AT15665U1 - Cooling structure for an internal combustion engine - Google Patents

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AT15665U1
AT15665U1 ATGM8055/2017U AT80552017U AT15665U1 AT 15665 U1 AT15665 U1 AT 15665U1 AT 80552017 U AT80552017 U AT 80552017U AT 15665 U1 AT15665 U1 AT 15665U1
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AT
Austria
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shell portion
cooling structure
lower shell
insert element
cylinder
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ATGM8055/2017U
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German (de)
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Ing Dipl (Fh) Gernot Fuckar
Berger Robert
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Avl List Gmbh
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlungsstruktur (1) für eine Brennkraftmaschine (2) umfassend einen Kühlflüssigkeitsmantel (3), der eine Zylinderanordnung (4) umgibt und durch eine Abtrennung (5) in einen oberen Mantelabschnitt (6) und einen unteren Mantelabschnitt (7) unterteilt ist. Um auf einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise eine Abtrennung (5) in einem Kühlflüssigkeitsmantel (3) herstellen zu können ist vorgesehen, dass die Abtrennung (5) durch ein Einlegeelement (8) gebildet ist, das in den Kühlflüssigkeitsmantel (3) eingelegt ist.The invention relates to a cooling structure (1) for an internal combustion engine (2) comprising a coolant jacket (3) surrounding a cylinder arrangement (4) and subdivided by a partition (5) into an upper jacket section (6) and a lower jacket section (7) is. In order to be able to produce a separation (5) in a coolant jacket (3) in a simple, reliable and cost-effective manner, it is provided that the partition (5) is formed by an insert element (8) which is inserted into the coolant jacket (3).

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlungsstruktur für eine Brennkraftmaschine umfassend einen Kühlflüssigkeitsmantel, der eine Zylinderanordnung umgibt und durch eine Abtrennung in einen oberen Mantelabschnitt und einen unteren Mantelabschnitt unterteilt ist. Weiters betrifft die Erfindung einen Zylinderblock, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.Description: [0001] The invention relates to a cooling structure for an internal combustion engine comprising a coolant jacket which surrounds a cylinder arrangement and is subdivided by a partition into an upper jacket section and a lower jacket section. Furthermore, the invention relates to a cylinder block, an internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, um Zylinderanordnungen von Brennkraftmaschinen während des Betriebs effizient zu kühlen. Beispielsweise offenbart die DE 33 109 57 A1 offenbart einen Zylinderblock mit einem Wassermantel, wobei eine Trennwand den Wassermantel in einen oberen Bohrungsabschnitt und einen unteren Bohrungsabschnitt unterteilt. Die Trennwand steigt kontinuierlich an (das heißt verläuft in Relation zu einer Zylinderkopfdichtebene schräg) und weist Öffnungen auf, über die der obere Bohrungsabschnitt mit dem unteren Bohrungsabschnitt gekoppelt ist. Die Herstellung einer derart geformten Trennwand in dem Wassermantel ist aufwendig und kostspielig. Die Verbindung zwischen oberem und unterem Bohrungsabschnitt bewirkt unkontrollierte Strömungsübertritte und verhindert eine optimale und auf die räumlichen Anforderungen abgestellte Kühlung der Brennkraftmaschine.Various solutions are known from the prior art to efficiently cool cylinder assemblies of internal combustion engines during operation. For example, DE 33 109 57 A1 discloses a cylinder block having a water jacket, wherein a partition divides the water jacket into an upper bore portion and a lower bore portion. The divider wall continuously rises (ie, slants in relation to a cylinder head sealing plane) and has openings through which the upper bore portion is coupled to the lower bore portion. The preparation of such a shaped partition wall in the water jacket is complicated and expensive. The connection between the upper and lower bore portion causes uncontrolled flow crossover and prevents optimal and tailored to the spatial requirements cooling the internal combustion engine.

[0003] Nachfolgend sind andere Kühlungslösungen beschrieben: Die DE 10 2005 048 566 A1 beschreibt eine selbstzündende Brennkraftmaschine, wobei zur Kühlung der Wände des Brennraumes Kühlmittel führende Räume zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderlaufbuchse ausgebildet sind.The following describes other cooling solutions: DE 10 2005 048 566 A1 describes a self-igniting internal combustion engine, wherein for cooling the walls of the combustion chamber coolant leading spaces between the crankcase and cylinder liner are formed.

[0004] In der US 7,104,226 B2 ist eine Kühlungsstruktur zum Kühlen einer Zylinderlaufbuchse offenbart, die eine Vielzahl von Passagen umfasst, die ein erstes Wasserreservoir mit dem Wassermantel verbinden. Das Kühlmittel wird dabei in Turbulenzen versetzt, um die Kühleffizienz zu erhöhen.In US 7,104,226 B2 a cooling structure for cooling a cylinder liner is disclosed, which comprises a plurality of passages connecting a first water reservoir with the water jacket. The coolant is thereby added to turbulence in order to increase the cooling efficiency.

[0005] Die JP 2005/214074 A offenbart eine spiralförmig um den Liner geführte ansteigen-de/abfallende Strömungsbahn zur Kühlung. In der DE 195 039 61 A1 ist ein flüssigkeitsgekühlter Motorzylinderblock mit einem durchgängigen Kühlwassermantel beschrieben, in dem strömungsbeeinflussende Führungsrippen vorgesehen sind.JP 2005/214074 A discloses a spirally guided around the liner rising / falling flow path for cooling. DE 195 039 61 A1 describes a liquid-cooled engine cylinder block with a continuous cooling water jacket, in which flow-influencing guide ribs are provided.

[0006] Die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile bestehen insbesondere darin, dass die für eine effiziente Kühlung und optimalen Schutz der Zylinder erforderliche räumliche Verteilung der Kühlwirkung nicht erreicht werden kann. Außerdem sind die im Stand der Technik vorgeschlagenen Maßnahmen zur Strömungsleitung bzw. -beeinflussung in der Herstellung aufwendig und kostspielig. Reparatur bzw. Wartung dieser Strukturen sind überhaupt unmöglich.The resulting from the prior art disadvantages are, in particular, that the required for efficient cooling and optimum protection of the cylinder spatial distribution of the cooling effect can not be achieved. In addition, the measures proposed in the prior art for flow conduction or influencing the production are complicated and costly. Repair or maintenance of these structures are impossible at all.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kühlstruktur bereitzustellen, die diese Nachteile nicht aufweist, einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine zuverlässige Kühlung mit optimaler räumlich verteilter Kühlwirkung ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a cooling structure that does not have these disadvantages, is simple and inexpensive to produce and allows reliable cooling with optimal spatially distributed cooling effect.

[0008] Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten Kühlungsstruktur erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abtrennung durch ein Einlegeelement gebildet ist, das in den Kühlflüssigkeitsmantel eingelegt ist.This object is achieved with a cooling structure mentioned above according to the invention in that the separation is formed by an insert element which is inserted into the coolant jacket.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann die Abtrennung in dem Kühlflüssigkeitsmantel (auch Wassermantel genannt) erst nachträglich, d.h. nachdem der Gussteil gefertigt wurde, durch Einlegen des Einlegeelements eingebracht werden. Das Einlegeelement kann somit aus einem anderen Material gefertigt sein als der Gussteil. Vorzugsweise ist das Einlegeelement aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit (bzw. geringem Wärmeleitkoeffizienten) gebildet, sodass das Einlegeelement den oberen und unteren Mantelabschnitt nicht nur gegeneinander abdichtet, sondern auch thermisch voneinander isoliert. Das Einlegeelement kann im Kühlflüssigkeitsmantel auf oder zwischen entsprechenden Strukturen aufliegen bzw. eingezwängt sein. Beispielsweise könnte das Einlegeelement zwischen einer Struktur desBy the measure according to the invention, the separation in the coolant jacket (also called water jacket) only later, ie. after the casting has been manufactured, are introduced by inserting the insert element. The insert element can thus be made of a different material than the casting. Preferably, the insert element is formed of a material with low heat conductivity (or low heat conductivity coefficient), so that the insert element not only seals the upper and lower shell sections against each other, but also thermally insulated from each other. The insert element can rest in the coolant jacket on or between corresponding structures or be constrained. For example, the insert element between a structure of

Zylinderblockes und einer Struktur des Zylinderkopfes fixiert bzw. eingezwängt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Einlegeelement an eine Struktur angeklebt werden. Das Einlegeele-ment kann auch austauschbar sein.Cylinder block and a structure of the cylinder head to be fixed or constrained. Alternatively or additionally, the insert element can be glued to a structure. The insert element can also be exchangeable.

[0010] Unter Kühlflüssigkeitsmantel ist in der vorliegenden Beschreibung jenes Volumen zu verstehen, in dem sich im Betrieb die Kühlflüssigkeit (insbesondere Wasser) befindet bzw. in dem sie zirkuliert. Der Kühlflüssigkeitsmantel ist als Hohlraum, der die Zylinderanordnung umgibt, in einem Gussteil bzw. Block gebildet.In the present description, the term "cooling liquid jacket" is to be understood as meaning that volume in which the cooling liquid (in particular water) is in operation or in which it circulates. The coolant jacket is formed as a cavity surrounding the cylinder assembly in a casting or block.

[0011] Vorzugsweise weist das Einlegeelement eine flache Form auf und erstreckt sich in einer einzigen Ebene. Dadurch wird die Konstruktion besonders einfach. Bevorzugt ist das Einlegeelement einstückig ausgeführt und weist eine geschlossene (ring- bzw. ,,mehrring"-artige) Kontur auf. Die Kontur folgt dabei vorteilhafterweise dem Verlauf der Zylinderwände.Preferably, the insert element has a flat shape and extends in a single plane. This makes the construction particularly easy. Preferably, the insert element is embodied in one piece and has a closed (annular or "multi-ring" -like) contour, the contour advantageously following the course of the cylinder walls.

[0012] Die Begriffe „oberer" Mantelabschnitt und „unterer" Mantelabschnitt sind auf die axiale Erstreckung der Zylinder der Zylinderanordnung im eingebauten Zustand bezogen (d.h. der obere Mantelabschnitt grenzt in axialer Richtung an den unteren Mantelabschnitt an).The terms "upper" skirt portion and "lower" skirt portion are related to the axial extent of the cylinders of the cylinder assembly when installed (i.e., the upper skirt portion is adjacent to the lower skirt portion in the axial direction).

[0013] Der zum Beispiel im Zylinderblock ausgebildete Kühlflüssigkeits- bzw. Wassermantel wird somit durch das Einlegeelement in einen unteren und einen oberen Bereich aufgeteilt. Der Kühlflüssigkeitsmantel kann somit in einem einteiligen Gusskern (Block) als „Open-Deck"-Konfiguration ausgebildet sein. Das Einlegeelement übernimmt die Funktion einer Trennwand bzw. einer Blende. Durch die Abtrennung werden zwei Kühlflüssigkeitsräume bevorzugt mit unterschiedlichen Temperaturniveaus dargestellt.The formed for example in the cylinder block Kühlflüssigkeits- or water jacket is thus divided by the insert element into a lower and an upper region. The coolant jacket can thus be designed as an "open-deck" configuration in a one-piece cast core (block) .The insert element assumes the function of a partition wall or an aperture.

[0014] Im Gegensatz zu bekannten „split-cooling"-Lösungen sind hier weder zusätzliche Wassergalerien notwendig, die zusätzliches Material und Volumen des Zylinderblocks erfordern und das transportierte Wasservolumen erhöhen, noch müssen umständliche separate Leitungen vorgesehen werden.In contrast to known split-cooling solutions, neither additional water galleries are necessary here, which require additional material and volume of the cylinder block and increase the transported water volume, nor do cumbersome separate lines have to be provided.

[0015] Der Vorteil an der Konstellation ist zusätzlich zu den oben genannten Punkten, dass separate Kühlstrategien für den oberen und den unteren Mantelabschnitt sehr einfach umgesetzt werden können. Durch die Erfindung können somit unterschiedliche Temperaturniveaus im Zylinderkopf und im Zylinderblock erreicht werden. Während beispielsweise beim Aufwärmvorgang eine Kühlung im oberen Mantelabschnitt und im Zylinderkopf erfolgt, kann eine Durchströmung des unteren Mantelabschnittes noch unterdrückt werden, um ein rascheres Aufheizen des Blocks zu erreichen und damit die Reibung zu reduzieren. Es sind auch Varianten denkbar, wo die beiden Mantelabschnitte überhaupt von verschiedenen Temperaturkreisen beschickt werden.The advantage of the constellation is in addition to the above points that separate cooling strategies for the upper and lower shell portion can be implemented very easily. Thus, different temperature levels in the cylinder head and in the cylinder block can be achieved by the invention. For example, while cooling takes place in the upper shell section and in the cylinder head during the heating process, a flow through the lower shell section can still be suppressed in order to achieve a more rapid heating of the block and thus to reduce friction. Variants are also conceivable where the two jacket sections are even charged by different temperature circuits.

[0016] Bei der Herstellung in einer Open-Deck-Konfiguration wird ein Kühlflüssigkeitsmantel im Block gegossen, der in einem vom Zylinderkopf abgewandten Bereich einen schmäleren Durchmesser aufweist als nahe dem Zylinderkopf, so dass sich am Übergang zwischen diesen Durchmessern ein Absatz bzw. eine Schulter ergibt. Vorzugsweise ist der Übergang zwischen dem vom Zylinderkopf abgewandten Bereich und dem dem Zylinderkopf naheliegenden Bereich als Schulter ausgeführt. Auf diese Schulter wird das Einlegeelement (Blende bzw. Trennwand) eingelegt, das den Block-Wassermantel in einen oberen und einen unteren Mantelabschnitt teilt. Oberer und unterer Mantelabschnitt können separat mit Kühlwasser beschickt werden, das von einer gemeinsamen Pumpe oder von gesonderten Pumpen stammen kann.In the production in an open-deck configuration, a coolant jacket is poured in the block, which has a narrower diameter in a region facing away from the cylinder head than near the cylinder head, so that at the transition between these diameters, a shoulder or shoulder results. Preferably, the transition between the region facing away from the cylinder head and the area close to the cylinder head is designed as a shoulder. On this shoulder, the insert element (aperture or partition) is inserted, which divides the block water jacket in an upper and a lower shell portion. Upper and lower shell sections can be charged separately with cooling water, which can come from a common pump or separate pumps.

[0017] Vom oberen Mantelabschnitt kann das Kühlmittel zum Beispiel einlassseitig weiter in den Zylinderkopf geschickt werden, kann von dort auslassseitig wieder zurück in den Zylinderblock gelangen und über eine Austrittsöffnung den Kühlflüssigkeitsmantel verlassen. Der untere Mantelabschnitt wird dabei separat beschickt: hier strömt das Kühlmittel entweder auf einer Seite zu und auf der gegenüberliegenden Seite ab, oder es sind Zu- und Ablauföffnung nebeneinander angeordnet, wobei aber eine Flüssigkeitssperre dazwischen vorgesehen ist, so dass die Kühlflüssigkeit nach Zuführung einmal die Zylinderanordnung umströmt und dann wieder abläuft. Ohne Beschränkung der erfinderischen Funktion sind auch andere Zu- und Ablauflösungen möglich.From the upper shell portion, the coolant can be sent, for example, the inlet side further into the cylinder head, from there outlet side can get back into the cylinder block and leave the coolant jacket via an outlet opening. Here, the coolant flows either on one side to and on the opposite side, or there are inlet and outlet openings arranged side by side, but a liquid barrier is provided therebetween, so that the cooling liquid after feeding once the Cylinder arrangement flows around and then runs off again. Without limiting the inventive function, other supply and drain solutions are possible.

[0018] Im Grunde können mit der Erfindung auf einfache und kostengünstige Art und Weise zwei geteilte Temperaturniveaus bzw. ein geteilter Kühlkreis - in einem einteilig gegossenen Block, aber durch das blendenförmige Einlegeelement unterteilt - erreicht werden.Basically, with the invention in a simple and cost-effective manner two shared temperature levels or a split cooling circuit - in a one-piece cast block, but divided by the blind-shaped insert element - can be achieved.

[0019] In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlegeelement den oberen Mantelabschnitt gegenüber dem unteren Mantelabschnitt vollständig abdichtet. Dadurch können in den jeweiligen Mantelabschnitten - entsprechend den Erfordernissen bzw. abgestimmt auf die Betriebsart und/oder -phase - unterschiedliche Kühlstrategien gefahren werden, wobei die strömungsmechanische Beeinflussung überhaupt wegfällt und die gegenseitige thermische Kopplung minimiert wird.In a variant of the invention it is provided that the insert element completely seals the upper shell portion relative to the lower shell portion. As a result, different cooling strategies can be run in the respective shell sections - corresponding to the requirements or matched to the operating mode and / or phase - with the flow-mechanical influencing being eliminated at all and the mutual thermal coupling being minimized.

[0020] Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Einlegeelement aus einem nichtmetallischen Werkstoff gebildet ist. Dazu kann beispielsweise Kunststoff oder Keramik verwendet werden. Dadurch wird auch die Wärmeleitung zwischen den Mantelabschnitten über das Einlegeelement reduziert.It is particularly advantageous if the insert element is formed of a non-metallic material. For this example, plastic or ceramic can be used. As a result, the heat conduction between the jacket sections is reduced via the insert element.

[0021] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die durch das Einlegeelement definierte Trennebene zwischen oberem Mantelabschnitt und unterem Mantelabschnitt senkrecht zur axialen Erstreckung der Zylinder der Zylinderanordnung steht. Mit anderen Worten ist die durch das Einlegeelement definierte Trennebene senkrecht zu einer Zylinderlängsachse orientiert. Dadurch bleibt die Höhe des jeweiligen Mantelabschnittes entlang des gesamten Umfanges konstant, wodurch dem in axialer Richtung verlaufenden Temperaturgradienten Rechnung getragen wird.In a further embodiment of the invention it is provided that the separation plane defined by the insert element between the upper shell portion and the lower shell portion is perpendicular to the axial extent of the cylinder of the cylinder assembly. In other words, the parting line defined by the insert element is oriented perpendicular to a cylinder longitudinal axis. As a result, the height of the respective shell section remains constant along the entire circumference, whereby the temperature gradient running in the axial direction is taken into account.

[0022] Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass im Übergangsbereich zwischen dem oberen Mantelabschnitt und dem unteren Mantelabschnitt ein - vorzugsweise umlaufender - Absatz ausgebildet ist, auf dem das Einlegeelement aufliegt. Der Absatz kann integral in dem Gussteil bzw. Block geformt sein, in dem der Kühlflüssigkeitsmantel ausgebildet ist, Für die Auflage bzw. Positionierung des Einlageelementes sind hier keine weiteren Strukturen oder Maßnahmen erforderlich.According to a further variant of the invention it is provided that in the transition region between the upper shell portion and the lower shell portion a - preferably circumferential - paragraph is formed, on which rests the insert element. The shoulder can be integrally formed in the casting or block in which the cooling liquid jacket is formed. No further structures or measures are required for the support or positioning of the insert element here.

[0023] Günstigerweise ist der Querschnitt des unteren Mantelabschnittes kleiner ist als der Querschnitt des oberen Mantelabschnittes, wodurch sich automatisch ein Absatz (bzw. eine Schulter) für das Auflegen des Einlageelementes ergibt. Dabei ist günstigerweise der Übertritt zwischen unterem und oberen Mantelabschnitt abrupt und nicht verlaufend ausgeführt.Conveniently, the cross section of the lower shell portion is smaller than the cross section of the upper shell portion, which automatically results in a paragraph (or a shoulder) for the placement of the insert element. Conveniently, the transition between the lower and upper shell portion is carried out abruptly and not running.

[0024] In einer weiteren Variante weisen der obere Mantelabschnitt und der untere Mantelabschnitt jeweils einen gesonderten Kühlflüssigkeitseintritt und/oder Kühlflüssigkeitsaustritt auf. Dadurch können Bereiche des Zylinderblockes bzw. Zylinderkopfes unabhängig voneinander und unterschiedlich stark gekühlt werden.In a further variant, the upper casing section and the lower casing section each have a separate coolant inlet and / or coolant outlet. As a result, areas of the cylinder block or cylinder head can be cooled independently and different degrees.

[0025] Günstigerweise ist in dem oberen Mantelabschnitt und/oder in dem unteren Mantelabschnitt entlang des Umfanges zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre vorgesehen. Dadurch kann ein definierter Kühlkreis innerhalb eines Mantelabschnittes geschaffen werden. Beispielsweise kann die Sperre (zum Beispiel im unteren Mantelabschnitt) zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit angeordnet werden, um ein (einmaliges) Umströmen der Zylinderanordnung zu bewirken, bevor das Kühlmittel den Mantelabschnitt wieder verlässt. In einer anderen Ausgestaltung (zum Beispiel im oberen Mantelabschnitt) können zwei Kühlflüssigkeitssperren angeordnet sein. Diese definieren entlang des Umfanges zwei Bereiche des Mantelabschnittes und bewirken, dass die Kühlflüssigkeit von der Eintrittsöffnung über einen ersten Bereich des Mantelabschnittes in den darüber angeordneten Zylinderkopf geleitet wird und von dort in den zweiten Bereich des Mantelabschnittes geleitet wird, bevor sie über die Austrittsöffnung den Kühlwassermantel verlässt.Conveniently, at least one cooling liquid barrier is provided in the upper shell portion and / or in the lower shell portion along the circumference. As a result, a defined cooling circuit can be created within a shell section. For example, the barrier (for example, in the lower shell portion) between the inlet opening and the outlet opening for the cooling liquid can be arranged to cause a (one-time) flow around the cylinder assembly before the coolant leaves the shell portion again. In another embodiment (for example in the upper shell section), two cooling liquid barriers can be arranged. These define along the circumference of two areas of the shell portion and cause the cooling liquid is passed from the inlet opening over a first portion of the shell portion in the cylinder head arranged above it and from there into the second region of the shell portion is passed before the cooling water jacket via the outlet opening leaves.

[0026] Um die Herstellung zu erleichtern ist es vorteilhaft, wenn der untere Mantelabschnitt und zumindest ein Teil des oberen Mantelabschnittes in einem vorzugsweise einteiligen Gussteil ausgebildet sind. Dies hebt den Vorteil des Einlegeteils besonders gut hervor.In order to facilitate the production, it is advantageous if the lower shell portion and at least a portion of the upper shell portion are formed in a preferably one-piece casting. This highlights the advantage of the insert particularly well.

[0027] In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der untere Mantelabschnitt und zumindest ein Teil des oberen Mantelabschnittes in einem Zylinderblock ausgebildet sind.In a preferred embodiment it is provided that the lower shell portion and at least a part of the upper shell portion are formed in a cylinder block.

[0028] Die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen eingangs beschriebenen Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine gelöst, wobei der Zylinderblock eine erfindungsgemäße Kühlungsstruktur für eine Zylinderanordnung ausbildet.The above-described object of the invention is also achieved by a cylinder block described above for an internal combustion engine, wherein the cylinder block forms a cooling structure according to the invention for a cylinder assembly.

[0029] Dabei ist günstigerweise vorgesehen, dass der Kühlflüssigkeitsmantel in einer zylinderkopfseitig offenen Konfiguration ausgebildet ist. Der obere Mantelabschnitt ist somit dem Zylinderkopf zugewandt. Durch die offene Konfiguration kann der Einlegeteil auch problemlos eingelegt werden. Dies kann zum Beispiel von oben bzw. von Seiten des Zylinderkopfes erfolgen, bevor dieser montiert wird. Der obere Mantelabschnitt kann in ein im Zylinderkopf ausgebildetes Kühlvolumen übergehen.It is conveniently provided that the coolant jacket is formed in a cylinder head side open configuration. The upper shell portion is thus facing the cylinder head. Due to the open configuration, the insert can also be easily inserted. This can be done for example from above or from the sides of the cylinder head before it is mounted. The upper shell portion may merge into a cooling volume formed in the cylinder head.

[0030] Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch eine eingangs beschriebene Brennkraftmaschine gelöst, die eine erfindungsgemäße Kühlungsstruktur für eine Zylinderanordnung ausbildet.The object of the invention is also achieved by an internal combustion engine described above, which forms a cooling structure according to the invention for a cylinder assembly.

[0031] Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren durch ein eingangs beschriebenes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gelöst, wobei in zumindest einer Phase des Betriebs der obere Mantelabschnitt und der untere Mantelabschnitt auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten werden und/oder die Durchflussrate durch den oberen Mantelabschnitt und die Durchflussrate durch den unteren Mantelabschnitt unterschiedlich eingestellt werden. Dies ermöglicht optimal abgestimmte Kühlstrategien.The object of the invention is further achieved by an initially described method for operating an internal combustion engine according to the invention, wherein in at least one phase of operation of the upper shell portion and the lower shell portion are kept at different temperature levels and / or the flow rate through the upper shell portion and the flow rate through the lower shell portion are set differently. This allows optimally coordinated cooling strategies.

[0032] Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass während der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine die Durchflussrate durch den oberen Mantelabschnitt einen ersten Wert aufweist und die Durchflussrate durch den unteren Mantelabschnitt einen zweiten Wert aufweist, wobei der zweite Wert kleiner als der erste Wert, vorzugsweise Null ist. Dadurch kann ein rascheres Aufheizen des Zylinderblockes erreichen werden, womit die Reibung zu reduziert wird, während gleichzeitig der zylinderkopfseitige Bereich und der Zylinderkopf (schon) gekühlt werden können.According to a variant of the invention it is provided that during the warm-up phase of the internal combustion engine, the flow rate through the upper shell portion has a first value and the flow rate through the lower shell portion has a second value, wherein the second value is smaller than the first value, preferably Is zero. Thereby, a faster heating of the cylinder block can be achieved, whereby the friction is reduced to, while the cylinder head side area and the cylinder head (already) can be cooled.

[0033] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Dabei zeigt [0034] Fig. 1 eine teilweise schematische Schnittansicht einer Brennkraftmaschine mitHereinafter, the invention with reference to non-limiting embodiments, which are illustrated in the figures, explained in more detail. FIG. 1 shows a partially schematic sectional view of an internal combustion engine. FIG

Zylinderblock und Zylinderkopf, [0035] Fig. 2a den Kühlflüssigkeitsmantel mit oberem und unterem Mantelabschnitt in Explo sionsdarstellung, [0036] Fig. 2b den Kühlflüssigkeitsmantel aus Fig. 2a im zusammengebauten Zustand, und [0037] Fig. 3 eine Ausführungsform eines Kühlflüssigkeitsmantels mit bevorzugten Strö mungsverhältnissen in Explosionsansicht, [0038] Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine 2 mit einer Kühlungsstruktur 1, die einen Kühlflüssigkeitsmantel 3 umfasst. Der Kühlflüssigkeitsmantel 3 umgibt eine Zylinderanordnung 4 und ist durch eine Abtrennung 5 in einen oberen Mantelabschnitt 6 und einen unteren Mantelabschnitt 7 unterteilt. Die Abtrennung 5 wird durch ein Einlegeelement 8 gebildet wird, das in den Kühlflüssigkeitsmantel 3 eingelegt ist.Cylinder block and cylinder head, Fig. 2a shows the cooling liquid jacket with upper and lower shell portion in exploded view, Fig. 2b shows the cooling liquid jacket of Fig. 2a in the assembled state, and Fig. 3 shows an embodiment of a cooling liquid jacket with preferred Strö tion ratios in an exploded view, Fig. 1 shows a section of an internal combustion engine 2 with a cooling structure 1, which includes a coolant jacket 3. The coolant jacket 3 surrounds a cylinder arrangement 4 and is divided by a partition 5 into an upper jacket section 6 and a lower jacket section 7. The partition 5 is formed by an insert element 8, which is inserted into the coolant jacket 3.

[0039] Das Einlegeelement 8 kann - wie in der dargestellten Ausführungsform - den oberen Mantelabschnitt 6 gegenüber dem unteren Mantelabschnitt 7 vollständig abdichten.The insert element 8 can - as in the illustrated embodiment - completely seal the upper shell portion 6 relative to the lower shell portion 7.

[0040] Das Einlegeelement 8 ist vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff bzw. einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kunststoff oder Keramik, gebildet.The insert element 8 is preferably formed of a non-metallic material or a material with low thermal conductivity, preferably plastic or ceramic.

[0041] Die Fig. 2a, 2b und 3 stellen jeweils den Kühlflüssigkeitsmantel dar, d.h. das für die Kühlflüssigkeit vorgesehene Volumen. Wie aus Fig. 2a, 2b und 3 zu sehen ist weist das Einlegeelement 8 eine flache Form auf und erstreckt sich in einer einzigen Ebene. Es weist - ent sprechend der Zylinderanordnung - eine geschlossene, hier ring- bzw. mehrringartige, Kontur auf.Figures 2a, 2b and 3 respectively illustrate the cooling liquid jacket, i. the volume intended for the cooling liquid. As can be seen from Figures 2a, 2b and 3, the insert element 8 has a flat shape and extends in a single plane. It has - accordingly the cylinder assembly - a closed, here annular or multi-ring, contour.

[0042] Die durch das Einlegeelement 8 definierte Trennebene zwischen oberem Mantelabschnitt 6 und unterem Mantelabschnitt 7 steht senkrecht zur axialen Erstreckung der Zylinder 10 der Zylinderanordnung 4 (Fig. 1) bzw. zur Zylinderlängsachse 100.The defined by the insert member 8 dividing plane between the upper shell portion 6 and the lower shell portion 7 is perpendicular to the axial extent of the cylinder 10 of the cylinder assembly 4 (Fig. 1) or to the cylinder longitudinal axis 100th

[0043] Im Übergangsbereich zwischen dem oberen Mantelabschnitt 6 und dem unteren Mantelabschnitt 7 (siehe z.B. Fig. 2b) ist ein vorzugsweise umlaufender Absatz 9 ausgebildet, auf dem das Einlegeelement 8 auf- bzw. anliegt. In der dargestellten Ausführungsform entsteht der Absatz 9 dadurch, dass der Querschnitt des unteren Mantelabschnittes 7 kleiner ist als der Querschnitt des oberen Mantelabschnittes 6.In the transition region between the upper shell section 6 and the lower shell section 7 (see, for example, Fig. 2b), a preferably circumferential shoulder 9 is formed, on which the insert element 8 rests or rests. In the illustrated embodiment, the shoulder 9 is formed by the fact that the cross section of the lower shell portion 7 is smaller than the cross section of the upper shell portion. 6

[0044] In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 weisen der obere Mantelabschnitt 6 und der untere Mantelabschnitt 7 jeweils einen gesonderten Kühlflüssigkeitseintritt 6a, 7a und Kühlflüssigkeitsaustritt 6b, 7b auf. Dadurch können geteilte bzw. unabhängig voneinander beaufschlagbare Kühlstrecken realisiert werden.In the embodiment according to FIG. 3, the upper casing section 6 and the lower casing section 7 each have a separate coolant inlet 6a, 7a and coolant outlet 6b, 7b. As a result, divided or independently pressurizable cooling sections can be realized.

[0045] In dem oberen Mantelabschnitt 6 sind zwei Kühlflüssigkeitssperren 11 angeordnet: Diese definieren entlang des Umfanges zwei Bereiche des oberen Mantelabschnittes 6 und bewirken, dass die Kühlflüssigkeit vom Kühlflüssigkeitseintritt 6a über einen ersten Bereich des Mantelabschnittes in den darüber angeordneten Zylinderkopf 13 geleitet (nach oben gerichtete Pfeile in Fig. 3; siehe auch Fig. 1) und von dort in den zweiten Bereich des Mantelabschnittes geleitet wird (nach unten gerichtete Pfeile in Fig. 3), bevor sie über den Kühlflüssigkeitsaustritt 6b den Kühlflüssigkeitsmantel 3 verlässt.Two coolant seals 11 are arranged in the upper jacket section 6: These define two regions of the upper jacket section 6 along the circumference and cause the cooling liquid from the coolant inlet 6a to be conducted over a first region of the jacket section into the cylinder head 13 arranged above it (upward 3), see also Fig. 1) and from there into the second region of the shell portion is directed (downward arrows in Fig. 3) before it leaves the cooling liquid jacket 3 via the cooling liquid outlet 6b.

[0046] Im unteren Mantelabschnitt 7 ist eine Sperre 11 zwischen dem Kühlflüssigkeitseintritt 7a und dem Kühlflüssigkeitsaustritt 7b angeordnet, um ein (einmaliges) Umströmen der Zylinderanordnung zu bewirken, bevor das Kühlmittel den Mantelabschnitt 7 wieder verlässt. Die Kühlflüssigkeitseintritte 6a, 7a und - austritte 6b, 7b sind dabei beispielhaft angeordnet und können auch anders ausgeführt sein.In the lower shell portion 7, a barrier 11 between the cooling liquid inlet 7a and the coolant outlet 7b is arranged to cause a (one-time) flow around the cylinder assembly before the coolant leaves the shell portion 7 again. The cooling liquid inlets 6a, 7a and - outlet 6b, 7b are arranged by way of example and may also be designed differently.

[0047] Fig. 1 zeigt, dass der untere Mantelabschnitt 7 und der obere Mantelabschnittes 6 in einem vorzugsweise einteiligen Gussteil (hier: Zylinderblock 12) ausgebildet sind.Fig. 1 shows that the lower shell portion 7 and the upper shell portion 6 in a preferably one-piece casting (here: cylinder block 12) are formed.

[0048] Der Kühlflüssigkeitsmantel 3 ist dabei in einer zylinderkopfseitig offenen Konfiguration („open-deck") ausgebildet.The coolant jacket 3 is formed in a cylinder head side open configuration ("open-deck").

[0049] Ein bevorzugtes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine 2 zeichnet sich dadurch aus, dass in zumindest einer Phase des Betriebs der obere Mantelabschnitt 6 und der untere Mantelabschnitt 7 auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten werden und/oder die Durchflussrate durch den oberen Mantelabschnitt 6 und die Durchflussrate durch den unteren Mantelabschnitt 7 unterschiedlich eingestellt werden.A preferred method for operating an internal combustion engine 2 is characterized in that in at least one phase of operation, the upper shell portion 6 and the lower shell portion 7 are maintained at different temperature levels and / or the flow rate through the upper shell portion 6 and the flow rate be set differently by the lower shell portion 7.

[0050] So kann zum Beispiel während der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine 2 die Durchflussrate durch den oberen Mantelabschnitt 6 einen ersten Wert aufweisen und die Durchflussrate durch den unteren Mantelabschnitt 7 einen zweiten Wert aufweisen, wobei der zweite Wert kleiner als der erste Wert, vorzugsweise Null (d.h. keine Durchströmung) ist. Dadurch kann ein rascheres Aufheizen des Zylinderblockes erreichen werden, womit die Reibung zu reduziert wird, während gleichzeitig der zylinderkopfseitige Bereich und der Zylinderkopf (schon) gekühlt werden können.Thus, for example, during the warm-up phase of the internal combustion engine 2, the flow rate through the upper shell section 6 has a first value and the flow rate through the lower shell section 7 has a second value, the second value being smaller than the first value, preferably zero ( ie no flow). Thereby, a faster heating of the cylinder block can be achieved, whereby the friction is reduced to, while the cylinder head side area and the cylinder head (already) can be cooled.

Claims (15)

Ansprücheclaims 1. Kühlungsstruktur (1) für eine Brennkraftmaschine (2) umfassend einen Kühlflüssigkeitsmantel (3), der eine Zylinderanordnung (4) umgibt und durch eine Abtrennung (5) in einen oberen Mantelabschnitt (6) und einen unteren Mantelabschnitt (7) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung (5) durch ein Einlegeelement (8) gebildet ist, das in den Kühlflüssigkeitsmantel (3) eingelegt ist.A cooling structure (1) for an internal combustion engine (2) comprising a coolant jacket (3) which surrounds a cylinder arrangement (4) and is divided by a partition (5) into an upper jacket section (6) and a lower jacket section (7), characterized in that the partition (5) by an insert element (8) is formed, which is inserted in the cooling liquid jacket (3). 2. Kühlungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (8) den oberen Mantelabschnitt (6) gegenüber dem unteren Mantelabschnitt (7) vollständig abdichtet.Second cooling structure (1) according to claim 1, characterized in that the insert element (8) the upper shell portion (6) relative to the lower shell portion (7) completely seals. 3. Kühlungsstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (8) aus einem nichtmetallischen Werkstoff gebildet ist und/oder den oberen Mantelabschnitt (6) gegenüber dem unteren Mantelabschnitt (7) thermisch isoliert.3. cooling structure (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the insert element (8) is formed of a non-metallic material and / or the upper shell portion (6) relative to the lower shell portion (7) thermally insulated. 4. Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (8) flache Form aufweist und sich in einer einzigen Ebene erstreckt und/oder dass das Einlegeelement (8) eine geschlossene, insbesondere ring- bzw. mehrringartige, Kontur aufweist.4. cooling structure (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insert element (8) has a flat shape and extends in a single plane and / or that the insert element (8) is a closed, in particular ring or multi-ring-like, contour. 5. Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Einlegeelement (8) definierte Trennebene zwischen oberem Mantelabschnitt (6) und unterem Mantelabschnitt (7) senkrecht zur axialen Erstreckung der Zylinder (10) der Zylinderanordnung (4) steht.5. cooling structure (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the by the insert element (8) defined parting plane between the upper shell portion (6) and lower shell portion (7) perpendicular to the axial extent of the cylinder (10) of the cylinder assembly (4) stands. 6. Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen dem oberen Mantelabschnitt (6) und dem unteren Mantelabschnitt (7) ein vorzugsweise umlaufender Absatz (9) ausgebildet ist, auf dem das Einlegeelement (8) aufliegt.6. cooling structure (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the transition region between the upper shell portion (6) and the lower shell portion (7) has a preferably circumferential shoulder (9) is formed, on which the insert element (8 ) rests. 7. Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Mantelabschnitt (6) und der untere Mantelabschnitt (7) jeweils einen gesonderten Kühlflüssigkeitseintritt (6a, 7a) und/oder Kühlflüssigkeitsaustritt (6b, 7b) aufweisen.7. cooling structure (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the upper shell portion (6) and the lower shell portion (7) each have a separate coolant inlet (6a, 7a) and / or coolant outlet (6b, 7b) , 8. Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberen Mantelabschnitt (6) und/oder in dem unteren Mantelabschnitt (7) entlang des Umfanges zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre (11) vorgesehen ist.8. cooling structure (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the upper shell portion (6) and / or in the lower shell portion (7) along the circumference at least one cooling liquid barrier (11) is provided. 9. Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Mantelabschnitt (7) und zumindest ein Teil des oberen Mantelabschnittes (6) in einem vorzugsweise einteiligen Gussteil ausgebildet sind.9. cooling structure (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lower shell portion (7) and at least a portion of the upper shell portion (6) are formed in a preferably one-piece casting. 10. Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Mantelabschnitt (7) und zumindest ein Teil des oberen Mantelabschnittes (6) in einem Zylinderblock (12) ausgebildet sind.10. cooling structure (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the lower shell portion (7) and at least a part of the upper shell portion (6) in a cylinder block (12) are formed. 11. Zylinderblock (12) für eine Brennkraftmaschine (2), wobei der Zylinderblock (12) eine Kühlungsstruktur (1) für eine Zylinderanordnung (4) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungsstruktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.11. Cylinder block (12) for an internal combustion engine (2), wherein the cylinder block (12) forms a cooling structure (1) for a cylinder assembly (4), characterized in that the cooling structure (1) is designed according to one of the preceding claims. 12. Zylinderblock (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeitsmantel (3) in einer zylinderkopfseitig offenen Konfiguration ausgebildet ist.12. Cylinder block (12) according to claim 11, characterized in that the cooling liquid jacket (3) is formed in a cylinder head side open configuration. 13. Brennkraftmaschine (2), welche eine Kühlungsstruktur (1) für eine Zylinderanordnung (4) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.13. Internal combustion engine (2), which forms a cooling structure (1) for a cylinder arrangement (4), characterized in that the cooling structure (1) is designed according to one of claims 1 to 10. 14. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Phase des Betriebs der obere Mantelabschnitt (6) und der untere Mantelabschnitt (7) auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten werden und/oder die Durchflussrate durch den oberen Mantelabschnitt (6) und die Durchflussrate durch den unteren Mantelabschnitt (7) unterschiedlich eingestellt werden.14. A method for operating an internal combustion engine (2) according to claim 13, characterized in that in at least one phase of operation, the upper shell portion (6) and the lower shell portion (7) are maintained at different temperature levels and / or the flow rate through the upper Sheath portion (6) and the flow rate through the lower shell portion (7) are set differently. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine (2) die Durchflussrate durch den oberen Mantelabschnitt (6) einen ersten Wert aufweist und die Durchflussrate durch den unteren Mantelabschnitt (7) einen zweiten Wert aufweist, wobei der zweite Wert kleiner als der erste Wert, vorzugsweise Null ist.15. The method according to claim 14, characterized in that during the warm-up phase of the internal combustion engine (2), the flow rate through the upper shell portion (6) has a first value and the flow rate through the lower shell portion (7) has a second value, wherein the second Value less than the first value, preferably zero.
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