DE102005018364A1

DE102005018364A1 - Kühlmantel für Motorzylinder

Info

Publication number: DE102005018364A1
Application number: DE102005018364A
Authority: DE
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: DE102005018364B4; US7225766B2; US20050235931A1

Abstract

Ein Kühlmantel für eine Motorzylinderreihe mit längs ausgerichteten Zylindern umfasst obere, untere und Seitenwände, die zwei Strömungseinlassgänge definieren, die sich entlang den Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinderreihe erstrecken und mit den oberen Enden der Zylinder verbunden sind. Zwei Strömungsauslassgänge erstrecken sich entlang den Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinder und sind mit den unteren Enden der Zylinder verbunden, und Paare von Seitenströmungsschlitzen erstrecken sich zwischen den oberen und unteren Gängen und um die Aufnahme- und Abgabeseiten von jedem Zylinder. Die Seitenströmungsschlitze sind entlang von Längsrändern von den Schlitzen benachbarter Zylinder getrennt. Vorzugsweise erstrecken sich Kühlrippen in die Strömungsgänge, die an den Enden der Strömungsschlitze Taschen bilden, wobei die Kühlmittelströmung, die in die Taschen geleitet wird, um die Kühlung der siamesischen Abschnitte der Zylinder zu verbessern, auf die Rippen auftrifft. Es sind zusätzliche Merkmale offenbart.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen amerikanischen Anmeldung Nr. 60/564,198, die am 21. April 2004 eingereicht wurde.
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere einen Kühlmantel zum Leiten einer Kühlmittelströmung zu Zylindern in einer Zylinderreihe eines Motors.

Es ist aus dem Stand der Technik von Motoren bekannt, eine Flüssigkeitskühlung der Zylinder durch Strömenlassen eines Kühlmittels durch einen Kühlmantel, der die Zylinder umgibt, bereitzustellen. Herkömmliche Systeme für eine Zylinderreihe leiten im Allgemeinen eine Kühlmittelströmung längs an den ausgerichteten Zylindern vorbei von einem Ende der Reihe zu dem anderen. Die Zylinder werden durch das vorbeigeführte Kühlmittel über einen Kontakt mit den Zylinderwänden gekühlt. Sich von dem Einlassende zu dem Auslassende des Mantels erhöhende Temperaturen des Kühlmittels neigen dazu, die Zylinder ungleichmäßig zu kühlen und können dazu führen, dass sich bei hohen Motorbelastungen in der Nähe des Auslassendes Dampfblasen bilden.

Die vorliegende Erfindung stellt einen verbesserten Kühlmantel bereit, in dem ein Kühlmittel durch Einlassgänge zu oberen Enden der Zylinder (benachbart zu den Brennkammern) befördert wird. Das Kühlmittel wird gleichmäßig an die Seitenströmungsschlitze entlang den Zylindern verteilt und strömt entlang den Zylindern axial abwärts zu kühleren unteren Enden, wo es in Auslassgängen gesammelt wird und von dem Mantel ausgetragen wird.

Der Kühlmantel ist vorzugsweise in Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinderreihe getrennt und mit getrennten Einlass- und Auslassgängen für jede Seite versehen. Die Gänge sind mit verschiedenen Strömungsdurchgängen ausgestattet, um jeden Zylinder mit einer gleichen und separaten Kühlmittelströmung, die gleiche Kühlmitteltemperaturen aufweist, zu versehen.

Bei siamesischen Zylindern bzw. zusammengegossenen Zylindern (siamesed cylinders) können sich laterale Kühlrippen zwischen den benachbarten Zylindern erstrecken und in den Kühlmantel vorstehen, um Wärme aus den verbundenen Zylindern in das Kühlmittel zu ziehen. Die Kühlmittelgänge können zwischen den Zylindern einwärts gebogene Abschnitte aufweisen, um das Kühlmittel zu den Taschen zu leiten, die dort gebildet sind, wo die Rippen mit den Zylindern verbunden sind.

Der Entwurf des Mantels stellt eine verbesserte und gleiche Kühlung für alle Zylinder mit einer Abwärtsströmung bereit, was die Bildung von Dampfblasen möglichst gering hält. Wenn es gewünscht ist, kann die Strömung auf der Abgabeseite erhöht werden, um für die durch die Abgabe erwärmten Abschnitte der Zylinder mehr Kühlung bereitzustellen.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
1 eine isometrische bildliche Ansicht, die die äußere Struktur eines Zylinderkühlmantels gemäß der Erfindung zeigt;
2 eine Schnittansicht eines Abschnitts aus 1, der innere Merkmale des Kühlmantels zeigt;
3 eine ebene Schnittansicht durch die Strömungseinlassgänge und Auslassabschnitte der Strömungsauslassgänge, die die inneren Merkmale zeigt;
4 eine Seitenansicht, die innere Merkmale mit gestrichelten Linien zeigt und die gleiche Verteilung der Kühlmittelströmung auf die vier Zylinder in der Zylinderreihe zeigt; und
5 eine gebrochene Schnittansicht ähnlich 2, bei der jedoch die nahe liegende Seitenwand weggeschnitten ist, um die Zylinderkonstruktion besser zu zeigen.
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein eine Motorzylinderreihe, die eine Vielzahl an Zylindern 11, 12, 13, 14 aufweist, die entlang einer längs gerichteten Mittellinie 16 ausgerichtet sind und sich auf beabstandeten parallelen Achsen 18 erstrecken. Die Zylinder weisen obere Enden 20 und untere Enden 22 auf und sind von einem Kühlmantel 30 umgeben. Die Zylinderreihe bildet ein oberes Ende eines Motorblocks, das einen Kurbelgehäuseabschnitt aufweist, der nicht dargestellt ist und herkömmlich unter der Zylinderreihe angeordnet ist. Wenn es gewünscht ist, kann der Motor mehrere Zylinderreihen 10 umfassen.
Der Kühlmantel 30 umfasst eine obere Mantelwand 32 und eine untere Mantelwand 34, die sich von den oberen bzw. den unteren Enden 20, 22 der Zylinder 11–14 auswärts erstrecken. Eine Einlassseitenmantelwand 36 erstreckt sich entlang einer Einlassseite der Zylinder, und eine Abgabeseitenmantelwand 38 erstreckt sich entlang einer Abgabeseite der Zylinder. Die Aufnahme- und Abgabeseitenwände 36, 38 bilden die Seiten der Zylinderreihe und sind mit einer Ladungseinlassseite bzw. einer Abgabeauslassseite eines Zylinderkopfs, der nicht dargestellt ist, ausgerichtet, wenn der Zylinderkopf an der Zylinderreihe 10 montiert ist.
Die Kühlmantelwände definieren zwei Strömungseinlassgänge 40, 42, die sich entlang den Aufnahme- bzw. Abgabeseitenwänden 36, 38 des Kühlmantels 30 erstrecken und mit den oberen Enden 20 der Zylinder verbunden sind. Zwei Strömungsauslassgänge 44, 46 erstrecken sich entlang den Aufnahme- und Abgabeseiten 36, 38 der Zylinder und sind mit den unteren Enden der Zylinder verbunden. Paare von Seitenströmungsschlitzen 48, 50 erstrecken sich jeweils zwischen den oberen und unteren Gängen und um die Aufnahme- und Abgabeseiten von jedem der Zylinder abwärts, wobei die Seitenströmungsschlitze 48, 50 entlang längs gerichteter Ränder 52 von den Schlitzen der benachbarten Zylinder getrennt sind.
Benachbarte Paare der Zylinder 11–14 sind siamesisch, so dass sich der Kühlmantel 30 nicht zwischen den Zylindern erstreckt und dass in den siamesischen Brückenabschnitten, die sich zwischen den benachbarten Zylindern erstrecken, kein Kühlmittel vorhanden ist. Statt dessen umfassen die siamesischen Abschnitte jeweils eine Kühlrippe 54, die sich zwischen jedem der benachbarten Paare von Zylindern erstreckt. Die Kühlrippen erstrecken sich seitlich über die Mittellinie 16 und zwischen den längs gerichteten benachbarten Rändern 52 der Seitenströmungsschlitze 48, 50, um Wärme von den siamesischen Abschnitten über die Strömungsschlitze an die Kühlmittelströmung zu übertragen.
Die Kühlrippen erstrecken sich auch in die Strömungsgänge und bilden an den Rändern 52 der Strömungsschlitze Taschen 56, wobei die Kühlmittelströmung, die in die Taschen geleitet wird, auf die Rippen trifft. Die Rippen erstrecken sich vorzugsweise zu Zylinderkopfverbindungssäulen 58, die sich durch den Kühlmantel erstrecken und Gewindebohrungen 60 umfassen, um an der oberen Wand der Zylinderreihe einen Zylinderkopf anzubringen.
Die Strömungseinlass- und -auslassgänge 40, 42 erstrecken sich vorzugsweise entlang den Kühlmantelseitenwänden 36, 38, wobei die Seitenwände mit einwärts gebogenen Abschnitten 62 zwischen den Zylindern gebildet sind, die das Kühlmittel von den Strömungsgängen 44, 46 zu den Rippen 54 zwischen den Zylindern leiten, um die Kühlung durch Leiten des Kühlmittels gegen die Rippen und hinunter in die Schlitze weiterhin zu unterstützen. Da Anteile des Kühlmittels in den Schlitzen 48, 50 neben jedem Zylinder hinunter geleitet werden, werden die verbleibenden Anteile um die Enden der Rippen 54 und die Verbindungssäulen geführt, um entlang der längs gerichteten Mittellinie 16 zu den nachfolgenden Zylindern geleitet zu werden.
Die Strömungseinlassgänge 42, 44 sind mit sich von dem ersten Zylinder 11 an den Einlassenden 64 der Gänge zu dem letzten Zylinder 14 an den distalen Enden der Gänge verringernden Strömungsquerschnittsflächen gebildet, um die Kühlmittelströmung von der Strömung durch den Kühl mantel gleich an die Zylinder zu verteilen. Umgekehrt sind die Strömungsauslassgänge 44, 46 mit größer werdenden Strömungsquerschnittsflächen für die Auslassströmung von dem ersten Zylinder 11 zu dem letzten Zylinder 14 an den Austragsenden 66 der Auslassgänge gebildet, um eine relativ konstante Strömungsgeschwindigkeit bzw. einen relativ konstanten Strömungsdurchsatz des Kühlmittels in den Gängen beizubehalten.
Während des Betriebs werden die Zylinder 11–14 durch ein Verbrennungsgas erwärmt, wobei der größte Teil der Wärme an den oberen Enden 20 der Zylinder, bei denen die anfängliche Verbrennung stattfindet, absorbiert wird. Zu den unteren Enden 22 der Zylinder hin, bei denen die Verbrennungsgase eine niedrigere Energie aufweisen und durch Ausdehnung abgekühlt wurden, wird weniger Wärme absorbiert.
Die Strömungseinlassgänge 40, 42 und die Strömungsauslassgänge 44, 46 sind zwischen den Zylindern und durch Trennwände 68 entlang der Mittellinie 16 der Zylinderreihe 10 an Längsenden der Gänge getrennt. Ein flüssiges Kühlmittel wie beispielsweise eine Wasser-Frostschutzmittelmischung wird in die Einlassenden 64 der Strömungseinlassgänge 40, 42 der Zylinder von dem ersten Zylinder 11 zu dem vierten Zylinder 14 geleitet.
Von den Gängen 40, 42 wird ein ungefähr gleicher Anteil der Kühlmittelströmung in die Seitenströmungsschlitze 48, 50 von jedem der Zylinder in der Abfolge geleitet. Somit tritt ein Teil der Strömung in die Seitenströmungsschlitze des ersten Zylinders 11 ein und ein Teil wird durch die einwärts gebogenen Abschnitte 62 der Seitenwände 36, 38 zu der Kühl rippe 54 zwischen den Zylindern 11 und 12 geleitet. Dieses Kühlmittel strömt entlang der Rippe 54 und den benachbarten Rändern 52 der Strömungsschlitze abwärts, wobei es hilft, den siamesischen Abschnitt der Zylinder durch Abziehen von Wärme aus dem ungekühlten Abschnitt entlang der transversalen Rippe zu kühlen. Dieser Prozess wird bei jedem der Zylinder wiederholt, bis bei dem vierten Zylinder 14 der Rest des Wassers in den Strömungseinlassgängen die Strömungsschlitze 48, 50 für den vierten Zylinder 14 hinunter geleitet wird.
Wasser oder Kühlmittel, das durch die Strömungsschlitze von jedem der Zylinder strömt, wird in die Strömungsauslassgänge 44, 46 darunter geführt und wird von dem ersten Zylinder 11 zu dem letzten Zylinder 14 und durch die Austragsenden 66 der Strömungsauslassgänge heraus geleitet. Die Form der Querschnittskonfigurationen der Strömungseinlass- und -auslassgänge mit abnehmenden Querschnittsflächen in den Strömungseinlassgängen von Zylinder 11 zu Zylinder 14 und zunehmenden Querschnittsflächen der Strömungsauslassgänge in der gleichen Richtung hilft, die Strömung zwischen den Zylindern gleich aufzuteilen, so dass alle mit einer gleichen Menge an Kühlmittel gekühlt werden.
Mit dieser Anordnung beginnt die Kühlmittelströmung entlang den Zylindern an den heißesten Teilen der Zylinder, in der Nähe der oberen Enden 20, und wird abwärts entlang den Seiten der Zylinder geführt, um an den kühlsten Abschnitten, den unteren Enden 22 der Zylinder, in die Auslassgänge einzutreten. Dies liefert sehr gleichmäßige Temperaturen über sowohl den Seiten als auch den Längen der Zylinder von ihren oberen zu ihren unteren Enden.
Da die Verbindungsvorsprünge oder Säulen 56 sich vertikal erstrecken, stören sie die Kühlmittelströmung abwärts entlang den Zylinderwänden nicht. Die Querschnittsflächen der Räume außerhalb der Vorsprünge sind verändert, um die Durchfuhr von Kühlwasser von einem Zylinder zu dem nächsten in den Mengen, die für eine gleiche Kühlung aller Zylinder benötigt sind, zu steuern. Die relativ dünnen Seitenströmungsschlitze sind entworfen, um die Kühlmittelströmung zu zwingen, dicht an den Zylindern zu bleiben, wenn sie an ihnen hinunter und um sie herum strömt, während eine ausgezeichnete und gleichmäßige Kühlung der Zylinder bereitgestellt ist.
Es ist festzustellen, dass die Zylinderkühlmittelströmung entlang jedem der Zylinder parallel ist, so dass das Kühlmittel, das einen der Zylinder kühlt, getrennt von dem ist, das jeden der anderen kühlt. Somit ist jeder Zylinder durch einen getrennten Anteil der Kühlmittelströmung gekühlt und jeder ist mit einem Kühlmittel versehen, das bei der ungefähr gleichen Temperatur beginnt und entlang der Länge der Zylinder erwärmt wird, bis es ausgetragen und mit dem bestehenden Kühlmittel in den Strömungsauslassgängen bei der ungefähr gleichen Temperatur, mit der es jeden der Zylinder verlässt, gemischt wird.
Aufgrund der verschiedenen offenbarten Merkmale ist die Kühlung der Zylinder sehr effizient und ist entworfen, um die Anzahl von überhitzten Stellen möglichst gering zu halten, so dass die Bildung von Dampfblasen im Wesentlichen vermieden wird, sogar während des Betriebs bei dem maximalen Belastungszustand des Motors.
Eine Aufteilung des Kühlmantels in Aufnahme- und Abgabeseiten liefert die Möglichkeit, die Kühlmittelströmung zwischen den beiden Seiten zu verändern, wenn dies gewünscht ist. Da eine Luftladungsströmung in den Zylindern im Allgemeinen von der Aufnahmeseite zu der Abgabeseite stattfindet, können die Zylinder auf der Abgabeseite heißer werden und zusätzliches Kühlmittel benötigen. Dies könnte durch ein Vorsehen von Strömungssteueröffnungen in den Strömungseinlass- oder -auslassgängen oder durch ein Verändern der Strömungsquerschnitte der Gänge erreicht werden, um die gewünschten relativen Strömungsgeschwindigkeiten zu erhalten.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung einen Kühlmantel für eine Motorzylinderreihe mit längs ausgerichteten Zylindern, der obere, untere und Seitenwände umfasst, die zwei Strömungseinlassgänge definieren, die sich entlang den Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinderreihe erstrecken und mit den oberen Enden der Zylinder verbunden sind. Zwei Strömungsauslassgänge erstrecken sich entlang den Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinder und sind mit den unteren Enden der Zylinder verbunden, und Paare von Seitenströmungsschlitzen erstrecken sich zwischen den oberen und unteren Gängen und um die Aufnahme- und Abgabeseiten von jedem der Zylinder. Die Seitenströmungsschlitze sind entlang von Längsrändern von den Schlitzen benachbarter Zylinder getrennt. Vorzugsweise erstrecken sich Kühlrippen in die Strömungsgänge, die an den Enden der Strömungsschlitze Taschen bilden, wobei die Rippen durch die Kühlmittelströmung, die in die Taschen geleitet wird, um die Kühlung der siamesischen Abschnitte der Zylinder zu verbessern, zusammengedrückt werden. Es sind zusätzliche Merkmale offenbart.

Claims

Kühlmantel für einen Verbrennungsmotor mit einer Zylinderreihe, die eine Vielzahl an längs ausgerichteten Zylindern umfasst, die an beabstandeten parallelen Achsen zentriert sind und obere und untere Enden aufweisen, wobei der Kühlmantel umfasst: obere und untere Mantelwände, die sich von den oberen und unteren Enden der Zylinder auswärts erstrecken und Aufnahme- und Abgabeseitenmantelwände zwischen den oberen und unteren Wänden und mit gegenüberliegenden Ladungseinlass- und Abgabeauslassseiten der Zylinder; wobei die Wände zwei Strömungseinlassgänge, die sich entlang den Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinderreihe erstrecken und mit den oberen Enden der Zylinder verbunden sind, zwei Strömungsauslassgänge, die sich entlang den Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinder erstrecken und mit den unteren Enden der Zylinder verbunden sind, und Paare von Seitenströmungsschlitzen definieren, die sich zwischen den oberen und unteren Gängen und um die Aufnahme- und Abgabeseiten von jedem der Zylinder erstrecken; wobei die Seitenströmungsschlitze entlang von Längsrändern von den Schlitzen der benachbarten Zylinder getrennt sind; wodurch ein Kühlfluid, das in dem oberen Bereich der Zylinder durch die Strömungseinlassgänge eingeführt wird, geteilt wird und durch die Seitenströmungsschlitze der verschiedenen Zylinder abwärts geleitet wird und in den Strömungsauslassgängen für einen Austrag an einen Wärmetauscher gesammelt wird.
Kühlmantel nach Anspruch 1, wobei die Aufnahmeseitengänge und die Abgabeseitengänge getrennt sind, so dass die Aufnahmeseitengänge nur mit Aufnahmeseitenströmungsschlitzen verbunden sind und die Abgabeseitengänge nur mit Abgabeseitenströmungsschlitzen verbunden sind, um das Kühlfluid getrennt an die Aufnahme- und Abgabeseiten der Zylinder zu verteilen.
Kühlmantel nach Anspruch 1, wobei die längs ausgerichteten Zylinder der Zylinderreihe siamesische Abschnitte zwischen jedem der benachbarten Paare von Zylindern aufweisen und eine Kühlrippe zwischen den benachbarten Zylindern umfassen, die sich lateral zwischen in Längsrichtung benachbarten Seitenströmungsschlitzen erstreckt, um Wärme von den siamesischen Abschnitten an das Kühlmittel in den benachbarten Strömungsschlitzen zu übertragen.
Kühlmantel nach Anspruch 3, wobei sich die Kühlrippen in die Strömungsgänge erstrecken und an den Enden der Strömungsschlitze Taschen bilden, wobei die Kühlmittelströmung, die in die Taschen geleitet wird, um die Kühlung der siamesischen Abschnitte der Zylinder zu verbessern, auf die Rippen auftrifft.
Kühlmantel nach Anspruch 4, wobei sich die Gänge entlang lateral äußeren Rändern der Zylinder erstrecken, wobei sie einwärts gebogene Abschnitte zwischen den Zylindern bilden, die Kühlmittel von den Strömungsgängen zu den Rippen zwischen den Zylindern leiten, um eine weitere Kühlung zu unterstützen, wobei Räume außerhalb der Rippen erlauben, dass das Kühlmittel an den äußeren Enden der Rippen vorbei strömt, um die nachfolgenden Zylinder, die mit den Gängen verbunden sind, zu kühlen.
Kühlmantel nach Anspruch 1, wobei die Strömungseinlassgänge von einem ersten Zylinder an den Einlassenden der Gänge zu einem letzten Zylinder an distalen Enden der Gänge kleiner werdende Strömungsflächen aufweisen, und die Strömungsauslassgänge von dem ersten zu dem letzten Zylinder größer werdende Strömungsflächen aufweisen, um bei dem gleichmäßigen Verteilen der Kühlmittelströmung an die Zylinder zu helfen.