AT4873U1

AT4873U1 - Brennkraftmaschine mit innerer verbrennung

Info

Publication number: AT4873U1
Application number: AT0048700U
Authority: AT
Inventors: Franz Dr Laimboeck
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2001-12-27
Also published as: ITMI20011400A0; US20020029752A1; US6530348B2; ITMI20011400A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Zylinderblock (2) an dem Kühlrippen angeformt sind, einem auf den Zylinderblock (2) aufgesetzten Zylinderkopf (3), wobei im Bereich mindestens eines im Zylinderblock (2) angeordneten Zylinders (7) erste Kühlkanäle (9) vorgesehen sind, die mit weiteren Kühlkanälen (10) in Verbindung stehen, die im Zylinderkopf (3) angeordnet sind. Eine Verbesserung der Kühlwirkung wird dadurch erreicht, dass im äußeren Bereich der Kühlrippen Wärmetauscher-Kanäle (19) vorgesehen sind, die mit den ersten Kühlkanälen (9) und den weiteren Kühlkanälen (10) einen innerhalb der Brennkraftmaschine geschlossenen Kühlkreislauf bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Zylinderblock an dem Kühlrippen angeformt sind, einem auf den Zylinder- block aufgesetzten Zylinderkopf, wobei im Bereich mindestens eines im Zylinder- block angeordneten Zylinders erste Kühlkanäle vorgesehen sind, die mit weiteren Kühlkanälen in Verbindung stehen, die im Zylinderkopf angeordnet sind.

Luftgekühlte Brennkraftmaschinen bieten beispielsweise beim Einsatz für Motor- räder, Karts oder dergleichen eine Reihe von Vorteilen. Einerseits ist hier der einfache Aufbau zu nennen, da keine Kühlmittelpumpen, externe Kühler oder dergleichen hierfür erforderlich sind. Weiters spielt in vielen Fällen das optische Erscheinungsbild des Motors eine grosse Rolle, da ein mit Kühlrippen versehener Motor als ästhetisch schön eingeschätzt wird. Nachteilig bei luftgekühlten Moto- ren ist jedoch die Begrenzung der Leistung, die durch die beschränkte Möglich- keit der Wärmeabfuhr gegeben ist und eine stets ungleichmässige Wärmevertei- lung aufgrund der Tatsache, dass ein interner Wärmeaustausch nicht so gut möglich ist wie bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen.

So ist zum Bei- spiel bei Motorrädern die Vorderseite der Zylinder im Allgemeinen aufgrund des Fahrtwindes wesentlich besser gekühlt als die Rückseite. Bei V-Motoren mit quer zur Fahrzeuglängsachse angeordneter Kurbelwelle ist wiederum der hintere Zy- linder im Allgemeinen thermisch benachteiligt.

Aus der WO 84/01979 ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem das Kühlmedium teilweise verdampft. Die Kondensation erfolgt in einem externen Kühler. Auch ein solches Kühlsystem ist baulich relativ aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die oben genannten Vorteile der Luftkühlung erhalten bleiben und bei der es möglich ist, die erzielte Leistung auf- grund verbesserter Kühlwirkung zu steigern.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass im äusseren Bereich der Kühl- rippen Wärmetauscher-Kanäle vorgesehen sind, die mit den ersten Kühlkanälen und den weiteren Kühlkanälen einen innerhalb der Brennkraftmaschine geschlos- senen Kühlkreislauf bilden. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung ist es mög- lich, bei sehr einfachem Aufbau eine Flüssigkeitskühlung vorzusehen, wobei ins- besondere ein externer Kühler vermieden werden kann. Das Erscheinungsbild von Motorrädern oder anderen Fahrzeugen wird daher in keiner Weise durch einen solchen Kühler beeinträchtigt. Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf

der Tatsache, dass die thermische Wirksamkeit von Kühlrippen mit deren Höhe zwar zunimmt, jedoch ab einer bestimmten Grenze eine zusätzliche Erhöhung nur mehr geringe Beiträge zur Kühlung liefern kann.

Durch die Erfindung ist es möglich, auch die äusseren Bereiche der Kühlrippen in das Kühlsystem wirksam einzubeziehen.

Eine konstruktiv besonders günstige Lösung ist dadurch verwirklicht, dass im unteren Bereich des Zylinderblocks Verbindungsbohrungen vorgesehen sind, die die Wärmetauscher-Kanäle mit den ersten Kühlkanälen verbinden. Unter Einbe- ziehung der Tatsache, dass die Wärmetauscher-Kanäle in der Einbaulage im We- sentlichen senkrecht angeordnet sind, wird dadurch die Thermosyphonwirkung, die das Kühlmedium zirkulieren lässt, optimiert. Ein besonderer Vorteil der Erfin- dung besteht darin, dass zugelassen werden kann, dass das Kühlmedium bei ex- tremer Belastung der Brennkraftmaschine in den ersten Kühlkanälen teilweise siedet. Durch das Sieden wird die Umwälzung des Kühlmediums extrem be- schleunigt und dadurch die Kühlwirkung entsprechend verbessert.

Damit die Drücke beim Sieden des Kühlmediums innerhalb vertretbarer Grenzen bleiben, kann insbesondere vorgesehen sein, dass im oberen Bereich des Zylinderkopfes ein Ausgleichsbehälter eingeformt ist, der dazu ausgebildet ist, einen Volums- ausgleich zu gewährleisten.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist dann ge- geben, wenn die Wärmetauscher-Kanäle im äusseren Bereich der Kühlrippen an- geordnet sind. Auf diese Weise können die Kühlrippen als Wärmetauscherflächen zur Umgebungsluft besonders günstig ausgenützt werden.

Ein besonders günstiger Aufbau wird dadurch ermöglicht, dass mehrere Wärme- tauscher-Kanäle zu einem Kühlregister zusammengefasst sind, das über eine einzelne Verbindungsöffnung mit den weiteren Kühlkanälen verbunden ist. Auf diese Weise kann die Anzahl der abzudichtenden Verbindungen zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf minimiert werden.

Eine thermisch besonders effiziente Brennkraftmaschine kann erreicht werden, wenn der Zylinder der Brennkraftmaschine von mehreren Kühlregistern umgeben ist. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Kühlregister über eine einzelne Verbin- dungsbohrung mit den ersten Kühlkanälen verbunden ist. Auf diese Weise kann auch ein besonders günstiger interner Wärmeaugleich verwirklicht werden.

Auf eine Kühlmittelpumpe kann insbesondere dadurch verzichtet werden, dass die ersten Kühlkanäle, die weiteren Kühlkanäle und die Wärmetauscher-Kanäle ein geschlossenes Kühlsystem bilden, in dem ein Kühlmedium frei zirkuliert.

Durch den Entfall mechanisch beweglicher Bauteile wird eine besonders robuste und langlebige Lösung erreicht.

In der Folge wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellte Ausfüh- rungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Brenn- kraftmaschine und die Fig. 2 eine Ansicht des Zylinderblocks der Brennkraftma- schine von Fig. 1 von unten.

Die Brennkraftmaschine gemäss Fig. 1 und Fig. 2 besteht aus einem Motorblock 1, einem Zylinderblock 2 und einem darauf befestigten Zylinderkopf 3. Im Motorblock 1 ist eine Kurbelwelle 4 angeordnet, die über ein Pleuel 5 mit einem Kolben 6 in Verbindung steht, der in einem Zylinder 7 entlang der Zylinderachse 8 hin und her beweglich ist. Der Zylinder 7 ist von ersten Kühlkanälen 9 umge- ben, die sich im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse 8 senkrecht von oben nach unten erstrecken. Die ersten Kühlkanäle 9 stehen mit weiteren Kühlkanälen 10 im Zylinderkopf 3 in Verbindung, die zunächst dem Umriss des Brennraums 11 folgen und dann in einem Verbindungsabschnitt 12 nach aussen geführt wer- den.

Die weiteren Kühlkanäle 10 stehen innerhalb des Zylinderkopfes 3 über eine Verbindungsbohrung 13 mit einem Ausgleichsbehälter 14 in Verbindung, der im Betrieb teilweise mit Kühlmedium gefüllt ist. Der Wasserspiegel 15 des Kühl- mediums wird im Wesentlichen durch die Höhe einer Einfüllöffnung 16 definiert.

Die Verbindungsabschnitte 12 stehen jeweils mit einer Verbindungsöffnung 17 im äusseren Bereich des Zylinderblocks 2 in Verbindung, der unmittelbar unterhalb des Zylinderkopfes 3 in einen Verteiler 18 übergeht, von dem aus mehrere Wär- metauscherkanäle 19 senkrecht nach unten geführt sind. Im unteren Bereich des Zylinderblocks 2 münden die Wärmetauscherkanäle 19 jeweils in einen Sammler 20, der über eine Verbindungsbohrung 21 mit den ersten Kühlkanälen 9 in Ver- bindung steht. Die Deckel 22 verschliessen die Wärmetauscherkanäle 19 nach unten hin.

Die Wärmetauscherkanäle 19 bilden insgesamt vier Register 23, die parallel zu der Kurbelwellenachse bzw. rechtwinkelig dazu angeordnet sind. Die einzelnen Wärmetauscherkanäle 19 sind in Butzen 24 der Kühlrippen 25 angeordnet, wobei der Abstand d der einzelnen Register 23 von der Zylinderachse etwa 70% des Abstandes D des Randes der Kühlrippen 25 von der Zylinderachse 8 ist.

Durch die vorliegenden Erfindung ist es möglich, in einfacher Weise die Vorteile von luftgekühlten Brennkraftmaschinen mit denen von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen zu verbinden.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Zylinderblock (2) an dem Kühlrippen angeformt sind, einem auf den Zylinderblock (2) aufge- setzten Zylinderkopf (3), wobei im Bereich mindestens eines im Zylinder- block (2) angeordneten Zylinders (7) erste Kühlkanäle (9) vorgesehen sind, die mit weiteren Kühlkanälen (10) in Verbindung stehen, die im Zylinder- kopf (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im äusseren Bereich der Kühlrippen Wärmetauscher-Kanäle (19) vorgesehen sind, die mit den ersten Kühlkanälen (9) und den weiteren Kühlkanälen (10) einen innerhalb der Brennkraftmaschine geschlossenen Kühlkreislauf bilden.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Zylinderblocks (2) Verbindungsbohrungen (21) vorge- sehen sind, die die Wärmetauscher-Kanäle (19) mit den ersten Kühlkanälen (9) verbinden.
3. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Wärmetauscher-Kanäle (19) in der Einbaulage im Wesentlichen senkrecht angeordnet sind.
4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass im oberen Bereich des Zylinderkopfes (3) ein Ausgleichsbe- hälter (14) eingeformt ist, der dazu ausgebildet ist, einen Volumsausgleich zu gewährleisten.
5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kühlkanäle (9,10) und die Wärmetauscher-Kanäle (19) mit einem Kühlmedium gefüllt sind, das einen Siedepunkt aufweist, der ein teilweises Verdampfen des Kühlmediums in den Kühlkanälen (9,10) ermög- licht.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Wärmetauscher-Kanäle (19) im äusseren Bereich der Kühlrippen angeordnet sind.
7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass mehrere Wärmetauscher-Kanäle (19) zu einem Kühlregister (23) zusammengefasst sind, das über eine einzelne Verbindungsöffnung (17) mit den weiteren Kühlkanälen (10) verbunden ist. <Desc/Clms Page number 5>
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (7) der Brennkraftmaschine von mehreren Kühlregistern (23) um- geben ist.
9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Kühlregister (23) über eine einzelne Verbindungsboh- rung (21) mit den ersten Kühlkanälen (9) verbunden ist.
10. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die ersten Kühlkanäle (9), die weiteren Kühlkanäle (10) und die Wärmetauscher-Kanäle (19) ein geschlossenes Kühlsystem bilden, in dem ein Kühlmedium frei zirkuliert.