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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauart mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen des Anspruches 3.
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Aus
der
DE 41 17 112 C1 ist
eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine
bekannt, bei der die einzelnen Zylinder nebeneinander angeordnet
sind. Im Zylindergehäuse
sind die Laufbüchsen
der Zylinder an ihrer engsten Stelle, am so genannten Zylindersteg,
mit den Laufbüchsen
der jeweils benachbarten Zylinder metallisch verbunden. Zur besseren Kühlung des
Zylindersteges ist dieser mit Bohrungen und oder an der Deckfläche zur
Zylinderkopfdichtung mit einem Schlitz versehen. Die Bohrungen und
der Schlitz verbinden die Kühlmittelräume links
und rechts der Zylinderreihe miteinander. Im Zylinderkopf oberhalb
der Zylinderkopfdichtung besteht nur oberhalb des Zylinderkopfbodens
eine Strömungsverbindung
zwischen den Kühlmittelräumen links
und rechts der Zylinderreihe.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber die
Kühlung
der Brennkraftmaschine im Zylindersteg nahe des Zylinderkopfes und
im dazu anschließenden
Bereich im Zylinderkopf zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des
Anspruches 1 und ein Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine mit
den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist
ein Zylindergehäuse
mit mehreren nebeneinander angeordneten Zylindern und einen Zylinderkopf auf.
Der Zylinderkopf schließt
das Zylindergehäuse an
einer Deckfläche
ab, wobei zwischen diesen beiden Bauteilen eine an sich bekannte
Zylinderkopfdichtung angeordnet ist. Jeweils rechts und links der Zylinderreihe
aus den nebeneinander angeordneten Zylindern ist ein erster Hauptkühlflüssigkeitsraum
angeordnet, der der Kühlung
der Zylinder und dem Kühlmitteltransport
dient. Zwischen den beiden Seiten des ersten Hauptkühlflüssigkeitsraumes
ist an oder nahe der Deckfläche
des Zylindergehäuses
als Strömungsverbindung
ein erster Kühlflüssigkeitszwischenraum
angeordnet, der in einem Stegbereich zwischen zwei Zylindern verläuft.
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Durch
einen zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum
oberhalb der Zylinderkopfdichtung im Zylinderkopf, der zum ersten
Kühlflüssigkeitszwischenraum
im Zylindergehäuse
aufgrund seiner Lage und Erstreckung korrespondiert und mit diesem
durch mindestens eine Öffnung
in der Zylinderkopfdichtung verbunden ist, wird die Kühlung im
Bereich des Zylindersteges und der Zylinderkopfdichtung wesentlich verbessert.
Korrespondieren bedeutet, dass die beiden Kühlflüssigkeitszwischenräume sich
in ihrer Ausdehnung im Bereich der Zylinderkopfdichtung im Wesentlichen überdecken,
das heißt
die Projektion des ersten und des zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraumes auf
die Zylinderkopfdichtung ist größtenteils identisch.
Der zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum steht
mit einem zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum im
Zylinderkopf in Strömungsverbindung,
das heißt die
heiße
Kühlflüssigkeit
aus dem zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum
wird mit der Kühlflüssigkeit des
Zylinderkopfes vermischt und zu einem Kühlmittelkühler geleitet.
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Der
erste und zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum
sind als gegossene oder gefräste
Schlitze im Zylindergehäuse
und Zylinderkopf ausgeführt, die
sich einfach herstellen lassen und trotzdem einen ausreichenden
Strömungsquerschnitt
bieten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass ein Teilstrom der Kühlflüssigkeit
aus dem Zylindergehäuse
in die beiden Kühlflüssigkeitszwischenräume und
von dort in den Zylinderkopf strömt.
Mit diesem Teilstrom in den beiden Kühlflüssigkeitszwischenräumen ist
eine besonders gute und effektive Kühlung des thermisch und mechanisch hoch
belasteten Stegbereiches zwischen zwei Zylindern möglich. Durch
die Anordnung der beiden Kühlflüssigkeitszwischenräume sowohl
im Zylindergehäuse
als auch im Zylinderkopf und die Strömungsführung des Teilstromes der Kühlflüssigkeit
durch die beiden Kühlflüssigkeitszwischenräume ist
der Stegbereich sowohl im Zylindergehäuse als auch im Zylinderkopf
gut gekühlt
und damit vor Schäden
durch Überhitzung
bewahrt.
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Eine
parallele Durchströmung
der beiden Kühlflüssigkeitszwischenräume ergibt
eine besonders intensive Kühlung
des gefährdeten
Stegbereiches sowohl im Zylindergehäuse als auch im Zylinderkopf,
da durch beide Kühlflüssigkeitszwischenräume kaltes
Kühlmittel
strömt.
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Eine
Durchströmung
der beiden Kühlflüssigkeitszwischenräume, bei
der zuerst der erste und danach der zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum durchströmt wird,
ist mit einer einfacheren Zuströmung
zu den beiden Kühlflüssigkeitszwischenräumen und
mit einer gegenüber
einer parallelen Durchströmung
kleineren Kühlflüssigkeitsmenge
verbunden.
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Eine
besonders gute Kühlwirkung
wird dadurch erzielt, dass die Kühlflüssigkeit
auf einer Auslassseite der Brennkraftmaschine in die Kühlflüssigkeitszwischenräume einströmt und auf
einer Einlassseite der Brennkraftmaschine in den Zylinderkopf eintritt.
Auf diese Weise wird die heiße
Auslassseite besonders gut gekühlt
und es wird mit der Kühlflüssigkeit
gleichzeitig Wärme
an die Einlassseite transportiert. Damit wird die etwas kühlere Einlassseite
erwärmt
und es wird Schäden
durch Wärmespannungen
innerhalb des Zylindergehäuses
oder des Zylinderkopfs vorgebeugt.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich des Steges
zwischen zwei Zylindern,
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2 eine
Draufsicht auf die Brennraumseite eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes
und
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3 eine
Draufsicht auf die Brennraumseite eines weiteren erfindungsgemäßen Zylinderkopfes.
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In 1 ist
ein stark vereinfachter Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine 10 mit
einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 und
einem Zylindergehäuse 11 gezeigt.
Der Verlauf des Querschnittes erfolgt entsprechend der Linie A-A
in den 2 und 3 im Bereich des Steges zwischen
zwei benachbarten Zylindern. Der Zylinderkopf 1 ist an
einer Deckfläche 12 des
Zylindergehäuses 11 befestigt und
von diesem durch eine Zylinderkopfdichtung 13 getrennt.
Die Zylinderkopfdichtung 13 dichtet den Brennraum zwischen
dem Zylindergehäuse 11 und dem
Zylinderkopf 1 ab. Sie verhindert weiterhin ein Vermischen
von Kühl-
und Schmiermittel beim Übergang
zwischen dem Zylindergehäuse 11 und
dem Zylinderkopf 1. Durch geeignete Öffnungen in der Zylinderkopfdichtung 13 lässt sich
die Strömung
des Kühlmittels
beeinflussen. Beispielsweise kann durch eine sehr kleine Öffnung der
Kühlmittelstrom
begrenzt werden und damit ein abzweigender Teilstrom reduziert werden.
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Im
Zylindergehäuse 11 ist
im Bereich des Steges ein erster Kühlflüssigkeitszwischenraum 14 angeordnet,
der aus einem ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum 15 im
Zylindergehäuse 11 mit
Kühlflüssigkeit
versorgt wird. Der erste Kühlflüssigkeitszwischenraum 14 entspricht
in seiner Länge
und Breite dem dazu korrespondierenden zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum 7 im
Zylinderkopf 1. Im Zylinderkopf 1 ist ein zweiter
Hauptkühlflüssigkeitsraum 16 zur
Kühlung
des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Des Weiteren sind im Zylinderkopf 1 und
im Zylindergehäuse 11 jeweils
korrespondierende Kühlmittelzuflusskanäle 5, 5' angeordnet,
die nicht gezeigte Durchtrittsöffnungen
der Hauptkühlflüssigkeitsräume 15, 16 mit
den Kühlflüssigkeitszwischenräumen 7, 14 verbinden.
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Der
größte Anteil
der Kühlflüssigkeit
strömt aus
dem ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum 15 im
Zylindergehäuse 11 über nicht gezeigte
Strömungsverbindungen
in den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum 16 im
Zylinderkopf 1 und von dort in eine nicht gezeigte Kühlflüssigkeitssammelleitung,
die im Zylinderkopf 1 oder im Zylindergehäuse 11 angeordnet
ist. Ein kleinerer Teilstrom der Kühlflüssigkeit strömt aus dem
ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum 15 im
Zylindergehäuse 11 über den
Kühlmittelzuflusskanal 5' in den ersten
Kühlflüssigkeitszwischenraum 14.
Durch Öffnungen
in der Zylinderkopfdichtung 13 strömt die Kühlflüssigkeit in den zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum 7.
Das heißt,
dass die Kühlflüssigkeit über die
Länge der
Kühlflüssigkeitszwischenräume 7, 14 vom
Kühlflüssigkeitszwischenraum 14 im
Zylindergehäuse 11 in
den Kühlflüssigkeitszwischenraum 7 im
Zylinderkopf 1 strömt.
Auf diese Weise findet eine gute Kühlung des Stegbereiches zwischen
zwei Zylindern im Bereich der Deckfläche 12 und des Zylinderkopfes 1 statt,
so dass dieser Bereich thermisch nicht überlastet wird und dadurch
die hohen mechanischen Belastungen gut erträgt.
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Nach
Durchströmen
der Kühlflüssigkeitszwischenräume 7, 14 strömt die Kühlflüssigkeit
in den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum 16 im
Zylinderkopf 1 und vereinigt sich dort mit dem Hauptstrom
der Kühlflüssigkeit.
Diese Vereinigung der beiden Kühlflüssigkeitsströme kann
im Zylinderkopf 1 im zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum 16 abgewandt
von der Zylinderkopfdichtung 13 oder nahe der Zylinderkopfdichtung 13 stattfinden.
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In 2 ist
ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf 1 in
einer Ansicht auf die Brennraumseite stark vereinfacht dargestellt.
Der Zylinderkopf 1 ist in einem Abschnitt mit zwei benachbarten
Brennräumen 2 gezeigt,
die jeweils zwei Auslassventile 3 und zwei Einlassventile 4 aufweisen.
Seitlich der Zylinder- oder Brennraumreihe ist auf der Seite der
Auslassventile 3 ein Kühlmittelzuflusskanal 5 angeordnet, der
von einem nicht gezeigten ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylindergehäuse mit
Kühlmittel
versorgt wird. Dieses Kühlmittel
fließt
in einem Teilstrom im Kühlmittelzuflusskanal 5 über ein
kurzes Zwischenstück 6 in
den zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum 7.
Im zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum 7 kühlt das
Kühlmittel
den thermisch hoch belasteten Bereich zwischen zwei benachbarten
Brennräumen 2 und
strömt
von dort in einen nicht gezeigten zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylinderkopf 1.
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Ein
weiterer Teilstrom der Kühlflüssigkeit strömt aus dem
Kühlmittelzuflusskanal 5 direkt
in einen nicht gezeigten zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylinderkopf 1,
um dort den Brennraum 2 im Bereich der Ein- und Auslassventile 3, 4 zu
kühlen. Durch
den Kühlflüssigkeitsübertritt 8 verlässt das Kühlmittel
den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum
im Zylinderkopf 1 und strömt zurück in das Zylindergehäuse oder
verlässt
den Zylinderkopf in Richtung einer nicht gezeigten Sammelleitung.
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Der
Kühlmittelzuflusskanal 5 und
das Zwischenstück 6 sind
im Zylinderkopf 1 durch Gießen hergestellt. Der zweite
Kühlflüssigkeitszwischenraum 7 ist
auf Grund der engen Platzverhältnisse
zwischen zwei benachbarten Brennräumen 2 durch Fräsen oder
Sägen eines
Schlitzes hergestellt. Bei ausreichenden Platzverhältnissen
ist auch eine kostengünstige
Herstellung durch Gießen
des Kühlflüssigkeitszwischenraumes 7 möglich, jedoch
erfordert das Gießen
auf Grund von Gusstoleranzen und Mindestwandstärken des Gießkerns einen
größeren Abstand der
Brennräume
zueinander.
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In 3 ist
ebenfalls ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf 1 in
einer Ansicht auf die Brennraumseite stark vereinfacht dargestellt.
Der Kühlmittelstrom dieser
Ausführung
entspricht der Ausführung
von 1 mit der Änderung,
dass sich der Teilstrom, der durch den zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum 7 strömt, in einem
Sammelraum 9 mit dem Teilstrom durch den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum
aus dem Zylinderkopf vereinigt. Dieser Sammelraum 9 bildet
einen Teil des zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraumes
und geht in den Kühlflüssigkeitsübertritt 8 über, über den
das Kühlmittel
den Zylinderkopf 1 verlässt
und in einen ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum im
Zylindergehäuse
strömt.