifigkeit und gezielter Kühlmittelführung mindestens in Querströmung.
  • Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass in der Deckwand zwischen diametralen Schraubenpfeifen und jeweils querab benachbarten Schachtrohren eine Mulde angeordnet ist, die mittels einer Querwand zwischen den diametralen Schraubenpfeifen mit dem Zylinderkopfboden in Verbindung steht, wobei von der Querwand in Richtung Deckwand ansteigend ausgebildete Wandabschnitte der Mulde als Strömungsleitflächen dienen.
  • Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise bei gusstechnisch einfacherer Ausgestaltung mittels der mit dem Zylinderkopfboden über Querwände verbundenen Mulden ein besonders steifer Zylinderkopf erzielt, wobei in weiterer vorteilhafter Weise mit dem Fortfall gesonderter Leitrippen zur Strömungsbeeinflussung eine bessere Entlüftung des Zylinderkopfes erzielt ist.
  • Gemäß der Erfindung können die Mulden für einen Zylinderkopf als gesonderte Bauteile ausgebildet sein, sie sind jedoch in Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise mittels Gussausbildung einstückig angeordnet, wobei eine Mulde sich - in Draufsicht gesehen - von jeder Schraubenpfeife aus in Richtung einer Verbindungsebene der querab benachbarten Schachtrohre erweitert und als eine zu den Schachtrohren gerichtete Strömungslenkung dient.
  • Mit den vorgenannten Maßnahmen ist vorzugsweise eine Kühlmittel-Querdurchströmung des Zylinderkopfes unterstützt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch eine Längsdurchströmung dadurch erzielt sein, dass die Querwand zwischen Zylinderkopfboden und Mulde eine in Längsrichtung des Zylinderkopfes weisende Strömungsdurchbrechung aufweist. Damit kann eine bodennahe, zusätzliche Anströmung der Schachtrohre erzielt sein.
  • Zur Ableitung des aus dem Steuergehäuse des Zylinderkopfes in eine Mulde gelangenden Schmieröles ist gemäß einem weiteren Vorschlag vorgesehen, dass die Mulde über einen gesonderten Kanal mit dem Ölablaufkanal in Verbindung steht, wobei in weiterer Ausgestaltung eine Einlauföffnung des gesonderten Kanals in der Mulde entsprechend der Einbaulage des Zylinderkopfes angeordnet ist. Damit wird die Umlaufmenge an Schmieröl klein gehalten und eine unnötige Aufheizung vermieden.
  • Schließlich ist mit der Erfindung eine zusätzliche Aussteifung des Zylinderkopfes dadurch erzielt, dass die Mulde entlang ihres Öffnungsrandes mit einem über die Deckwand vorspringend angeordneten Versteifungssteg versehen ist. Mit dieser Anordnung sind in gusstechnisch vorteilhafter Weise quer zum längsgerichteten Zylinderkopf zwischen Schraubenpfeifen verlaufende Versteifungsstege erzielt, die gemäß der erfindungsgemäßen Muldenform V-förmig über den Zylinderkopf hinweg verlaufen und somit diesen sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung zusätzlich aussteifen.
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
    • Figur 1
    einen Zylinderkopf mit integriertem Steuergehäuse im Querschnitt,
    Figur 2
    einen abschnittsweisen Längsschnitt durch den Zylinderkopf gemäß der Linie II-II und
    Figur 3
    den Zylinderkopf nach Figur 1 im Querschnitt gemäß der Linie III-III,
    wobei in den Bildhäften 3a und 3b unterschiedliche Ölablaufkanäle dargestellt sind.
  • Ein flüssigkeitsgekühlter Querstrom-Zylinderkopf 1 für eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Zylindern umfasst ein integriertes Steuergehäuse 2 und einen zwischen einem Zylinderkopfboden 3 und einer steuergehäuseseitigen Deckwand 4 von Seitenwänden 5 begrenzten Kühlmittelraum 6. Weiter ist der Zylinderkopf 1 derart gestaltet, dass vom Zylinderkopfboden 3 aus den Kühlmittelraum 6 und die Deckwand 4 durchsetzende Schraubenpfeifen 7 sowie ÖIablaufkanäle 8 und etwa zylindermittig angeordnete Schachtrohre 9 für Zündkerzen oder Einspritzdüsen vorgesehen sind. Weiter ist der Kühlmittelraum 6 mittels Querwänden 10 zwischen diametralen Schraubenpfeifen 7 unterteilt.
  • Zur gusstechnisch vereinfachten Ausgestaltung des Zylinderkopfes 1 mit hoher Steifigkeit und gezielter Kühlmittelführung wird vorgeschlagen, dass in der Deckwand 4 zwischen diametralen Schraubenpfeifen 7 und jeweils querab benachbarten Schachtrohren 9 eine Mulde 11 angeordnet ist, die mittels einer Querwand 10 zwischen den diametralen Schraubenpfeifen 7 und dem Zylinderkopfboden 3 in Verbindung steht, wobei von der Querwand 10 in Richtung Deckwand 4 ansteigend ausgebildete Wandabschnitte 11' und 11" der Mulde 11 als Strömungsleitflächen dienen.
  • Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, ist die Mulde 11 mittels Gussausbildung einstückig im Zylinderkopf 1 angeordnet, wobei die Mulde 11 sich - in Draufsicht gesehen - von jeder Schraubenpfeife 7 aus in Richtung einer Verbindungsebene 12 - Figur 3 - der querab benachbarten Schachtrohre 9 erweitert und als eine zu den Schachtrohren 9 gerichtete Strömungslenkung dient.
  • Um das aus dem Steuergehäuse 2 in die Mulde 11 gelangende Schmieröl sicher abzuführen, steht die Mulde 11 über einen gesonderten Kanal 13 mit dem Ölablaufkanal 8 bzw. 8' in Verbindung.
  • Gemäß Figur 1 steht die Mulde 11 mit dem mit einer Schraubenpfeife 7 einstückig ausgebildeten Ölablaufkanal 8 über einen die Schraubenpfeife 7 durchsetzend angeordneten Kanal 13 in Verbindung, wobei die Schraubenpfeife 7 eine nicht gezeigte Zylinderkopfschraube mit Spiel umschließt.
  • Zur Vermeidung größerer Restmengen an Schmieröl ist eine Einlauföffnung 14 des gesonderten Kanals 13 in der Mulde 11 entsprechend der Einbaulage des Zylinderkopfes 1 angeordnet.
  • Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist in der Figur 3a ein mit einer Schraubenpfeife 7 einstückig ausgebildeter Ölablaufkanal 8 dargestellt, während in der Figur 3b ein von der Schraubenpfeife 7 freistehend angeordneter Ölablaufkanal 8' gezeigt ist.
  • Aus Figur 1 ist weiter zu erkennen, dass die Querwand 10 zwischen Zylinderkopfboden 3 und Mulde 11 in Längsrichtung des Zylinderkopfes 1 weisende Strömungsdurchbrechungen 15 und 15' aufweist. Damit kann die Querströmung durch eine Längsströmung des Kühlmittels ergänzt sein.
  • Schließlich ist eine zusätzliche Aussteifung des Zylinderkopfes 1 dadurch erreicht, dass die Mulde 11 entlang ihres Öffnungsrandes mit einem über die Deckwand 4 vorspringend angeordneten Versteifungssteg 16 versehen ist. Dadurch, dass jeder Versteifungssteg 16 in seinem Verlauf quer über den Zylinderkopf 1 etwa dem Verlauf der in Figur 3 gezeigten Wandabschnitte 11' und 11" der Mulde 11 entspricht, trägt jeder der Versteigungsstege 16 zur Aussteifung des Zylinderkopfes 1 in Längs- und Querrichtung bei.
  • Die Erfindung ist für Zwei-Ventil- und Mehr-Ventil-Zylinderköpfe für Reihen- oder V-Motore geeignet.

Claims (7)

  1. Flüssigkeitsgekühlter Querstrom-Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit in Reihe angeordneten Zylindern,
    - wobei der Zylinderkopf (1) mit integriertem Steuergehäuse (2) zwischen einem Zylinderkopfboden (3) und einer steuergehäuseseitigen Deckwand (4) einen von Seitenwänden (5) begrenzten Kühlmittelraum (6) umfasst, wobei
    - vom Zylinderkopfboden (3) aus den Kühlmittelraum (6) und die Deckwand (4) durchsetzenden Schraubenpfeifen (7) sowie Ölablaufkanäle (8, 8') und etwa zylindermittig angeordnete Schachtrohre (9) für Zündkerzen oder Einspritzdüsen vorgesehen sind, und weiter
    - der Kühlmittelraum (6) mittels Querwänden (10) zwischen diametralen Schraubenpfeifen (7) unterteilt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass in der Deckwand (4) zwischen diametralen Schraubenpfeifen (7) und jeweils querab benachbarten Schachtrohren (9) eine Mulde (11) angeordnet ist, die
    - mittels einer Querwand (10) zwischen den diametralen Schraubenpfeifen (7) mit dem Zylinderkopfboden (3) in Verbindung steht, wobei
    - von der Querwand (10) in Richtung Deckwand (4) ansteigend ausgebildete Wandabschnitte (11', 11") der Mulde (11) als Strömungsleitflächen dienen.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
    - eine mittels Gussausbildung einstückige Anordnung der Mulde (11), die
    - sich - in Draufsicht gesehen - von jeder Schraubenpfeife (7) aus in Richtung einer Verbindungsebene (12) der querab benachbarten Schachtrohre (9) erweitert und als eine zu den Schachtrohren (9) gerichtete Strömungslenkung dient.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (11) über einen gesonderten Kanal (13) mit dem Ölablaufkanal (8, 8') in Verbindung steht.
  4. Zylinderkopf nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Mulde (11) mit dem mit einer Schraubenpfeife (7) einstückig ausgebildeten Ölablaufkanal (8) über einen die Schraubenpfeife (7) durchsetzend angeordneten Kanal (13) in Verbindung steht, wobei
    - die Schraubenpfeife (7) eine Zylinderkopfschraube mit Spiel umschließt.
  5. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlauföffnung (14) des gesonderten Kanals (13) in der Mulde (11) entsprechend der Einbaulage des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.
  6. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwand (10) zwischen Zylinderkopfboden (3) und Mulde (11) eine in Längsrichtung des Zylinderkopfes (1) weisende Strömungsdurchbrechung (15, 15') aufweist.
  7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulde (11) entlang ihres Öffnungsrandes mit einem über die Deckwand (4) vorspringend angeordneten Versteifungssteg (16) versehen ist.
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