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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfstruktur eines Motors,
in welchem ein Kühlmedium
einem Zylinderkopf zugeführt
wird.
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Ein
Motor des Typs, bei dem von einer Kühlpumpe abgegebenes Kühlwasser
einem Zylinderkopf zugeführt
wird, bevor es einem Zylinderblock zugeführt wird, um so effizient den
Zylinderkopf zu kühlen,
wurde bereits in der
JP
04-044816 Y2 offenbart.
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In
diesem Motor wird Kühlwasser
aus einem an einem Ende des Zylinderkopfes vorgesehenen Kühlwassereinlaß einem
Kühlwasserkanal
in dem Zylinderkopf durch die Kühlwasserpumpe
zugeführt. Das
Kühlwasser,
welches durch den Kühlwasserkanal
in dem Zylinderkopf geflossen ist, wird zu einem Durchtritt durch
den Zylinderblock über
einen Kühlwasserauslaßkanal auf
der Zylinderkopfseite und zu einem Durchtritt durch einen Kühlwasserkanal
in dem Zylinderblock veranlaßt
und dann an einen Kühler
zurückgeführt.
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Um
den Zylinderkopf zu kühlen,
um so einen Oktanwert zu verbessern, und um andererseits zu verhindern,
daß die
Viskosität
eines in dem Zylinderblock strömenden
Schmiermittels aufgrund einer übermäßigen Kühlung des
Zylinderblockes übermäßig erhöht wird,
steuert ein Kühlwasserströmungs-Steuerventil
das Volumen des durch den Kühlwasserkanal
in den Zylinderblock strömenden Wassers
so, daß die
Temperatur des Zy linderblockes auf einer geeigneten Temperatur gehalten
werden kann.
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Das
Kühlwasser,
welches über
ein Ende des Zylinderkopfes zugeführt wird, strömt rasch
in der Richtung, in welcher Zylinder angeordnet sind, und wird in
die Strömung
zu dem Einlaßöffnungen
und in die Strömung
zu den Auslaßöffnungen
durch Zündkerzenbefestigungsteile
aufgeteilt, die in der Mitte der entsprechenden Zylinder angeordnet
sind. In dem Zylinderkopf ist jedoch die Temperatur der Zündkerzenbefestigungsteile
und die Temperatur der Auslaßöffnungen
hoch, und somit erwärmt
sich das Kühlwasser
während
es an den Zündkerzenbefestigungsteilen
entlang strömt,
und die Einlaßöffnungen
und die Auslaßöffnungen
können
nicht effizient gekühlt werden.
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Die
Temperatur der Einlaßöffnungen
beeinflußt
die Dichte des den Zylinder zugeführten Gases. Insbesondere verringert,
sich, wenn die Einlaßöffnungen
nicht ausreichend gekühlt
werden können, die
Dichte des den Zylindern zugeführten
Gases und verringert die Motorausgangsleistung.
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Die
DE 196 44 409 C1 offenbart
einen Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, der ein
flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf
ist und einen Boden und eine Decke aufweist, die einen Kühlwasserraum
begrenzen, der in Längsrichtung
und in seinem unteren, dem Boden benachbarten Bereich in Querrichtung
von Kühlwasser
durchströmt
wird.
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Die
DE 938 159 B offenbart
einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf
von Brennkraftmaschinen, in dem eine Brennkammer, Ventilkanäle und Wandungen
zur Aufnahme von Befestigungsbolzen und Ventilstößeln so angeordnet sind, dass
sie vom Kühlwasser,
welches über
Bohrungen im Zylinderkopfboden vom Zylindermantel zum Zylinderkopf übertrtitt,
frei umströmt
werden.
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EP 1 283 345 A2 offenbart
eine Zylinderkopfkühlstruktur
für einen
Verbrennungsmotor, in welcher ein Kühlwasserpfad mit einem einlassseitigen
Kühlpfad
versehen ist, welcher zwischen einem Wandteil der Einlassöffnung und
der Zylinderkopfaußenwand ausgebildet
ist, einem auslassseitigen Kühlpfad,
welcher zwischen einem Wandteil der Auslassöffnung und der Zylinderkopfaußenwand
ausgebildet ist, und einem zentralen Kühlpfad, welcher zwischen dem Wandteil
der Einlassöffnung
und dem Wandteil der Auslassöffnung
ausgebildet ist, wobei ein Verbindungspfad ausgebildet ist, durch
welchen der zentrale Kühlweg
mit mindestens einem der einlassseitigen Kühlpfade und auslassseitigen
Kühlpfade
verbunden wird. Ein Abschnitt mit hoher Fließgeschwindigkeit und ein Abschnitt
mit niedriger Fließgeschwindigkeit werden über den
Verbindungspfad im zentralen Kühlpfad
ausgebildet, und der Anteil des Abschnitts mit hoher Fließgeschwindigkeit
in einem zentralen Abschnitt des zentralen Kühlpfads ist größer als
der Anteil des Abschnitts mit hoher Fließgeschwindigkeit in den Endteilen
des zentralen Kühlpfads
außerhalb des
zentralen Abschnitts.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zylinderkopfstruktur
eines Motors bereitzustellen, welche es ermöglicht, Einlaßöffnungen effizient
zu kühlen.
Diese Aufgabe wird durch den in den Ansprüchen beschriebenen Motor gelöst.
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Zur
Lösung
der vorstehenden Aufgabe wird eine Zylinderkopfstruktur bereitgestellt,
welche Kopfkühlkanäle, welche
um die in einem Zylinderkopf vorgesehenen Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen herum
ausgebildet sind; eine Zuführungsöffnung,
die ein Kühlmedium
den Kopfkühlkanälen zuführt; und ein
Strömungssteuerungselement
aufweist, das in der Nähe
der Zuführungsöffnung angeordnet
ist, um das Volumen des in den Kopfkühlkanal strömenden Kühlmediums so zu steuern, daß das Volumen
des zu den Einlaßöffnungen
strömenden
Kühlmediums größer als
das zu den Auslaßöffnungen
strömenden Volumen
des Kühlmediums
ist.
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Die
Art dieser Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile davon werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in
welchem gleiche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Teile durchgängig durch
die Figuren bezeichnen, und in welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht ist, welche die Strömung des Kühlwassers in einem Zylinderkopf
eines Motors gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Schnittansicht des Zylinderkopfes entlang der Linie F2-F2 von 1 ist;
und
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3 eine
Schnittansicht des Zylinderkopfes entlang der Linie F3-F3 von 1 ist.
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Es
erfolgt nun eine Beschreibung eines Motors 1 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3.
Der Motor 1 in 1 weist einen Zylinderblock 2,
einem Zylinderkopf 3, einer Wasserpumpe 4, einem
Kühler 5 und
einem Thermostat 6 auf. In dem Zylinderblock 2 sind
Kühlwassermäntel 8 als
Blockkühlkanäle entlang
dem Außenumfang
der Zylinderwände
der Zylinder 7 angeordnet. In 1 zeigen Pfeile
die Strömung
des Kühlwassers
an. Der Zylinderblock 2 ist mit einem Auslaß 9 versehen,
welcher von dem Zylinderkopf 3 wegführend angeordnet ist und in
Verbindung mit dem Wasserkühlmänteln 8 steht.
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Der
Zylinderkopf 3 ist mit Brennräumen 10, Zündkerzenbefestigungsteilen 11,
Einlaßöffnungen 12,
Auslaßöffnungen 13 und
Kopfkühlkanälen 14 versehen.
Die Zündkerzenbefestigungsteile 11 sind
so angeordnet, daß die
Zündkerzen
näher an
den Auslaßöffnungen 13 in
Bezug zu den Achsen der Zylinder 7 liegen. Die Einlaßöffnungen 12 sind
in einer solchen Richtung geöffnet,
daß sie
die Mittenachsen der Zylinder 7 schneiden und entlang der
Richtung, in welcher die Zylinder 7 angeordnet sind, liegen.
Die Auslaßöffnungen 13 sind
symmetrisch zu den Einlaßöffnungen
quer zu den Achsen der Zylinder 17 angeordnet. Die Einlaßöffnungen 12 und
die Auslaßöffnungen 13 sind
in der Verbindung zu den Brennräumen 10 hin
zweifach gegabelt. Die Kopfkühlkanäle 14 sind
um die Einlaßöffnungen 12,
die Auslaßöffnungen 13 und
um die Zündkerzenbefestigungsteile 11 herum
ausgebildet. In der Richtung, in welcher die Zylinder 7 angeordnet
sind, ist eine Zuführungsöffnung 15,
welche in Verbindung mit den Kopfkühlkanälen 14 steht, an einem
Ende 3a des Zylinderkopfes 3 geöffnet.
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Gemäß Darstellung
in 2 ist ein Strömungssteuerungselement 16 in
den Kopfkühlwasserkanälen 14 und
in der Nähe
der Zuführungsöffnung 15 vorgesehen.
Das Strömungssteuerungselement 16 ist
in einer Richtung von der Unterseite zu der Oberseite des Zylinderkopfes 3 so
angeordnet, daß die
Strömung
W des Kühlwassers
in eine Strömung
zu den Einlaßöffnungen 12 hin
und in die Strömung
zu den Auslaßöffnungen 13 hin
aufgeteilt werden kann. Das Strömungssteuerungselement 16 besitzt
eine solche Querschnittsform, daß seine abstromseitige Seite
in der Richtung der Strömung
W des Kühlwassers
zu den Einlaßöffnungen 12 hin
abweicht. Abstromseitig von dem Strömungssteuerungselement 16 stehen
die Kopfkühlkanäle 14 auf der
Seite des Einlaßöffnung 12 und
der Kopfkühlkanal 14 auf
der Seite der Auslaßöffnung 13 in
Verbindung miteinander, um einen Kühlwassermangel auf der Seite
der Auslaßöffnung 13 zu
verhindern.
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Ferner
sind gemäß Darstellung
in 3 die Kopfkühlkanäle 14 mit
Auslaßöffnungen 17 ausgebildet,
welche in Verbindung mit den Wasserkühlmänteln 8 des Zylinderblockes 2 an
mehreren Stellen innerhalb eines Bereiches stehen, welcher den Wasserkühlmänteln 8 entspricht.
Insbesondere sind in den Kopfkühlkanal 14,
die Ausgabelöcher 17,
welche in Verbindung mit den Wasserkühlmänteln 8 stehen, zwischen
den Einlaßöffnungen 12 und
den Auslaßöffnungen 13 und
dem Zylinderblock 2 auf der Seite der Einlaßöffnungen 12 und
der Seite der Auslaßöffnungen 13 des
Strömungssteuerungselementes 16, zwischen
den benachbarten Zylindern 7 und an einer Stelle am weitesten
von die Zuführungsöffnung 15 weg
ausgebildet.
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In
diesem Fall ist die Strömungskanalfläche der
einlaßseitigen
Ausgabelöcher 17a,
welche zwischen den Einlaßöffnungen 12 und
dem Zylinderblock 2 ausgebildet sind, größer als
die Strömungskanalfläche der
auslaßseitigen
Ausgabelöcher 17b, welche
zwischen den Auslaßöffnungen 13 und
dem Zylinderblock 2 ausgebildet sind. Durch aktives Vergrößern des
Volumens des Kühlwassers,
das zu den Einlaßöffnungen 12 fließt, ist
es möglich,
die Einlaßöffnungen 12 in
effizienterer Weise zu kühlen.
Außerdem
sind die einlaßseitigen
Ausgabelöcher 17a und die
auslaßseitigen
Ausgabelöcher 17b so
konfiguriert, daß sie
eine größere Strömungskanalfläche besitzen,
sobald die von die Zuführungsöffnung 15 weiter
weg zu liegen kommen. Somit ist das Volumen des Kühlwassers,
das aus dem einlaßseitigen
Ausgabelöchern 17a und
den auslaßseitigen
Ausgabelöchern 17b,
welche weiter weg von der Zuführungsöffnung 15 angeordnet
sind, strömt,
größer als
das Volumen des Kühlwassers,
das aus den einlaßseitigen Ausgabelöchern 17a und
den auslaßseitigen
Ausgabelöchern 17b strömt, die
näher an
die Zuführungsöffnung 15 angeordnet
sind. Dieses verringert die Möglichkeit,
daß Kühlwasser
aus den einlaßseitigen Ausgabelöchern 17a und
auslaßseitigen
Ausgabelöchern 17b,
welche näher
an der Zuführungsöffnung 15 angeordnet
sind, zu den Wasserkühlmänteln 8 abgegeben
wird und so den Kühlungswirkungsgrad
der Einlaßöffnungen 12 und
der Auslaßöffnungen 13 verschlechtert,
die weiter weg von der Zuführungsöffnung 15 angeordnet
sind.
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Ferner
kann die Strömung
W des Kühlwassers,
welche um die Einlaßöffnungen 12 und
die Auslaßöffnungen 13 herum
strömt,
ausreichend auf einen von der Zuführungsöffnung 15 entfernten
Bereich verteilt werden. Es wird bevorzugt, daß das Strömungskanalflächenverhältnis der
einlaßseitigen Ausgabelöcher 17a und
der auslaßseitigen
Ausgabelöcher 17b näher an der
Zuführungsöffnung 15 zu dem
einlaßseitigen
Ausgabelöchern 17a und
den auslaßseitigen
Ausgabelöchern 17b weiter
weg von dem Einlaßanschluß 15 so
festgelegt wird, daß die Menge
der von den Einlaßöffnungen 12 absorbierten Wärme gleich
der Menge der von den Auslaßöffnungen 13 absorbierten
Wärmemenge
ist. Es sei angemerkt, daß der
Wirkungsgrad der Kühlung
des Zylinderkopfes 3 verbessert werden kann, da das Kühlwasser
den Zylinderkopf 3 zugeführt wird, bevor es den Zylinderblock 2 zugeführt wird.
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Ein
Einlaßanschluß 4a der
Wasserpumpe 4 ist mit der Ausgabeöffnung 9 für die Wasserkühlmäntel 8 in
dem Zylinderblock 2 verbunden. Ein Auslaßanschluß 4b der
Wasserpumpe 4 ist mit einem Einlaß 5a des Kühlers 5 über einem
Einlaßkanal 18 verbunden
und steht mit der Zuführungsöffnung 15 des
Zylinderkopfes 3 über
einen Nebenschlußkanal 19 über den
Thermostat 6 in Verbindung. Ferner steht ein Auslaß 5b des
Kühlers 5 mit
der Zuführungsöffnung 15 des
Zylinderkopfes 3 mittels eines Auslaßkanals 20 über den
Thermostat 6 in Verbindung.
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Wenn
die Temperatur des aus der Wasserpumpe 4 strömenden Wassers
gleich oder höher
als eine vorbestimmte Temperatur wird, schaltet der Thermostat 6 den
Nebenschlußkanal 19 aus,
was die Wasserpumpe 4 und die Zuführungsöffnung 15 miteinander
in Verbindung bringt, und öffnet
den Auslaßkanal 20,
was den Kühler 5 und
die Zuführungsöffnung 15 miteinander
in Verbindung bringt. Umgekehrt schaltet, wenn die Temperatur des
aus der Wasserpumpe strömenden
Wassers gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Temperatur wird,
der Thermostat 6 den Auslaßkanal 20 aus, was
den Kühler 5 und
die Zuführungsöffnung 15 in
Verbindung miteinander bringt, und öffnet den Nebenflußkanal 19,
was die Wasserpumpe und die Zuführungsöffnung 15 miteinander
in Verbindung bringt.
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In
dem wie vorstehend beschrieben aufgebauten Motor 1 teilt
das Strömungssteuerungselement 16 das
aus der Zuführungsöffnung 15 in
den Kopfkühlkanal 14 strömende Wasser
so auf, daß das Volumen
des Kühlwassers
zu den Einlaßöffnungen 12 hin
größer als
das Volumen des Kühlwassers
ist, das zu den Auslaßöffnungen 13 strömt, wie
es durch Pfeile in 1 dargestellt ist. Das Kühlwasser
zu den Einlaßöffnungen 12 strömt hauptsächlich in
den zwischen den Einlaßöffnungen 12 und
dem Zylinderblock 2 ausgebildeten Kopfkühlkanal 14, wie es
in 3 dargestellt ist. Andererseits fließt das Kühlwasser
zu den Auslaßöffnungen 13 hauptsächlich in den
zwischen den Auslaßöffnungen 13 und
dem Zylinderblock 2 ausgebildeten Kopfkühlkanal 14 und entlang
Außenoberflächen der
Auslaßöffnungen 13, welche
dem Zylinderblock 2 gegenüberliegen, wie es in 3 dargestellt
ist. Ein Teil des durch das Strömungssteuerungselement 16 aufgeteilten
Kühlwassers
vereint sich wieder abstromseitig des Strömungssteuerungselement 16 und
strömt
in die um die Zündkerzenbefestigungsteile 11 herum
ausgebildeten Kopfkühlkanäle 14,
wie es in 3 dargestellt ist.
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Das
durch die Kopfkühlkanäle 14 strömende Kühlwasser
strömt
durch die Ausgabelöcher 17,
welche von den Kopfkühlkanälen 14 zu
dem Zylinderblock 2 hin geöffnet sind, in die Wasserkühlmäntel 8. Das
Kühlwasser
wird aus den Wasserkühlmänteln 8 über die
Ausgabeöffnung 9 zu
der Wasserpumpe 4 geleitet. Wenn die Kühlwassertemperatur gleich oder niedriger
als eine Solltemperatur ist, schaltet der Thermostat 6 den Auslaßkanal 20 ab,
und somit strömt
das von der Wasserpumpe 4 abgegebene Kühlwasser aus der Zuführungsöffnung 15 in
den Kopfkühlwasserkanal 14 über den
Nebenschlußkanal 19.
Wenn die Kühlwassertemperatur
gleich oder höher
als die Solltemperatur wird, schaltet der Thermostat 6 den
Nebenschlußkanal 19 aus,
und somit wird das aus der Wasserpumpe 4 abgegebene Kühlwasser
an den Kühler 5 geleitet
und abgekühlt,
und strömt
dann aus der Zuführungsöffnung 15 durch
den Auslaßkanal 20 Hindurch
in den Kopfkühlkanal 14.
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In
dem, wie vorstehend beschrieben, aufgebauten Motor 1 bewirkt
das Strömungssteuerungselement 16,
das ein größeres Volumen
des Kühlwassers
auf der Seite des Einlaßöffnungen 12 als
auf der Seite der Auslaßöffnungen 13 in
den Kopfkühlkanälen 14 strömt. Daher
können
die Einlaßöffnungen 12 aktiv
gekühlt
werden, und das Gas kann aus den Einlaßöffnungen 12 in die
Zylinder 12 und in die Brennräume mit einer hohen Dichte übernommen
werden. Damit ist es nämlich
möglich,
ein Absinken des Kompressionsverhältnisses des Gases zu verhindern. Dieses
verhindert eine Leistungsabnahme des Motors 1.
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Ferner
haben von den in dem Kopfkühlkanal 14 und
in Verbindung mit den Wasserkühlmänteln 6 stehenden
Ausgabelöchern 17,
die zwischen den Einlaßöffnungen 12 und
dem Zylinderkopf 3 vorgesehen einlaßseitigen Ausgabelöcher 17a eine
größere Strömungskanalfläche im Vergleich
zu den auslaßseitigen
Ausgabelöchern 17b,
welche zwischen den Auslaßöffnungen 13 und
dem Zylinderkopf 3 angeordnet sind. Daher strömt ein größeres Volumen
des Kühlwassers
aus den auslaßseitigen
Löchern 17b als
aus den einlaßseitigen
Ausgabelöchern 17a in
die Kühlwasserkanäle 8.
Ein größeres Volumen
des Kühlwassers
fließt
nämlich
auf der Seite der Einlaßöffnungen 12.
Demzufolge können
die Einlaßöffnungen 12 aktiv
und effizient gekühlt
werden. Ferner haben die einlaßseitigen
Ausgabelöcher 17a und
die auslaßseitigen
Ausgabelöcher 17b,
welche weiter weg von der Zuführungsöffnung 15 angeordnet
sind, über
welche Kühlwasser
in den Kopfkühlkanal 14 strömt, eine
größere Strömungskanalfläche im Vergleich
zu den einlaßseitigen
Ausgabelöchern 17a und
den auslaßseitigen
Ausgabelöchern 17b,
die näher
an der Zuführungsöffnung 15 angeordnet
sind. Dieses vergrößert das
Volumen des um die Einlaßöffnungen 12 und
die sich weiter weg von dem Einführungsanschluß 15 befindenden
Auslaßöffnungen 13 strömenden Kühlwassers
und verringert den Unterschied im Kühlungswirkungsgrad zwischen
den sich näher
an der Zuführungsöffnung 15 befindenden
Einlaßöffnungen 12 und
Auslaßöffnungen 13 und
den die sich weiter weg von der Zuführungsöffnung 15 befindenden
Einlaßöffnungen 12 und
Auslaßöffnungen 13.
Dieses verringert einen Unterschied im Kompressionsverhältnis zwischen
den Zylindern und verringert Schwankungen in der Ausgangsleistung
des Motors.
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Es
sei angemerkt, daß das
Strömungssteuerungselement 16 in
einem Stück
mit dem Zylinderblock 2 gegossen werden kann, oder als
ein getrennter Körper
eingebaut werden kann. Ferner sollte das Strömungssteuerungselement 16 so
konfiguriert sein, daß ein
größeres Volumen
des Kühlwassers
auf der Seite des Einlaßöffnungen 12 als
auf der Seite des Auslaßöffnungen 13 in
den Kopfkühlkanälen 14 strömt, und
daher sollte nicht nur ein Strömungssteuerungselement 16 notwendigerweise
vorgesehen sein, sondern es können
mehrere Strömungssteuerungselemente 16 vorgesehen
sein, um so das Kühlwasser
zu den Einlaßöffnungen 12 zu
führen.
Ferner muß das
Strömungssteuerungselement 16 nicht
notwendigerweise schaufelförmig
mit einem solchen Querschnitt geformt sein, daß es sich in eine Richtung
erstreckt, in welche das Kühlwasser
strömt,
sondern kann porös
oder gitterartig mit einer größeren Öffnung auf
der Seite des Einlaßöffnung 2 sein,
so daß ein
größeres Volumen des
Kühlwassers
auf der Seite der Einlaßöffnungen 12 strömen kann.
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Ferner
ist Kühlwasser
nur ein Beispiel eines Kühlmediums
und dieses kann auch Öl,
Gas oder dergleichen sein, sofern es ausreichend Wärmekapazität besitzt,
um den Zylinderkopf 3 und den Zylinderblock 2 zu
kühlen.