DE102005014756A1

DE102005014756A1 - Kühlstruktur für einen Zylinderblock

Info

Publication number: DE102005014756A1
Application number: DE102005014756A
Authority: DE
Inventors: Takashi Toyota Matsutani; Takanori Toyota Nakada; Yoshikazu Toyota Shinpo; Makoto Obu Hatano; Takashi Obu Kubota
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: DE102005014756B8; FR2868479B1; US7278380B2; DE102005014756B4; JP4279713B2; JP2005291005A; US20050217614A1; FR2868479A1

Abstract

Eine Kühlstruktur (1) zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung (11b) eines Zylinderblocks (10) unter Benutzung eines Kühlmittels (100W) umfaßt einen Wassermantelabschnitt (12), der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang der mehrere Bohrungsabschnitte (111, 112, 113) umgebenden Bohrungswandung (11b) umschließt und mit dem Kühlmittel (100W) versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück (20), das in den Wassermantelabschnitt (12) derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) ein Zwischenraum besteht. Der Zylinderblock (10) umfaßt einen Zwischenbohrungsbereich (10b), der sich zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen (111, 112, 113) befindet, und einen anderen Bereich (10a) als den Zwischenbohrungsbereich (10b). Ein Bereich des Abstands zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) im Zwischenbereich (10b) zwischen den Bohrungen ist kleiner als ein Bereich des Abstands zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) in dem anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbohrungsbereich (10b).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks und insbesondere eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks, die es ermöglicht, den Zylinderblock gleichmäßig zu kühlen.

Eine konventionelle Kühlstruktur eines Zylinderblocks ist beispielsweise durch die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-30989 offenbart.

Bei der durch die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-30989 offenbarten, konventionellen Art einer Kühlstruktur eines Zylinderblocks wird die Temperatur einer Bohrungswandung in einer Umfangsrichtung der Bohrung gleichmäßig gestaltet durch das Einsetzen eines von einem Zylinderblock getrennten Zwischenstücks für einen Wassermantel in einen Wassermantel des Zylinderblocks.

Bei der konventionellen Struktur eines Zylinderblocks wird jedoch ein sich befindender Zwischenbereich in der Nähe einer Grenze zwischen einander benachbarten Bohrungen nicht ausreichend gekühlt. Dies wird darauf zurückgeführt, daß das Kühlmittel aufgrund seiner Trägheit nicht mit einem ausreichenden Durchfluß dem scharf eingeschnürten Bereich zwischen den Bohrungsbereichen (nachfolgend Zwischenbohrungsbereich genannt) zugeführt wird und das Kühlmittel im Zwischenbohrungsbereich zum Stillstand kommt. Auch weil die Querschnittsfläche des Strömungskanals in die sem Zwischenbohrungsbereich groß ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit im Zwischenbohrungsbereich reduziert und deshalb der Zwischenbohrungsbereich nicht ausreichend gekühlt. Das ist darauf zurückzuführen, daß das Kühlmittel dem scharf eingeschnürten Bereich zwischen den Bohrungsbereichen nicht mit der erforderlichen Durchflußgröße zugeführt wird und dieser Bereich deshalb nicht ausreichend gekühlt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung dient dem Zweck, das vorstehend erwähnte Problem zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks zu schaffen, die es ermöglicht, den Zylinderblock gleichförmig zu kühlen.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlstruktur zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung eines Zylinderblocks unter Benutzung eines Kühlmittels. Die Kühlstruktur eines Zylinderblocks umfaßt einen Wassermantelabschnitt, der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang der mehrere Bohrungsabschnitte umgebenden Bohrungswandung umschließt und mit dem Kühlmittel versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück, das in den Wassermantelabschnitt derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück ein Zwischenraum besteht. Der Zylinderblock umfaßt einen Zwischenbohrungsbereich, der sich in der Nähe einer Grenze zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen befindet und einen anderen Bereich als den Zwischenbohrungsbereich, wobei eine Querschnittsfläche des Raums zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück im Zwischenbohrungsbereich kleiner ist als eine Querschnittsfläche des Raums zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück in dem anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich.

Bei einer derart gestalteten Kühlstruktur eines Zylinderblocks ist der Bereich des Raums zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück im Zwischenbohrungsbereich kleiner als der Bereich des Raums zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück in dem anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich. Deshalb wird im Zwischenbohrungsbereich die Strömungsgeschwin digkeit zwischen dem Wassermantelzwischenstück und der Bohrungswandung erhöht. Im allgemeinen wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich erhöht wird, in diesem Bereich auch die Kühlgeschwindigkeit (die pro Zeiteinheit übertragene Wärmemenge) erhöht. Es ist deshalb möglich, den Zwischenbohrungsbereich, wo in einem konventionellen Fall eine Anhäufung der Wärme zu erwarten ist, ausreichend zu kühlen. Es ist deshalb möglich, eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks vorzusehen, die eine gleichförmige Kühlung des Zylinderblocks ermöglicht.

Bei der Kühlstruktur eines Zylinderblocks kann eine Ausnehmung im Wassermantelzwischenstück sowohl im Zwischenbohrungsbereich als auch im anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich derart angeordnet sein, daß die Form der Ausnehmung im Zwischenbohrungsbereich sich von der Form der Ausnehmung in den anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich unterscheidet.

Nachdem die Ausnehmung im Wassermantelzwischenstück sowohl im Zwischenbohrungsbereich als auch im anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich so ausgebildet ist, daß die Form der Ausnehmung im Zwischenbohrungsbereich sich von der Form der Ausnehmung im anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich unterscheidet, kann die Querschnittsfläche des Raums zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück im Zwischenbohrungsbereich kleiner gemacht werden als die Querschnittsfläche des Raums zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück in dem anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlstruktur zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung eines Zylinderblocks unter Benutzung eines Kühlmittels. Die Kühlstruktur des Zylinderblocks umfaßt einen Wassermantelabschnitt, der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang einer mehrere Bohrungsabschnitte umgebenden Bohrungswandung umschließt und mit dem Kühlmittel versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück, das in den Wassermantelabschnitt derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück ein Zwischenraum besteht. Bei der Kühlstruktur eines Zylinderblocks umfaßt der Zylinderblock einen Zwischenbohrungsbereich, der sich in der Nähe einer Grenze zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen befindet und einen anderen Bereich als den Zwischenbohrungsbereich, wobei der Raum zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück so ausgebildet ist, daß eine Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung und einer Hauptströmung des Kühlmittels im Zwischenbohrungsbereich größer ist als eine Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung und der Hauptströmung des Kühlmittels in dem anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich.

Bei der so gestalteten Kühlstruktur eines Zylinderblocks ist die Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung und einer Hauptströmung des Kühlmittels im Zwischenbohrungsbereich größer als eine Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung und der Hauptströmung des Kühlmittels in dem anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich. Deshalb wird in dem Zwischenbohrungsbereich die Wärmeübertragungsfläche erhöht. Im allgemeinen ist die übertragene Wärmemenge proportional zur Wärmeübertragungsfläche. Weil die Wärmeübertragungsfläche erhöht wird, wird eine größere Wärmemenge übertragen. Somit ist es möglich, den Zwischenbohrungsbereich ausreichend zu kühlen. Als Ergebnis ist es möglich, eine Kühlstruktur des Zylinderblocks vorzusehen, die eine gleichförmige Kühlung des Zylinderblocks ermöglicht.

Bei der Kühlstruktur eines Zylinderblocks kann eine Ausnehmung im Wassermantelzwischenstück sowohl im Zwischenbohrungsbereich als auch im anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich derart angeordnet sein, daß die Form der Ausnehmung im Zwischenbohrungsbereich sich von der Form der Ausnehmung im anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich unterscheidet.

Nachdem die Ausnehmung im Wassermantelzwischenstück sowohl im Zwischenbohrungsbereich als auch im anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich so ausgebildet ist, daß die Form der Ausnehmung im Zwischenbohrungsbereich sich von der Form der Ausnehmung in dem anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich unterscheidet, kann der Raum zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück so ausgebildet werden, daß eine Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung und der Hauptströmung des Kühlmittels im Zwischenbohrungsbereich größer ist als eine Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück in dem anderen Bereich als dem Zwischenbohrungsbereich.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlstruktur zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung eines Zylinderblocks unter Benutzung eines Kühlmittels. Die Kühlstruktur des Zylinderblocks umfaßt einen Wassermantelabschnitt, der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang einer mehrere Bohrungsabschnitte umgebenden Bohrungswandung umschließt und mit dem Kühlmittel versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück, das in den Wassermantelabschnitt derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung und dem Wassermantelzwischenstück ein Zwischenraum besteht. Bei der Kühlstruktur des Zylinderblocks umfaßt der Zylinderblock einen Grenzbereich zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen und die Kühlstruktur schließt weiter eine Rippe ein, die geeignet ist, das Kühlmittel gegen den Grenzbereich zu leiten.

Bei einer so gestalteten Kühlstruktur eines Zylinderblocks wird durch die Rippe das Kühlmittel aktiv gegen den Grenzbereich geleitet, wo eine Anhäufung der Wärme zu erwarten ist. Deshalb kann der Grenzbereich ausreichend gekühlt werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks vorzusehen, die eine gleichförmige Kühlung des Zylinderblocks ermöglicht.

Die Rippe kann in das Wassermantelzwischenstück integriert sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehende erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile, technische und industrielle Kennzeichen dieser Erfindung werden besser verstanden durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung beispielsweiser Ausführungsformen der Erfindung, wenn dies in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen geschieht, in denen zeigt:
1 eine Draufsicht, die eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in 1,
3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in 1,
4 eine Draufsicht, die eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
5 eine Draufsicht, die einen in 4 durch einen durchbrochenen Kreis gekennzeichneten vergrößerten Abschnitt darstellt,
6 eine Draufsicht, die eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
7 einen Querschnitt längs der Linie VII-VII in 6 und
8 einen Querschnitt längs einer Linie VIII-VIII in 6.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beispielhaften Ausführungsformen mehr im Detail beschrieben. In der Beschreibung werden gleiche oder äquivalente Elemente durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet und auf deren doppelte Beschreibung wird verzichtet.
Die 1 ist eine Draufsicht zur Darstellung der Kühlstruktur eines Zylinderblocks nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 gezeigt, umfaßt eine Kühlstruktur 1 eines Zylinderblocks einen Wassermantelabschnitt 12, der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang einer Bohrungswandung 11b umgibt, die mehrere Bohrungsbereiche 111, 112 und 113 umschließt, und ein Wassermantelzwischenstück 20, das in den Wassermantelabschnitt 12 derart eingesetzt ist, daß ein Abstand zwischen der Bohrungswandung 11b und dem Wassermantelzwischenstück 20 geschaffen wird. Die Temperatur der Bohrungswandung 11b wird gleichmäßig gehalten durch Zuführung eines Kühlmittels in den Wassermantelabschnitt 12. Ein Zylinderblock 10 weist Zwischenbohrungsbereiche 10b auf, deren jeder in der Nähe einer Grenze zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen positioniert ist, und andere Bereiche 10a, die andere Bereiche als die Zwischenbohrungsbereiche 10b sind. Ein Bereich des Zwischenraums zwischen der Bohrungswandung 11b und dem Wassermantelzwischenstück 20 im Zwischenbohrungsbereich 10b ist kleiner als ein Bereich des Zwischenbohrungsbereichs der Bohrungswandung 11b und dem Wassermantelzwischenstück 20 im anderen Bereich 10a, der der andere Bereich als der Zwischenbohrungsbereich 10b ist.
Bei der Kühlstruktur 1 eines Zylinderblocks wird der Zylinderblock 10 durch das Kühlmittel gekühlt. Der Zylinderblock 10 enthält eine Zylinderbüchsenanordnung 11, einen Wassermantelabschnitt 12, der eine nutartige Form aufweist und die Zylinderbüchsenanordnung 11 umgibt, und einen Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks, der den Wassermantelabschnitt 12 umgibt.
Die Zylinderbüchsenanordnung 11 schließt drei Bohrungsbereiche 111, 112 und 113 ein. Jeder der Bohrungsbereiche 111, 112 und 113 wird von einer Eisenlegierung und die Eisenlegierung von einer Aluminiumlegierung umgeben. Die Zylinderbüchsenanordnung 11 wird vom Wassermantelabschnitt 12 umschlossen, in dem das Kühlmittel fließt. Der Wassermantelabschnitt 12 besitzt eine konkave Form. Der Wassermantelabschnitt 12 hat eine nutartige Form. Außerdem hat der Wassermantelabschnitt 12 eine Form, die der Form der Zylinderbüchsenanordnung 11 ähnlich ist, so daß sie die Zylinderbüchsenanordnung 11 umgibt. Der Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks ist ein Hauptkörper des Motorblocks und aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Jeder der Bohrungsbereiche 111, 112 und 113 ist ein hohler, zylindrischer Bereich. In jedem der Bohrungsbereiche 111, 112 und 113 ist ein Kolben vorgesehen und hin und her beweglich. Demgemäß erstrecken sich die Zylinder in den Bohrungsbereichen 111, 112 und 113 parallel zueinander, das heißt, die Achsen der Zylinder in den Bohrungsbereichen 111, 112 und 113 erstrecken sich parallel zueinander.
Ein (nicht gezeigter) Einlaß für das Kühlmedium ist an einem Abschnitt des Basisabschnitts 13 des Zylinderblocks vorgesehen. Nachdem das Kühlmittel durch den Einlaß eingeführt ist, fließt das Kühlmittel in den Wassermantelabschnitt 12, wie durch einen Pfeil 101 angezeigt ist, und entfernt die Wärme von der Bohrungswandung 11b. Nachdem das Kühlmedium die Wärme entfernt hat, wird das Kühlmittel durch eine Durchbrechung in der Dichtungsplatte dem Zylinderkopf (engine head) zugeführt. Im Zylinderkopf kühlt das Kühlmittel verschiedene Komponenten, die den Zylinderkopf bilden. Einer der Zwischenbohrungsbereiche 10b ist in der Nähe der Grenze zwischen den Bohrungsbereichen 111 und 112 und der andere Zwischenbohrungsbereich 10b ist in der nähe der Grenze zwischen den Bohrungsbereichen 112 und 113 positioniert. Es ist wahrscheinlich, daß sich die Wärme in den Zwischenbohrungsbereichen 10b sammelt.
Die 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II in 1. Die 3 ist ein Querschnitt längs der Linie III-III in 1. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, schließt der Zylinderblock 10 die Zylinderbüchsenanordnung 11 ein, die im Inneren des Zylinderblocks 10 angeordnet ist, sowie den Wassermantelabschnitt 12, der so angeordnet ist, daß er die Zylinderbüchsenanordnung 11 umgibt und als Kühlmittelkanal dient, und den Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks, der den Wassermantelabschnitt 12 umgibt und der Zylinderbüchsenanordnung 11 gegenüberliegt.
Die Zylinderbüchsenanordnung 11 schließt den Bohrungsbereich 112 ein, in den ein Kolben 50 eingefügt ist. Der Bohrungsbereich 112 ist ein hohler Bereich, der eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist. Die mehreren Bohrungsbereiche sind in einer Richtung angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform sind drei Bohrungsbereiche vorgesehen. Die Zahl der Bohrungsbereiche ist jedoch nicht auf drei beschränkt. Die Zahl der Bohrungsbereiche kann unterschiedlich verändert werden. Die Zylinderbüchsenanordnung 11 schließt die Bohrungswandung 11b ein. Die Bohrungswandung 11b wird durch das Kühlmittel 100W gekühlt. Die im Bohrungsbereich 112 erzeugte Wärme wird von der Bohrungswandung 11b an das Kühlmittel 100W abgeleitet.
Der Wassermantelabschnitt 12 ist ein V-förmiger Abschnitt und besitzt eine Tiefe und eine Breite, die ausreichend sind zur Aufnahme des Wassermantelzwischenstücks 20. Bei dieser Ausführungsform ist der Zylinderblock 10 ein Zylinderblock der Bauart mit offener Oberseite (open deck). Der Wassermantelabschnitt 12 ist zur Oberseite 10d hin geöffnet. Der Wassermantelabschnitt 12 ist zwischen der Zylinderbüchsenanordnung 11 und dem Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks angeordnet. Das Wassermantelzwischenstück 20 ist in den Wassermantelabschnitt 12 eingesetzt. Der Wassermantelabschnitt 12 schließt einen Bodenabschnitt ein. Die Zylinderbüchsenanordnung 11 ist im Bereich des Bodenabschnitts des Wassermantelabschnitts 12 mit dem Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks verbunden. Ein den Wassermantelabschnitt 12 bildender Wandungsabschnitt hat eine im wesentlichen konische Gestalt.
Der Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks ist aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Der Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks wird durch Spritzgießen hergestellt. Das für die Gestaltung der Zylinderbüchsenanordnung 11 und des Basisabschnitts des Zylinderblocks benutzte Material ist nicht auf ein spezielles Material beschränkt. Die Zylinderbüchsenanordnung 11 und der Basisabschnitt des Zylinderblocks 13 können aus Gußeisen statt aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein. Der Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks dient als ein Motorblock. Verschiedene Hilfsmaschinen, die an einem Verbrennungsmotor erforderlich sind, sind am Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks befestigt.
Am Wassermantelzwischenstück 20 ist ein Ausschnitt 20k derart vorgesehen, daß er der Bohrungswandung 11b gegenüberliegt. Der Ausschnitt 20k besitzt einen rechteckigen Querschnitt. Jedoch kann der Ausschnitt 20k einen kreisförmigen Querschnitt, einen ovalen Querschnitt oder dergleichen aufweisen. Durch die Anordnung des Ausschnitts 20k wird der Durchfluß des Kühlmittels 100W in diesem Ausschnitt 20k erhöht. Das bedeutet, daß das Kühlmittel, wie in 1 gezeigt, in einer durch den Pfeil 101 angezeigten Richtung fließt. Die Strömung des Kühlmittels umfaßt zwei Strömungen, nämlich eine Strömung zwischen dem Basisabschnitt 13 des Zylinderblocks und dem Wassermantelzwischenstück 20 und eine Strömung zwischen dem Wassermantelzwischenstück 20 und der Zylinderbüchsenanordnung 11 (Bohrungswandung 11b). Das zwischen dem Wassermantelzwischenstück 20 und der Bohrungswandung 11b fließende Kühlmittel trägt hauptsächlich zur Kühlung bei. Wenn der Durchfluß des Kühlmittels zwischen dem Wassermantelzwischenstück 20 und der Bohrungswandung 11b erhöht wird, nimmt die Temperatur der Bohrungswandung 11b ab.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist der Ausschnitt 20k im Wassermantelzwischenstück 20 in der Nachbarschaft der offenen Oberseite 10d des Zylinderblocks 10 angeordnet. Dadurch ist es möglich, den nötigen Durchfluß sicherzustellen und die Wärme ausreichend an diesem Ausschnitt 20k abzuleiten. Wie weiter in den 2 und 3 gezeigt, ist im Zwischenbohrungsbereich 10b in 2 die durch Schraffur hervorgehobene Querschnittsfläche des Kanals für das Kühlmittel klein, indessen ist im anderen Bereich 10a in 3 die durch Schraffur hervorgehobene Querschnittsfläche des Kanals für das Kühlmittel groß. Deshalb wird, wenn der Durchfluß des Kühlmittels zwischen dem Wassermantelzwischenstück 20 und der Bohrungswandung 11b konstant ist, die Strömungsgeschwindigkeit im Zwischenbohrungsbereich 10b erhöht, weil, wie in 2 gezeigt, die Querschnittsfläche des Kanals im Zwischenbohrungsbereich 10b klein ist. Im anderen Bereich 10a nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab, weil, wie in 3 gezeigt, der Kanalquerschnitt groß ist.
Im allgemeinen wird der Betrag der Wärmeübertragung (die pro Zeiteinheit übertragene Wärmemenge) in Abhängigkeit von einer Temperaturdifferenz, einer Wärmeübertragungsfläche und der Fließgeschwindigkeit bestimmt. Wenn die Fließgeschwindigkeit zunimmt, steigt die übertragene Wärmemenge. Man nimmt an, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß das kalte Kühlmittel die Wärmeübertragungsfläche häufiger berührt und die Grenzfläche erneuert wird. Erfindungsgemäß kann in diesem Zwischenbohrungsbereich 10b die Strömungsgeschwindigkeit dadurch erhöht werden, daß man den Kanal für das Kühlmittel verengt, wie dies in 2 gezeigt ist. Dadurch ist es möglich, den Zwischenbohrungsbereich 10b wirksam zu kühlen. Das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit im Zwischenbohrungsbereich 10b wird erhöht, indem man die Querschnittsfläche für den Durchtritt des Kühlmittels in dem in 3 gezeigten, allgemeinen Bereich größer macht als die Querschnittsfläche für das Kühlmittel in dem in 2 gezeigten Zwischenbohrungsbereich. Als Ergebnis wird die Kühlung im Zwischenbohrungsbereich gefördert. Die 2 und 3 zeigen ein Beispiel, in dem der Ausschnitt 20k vorgesehen ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Strömungsgeschwindigkeit im Zwischenbohrungsbereich 10b kann erhöht werden und Strömungsgeschwindigkeit im anderen Bereich 10a kann reduziert werden durch Veränderung der Gestalt der Bohrungswandung 11b.
Der Ausschnitt 20k ist in der Nähe der oberen Oberfläche 10d vorgesehen, jedoch ist die Position, an der der Ausschnitt 20k vorgesehen ist, nicht auf die Position in der Nähe der oberen Oberfläche 10d beschränkt. Der Ausschnitt 20k kann auch an einer anderen Stelle vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Ausschnitt im Wassermantelzwischenstück 20 in der Nähe des Bodenabschnitts des Wassermantelabschnitts 12 vorgesehen werden.
Bei der Kühlstruktur 1 des Zylinderblocks nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Strömungsgeschwindigkeit im Zwischenbohrungsbereich 10b erhöht und die Kühlung im Zwischenbohrungsbereich 10b wird gefördert durch die Verringerung der Querschnittsfläche des Kanals für das Kühlmittel im Zwischenbohrungsbereich 10b. Als Ergebnis kann der Zwischenbohrungsbereich 10b, wo eine Wärmeansammlung zu erwarten ist, wirksam gekühlt werden. Demgemäß ist es möglich, eine Kühlstruktur eines Zylinderblocks vorzusehen, die es ermöglicht, den Zylinderblock gleichförmig zu kühlen.
Die 4 ist eine Draufsicht zur Darstellung der Kühlstruktur eines Zylinderblocks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 5 ist eine Draufsicht, die vergrößert einen in 4 durch eine unterbrochene Kreislinie V gekennzeichneten Abschnitt darstellt. Wie in den 4 und 5 gezeigt, unterscheidet sich die Kühlstruktur 1 eines Zylinderblocks nach der zweiten Ausführungsform von der Kühlstruktur 1 eines Zylinderblocks gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, daß eine flossenartige Rippe 20f im Wassermantelzwischenstück 20 im Zwischenbohrungsbereich 10b vorgesehen ist. Die Rippe 20f ist so angeordnet, daß sie der Bohrungswandung 11b derart gegenüberliegt, daß ein gegebener Abstand zwischen der Bohrungswandung 11b und der Rippe 20f vorgesehen ist. Die Rippe 20f ist als integrierter Teil des Wassermantelzwischenstücks 20 vorgesehen. Die Rippe 20f kann vom Wassermantelzwischenstück 20 getrennt sein. Das heißt beispielsweise, wenn das Wassermantelzwischenstück aus Harz gefertigt ist, kann die Rippe 20f integrierend mit dem Harz ausgebildet sein. Die Rippe 20f kann aber auch aus Metall gefertigt sein und in einem anschließenden Verfahren in das Wassermantelzwischenstück 20 eingefügt werden.
Das Kühlmittel fließt zwischen der Rippe 20f und der Bohrungswandung 11b in einer durch den Pfeil 102 in 5 angezeigten Richtung. Weil die Rippe 20f vorgesehen ist, ist der Bereich zwischen der Bohrungswandung 11b und der Rippe 20f klein.
Die Rippe 20f hat in den 4 und 5 die Gestalt eines Vorsprungs. Jedoch ist die Gestalt der Rippen 20f nicht auf diese Gestalt beschränkt. Die Rippe 20f kann eine Form aufweisen, die einer Form ähnlich ist, die durch Anfügen eines separaten zylindrischen Abschnitts an den eingeschnürten Abschnitt des Wassermantelzwischenstücks 20 erhalten wird. Die Rippe 20f weist eine Funktion auf, die Kühlmittelströmung im Zwischenbohrungsbereich 10b zwangsweise zu leiten. Das heißt, weil das Strömungsmittel Trägheit aufweist, ist es unwahrscheinlich, daß das Kühlmittel gegen einen Grenzbereich 11k fließt, der der am meisten eingeschnürte Bereich im Zwischenbohrungsbereich 10b ist, vielmehr ist es wahrscheinlich, daß das Strömungsmittel im Grenzbereich 11k des Zwischenbohrungsbereichs 10b verharren wird. Weil jedoch die Rippe 20f vorgesehen ist, ist es möglich, das Strömungsmittel aktiv dem Grenzbereich 11k zuzuführen, wo das Strömungsmittel wahrscheinlich verharren würde, und die Grenzschicht in diesem Bereich zu erneuern. Deshalb wird das Strömungsmittel daran gehindert, zu verharren und die Temperatur des Zwischenbohrungsbereichs 10b kann reduziert werden.
Das bedeutet, daß bei der zweiten Ausführungsform die Rippe 20f im Wassermantelzwischenstück 20 zur Leitung des Kühlmittels in den Zwischenbohrungsbereich 10b auf der stromauf gelegenen Seite des Zwischenbohrungsbereichs 10b vorgesehen ist. Somit wird der Kanalquerschnitt wesentlich reduziert und die Kühlwirkung kann verbessert werden.
Die 6 ist eine Draufsicht zur Darstellung der Kühlstruktur eines Zylinderblocks gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die 7 ist ein Querschnitt nach der Linie VII-VII in 6. Die 8 ist ein Querschnitt nach der Linie VIII-VIII in 6. Die Kühlstruktur 1 eines Zylinderblocks gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben. Wie in 7 und 8 gezeigt, ist ein Kontaktbereich zwischen dem Kühlmittel 100W und der Bohrungswandung 11b im Zwischenbohrungsbereich 10b größer als ein Kontaktbereich zwischen dem Kühlmittel 100W und der Bohrungswandung 11b im anderen Bereich 10a.
Wie oben beschrieben, wird die Wärmeübertragung an der Bohrungswandung 11b durch die Wärmeübertragungsfläche bestimmt. Das heißt, daß in dem Maße, in dem die Wärmeübertragungsfläche (die Kontaktfläche zwischen dem Hauptstrom des Kühlmittels und der Bohrungswandung 11b) vergrößert wird, auch die übertragene Wärme menge zunimmt und dadurch die Bohrungswandung 11b ausreichend gekühlt werden kann. Wie in 7 und 8 gezeigt, ist bei dieser Ausführungsform die Ausnehmung 20k im Wassermantelzwischenstück 20 vorgesehen. Wenn eine Länge L1 der Ausnehmung im Zwischenbohrungsbereich 10b und eine Länge L2 der Ausnehmung im anderen Bereich 10a miteinander verglichen werden, ist die Länge L1 der Ausnehmung 20k im Zwischenbohrungsbereich 10b länger als die Länge L2 der Ausnehmung 20k im anderen Bereich 10a. Jeder der schraffierten Bereiche in den 7 und 8 ist der Bereich, in dem der Hauptstrom des Kühlmittels zwischen der Bohrungswandung 11b und dem Wassermantelzwischenstück 20 fließt. Die von der Bohrungswandung 11b abgegebene Wärmemenge ist abhängig von der Kontaktfläche zwischen diesem Bereich und der Bohrungswandung 11b. Im Zwischenbohrungsbereich 10b ist, wie in 7 gezeigt, wegen der großen Tiefe der Ausnehmung 20k die Kontaktlänge L1 lang. Im anderen Bereich 10a ist, wie in 8 gezeigt, die Kontaktlänge L2 kurz, weil die Ausnehmung 20k eine geringe Tiefe besitzt. Da eine Länge in einer Richtung rechtwinklig zu einer Papieroberfläche, die mit der 7 bedruckt ist, die gleiche ist wie eine Länge in einer Richtung rechtwinklig zu einer Papierebene, die mit der 8 bedruckt ist, ist die Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittel und der Bohrungswandung 11b im in 7 gezeigten Zwischenbohrungsbereich 10b größer als die Kontaktfläche im anderen, in 8 gezeigten Bereich 10a.
Das heißt, die Kühlstruktur 1 eines Zylinderblocks gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung schließt einen Wassermantelabschnitt 12 ein, der so vorgesehen ist, daß er den gesamten äußeren Umfang der Bohrungswandung 11b umgibt, die die mehreren Bohrungsbereiche 111, 112 und 113 umgibt, und ein Wassermantelzwischenstück 20, das in den Wassermantelabschnitt 12 derart eingefügt ist, daß ein Zwischenraum geschaffen ist zwischen der Bohrungswandung 11b und dem Wassermantelzwischenstück 20. Die Temperatur der Bohrungswandung 11b wird gleichförmig gestaltet, indem ein Kühlmittel 100W dem Wassermantelabschnitt 12 zugeführt wird. Der Zylinderblock 10 schließt die Zwischenbohrungsbereiche 10b ein, deren einer in der Nähe der Bohrungsbereiche 111 und 112 und deren anderer in der Nähe der Bohrungsbereiche 112 und 113 positioniert ist, sowie andere Bereiche 10a, die andere Bereiche als die Zwischenbohrungsbereiche 10b sind. Der Zwischenraum zwischen der Bohrungswandung 11b und dem Wassermantelzwischenstück 20 ist so vorgesehen, daß die Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung 11b und der Hauptströmung des Kühlmittels 100W im Zwischenbohrungsbereich 10b größer ist als die Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung 11b und dem Kühlmittel 100W im anderen Bereich 10a.
Das heißt, daß erfindungsgemäß die Wärmeübertragung von der Bohrungswandung 11b gefördert wird durch die Erhöhung der Kontaktfläche zwischen der Hauptströmung des Kühlmittels 100W, das zwischen dem Wassermantelzwischenstück 20 und der Bohrungswandung 11b fließt, und der Bohrungswandung 11b im Zwischenbohrungsbereich 10b.
Bei jedem der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch Verkleinerung des Kanalquerschnitts erhöht. Dagegen wird beim dritten Ausführungsbeispiel, obwohl der Kanalquerschnitt im Zwischenbohrungsbereich 10b nicht verändert wird, die Fläche, in deren Bereich das Kühlmittel 100W die Bohrungswandung 11b berührt, nämlich die innere Wand des Wassermantelabschnitts (das heißt eine gekühlte Fläche) im Zwischenbohrungsbereich 10b vergrößert. Somit ist es möglich, den Zylinderblock gleichförmig zu kühlen.
Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, können verschiedene Abwandlungen dieser Ausführungsformen ausgeführt werden. Bei den Ausführungsformen führt das Kühlmittel eine U-förmige Wendung aus und dadurch wird die Fließrichtung des Kühlmittels umgekehrt, wie dies in 1 gezeigt ist. Jedoch ist die Strömung des Kühlmittels darauf nicht beschränkt. Das Kühlmittel kann auch in nur einer Richtung fließen, das heißt, das Kühlmittel kann nur in Längsrichtung des Zylinderblocks 10 fließen. In diesem Falle wird der Strom des Kühlmittels, wenn es bezogen auf die Längsrichtung des Zylinderblocks 10 an einem Endabschnitt dem Wassermantelabschnitt 12 zugeführt wird, in Ströme aufgeteilt, so daß es die Bohrungswandung 11b in Längsrichtung sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite kühlt. Dann wird das Kühlmittel, bezogen auf die Längsrichtung, am anderen Endabschnitt abgeführt und kühlt eine andere Vorrichtung oder wird dem Kühler zugeführt.
Auch ist das Material für das Wassermantelzwischenstück nicht auf Harz beschränkt. Das Wassermantelzwischenstück 20 kann aus unterschiedlichen Materialien, wie metallischen oder nichtmetallischen gefertigt sein.
Weiter wird bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen das Kühlmittel 100W als Kühlmedium verwendet. Jedoch ist dies nicht einschränkend zu verstehen. Als Kühlmedium können ein Long-life-Kühlmittel, Flüssigkeiten wie Öl (Schmier- oder Kühlöl) oder Hochdruckgase verwendet werden.
Die Erfindung kann auf einen Benzinmotor und einen Dieselmotor angewandt werden. Auch kann der Motor, auf den die Erfindung angewandt wird, ein Mehrzylindermotor mit beliebiger Zylinderzahl sein, das heißt die Erfindung kann auf Motoren mit zwei oder mehr Zylindern angewandt werden. Auch kann die Erfindung auf verschiedene Motorenbauformen, wie Reihenmotore, V-Motore, W-Motore und Boxermotore angewandt werden.
Eine Kühlstruktur (1) zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung (11b) eines Zylinderblocks (10) unter Benutzung eines Kühlmittels (100W) umfaßt einen Wassermantelabschnitt (12), der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang der mehrere Bohrungsabschnitte (111, 112, 113) umgebenden Bohrungswandung (11b) umschließt und mit dem Kühlmittel (100W) versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück (20), das in den Wassermantelabschnitt (12) derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) ein Zwischenraum besteht. Der Zylinderblock (10) umfaßt einen Zwischenbohrungsbereich (10b), der sich zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen (111, 112, 113) befindet und einen anderen Bereich (10a) als den Zwischenbohrungsbereich (10b). Ein Bereich des Raums zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) im Zwischenbohrungsbereich (10b) ist kleiner als ein Bereich des Raums zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) in dem anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbohrungsbereich (10b).

Claims

Kühlstruktur (1) zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung (11b) eines Zylinderblocks (10) unter Benutzung eines Kühlmittels (100W), die einen Wassermantelabschnitt (12) umfaßt, der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang einer mehrere Bohrungsabschnitte (111, 112, 113) umgebenden Bohrungswandung (11b) umschließt und mit dem Kühlmittel (100W) versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück (20), das in den Wassermantelabschnitt (12) derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) ein Zwischenraum besteht, wobei die Kühlstruktur (1) dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zylinderblock (10) einen Zwischenbohrungsbereich (10b) umfaßt, der sich zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen (111, 112, 113) befindet und einen anderen Bereich (10a) als den Zwischenbohrungsbereich (10b). und daß ein Querschnittsbereich des Raums zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) im Zwischenbohrungsbereich (10b) kleiner ist als ein Querschnittsbereich des Raums zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) in dem anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbohrungsbereich (10b).
Kühlstruktur eines Zylinderblocks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung (20k) im Wassermantelzwischenstück (20) sowohl im Zwischenbohrungsbereich (10b) als auch im anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbohrungsbereich (10b) derart angeordnet ist, daß die Form der Ausnehmung (20k) im Zwischenbohrungsbereich (10b) sich von der Form der Ausnehmung (20k) in den anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbohrungsbereich (10b) unterscheidet.
Kühlstruktur (1) zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung (11b) eines Zylinderblocks (10) unter Benutzung eines Kühlmittels (100W), die einen Wassermantelabschnitt (12) umfaßt, der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang einer mehrere Bohrungsabschnitte (111, 112, 113) umgebenden Bohrungswandung (11b) umschließt und mit dem Kühlmittel (100W) versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück (20), das in den Wassermantelabschnitt (12) derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) ein Zwischenraum besteht, wobei die Kühlstruktur (19) dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zylinderblock (10) einen Zwischenbohrungsbereich (10b) umfaßt, der sich zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen (111, 112, 113) befindet und einen anderen Bereich (10a) als den Zwischenbohrungsbereich (10b) und daß der Raum zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) so gestaltet ist, daß eine Kontaktfläche der Bohrungswandung (11b) und einer Hauptströmung des Kühlmittels (100W) im Zwischenbereich (10b) zwischen den Bohrungen größer ist als eine Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung (11b) und der Hauptströmung des Kühlmittels (100W) im anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbohrungsbereich (10b).
Kühlstruktur eines Zylinderblocks nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung (20k) im Wassermantelzwischenstück (20) sowohl im Zwischenbohrungsbereich (10b) als auch im anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbohrungsbereich (10b) derart angeordnet ist, daß die Form der Ausnehmung (20k) im Zwischenbereich (10b) zwischen den Bohrungen sich von der Form der Ausnehmung (20k) in den anderen Bereich (10a) als dem Zwischenbereich (10b) zwischen den Bohrungen unterscheidet.
Kühlstruktur (1) zur gleichförmigen Kühlung einer Bohrungswandung (11b) eines Zylinderblocks (10) unter Benutzung eines Kühlmittels (100W), die einen Wassermantelabschnitt (12) umfaßt, der so angeordnet ist, daß er den gesamten äußeren Umfang einer mehrere Bohrungsabschnitte (111, 112, 113) umgebenden Bohrungswandung (11b) umschließt und mit dem Kühlmittel (100W) versorgt ist, und ein Wassermantelzwischenstück (20), das in den Wassermantelabschnitt (12) derart eingesetzt ist, daß zwischen der Bohrungswandung (11b) und dem Wassermantelzwischenstück (20) ein Zwischenraum besteht, wobei die Kühlstruktur (19) dadurch gekennzeichnet ist, der Zylinderblock (10) eine Begrenzung (11k) zwischen den einander benachbarten Bohrungsbereichen (111, 112, 113) einschließt und die Kühlstruktur (1) weiter eine Rippe (20f) einschließt, die geeignet ist, das Kühlmittel (100W) gegen die Begrenzung (11k) zu leiten.
Kühlstruktur eines Zylinderblocks nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (20f) in das Wassermantelzwischenstück (20) integriert ist.