AT501008A2

AT501008A2 - Flüssigkeitsgekühlte brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT501008A2
Application number: AT1552006A
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2006-05-15
Also published as: CN101389833A; AT501008B1; AT501008A3; CN101389833B

Description

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Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse für mehrere Zylinder mit einem Kühlmantel um die Zylinder im Kurbelgehäuse, mit Einzelzylinderköpfen mit zumindest zwei übereinander im Zylinderkopf angeordneten Kühlräumen, wobei der Kühlmantel des Kurbelgehäuses und der untere Kühlraum im Zylinderkopf über zumindest eine, vorzugsweise zumindest vier am Umfang des Zylinders gleichmässig verteilte Übertrittsöffnungen miteinander verbunden sind.
Aus der AT 005.301 Ul ist ein Zylinderkopf für mehrere Zylinder für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einer an ein Feuerdeck grenzenden Kühlraumanordnung bekannt,

welche durch ein im Wesentlichen parallel zum Feuerdeck ausgebildetes Zwischendeck in einen feuerdeckseitigen unteren Teilkühlraum und einen an diesen in Richtung der Zylinderachse anschliessenden oberen Teilkühlraum unterteilt ist. Unterer und oberer Teilkühlraum sind über eine ringförmige Überströmöffnung um eine Einspritzeinrichtung miteinander strömungsverbunden. Das Kühlmittel gelangt über zumindest eine im Feuerdeck angeordnete Zuflussbohrung pro Zylinder in den unteren Teilkühlraum, durchströmt diesen in Querrichtung und gelangt durch die ringförmige Überströmöffnung in den oberen Teilkühlraum.
Die DE 103 12 190 AI offenbart ein Kurbelgehäuse mit nassen Zylinderlaufbuchsen, welche von Kühlräumen umgeben sind.

Die Kühlräume stehen mit einem im Bereich einer Längsseitenwand des Kurbelgehäuses angeordneten Verteilerkanal n Verbindung, über welchem ein Sammelkanal angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine optimale und gleichmässige Kühlung von thermisch kritischen Bereichen zu erreichen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Zulaufverteilerraum über zumindest einen Verbindungskanal pro Zylinder mit dem Kühlmantel des Kurbelgehäuses für eine vorzugsweise trockene Zylinderbuchse verbunden ist, wobei vorzugsweise jeder Verbindungskanal - im Grundriss betrachtet - bezüglich des Zylinders im Wesentlichen radial in den Kühlmantel einmündet.

Die radiale Zuströmung ist von grosser Bedeutung, um eine gleichmässige Kühlung der Zylinder zu erreichen.
Weiters ist es für eine gleichmässige Kühlung von Vorteil, wenn der Verbindungskanal zwischen einem Hauptölkanal und einem die Kühlräume des Zylinderkopfes mit dem Rücklaufsammelraum verbindenden Rücklaufkanal angeordnet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Zulaufverteilerraum und/oder der Rücklaufsammelraum integral mit dem Kurbelgehäuse ausgebildet ist, wobei vorzugsweise Zulaufverteilerraum und/oder Rücklaufsammeiraum sich über alle in einer Reihe angeordneten Zylinder erstreckt. Dadurch können die Zahl der Teile und der Dichtflächen minimiert werden und das Kühlmittel auf alle Zylinder gleich verteilt werden.

Fallweise kann dies durch Querschnittsänderungen der einzelnen Zuläufe unterstützt werden.
Um die Geräuschabstrahlung des Kurbelgehäuses an die Umgebung zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn im Bereich des Zulaufverteilerraumes und/oder des Rücklaufsammeiraumes die Aussenwand des Kurbelgehäuses konvex nach aussen gekrümmt ist, wobei vorzugsweise der Zulaufverteilerraum und/oder der Rücklaufsammelraum einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung, bei der sowohl Zulaufverteilerraum, als auch Rücklaufsammelraum im Kurbelgehäuse angeordnet sind, ist vorgesehen, dass der Rücklaufsammelraum über dem Zulaufverteilerraum angeordnet ist.

Um eine optimale Strömung in thermische kritische Bereich des Kurbelgehäuses und eine Zuströmung in den Zylinderkopf zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Zulaufverteilerraum über zumindest einen Verbindungskanal mit dem Wassermantel des Kurbelgehäuses verbunden ist, wobei in der Einbaulage der Brennkraftmaschine je Zylinder die Eintrittsöffnung des Verbindungskanals aus dem Zulaufverteilerraum tiefer angeordnet ist, als die Austrittsöffnung in den Kühlmantel. Das Kühlmittel tritt vom Zulaufverteilerraum über den schräg nach oben gerichteten Verteilerkanal in den Kühlmantel ein. Im Grundriss betrachtet, ist dieser Verteilerkanal radial zum Zylinder gerichtet.

Mittels dieses Verteilerkanals soll im oberen, heissen Bereich des Zylinders eine intensive Querströmkühlung erzielt werden.
Um eine optimale Kühlung des Feuerdeckes des Zylinderkopfes zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen dem unteren und dem oberen Kühlraum im Zylinderkopf ein Zwischendeck angeordnet ist, wobei die durch das Zwischendeck geformte Deckfläche des unteren Kühlraumes in zumindest einem Bereich so abgesenkt ist, dass die Kühlmittelströmung in Richtung des Feuerdeckes abgelenkt wird. Durch die konvex nach unten gekrümmte Deckfläche wird das Kühlmittel in Richtung des Feuerdeckes abgelenkt.

Dadurch kann eine effiziente Kühlung auch zwischen den einzelnen Einlass- und Auslasskanälen, insbesondere zwischen den Ventilstegen, erreicht werden.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich eines zentral angeordneten Injektors zumindest eine Überstromöffnung zwischen dem unteren und dem oberen Kühlraum angeordnet ist, wobei die Überströmöffnung vorzugsweise durch einen zumindest abschnittsweise ringförmigen Spalt zwischen dem Zwischendeck und einer Injektorhülse gebildet ist. Rund um den zentral angeordneten Düsenhalter tritt das Kühlmittel in den oberen Kühlraum des Zylinderkopfes über.

Die zentrale Anordnung des Übertrittes ergibt zusammen mit der Lage der vier Übertritte eine sehr effiziente Kühlung auch zwischen den einzelnen Kanälen.
Das Kühlmittel strömt aus dem oberen Wasserraum des Zylinderkopfes durch eine vertikal ausgerichtete Rechteck- oder Dreiecköffnung neben dem Auslasskanal über den Stösselraum, in dem eingepresste Rohre zu den Stossstangen abdichten, in den Rücklaufkanal im Kurbelgehäuse wieder aus.
Weiters kann vorgesehen sein, dass stromaufwärts des Zulaufverteilerraumes im Kühlkreislauf ein Ölkühler angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Längsachse des Ölkühlers geneigt zur Zylinderkopfdichtebene an einer Längsseite des Kurbelgehäuses angeordnet ist.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein,

dass an der Kühlmittelabströmseite des Ölkühlers zumindest ein Gussbutzen angeordnet ist und dass ein Zulauf in den Zulaufverteilerraum am unteren Ende des Ölkühlerraumes konvex gekrümmt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einem Querschnitt, Fig. 2 ein Kurbelgehäuse dieser Brennkraftmaschine in einer Schrägansicht, Fig. 3 das Kurbelgehäuse in einer Seitenansicht, Fig. 4 das Kurbelgehäuse in einem Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 5, Fig. 5 das Kurbelgehäuse in einem Schnitt gemäss der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 einen Zylinderkopf in einem Querschnitt und Fig. 7 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäss der Linie VII-VII in Fig. 6.
Die Fig.

1 zeigt eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine 1 mit einem Kurbelgehäuse 2 und einem Zylinderkopf 3 in einem Querschnitt normal zur nicht ersichtlichen Kurbelwellenachse.
In einem Zylinder 30 ist ein hin- und hergehender Kolben 4 angeordnet. Der Zylinder 30 ist von einem Kühlmantel 5 umgeben. Der Kühlmantel 5 steht über einen Verbindungskanal 6 mit einem Zulaufverteilerraum 7 in Verbindung, welcher über einem Hauptölkanal 40 positioniert ist. Stromaufwärts des Zulaufverteilerraumes 7 ist im Kühlmittelkreislauf zwischen einer nicht weiter dargestellten Kühlmittelpumpe und dem Zulaufverteilerraum 7 ein Ölkühler angeordnet.
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Der Kühlmantel 5 steht über Ubertrittsöffnungen 8 in der Zylinderdichtebene 35 mit Kühlräumen 9, 10 des Einzelzylinderkopfes 3 in Verbindung. Dabei ist ein unterer Kühlraum 9 über ein Zwischendeck 11 vom oberen Kühlraum 10 getrennt.

Unterer und oberer Kühlraum 9, 10 sind über eine beispielsweise ringförmige Ubertrittsöffnung 12 zwischen Zwischendeck 11 und einer Injektorhülse 13 zur Aufnahme eines Injektors 14 miteinander verbunden. Die Ringform der Ubertrittsöffnung 12 kann durch Gusserweiterungen unterbrochen sein. Auch andere Formen von Ubertrittsöffnungen 12 sind denkbar. Der obere Kühlraum 10 steht über die Ubertrittsöffnung 31 mit dem Stossstangenraum 37 in Verbindung. Das Kühlmedium tritt unterhalb des Auslasskanals 20 über die Austrittsöffnung 18 aus dem Zylinderkopf 3 und durch eine gleich geformte Öffnung in der Zylinderkopfdichtung 41 in das Kurbelgehäuse 2 ein. Hier wird dann das Kühlmedium über die einzelnen gebogenen Rücklaufkanäle 21 in den längsverlaufenden Rücklaufsammelraum 15 geleitet.

Der Rücklaufsammelraum 15 ist über Kühlmittelleitungen, in welchen Thermostatventil und Kühler angeordnet sind, mit der Saugseite der Wasserseite verbunden (nicht weiter dargestellt). Zulaufverteilerraum 7 und Rücklaufsammelraum 15 sind integral mit dem Kurbelgehäuse 2 ausgebildet und im Bereich einer Seitenwand 2a des Kurbelgehäuses 2 angeordnet.
Nach Austritt aus einer Spirale der nicht weiter ersichtlichen Wasserpumpe wird das Kühlmittel über ein Zwischengehäuse in einen Zuström- bzw. Verteilraum 34 vor einem im Kurbelgehäuse 2 schräg angeordneten Ölkühler 27 geleitet, welcher aussen im Bereich der Seitenwand 2a des Kurbelgehäuses 2 angeordnet ist. Mit 27 ist der Ölkühler angedeutet. Bezugszeichen 28 bezeichnet den Flansch für einen Ölkühlerdeckel.

Durch die geneigte Anordnung des Ölkühlers 27 und des geneigten Ölkühlerraumes 29 wird eine gleichmässige Durchströmung der einzelnen Ölkühlerlamellen erreicht, wobei Strömungsschatten weitgehend vermieden werden. Da an der Kühlmittelabströmseite 33 des Ölkühlerraumes 29 einige ölführende Gussbutzen 23 der Ölführung des Ölkühlerumgehungsventils angeordnet sind, ist der Zulauf 32 im Bereich der Kühlmittelabströmseite 33 zum hinteren Ende des Zulaufverteilerraumes 7 bogenförmig gekrümmt.
Nach Querdurchströmung des Ölkühlers 27 wird das Kühlmittel in einen längs an einer Seitenwand 2a des Kurbelgehäuses 2 angeordneten Zulaufverteilerraum 7 geleitet. Die Strömung ist in den Fig. 1 bis 3 durch die Pfeile P angedeutet.

Aus diesem Zulaufverteilerraum 7 tritt die Kühlflüssigkeit in einen - im Grundriss radial zum Zylinder 3 - und zwar 90[deg.] zur Kurbelwellenachse - angeordneten Verbindungskanal 6, welcher zuerst in einer Normalebene auf die Zylinderachse 16 angeordnet, dann schräg nach oben in Richtung der Zylinderachse 16 gerichtet ist. Die Eintrittsöffnung 6a des Verbindungskanals 6 ist somit tiefer an geordnet als die Austrittsöffnung 6b. Mittels der speziellen Form dieses Verbindungskanals 6 kann im oberen, heissen Bereich des Zylinders 30 eine intensive Querstromkühlung erzielt werden. Durch die radiale Zuströmung aus dem Verbindungskanal 6 in den Kühlmantel 5 wird eine gleichmässige Aufteilung des Kühlmittels beidseits des Zylinders 30 erreicht, wie in Fig. 5 durch die Pfeile P verdeutlicht ist.

Weiters kann durch Variieren der Zutrittsquerschnitte zu den einzelnen Kühlmänteln 5 die Gleichverteilung zwischen dem ersten bis zum letzten Zylinder 30 sehr gut gesteuert werden.
Die Steuerung der Querströmung im oberen, heissen Teil des Kurbelgehäuses 2 erfolgt mittels verschieden grosser Übertrittsquerschnitte im Bereich der (insgesamt vier) Ubertrittsöffnungen 8 in der Zylinderkopfdichtung 41. Der Querschnitt von zwei Ubertrittsöffnungen 8 direkt oberhalb des Verbindungskanals 6 ist dabei kleiner als der Querschnitt von zwei Ubertrittsöffnungen gegenüber dem Verbindungskanal 8. Um eine Totwasserzone zu vermeiden, weist einer dieser Übertritte einen grösseren Querschnitt auf. Die Querschnitte wurden mittels CFDRechnungen (Computer Fluid Dynamics) abgestimmt. Das in den unteren Kühlraum 9 strömende Kühlmittel kühlt zuerst das heisse Feuerdeck 17.

Rund um die zentral angeordnete Injektorhülse 13 und durch einen gebohrten Übertritt 36 tritt das Kühlmittel sodann in den oberen Kühlraum 10 des Zylinderkopfes 3 über. Der gebohrte Übertritt 36 dient zur Kühlung der Ventilführungshülsen auf der Einlassseite, welche nicht durch den Hauptstrom erfasst werden.
Die zentrale Anordnung der ringförmigen Überströmöffnungen 12 zwischen Zwischendeck 11 und der Injektorhülse 13 ergibt zusammen mit der Lage der vier Ubertrittsöffnungen 8 eine sehr effiziente Kühlung auch zwischen den einzelnen Einlass- und Auslasskanälen 20, bzw.

den Ventilstegen.
Durch die im zentralen Bereich 22 nach unten gekrümmte Form des Zwischendeckes 11 wird das Kühlmittel in Richtung des Feuerdeckes 17 umgelenkt, um in diesem Bereich die Kühlung zu verbessern.
Das Kühlmittel strömt aus dem oberen Kühlraum 10 durch eine auf der Auslassseite 19 angeordnete Rechtecköffnung 31 neben dem Auslasskanal 20 in den Stossstangenraum 37 ein und verlässt den Zylinderkopf 3 durch eine zwischen den Hülsen 38 der Stossstangen Übertritte 39 angeordnete Rücklauföffnung 18 in Richtung des Rücklaufraumes 15 im Kurbelgehäuse 2.
Im Kurbelgehäuse 2 leitet ein gekrümmter Kanalteil des Rücklaufkanals 21 das Kühlmittel von der Verbindungsöffnung 18 in den oberhalb des Zulaufverteilerraumes 7 angeordneten Rücklaufsammelraum 15 ein.

Die Austrittsöffnung 24 dieses Rücklaufsammeiraumes 15 ist ebenso wie der Kühlmitteleintritt 25 in den Zulaufverteilerraum 7 an einer Stirnfläche 26 des Kurbelgehäuses 2 angeordnet, wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht. Über ein nicht weiter ersichtliches Zwischengehäuse gelangt das Kühlmittel dann in das über der nicht weiter dargestellten Wasserpumpe angeordnete Thermostatgehäuse.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) mit einem Kurbelgehäuse (2) für mehrere Zylinder (30) mit einem Kühlmantel (5) um die Zylinder (30) im Kurbelgehäuse (2), mit Einzelzylinderköpfen (3) mit zumindest zwei übereinander im Zylinderkopf (3) angeordneten Kühlräumen (9, 10), wobei der Kühlmantel (5) des Kurbelgehäuses (2) und der untere Kühlraum (9) im Zylinderkopf (3) über zumindest eine, vorzugsweise zumindest vier am Umfang des Zylinders gleichmässig verteilte Ubertrittsöffnungen (8) pro Zylinder (30) miteinander verbunden sind, wobei längs zumindest einer Kurbelgehäuseseitenwand (2a) zumindest ein Zulaufverteilerraum (7) und/oder zumindest ein Rücklaufsammelraum (15) für das Kühlmittel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteilerraum (7) über zumindest einen Verbindungskanal (6) pro Zylinder mit dem Kühlmantel (5)

des Kurbelgehäuses (2) für eine vorzugsweise trockene Zylinderbuchse verbunden ist, wobei vorzugsweise jeder Verbindungskanal (6) - im Grundriss betrachtet - bezüglich des Zylinders (30) im Wesentlichen radial in den Kühlmantel (5) einmündet.

2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (6) zwischen einem Hauptölkanal und einem die Kühlräume (9, 10) des Zylinderkopfes (2) mit dem Rücklaufsammelraum (15) verbindenden Rücklaufkanal (23) angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteilerraum (7) und/oder der Rücklaufsammelraum (15) integral mit dem Kurbelgehäuse (2) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise Zulaufverteilerraum (7) und/oder Rücklaufsammelraum (15) sich über alle in einer Reihe angeordneten Zylinder erstreckt.

4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Zulaufverteilerraumes (7) und/oder des Rücklaufsammeiraumes (15) die Aussenwand (2a) des Kurbelgehäuses konvex nach aussen gekrümmt ist.

5. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteilerraum (7) und/oder der Rücklaufsammelraum (15) einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklaufsammelraum (15) zwischen einer Zylinderkopfdichtebene (35) und dem Zulaufverteilerraum (7) angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsstellung der Brennkraftmaschine (1) die Eintrittsöffnung (6a) des Verbindungskanals (6) aus dem Zulaufverteilerraum (7) tiefer angeordnet ist, als die Austrittsöffnung (6b) in den Kühlmantel (5).

8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem unteren und dem oberen Kühlraum (9, 10) im Zylinderkopf ein Zwischendeck (11) angeordnet ist, wobei die durch das Zwischendeck (11) geformte Deckfläche des unteren Kühlraumes (9) in zumindest einem Bereich (22) so abgesenkt ist, dass die Kühlmittelströmung in Richtung des Feuerdeckes (17) abgelenkt wird.

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9. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Absenkung der Deckfläche eine düsenartige Querschnittsverengung des unteren Kühlraumes (9) entsteht, wobei vorzugsweise stromabwärts der Querschnittsverengung eine Querschnittserweiterung ausgebildet ist.

10. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfläche im Bereich (22) der Absenkung konvex, vorzugsweise wellenartig, gekrümmt ist.

11. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfläche stromauf- und stromabwärts der Absenkung einen stetig ansteigenden, bzw. abfallenden Bereich aufweist, wobei der Bereich stromaufwärts der Absenkung eine geringere Steigung aufweist als der Bereich stromabwärts der Absenkung.

12. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines zentral angeordneten Injektors (14) zumindest eine Überstromöffnung (12) zwischen dem unteren und dem oberen Kühlraum (9, 10) angeordnet ist, wobei die Überströmöffnung (12) vorzugsweise durch einen zumindest abschnittsweise ringförmigen Spalt zwischen dem Zwischendeck und einer Injektorhülse (13) gebildet ist.

13. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kühlraum (10) über zumindest eine vorzugsweise im Wesentlichen rechteckige oder dreieckige Ubertrittsöffnung (31) mit einem Stossstangenraum (37) des Zylinderkopfes (3) verbunden ist.*

14. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stossstangenraum (37) über zumindest eine Austrittsöffnung (18) und einen Rücklaufkanal (21) pro Zylinder (30) mit dem Rücklaufsammelraum (15) im Kurbelgehäuse (2) verbunden ist.

15. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Zulaufverteilerraumes (7) im Hauptstrom des Kühlkreislaufes ein Ölkühler (27) angeordnet ist.

16. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Ölkühlers (29) geneigt zur Zylinderkopfdichtebene (35) an einer Längsseite des Kurbelgehäuses (2) angeordnet ist.

17. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kühlmittelabströmseite (33) des Ölkühlers (19) zumindest ein Gussbutzen (31) angeordnet ist und dass ein Zulauf (32) in den Zulaufverteilerraum (7) am unteren Ende des Ölkühlerraumes (29) konvex gekrümmt ist.

2006 02 02 Fu/Sc <EMI ID=9.1>

Patentanwalt Dipl.-Ing<,>Mag. Michael Babeluk

A-115G Wien, Mr»ti,»»fer Sürtel 39/17

Tel.: (+43 1) 892 8[section] 33-0 P8[chi]: (+43 1) S9289333 e-mafi: patent<[beta]>babel[alpha]k.at <EMI ID=9.2>