EP1510681A1

EP1510681A1 - Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: EP1510681A1
Application number: EP04001060A
Authority: EP
Inventors: Thomas Friedow; Dieter Eckert
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: EP1510681B1; US20050046119A1; DE502004006384D1; US6976683B2

Abstract

Zylinderkopfdichtung für einen Motor, bei dem der Zylinderkopfdichtung benachbart im Motorblock mindestens ein erster Kühlmittelhohlraum ausgebildet ist, wobei die Dichtungsplatte Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen aufweist, über die der erste Kühlmittelhohlraum mit mindestens einem zweiten, im Zylinderkopf des Motors ausgebildeten Kühlmittelhohlraum verbindbar ist; zur besseren Kühlung des Motors weist die Zylinderkopfdichtung mindestens ein von der Dichtungsplatte abstehendes Strömungsleitelement für das Kühlmittel auf, welches sich an eine Kühlmittel-Durchtrittsöffnung der Dichtungsplatte derart anschließt und derart ausgebildet ist, daß das Strömungsleitelement mit der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung einen Strömungspfad bildet und zum Eingreifen in mindestens einen der ersten und zweiten Kühlmittelhohlräume sowie zur Erzeugung eines gerichteten Kühlmittelstroms am austrittsseitigen Ende des Strömungspfads gestaltet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung, und zwar insbesondere eine wenigstens im wesentlichen metallische Zylinderkopfdichtung, mit der sich die Kühlmittelströmung innerhalb eines Hubkolben-Verbrennungsmotors beeinflussen läßt, der mehrere Brennräume hintereinander aufweist (dabei kann es sich um einen sogenannten Reihenmotor handeln, ebenso aber auch um einen sogenannten V-Motor oder einen anderen Motor mit mehreren sogenannten Zylinderbänken).

Zunächst soll eine übliche Kühlmitteldurchströmung eines solchen Motors anhand eines Reihenmotors erläutert werden, entsprechendes gilt aber auch für andere Motoren mit mehreren Zylinderbänken. Meist wird das Kühlmittel an einer Schmal- oder Stirnseite des Motors durch die Motor-Kühlmittelpumpe in den Motorblock (oft auch Zylinderblock oder Kurbelgehäuse genannt) so eingeleitet, daß die Strömungsrichtung des Kühlmittels an der Eintrittsstelle in Motorlängsrichtung, d. h. in Richtung der Zylinderreihe, ausgerichtet ist. Das Kühlmittel strömt dann im wesentlichen an der Zylinderreihe vorbei bis in den Bereich der anderen Schmal- bzw. Stirnseite des Motors; in diesem Bereich weist die zwischen Motorblock und Zylinderkopf eingespannte Zylinderkopfdichtung Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen auf, durch welche das Kühlmittel in den Zylinderkopf geleitet wird - da die Kühlmittelpumpe des Motors stromaufwärts des Motorblocks angeordnet ist, herrscht in den Kühlmittelhohlräumen des Motorblocks ein höherer Kühlmitteldruck als im Zylinderkopf. Abgeleitet wird das Kühlmittel am Zylinderkopf, und zwar im Bereich derjenigen Stirnseite des Motors, an der der Kühlmittelstrom in den Motorblock eingeleitet wird. Betrachtet man den in einer Draufsicht ungefähr einem schmalen Rechteck entsprechenden Zylinderkopf, so befinden sich an dessen einer Längsseite die Ansaugkanäle und an seiner anderen, gegenüberliegenden Längsseite die Abgaskanäle. Um eine bessere und gleichmäßigere Kühlung vor allem des Zylinderkopfs zu erreichen, setzte man auch schon Zylinderkopfdichtungen ein, welche Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen nicht nur im Bereich der einen Motorstirnseite, sondern auch in den Bereichen der beiden Motorlängsseiten aufweisen, wobei die der Abgasseite des Zylinderkopfs benachbarten Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen größer sind als die der Ansaugseite des Zylinderkopfs benachbarten Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Zylinderkopfdichtung, damit nämlich die Abgasseite des Zylinderkopfs besser gekühlt wird. In jedem Falle stellt sich im Motor eine solche Kühlmittelströmung ein, daß in der Nähe der Zylinderkopfdichtung sowohl im Motorblock, als auch im Zylinderkopf eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der von der Zylinderkopfdichtung bzw. deren Dichtungsplatte definierten Ebene verläuft (entweder in Längsrichtung des Motors oder ungefähr diagonal von einer Kante der einen Schmalseite zur diagonal gegenüberliegenden Kante der anderen Schmalseite, und zwar letzteres in dem Fall, daß die Zylinderkopfdichtung auf der Abgasseite größere Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen aufweist als an der Ansaugseite).

Aufgrund der vorstehend geschilderten Strömungsverhältnisse ergeben sich im Zylinderkopf bekannter Motoren Zonen, welche durch das Kühlmittel unzureichend gekühlt werden. Die Erfinder haben festgestellt, daß dies auch auf folgenden Umstand zurückzuführen ist: Bei den bislang üblichen Zylinderkopfdichtungen haben deren Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen die Gestalt einfacher Löcher; ferner sind die Dichtungsplatten der Zylinderkopfdichtungen relativ dünn, vor allem seit in vielen Fällen ein- oder mehrlagige metallische Dichtungen die alten, etwas dickeren sogenannten Weichstoff-Dichtungen ersetzt haben (zumindest bei im wesentlichen metallischen Zylinderkopfdichtungen liegt die Dicke der Dichtungsplatte zwischen 0,25 und 2,0 mm). Deshalb bilden diejenigen Teilströme des Kühlmittels, welche durch die Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Dichtungsplatte hindurch vom Motorblock in den Zylinderkopf einströmen, keine ausgeprägt ausgerichteten Kühlmittelströme nennenswerter kinetischer Energie, so daß sich in dem Kühlmittelhohlraum bzw. den Kühlmittelhohlräumen des Zylinderkopfs die überwiegend ungefähr parallel zur Zylinderkopfdichtung ausgerichtete Kühlmittelströmung über den Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Dichtung durch diese Kühlmittel-Teilströme nicht in größerem Maße umlenken läßt. Um durch tote Zonen in der Kühlwasserströmung hervorgerufene örtliche Überhitzungen im Zylinderkopf zu vermeiden, waren deshalb bislang gußtechnisch besonders aufwendige Gestaltungen des Zylinderkopfs erforderlich.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfdichtung zu schaffen, mit der sich die geschilderte Problematik zumindest entschärfen, wenn nicht gar beseitigen läßt.

Die Erfindung geht aus von einer Zylinderkopfdichtung für einen Motor, bei dem der Zylinderkopfdichtung benachbart im Motorblock mindestens ein vom Kühlmittel durchströmter erster Kühlmittelhohlraum ausgebildet ist, wobei an der eine Dichtungsplatte aufweisenden Zylinderkopfdichtung mindestens ein von der Dichtungsplatte abstehendes Strömungsleitelement für das Kühlmittel vorgesehen ist und die Dichtungsplatte Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen aufweist, über die der mindestens eine erste Kühlmittelhohlraum mit mindestens einem zweiten, im Zylinderkopf des Motors ausgebildeten Kühlmittelhohlraum verbindbar ist.

Erfindungsgemäß wird eine solche Zylinderkopfdichtung so gestaltet, daß das mindestens eine Strömungsleitelement sich an eine Kühlmittel-Durchtrittsöffnung derart anschließt und derart ausgebildet ist, daß das Strömungsleitelement mit der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung einen Strömungspfad bildet und zum Eingreifen in mindestens einen der ersten und zweiten Kühlmittelhohlräume sowie zur Erzeugung eines gerichteten Kühlmittelstrahls am vorzugsweise dem Zylinderkopf zugewandten austrittsseitigen Ende des Strömungspfads gestaltet ist.

Erfindungsgemäß tritt also an die Stelle eines einfachen Lochs der bekannten Zylinderkopfdichtungen eine solche Kombination aus Durchtrittsöffnung und Strömungsleitelement, daß sich damit im Zylinderkopf (gegebenenfalls im Motorblock) ein gerichteter Kühlmittelstrahl erzeugen läßt, welcher deutlich mehr kinetische Energie enthält als ein Kühlmittelstrom, wie er durch eine einfache Durchtrittsöffnung einer herkömmlichen Zylinderkopfdichtung erzeugt wird. Wie sich aus dem Folgenden noch ergeben wird, ermöglicht es die Erfindung, die kinetische Energie der im Motorblock in der Nachbarschaft der Zylinderkopfdichtung vorhandenen Kühlmittelströmung auszunutzen und/oder ein nach Art einer Düse gestaltetes Strömungsleitelement dazu zu verwenden, in den Zylinderkopf eintretende Kühlmittel-Teilströme mit nicht unerheblicher kinetischer Energie zu erzeugen, so daß sich die im Zylinderkopf in der Nachbarschaft der Zylinderkopfdichtung vorherrschende Kühlmittelströmung in gewünschter Weise erheblich auslenken und/oder verwirbeln läßt (um dadurch tote Zonen in der Kühlwasserströmung zu beseitigen) oder sich ausgewählte Stellen des Zylinderkopfs sogar gezielt mit Kühlmittelteilströmen beaufschlagen lassen.

Bei der Bewertung der vorstehenden Erfindungsdefinition und der beigefügten Ansprüche ist zu beachten, daß jede Zylinderkopfdichtung für einen ganz bestimmten Motor konstruiert wird, d. h. dem Entwickler der Dichtung liegt die Motorkonstruktion bereits vor; deshalb ist es zulässig, bei der Definition der eine Zylinderkopfdichtung betreffenden Erfindung auf Merkmale des Motorblocks und/oder des Zylinderkopfs Bezug zu nehmen.

Aus der EP-0 868 603-B1 geht eine mehrlagige metallische Zylinderkopfdichtung für einen Reihenmotor hervor, welche mit von der Dichtungsplatte ungefähr senkrecht abstehenden Strömungsleitelementen für das Kühlmittel versehen ist, die in im Motorblock ausgebildete, vom Kühlmittel durchströmte Kühlmittelhohlräume eingreifen. Diese Strömungsleitelemente dienen aber ausschließlich dazu (und zu etwas anderem sind sie auch gar nicht in der Lage), die Kühlmittelströmung innerhalb dieser im Motorblock ausgebildeten Kühlmittelhohlräume umzulenken und auf ausgewählte Stellen des Motorblocks zu richten; alternativ wird dieselbe Maßnahme für die im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlmittelhohlräume vorgeschlagen (siehe Sp. 6, Zeilen 43 - 46 der EP-0 868 603-B1). Es muß aber darauf hingewiesen werden, daß die EP-0 868 603-B1 von der vorliegenden Erfindung geradezu weg weist, da die Strömungsleitelemente an Stellen der Zylinderkopfdichtung angeordnet werden sollen, an denen das Kühlmittel nicht in den Zylinderkopf übertritt (siehe Sp. 6, Zeilen 13 - 16 der EP-0 868 603-B1, d. h. die z. B. in Fig. 5 dieses Dokuments gezeigten Öffnungen sollen an solchen Stellen liegen, an denen sich auf der Motorblock-Seite und/oder der Zylinderkopf-Seite der Zylinderkopfdichtung kein Kühlmittelhohlraum befindet). Im übrigen offenbart die EP-0 868 603-B1 konsequenterweise Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen der Zylinderkopfdichtung auch nur im einen Schmalseitenendbereich der Dichtungsplatte (siehe die Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 8 in den Figuren 2 bis 4b und 6).

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung für Motoren, bei denen der mindestens eine erste Kühlmittelhohlraum (im Motorblock) vom Kühlmittel derart durchströmt wird, daß mindestens in einem Bereich dieses Kühlmittelhohlraums eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der Dichtungsplatte verläuft, denn dann kann zur Erzielung eines wirksamen gerichteten Kühlmittelstrahls zusätzlich zur Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Zylinderkopfdichtung auch die kinetische Energie dieser hauptsächlichen Strömungskomponente dadurch genutzt werden, daß das Strömungsleitelement zum Eingreifen in den ersten Kühlmittelhohlraum ausgebildet und derart gestaltet ist, daß es bei eingebauter Zylinderkopfdichtung eine solche Prall- und Umlenkfläche für die hauptsächliche Strömungskomponente bildet, daß in die dem Strömungsleitelement zugeordnete Kühlmittel-Durchtrittsöffnung ein quer zur Dichtungsplatte ausgerichteter Kühlmittelstrom eintritt.

Wie bereits erwähnt, kann ein gerichteter Kühlmittelstrahl mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit erfindungsgemäß auch durch eine Art Düse erzeugt werden; in diesem Fall ist eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung so ausgebildet, daß das Strömungsleitelement zum Eingreifen in den zweiten Kühlmittelhohlraum (im Zylinderkopf) ausgebildet und am austrittsseitigen (zylinderkopfseitigen) Ende des Strömungspfads mit einer Düse zur Erzeugung eines gerichteten Kühlmittelstrahls im zweiten Kühlmittelhohlraum versehen ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einiger besonders vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Schnitt durch Teile eines Zylinderkopfs und eines Motorblocks sowie durch einen Teil einer herkömmlichen Zylinderkopfdichtung mit einem einfachen Loch als Kühlmittel-Durchtrittsöffnung samt den Kühlmittel-Strömungsverhältnissen unterhalb und oberhalb der Zylinderkopfdichtung;
Fig. 2: eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Motorblock mit einer Darstellung des Schnittverlaufs (Linie 1-1) für den in Fig. 1 gezeigten Schnitt;
Fig. 3: eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
Fig. 4: eine einem Teil der Fig. 1 entsprechende Darstellung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, jedoch ohne Motorblock und Zylinderkopf;
Fig. 5: eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung ähnlich derjenigen gemäß Fig. 4, jedoch mit einem mehrlagigen Aufbau der Dichtungsplatte;
Fig. 6: ein Werkzeug zur Herstellung des erfindungsgemäßen Strömungsleitelements in einer Metallblechlage der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform;
Fig. 7: eine dritte Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung entsprechend der Fig. 1;
Fig. 8: eine der Fig. 7 entsprechende Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9: eine Schnittdarstellung eines Teils einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
Fig. 10: eine schematische, perspektivische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsleitelements, und
Fig. 11: eine der Fig. 10 entsprechende Schnittdarstellung einer siebten Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer Dichtungsplatte 10 einer herkömmlichen Zylinderkopfdichtung, in welcher Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 12 in Form einfacher Löcher vorgesehen sind. Der Motorblock wurde mit 13 bezeichnet, der Zylinderkopf mit 14. In dem dargestellten Fall soll, ebenso wie bei den im folgenden geschilderten Ausführungsformen, der Kühlmitteldruck unterhalb der Zylinderkopfdichtung (d. h. hier im Motorblock) größer sein als oberhalb der Zylinderkopfdichtung.

Die Fig. 1 zeigt den vorstehend beschriebenen Fall, in dem auf beiden Seiten der Zylinderkopfdichtung jeweils eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der von der Dichtung bzw. deren Dichtungsplatte definierten Ebene verläuft. In Fig. 1 wurden alle Kühlmittelströmungen durch Strömungslinien und Pfeile angedeutet, und wie sich der Fig. 1 entnehmen läßt, strömen aufgrund des vorstehend erwähnten Druckgefälles Teilströme der unterhalb der Dichtungsplatte 10 existierenden Kühlmittelströmung durch die Durchtrittsöffnungen 12 der Dichtungsplatte hindurch nach oben und führen im Bereich oberhalb der Durchtrittsöffnungen 12 jeweils zu einer wenn auch verhältnismäßig geringfügigen Auslenkung der oberhalb der Dichtungsplatte 10 existierenden Kühlmittelströmung nach oben. Wie die Fig. 1 erkennen läßt, kann eine solche, verhältnismäßig geringfügige Auslenkung jedoch völlig unzureichend sein.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Kühlmittelhohlraum (sogenannter Wassermantel) im Motorblock 13 mit 13a bezeichnet, und in Fig. 1 dargestellte Kühlmittelhohlräume mit 14a, 14b und 14c; die Fig. 1 zeigt auch sogenannte Kühlmitteldurchgänge 14d, deren Lage in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet wurde. Zwei in Fig. 2 erkennbare Brennräume wurden mit 13b bezeichnet.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, ist die Kühlung des Zylinderkopfs 14 im Bereich des Kühlmittelhohlraums 14b trotz der Auslenkung der Kühlmittelströmung oberhalb der Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 12 recht unvollständig, da dieser Kühlmittelhohlraum nur in seinem unteren Bereich vom Kühlmittel durchströmt wird, über dem sich eine tote Zone ausgebildet hat, welche nicht oder zumindest nahezu nicht durchströmt und infolgedessen schlecht gekühlt wird.

Anhand der Figuren 3 und 4 soll nun eine erste Ausführungsform der Erfindung näher erläutert werden.

Die Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht einen Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung mit einer Dichtungsplatte 20, in der mehrere Brennraumöffnungen 22, mehrere Schraubenöffnungen 24 für Zylinderkopfschrauben und außerdem mehrere Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 26 ausgebildet sind. Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3 und damit einen Schnitt durch eine dieser Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen 26 mit angrenzendem erfindungsgemäßem Strömungsleitelement.

Die Fig. 4 zeigt eine einlagige Dichtungsplatte 20, aus welcher durch Anstanzen und Ausbiegen unter Bildung der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26 ein taschen- oder hutzenförmiges Strömungsleitelement 28 herausgeformt wurde, wobei die von dem Strömungsleitelement gebildete Tasche oder Hutze entgegen ihrer Anströmrichtung geöffnet ist. Natürlich könnte es sich bei dem Strömungsleitelement auch nur um eine Blechzunge handeln, welche an ihrem freien Ende und an ihren beiden Seiten durch Stanzen von dem die Dichtungsplatte 20 bildenden Blech abgetrennt wurde, an ihrer Wurzel jedoch in die die Dichtungsplatte bildende Blechlage übergeht. Die Fig. 4 soll jedoch, wie bereits erwähnt, ein taschen- oder hutzenförmiges Strömungsleitelement zeigen, welches dadurch hergestellt wurde, daß in der die Dichtungsplatte 20 bildenden Blechlage ein insbesondere gerader (senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 4 verlaufender) Stanzschnitt 26a erzeugt und sodann gemäß Fig. 4 rechts von diesem Stanzschnitt ein Bereich des Blechs taschenartig nach unten ausgebogen wurde, so daß dieser Bereich überall in die die Dichtungsplatte 20 bildende Blechlage übergeht, nur nicht an der Stelle des Stanzschnitts 26a. Da dieses Strömungsleitelement 28 eine Prall- und Umlenkfläche 28a für die gemäß Fig. 4 von links nach rechts gerichtete Kühlmittelströmung bildet, führt bei einem solchen Strömungsleitelement nicht nur die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Zylinderkopfdichtung, sondern auch die kinetische Energie der unterhalb der Zylinderkopfdichtung existierenden Kühlmittelströmung zur Ausbildung eines gerichteten Kühlmittelstrahls 30, welcher quer zur Ebene der Dichtungsplatte 20 ausgerichtet ist und aus der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26 nach oben in den Zylinderkopf austritt, so daß es dort zu einer Verwirbelung in der Kühlmittelströmung kommt, die die Ausbildung toter Zonen in einem über der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26 befindlichen Bereich eines Kühlmittelhohlraums verhindert.

Die Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 dargestellten Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, jedoch mit dem Unterschied, daß gemäß Fig. 5 die Dichtungsplatte 20A aus mehreren Metallblechlagen besteht, insbesondere aus zwei Federstahlblechlagen 31 und 34, die z. B. 0,2 mm dick sein können, einer Metallblechlage 32 aus niederlegiertem Stahl mit einer Dicke von z. B. 0,3 bis 2 mm, und einer Edelstahlblechlage 33 mit einer Dicke von beispielsweise 0,12 mm.

Da sich die Metallblechlage 32 aus niederlegiertem Stahl im Gegensatz zu den drei anderen Lagen verhältnismäßig gut verformen läßt, wurde aus der Metallblechlage 32 ein Strömungsleitelement 28A herausgeformt, und zwar in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4, während aus den drei anderen Metallblechlagen 31, 33 und 34 nur fensterartige Öffnungen ausgestanzt wurden, so daß sich in der Dichtungsplatte 20A eine Kühlmittel-Durchtrittsöffnung 26A ergibt.

Die Fig. 6 zeigt schematisch ein Stanz-Biege-Werkzeug zur Herstellung des Strömungsleitelements 28A in der Metallblechlage 32. Dieses Werkzeug hat eine Matrize 40, auf die die Metallblechlage 32 aufgelegt wird, einen Niederhalter 42 zum Anpressen der Metallblechlage 32 auf die Matrize 40, sowie einen Stanz-Tiefzieh-Stempel 44 zum Anstanzen und Ausbiegen des taschenoder hutzenförmigen Strömungsleitelements 28A.

Die Fig. 7 zeigt in einem der Fig. 1 entsprechenden Schnitt einen Teil einer Dichtungsplatte 20B, aus welcher ein düsenartiges Strömungsleitelement 28B mittels eines nicht dargestellten Stanz- und Tiefziehwerkzeugs herausgeformt wurde. Die Dichtungsplatte 20B könnte aber auch mehrlagig sein und z. B. denselben Aufbau wie die Dichtungsplatte 20A gemäß Fig. 5 haben, d. h. vier Metallblechlagen 31, 32, 33 und 34 aufweisen, wobei z. B. aus der Metallblechlage 32 das Strömungsleitelement 28B herausgeformt sein könnte, welches sich durch eine Öffnung in der Metallblechlage 31 hindurch nach oben erstreckt und unter dem in den Lagen 33 und 34 Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind. Im übrigen wurden in Fig. 7 dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Infolge des Strömungsleitelements 28B können sich in dem Kühlmittelhohlraum 14b keine toten Zonen ausbilden.

Die Fig. 8 zeigt ein in eine einlagige Dichtungsplatte 20C eingesetztes Strömungsleitelement 28C in einer Darstellung entsprechend derjenigen nach Fig. 7. Bei dieser Ausführungsform ist das Strömungsleitelement 28C in ein Loch der Dichtungsplatte eingesetzt und dort beispielsweise durch Schweißen befestigt. Das Strömungsleitelement 28C ragt erfindungsgemäß weit in einen Kühlmittelhohlraum, z. B. den Hohlraum 14b, des Zylinderkopfs hinein, so daß dieser Kühlmittelhohlraum äußerst wirksam mit einem gerichteten Kühlmittelstrahl angeströmt wird. Das röhrchenförmige Strömungsleitelement könnte im Bereich seines freien Endes auch abgebogen und/oder mit einem düsenartigen Austrittsendbereich versehen sein.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß ein sich von der einen Seite der Zylinderkopfdichtung wegerstreckendes erfindungsgemäßes Strömungsleitelement mit einem sich von der anderen Dichtungsseite wegerstreckenden erfindungsgemäßen Strömungsleitelement kombiniert werden kann, so z. B. das Strömungsleitelement 28 gemäß Fig. 4 mit dem Strömungsleitelement 28C gemäß Fig. 8.

Die Fig. 9 zeigt wieder einen Teil einer mehrlagigen Dichtungsplatte 20E mit einer Kühlmitteldurchtrittsöffnung 26E; an der einen Seite der Dichtungsplatte 20E ist ein Strömungsleitelement 28E befestigt, bei dem es sich um ein separat hergestelltes Teil handelt, welches die Gestalt eines gekrümmten Röhrchens mit einem Befestigungsflansch hat.

Die Fig. 10 zeigt ein ähnliches Strömungsleitelement 28F, bei dem sich von einem Loch 28F' eines Befestigungsflanschs eine gekrümmte Leitschaufel 28F" wegerstreckt, die an die Stelle des in Fig. 9 gezeigten Röhrchens tritt.

Die Fig. 11 zeigt ein Strömungsleitelement ähnlich demjenigen gemäß Fig. 8, nämlich ein Strömungsleitelement 28G, das als separates Teil hergestellt wurde und die Gestalt eines abgewinkelten, ungefähr L-förmigen Röhrchens hat. Am Außenumfang dieses Röhrchens befinden sich zwei ringförmige Ansätze 28G' und 28G", welche eine Ringnut bilden und der Befestigung des Strömungsleitelements an einer mehrlagigen Dichtungsplatte 20G dienen. Diese Dichtungsplatte hat eine Öffnung 26G, in welcher sich Einrastnasen 50 einer Metallblechlage 52 der Dichtungsplatte 20G befinden, die in die vorgenannte Ringnut einrasten können, um so das Strömungsleitelement 28G an der Dichtungsplatte zu halten.

Besonders vorteilhaft sind Strömungsleitelemente aus einem geeigneten, hinreichend wärmebeständigen und insbesondere elastomeren Kunststoff, welche sich leichter als Metallteile mit einem hinsichtlich des gewünschten gerichteten Kühlmittelstroms günstigen Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Strömungsleitelements herstellen lassen. Solche Kunststoffteile lassen sich an einer Öffnung der metallischen Dichtungsplatte oder einer Metallblechlage derselben einrasten oder direkt anvulkanisieren.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, wird erfindungsgemäß an einer Zylinderkopfdichtung ein Element vorgesehen, welches auf einen Teilstrom des Kühlmittels beim Übergang von der einen auf die andere Dichtungsseite eine Richtwirkung ausübt, die deutlich größer ist als diejenige eines einfachen Lochs, sofern ein solches überhaupt eine Richtwirkung hat.

In modernen Hubkolben-Verbrennungsmotoren werden sehr kleine Kühlmittelmengen umgepumpt, um beim Kaltstart den Motor möglichst rasch auf Betriebstemperatur bringen zu können; außerdem werden beim Kaltstart verhältnismäßig kleine Strömungsgeschwindigkeiten angestrebt, und in diesem Fall erweist sich die gezielte Anströmung kritischer Stellen als besonders vorteilhaft.

Besonders geeignet ist die Erfindung für sogenannte Open-Deck-Motoren, bei denen die Kühlmittelhohlräume bis unmittelbar an die Zylinderkopfdichtung reichen, denn dann genügen schon Strömungsleitelemente, welche verhältnismäßig geringfügig von der Dichtungsplatte der Zylinderkopfdichtung abstehen; bei Closed-Deck-Motoren grenzt an die Zylinderkopfdichtung mindestens Motorblock-seitig eine eine Dichtfläche bildende Platte des Motorblocks an, welche in dieser Dichtfläche bzw. -platte Kühlmittelöffnungen besitzt, welche von den erfindungsgemäßen Strömungsleitelementen durchgriffen werden sollten.

Natürlich kann das Grundkonzept der Erfindung auch bei Zylinderkopfdichtungen für Motoren verwendet werden, bei denen das Kühlmittel die Zylinderkopfdichtung von der Zylinderkopfseite her anströmt und an der Motorblockseite der Dichtung aus dieser austritt. Für diesen Fall sind in den vorstehenden Erläuterungen einfach die beiden Dichtungsseiten miteinander zu vertauschen.

Soll die kinetische Energie der Kühlmittelströmung ausgenutzt werden, empfiehlt es sich, die Tiefe, über die das Strömungsleitelement in die Kühlmittelströmung eingreift, größer, und zwar bevorzugt um ein Vielfaches größer zu wählen als die Dicke der Dichtungsplatte.

Werden Strömungsleitelemente als separate Teile hergestellt, empfiehlt es sich, diese als Kunststoff-Spritzgußteile zu gestalten.

Claims

Zylinderkopfdichtung für einen Motor, bei dem der Zylinderkopfdichtung benachbart im Motorblock mindestens ein vom Kühlmittel durchströmter erster Kühlmittelhohlraum ausgebildet ist, wobei an der eine Dichtungsplatte aufweisenden Zylinderkopfdichtung mindestens ein von der Dichtungsplatte abstehendes Strömungsleitelement für das Kühlmittel vorgesehen ist und die Dichtungsplatte Kühlmittel-Durchtrittsöffnungen aufweist, über die der mindestens eine erste Kühlmittelhohlraum mit mindestens einem zweiten, im Zylinderkopf des Motors ausgebildeten Kühlmittelhohlraum verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Strömungsleitelement sich an eine Kühlmittel-Durchtrittsöffnung derart anschließt und derart ausgebildet ist, daß das Strömungsleitelement mit der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung einen Strömungspfad bildet und zum Eingreifen in mindestens einen der ersten und zweiten Kühlmittelhohlräume sowie zur Erzeugung eines gerichteten Kühlmittelstroms am austrittsseitigen Ende des Strömungspfads gestaltet ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 für einen Motor, bei dem der mindestens eine erste Kühlmittelhohlraum vom Kühlmittel derart durchströmt wird, daß mindestens in einem Bereich dieses Kühlmittelhohlraums eine hauptsächliche Strömungskomponente der Kühlmittelströmung ungefähr parallel zu der Dichtungsplatte verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Strömungsleitelement zum Eingreifen in den ersten Kühlmittelhohlraum ausgebildet und derart gestaltet ist, daß es bei eingebauter Zylinderkopfdichtung eine solche Prallund Umlenkfläche für die hauptsächliche Strömungskomponente bildet, daß in die dem Strömungsleitelement zugeordnete Kühlmittel-Durchtrittsöffnung ein quer zur Dichtungsplatte ausgerichteter Kühlmittelstrom eintritt.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Strömungsleitelement zum Eingreifen in den zweiten Kühlmittelhohlraum ausgebildet und am austrittsseitigen Ende des Strömungspfads mit einer Düse zur Erzeugung eines gerichteten Kühlmittelstrahls im zweiten Kühlmittelhohlraum versehen ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement mindestens in einem Anströmbereich leitschaufelartig ausgebildet ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement mindestens in einem Anströmbereich röhrchenförmig ausgebildet ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement als separates Teil hergestellt und an der Dichtungsplatte befestigt ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte mindestens eine Metallblechlage aufweist, aus welcher im Bereich einer Kühlmittel-Durchtrittsöffnung ein leitschaufelartiger Abschnitt herausgebogen ist.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der leitschaufelartige Abschnitt an der Dichtungsplatte eine sich in einer zur Plattenebene ungefähr parallelen Richtung öffnende Tasche oder Hutze bildet, welche an ihren Seiten und an ihrem Grund einstückig in die Metallblechlage übergeht.
Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte mindestens eine Metallblechlage aufweist, aus welcher der Randbereich der Kühlmittel-Durchtrittsöffnung unter Bildung eines röhrchen- und/oder düsenförmigen Strömungsleitelements herausgebogen ist.
Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte mehrlagig ist und eine Metallblechlage aus niederlegiertem Stahl aufweist, und daß das Strömungsleitelement von einem umgeformten Bereich dieser Metallblechlage gebildet wird.