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Zylinderkühlung für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Zylinderkühlung für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen mit dem
Kühlmitteleintritt im oberen, bundseitigen Teil der Laufbüchse und einem im Bereich der
Eintrittsöffnung angeordneten Steg, bei der das beispielsweise vom Wärmetauscher kommende
Kühlmittel, in der Regel Wasser, durch eine Kühlmittelzuführungsleitung, die im Gehäuse eingegossen oder auch aussen angebracht ist, den einzelnen Zylindern, die bei Mehrzylindermotoren vorzugsweise blockförmig in Reihe angeordnet sind, zugeführt wird.
Bekannt sind Ausführungen von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen, bei denen das vom
Wärmetauscher kommende Kühlmittel ungefähr in Höhe der unteren Zylinderbüchsenaufnahme in den
Motor eintritt und hier unmittelbar auf die Zylinderbüchse trifft.
An dieser Stelle wird die Zylinderbüchse intensiv gekühlt, während die gegenüberliegende Seite und besonders aber der Bereich am oberen Totpunkt des Kolbens, der durch die im Inneren stattfindende Verbrennung besonders stark aufgeheizt wird, mit schon erwärmtem Kühlmittel beaufschlagt wird. Durch diese bekannte und allgemein übliche Anordnung der Kühlmittelzuführung treten während des Motorbetriebes erhebliche Temperaturdifferenzen in der Wand der Zylinderbüchse sowohl am Umfang, als auch in axialer Richtung auf, die Einfluss auf die geometrische Form der Laufbüchse haben und als Hauptursache von Kolbenstörungen angesehen werden müssen, wobei neben dem Ausfall von Kolben und Zylinderbüchse unter Umständen noch weitere Motorenhauptbauteile zu Schaden kommen können.
Ausserdem kann durch die Zylinderbüchsenverformung, welche durch die Temperaturdifferenzen bedingt ist, der Reibungsverlust über den normalen Wert ansteigen, so dass der mechanische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine ungünstiger wird.
Bekannt ist auch, den Kühlmittelzutritt in den Bereich der heissesten Zone (Kolbenringpartie bei Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt) zu legen. Bei einer andern bekannten Anordnung liegt ferner auch die Eintrittsöffnung im oberen Bereich des Zylinders, das frische Kühlwasser wird aber durch eine Rohrleitung zum Fuss der Zylinderbüchse geleitet.
Bei einer bekannten Schweisskonstruktion für die Zylinderkühlung liegt der Kühlwassereintritt ungefähr in der Mitte der Laufbüchsenhöhe ; dabei ist eine stegartige Zwischenplatte über der Eintrittsöffnung des Kühlmittels vorgesehen und behindert den Zutritt des Kühlmittels zum heissesten Bereich der Laufbüchse nahe des Brennraumes, wodurch dieser Bereich schlecht gekühlt und der Fuss der Laufbüchse unterkühlt wird. Die Zwischenplatte ist nicht eingebracht, um die Kühlung der Laufbüchse zu steuern, sondern ist zur Verwirklichung einer sicheren Schweisskonstruktion erforderlich.
Schliesslich gibt es bereits eine Konstruktion, bei der das frisch eintretende Kühlmittel am gesamten Umfang von der verrippten Laufbüchse ferngehalten wird und den Brennbereich, d. h. die Kolbenringpartie im oberen Totpunkt erst kühlen kann, wenn es vom Fuss der Laufbüchse her aufsteigt, was eine schlechtere Kühlung dieses Bereiches bedeutet.
Es ist Zweck der Erfindung, Motorschäden infolge Kolbenfresser zu vermeiden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, durch konstruktive Massnahmen zu erreichen, dass die Differenz der
Zylinderwandtemperaturen an verschiedenen Stellen der Zylinderbüchse sowohl am Umfang als auch in
Richtung der Zylinderachse während des Motorenbetriebes möglichst klein ist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Steg im Abstand von der Eintrittsöffnung zwischen dieser und der Zylinderbüchse liegt, mindestens so breit wie die Kühlmitteleintrittsöffnung ausgeführt ist und als Prallfläche zur Ablenkung des eintretenden Kühlmittelstromes zur Seite und zum Fuss der Laufbüchse hin über einen Teil oder die gesamte gekühlte Länge der Zylinderbüchse reicht und diese bis zu einem Viertel ihres Umfanges umschliesst, wobei bei Anordnung einer an sich bekannten, unterhalb der Eintrittsöffnung den Kühlmittelraum unter Belassung eines Ringspaltes entlang der Laufbüchse unterteilenden Stauwand der Steg mit letzterer verbunden ist.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird verhindert, dass das zuströmende Kühlmittel unmittelbar auf die Zylinderbüchse prallt und dadurch nur einem verhältnismässig eng begrenzten Bereich, den Auftreffbereich, besonders stark kühlt. Ausserdem wird der durch das direkte Auftreffen des Kühlmittels auf die Zylinderwand auftretende sogenannte Lochfrass, der zur Zerstörung der Zylinderbüchse führt, vermieden. Ferner ist es möglich, die Wandtemperaturen der Zylinderbüchse in Richtung Zylinderachse in verhältnismässig engen Grenzen einander anzupassen, indem der übertritt des vom Wärmetauscher kommenden Kühlmittels vom oberen Kühlraum in den unteren und der übertritt des erwärmten vom unteren in den oberen infolge der Thermosyphonwirkung durch kalibrierte Kühlmittelaustauschöffnungen dosiert wird.
Es ist also durch diese erfindungsgemässe Anordnung möglich, die Wärmeabfuhr von der Zylinderwand verhältnismässig genau zu steuern und so die Kühlung den Erfordernissen der einzelnen Motortypen optimal anzupassen. Ausserdem ist es möglich, durch den gestuerten Kühlmittelaustausch zwischen einem oberen und einem unteren Kühlraum das Temperaturniveau der gesamten Zylinderbüchse, dadurch, dass der obere durch die Verbrennung stärker erhitzte Zylinderbereich noch intensiver gekühlt wird, weiter abzusenken. Besonders vorteilhaft für die erfindungsgemässe Ausführung einer Zylinderkühlung ist die an sich bekannte Kühlmittelabführung über den Zylinderkopf.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 1 den Querschnitt durch einen Zylinderblock, Fig. 2 den Schnitt nach Fig. 1 und Fig. 3 den Querschnitt durch einen Zylinderblock mit zusätzlicher Stauwand.
Durch die Kühlmitteleintrittsöffnung --1--, die in Höhe der Kolbenringpartie bei Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt angeordnet ist, strömt das Kühlmittel zunächst auf den Steg--3-, durch den es geteilt wird (Fig. 1). Ein Teil des Kühlmittels trifft seitlich des Steges --3-- auf die
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--2--,Diese genannten Teilströme bewirken eine intensive Kühlung der stärker erhitzten oberen Zylinderpartie. Die andern Abschnitte der Zylinderbüchse-2-werden durch den vom Steg-3in axialer Richtung abgelenkten und infolge der Thermosyphonwirkung an ihr wieder aufsteigenden Kühlmittelstrom gekühlt. Dieser Kühlmittelfluss wird durch die Abführung des Kühlmittels über den Zylinderkopf unterstützt.
Wenn zur weiteren Verbesserung der Kühlwirkung zusätzlich eine Stauwand --9-- eingebracht ist (Fig. 3), prallt der von dem mit der Stauwand --9-- verbundenen Steg --3-- in Richtung Zylinderachse abgelenkte Kühlmittelteilstrom auf die eingebrachte Stauwand --9-- und teilt sich wieder.
Ein Teil des Kühlmittels strömt unter dem Steg hindurch, oder wenn bei schmalem Steg --3-keine Öffnung zwischen Steg --3-- und Stauwand --9-- vorhanden ist, seitlich um den Steg - herum an die Zylinderbüchse --2-- und von dort teilweise durch die ebenfalls seitlich
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--9-- eingebrachtKühlraum--6--. Der andere Teil strömt durch die kalibrierten und entsprechend angeordneten Öffnungen--4--in den unteren Kühlraum--6--. Infolge der Thermosyphonwirkung während des Kühlprozesses steigt das Kühlmittel an der Wand der Zylinderbüchse --2-- durch die Kühlmittelaustauschöffnungen--8-wieder in den oberen Kühlraum-7-auf und wird zusammen mit dem im oberen Kühlraum --7-- verbliebenen Kühlmittel durch Bohrungen--10-- abgeführt.
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--1-- zugekehrten- -11--.
Die erfindungsgemässe Konstruktion bringt den Vorteil mit sich, dass eine unmittelbare Beaufschlagung der Zylinderwand bei krassen Temperaturänderungen verhindert wird. Diese sind, z. B. bei stationären Motoren, mit einer Frischwasserzuführung über den Wärmetauscher oder bei Fahrzeugmotoren bei länger anhaltenden Talfahrten, sofern im Kühlmittelkreislauf kein Thermostat oder keine Lüfterschaltkupplung angeordnet bzw. diese defekt sind, vorhanden. Ferner ergibt sich mit der Verlegung der Kühlmittelzuführung in Höhe der oberen Partie der Zylinderlaufbüchse eine günstige Tempertur-Längs-und-Rundverteilung, wodurch die Laufbuchsenverformung im Betriebsverhalten des Motors positiv beeinflusst wird.
Die der erfinderischen Lösung zugrundeliegenden technischen Massnahmen brachten so weiterhin den Vorteil, dass kleinere Kolbeneinbauspiele vorgegeben werden konnten, die wieder günstigen Einfluss auf den Schmierölverbrauch hatten und zum Abbau mechanischer Geräusche führten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zylinderkühlung für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen mit dem Kühlmitteleintritt im oberen, bundseitigen Teil der Laufbüchse und einem im Bereich der Eintrittsöffnung angeordneten Steg,
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zwischen dieser und der Zylinderbüchse (2) liegt, mindestens so breit wie die Kühlmitteleintrittsöffnung ausgeführt ist und als Prallfläche zur Ablenkung des eintretenden Kühhnittelstromes zur Seite und zum Fuss der Laufbüchse hin über einen Teil oder die gesamte gekühlte Länge der Zylinderbüchse reicht und diese bis zu einem Viertel ihres Umfanges umschliesst, wobei bei Anordnung einer an sich bekannten, unterhalb der Eintrittsöffnung den Kühlmittelraum (11) unter Belassung eines Ringspaltes (8) entlang der Laufbüchse unterteilenden Stauwand (9) der Steg mit letzterer verbunden ist.
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