DE102005033338A1 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Brennkraftmaschine und Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (10) mit einem Zylindergehäuse (11) mit mehreren nebeneinander angeordneten Zylindern und einem Zylinderkopf (1). Der Zylinderkopf (1) schließt das Zylindergehäuse (11) an einer Deckfläche (12) ab, wobei zwischen diesen beiden Bauteilen eine an sich bekannte Zylinderkopfdichtung (13) angeordnet ist. Zwischen den beiden Seiten eines ersten Hauptkühlflüssigkeitsraumes (15) rechts und links der Zylinderreihe ist an oder nahe der Deckfläche (12) des Zylindergehäuses (11) als Strömungsverbindung ein erster Kühlflüssigkeitszwischenraum (14) angeordnet, der in einem Stegbereich zwischen zwei Zylindern verläuft. durch einen zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum (7) oberhalb der Zylinderkopfdichtung (13) im Zylinderkopf (1), der zum ersten Kühlflüssigkeitszwischenraum (7) im Zylindergehäuse (11) aufgrund seiner Lage und Erstreckung korrespondiert und mit diesem über eine Öffnung in der Zylinderkopfdichtung (13) verbunden ist, wird die Kühlung im Bereich des Zylindersteges und der Zylinderkopfdichtung (13) wesentlich verbessert. Der zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum (7) steht mit einem zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum (16) im Zylinderkopf (1) in Strömungsverbindung.
Description
- 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.
- 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. - Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber die Kühlung der Brennkraftmaschine im Zylindersteg nahe des Zylinderkopfes und im dazu anschließenden Bereich im Zylinderkopf zu verbessern.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Dabei zeigen:
-
1 einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich des Steges zwischen zwei Zylindern, -
2 eine Draufsicht auf die Brennraumseite eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes und -
3 eine Draufsicht auf die Brennraumseite eines weiteren erfindungsgemäßen Zylinderkopfes. - In
1 ist ein stark vereinfachter Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine10 mit einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf1 und einem Zylindergehäuse11 gezeigt. Der Verlauf des Querschnittes erfolgt entsprechend der Linie A-A in den2 und3 im Bereich des Steges zwischen zwei benachbarten Zylindern. Der Zylinderkopf1 ist an einer Deckfläche12 des Zylindergehäuses11 befestigt und von diesem durch eine Zylinderkopfdichtung13 getrennt. Die Zylinderkopfdichtung13 dichtet den Brennraum zwischen dem Zylindergehäuse11 und dem Zylinderkopf1 ab. Sie verhindert weiterhin ein Vermischen von Kühl- und Schmiermittel beim Übergang zwischen dem Zylindergehäuse11 und dem Zylinderkopf1 . Durch geeignete Öffnungen in der Zylinderkopfdichtung13 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. - Im Zylindergehäuse
11 ist im Bereich des Steges ein erster Kühlflüssigkeitszwischenraum14 angeordnet, der aus einem ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum15 im Zylindergehäuse11 mit Kühlflüssigkeit versorgt wird. Der erste Kühlflüssigkeitszwischenraum14 entspricht in seiner Länge und Breite dem dazu korrespondierenden zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum7 im Zylinderkopf1 . Im Zylinderkopf1 ist ein zweiter Hauptkühlflüssigkeitsraum16 zur Kühlung des Zylinderkopfes1 angeordnet. Des Weiteren sind im Zylinderkopf1 und im Zylindergehäuse11 jeweils korrespondierende Kühlmittelzuflusskanäle5 ,5' angeordnet, die nicht gezeigte Durchtrittsöffnungen der Hauptkühlflüssigkeitsräume15 ,16 mit den Kühlflüssigkeitszwischenräumen7 ,14 verbinden. - Der größte Anteil der Kühlflüssigkeit strömt aus dem ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum
15 im Zylindergehäuse11 über nicht gezeigte Strömungsverbindungen in den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum16 im Zylinderkopf1 und von dort in eine nicht gezeigte Kühlflüssigkeitssammelleitung, die im Zylinderkopf1 oder im Zylindergehäuse11 angeordnet ist. Ein kleinerer Teilstrom der Kühlflüssigkeit strömt aus dem ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum15 im Zylindergehäuse11 über den Kühlmittelzuflusskanal5' in den ersten Kühlflüssigkeitszwischenraum14 . Durch Öffnungen in der Zylinderkopfdichtung13 strömt die Kühlflüssigkeit in den zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum7 . Das heißt, dass die Kühlflüssigkeit über die Länge der Kühlflüssigkeitszwischenräume7 ,14 vom Kühlflüssigkeitszwischenraum14 im Zylindergehäuse11 in den Kühlflüssigkeitszwischenraum7 im Zylinderkopf1 strömt. Auf diese Weise findet eine gute Kühlung des Stegbereiches zwischen zwei Zylindern im Bereich der Deckfläche12 und des Zylinderkopfes1 statt, so dass dieser Bereich thermisch nicht überlastet wird und dadurch die hohen mechanischen Belastungen gut erträgt. - Nach Durchströmen der Kühlflüssigkeitszwischenräume
7 ,14 strömt die Kühlflüssigkeit in den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum16 im Zylinderkopf1 und vereinigt sich dort mit dem Hauptstrom der Kühlflüssigkeit. Diese Vereinigung der beiden Kühlflüssigkeitsströme kann im Zylinderkopf1 im zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum16 abgewandt von der Zylinderkopfdichtung13 oder nahe der Zylinderkopfdichtung13 stattfinden. - In
2 ist ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf1 in einer Ansicht auf die Brennraumseite stark vereinfacht dargestellt. Der Zylinderkopf1 ist in einem Abschnitt mit zwei benachbarten Brennräumen2 gezeigt, die jeweils zwei Auslassventile3 und zwei Einlassventile4 aufweisen. Seitlich der Zylinder- oder Brennraumreihe ist auf der Seite der Auslassventile3 ein Kühlmittelzuflusskanal5 angeordnet, der von einem nicht gezeigten ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylindergehäuse mit Kühlmittel versorgt wird. Dieses Kühlmittel fließt in einem Teilstrom im Kühlmittelzuflusskanal5 über ein kurzes Zwischenstück6 in den zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum7 . Im zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum7 kühlt das Kühlmittel den thermisch hoch belasteten Bereich zwischen zwei benachbarten Brennräumen2 und strömt von dort in einen nicht gezeigten zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylinderkopf1 . - Ein weiterer Teilstrom der Kühlflüssigkeit strömt aus dem Kühlmittelzuflusskanal
5 direkt in einen nicht gezeigten zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylinderkopf1 , um dort den Brennraum2 im Bereich der Ein- und Auslassventile3 ,4 zu kühlen. Durch den Kühlflüssigkeitsübertritt8 verlässt das Kühlmittel den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylinderkopf1 und strömt zurück in das Zylindergehäuse oder verlässt den Zylinderkopf in Richtung einer nicht gezeigten Sammelleitung. - Der Kühlmittelzuflusskanal
5 und das Zwischenstück6 sind im Zylinderkopf1 durch Gießen hergestellt. Der zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum7 ist auf Grund der engen Platzverhältnisse zwischen zwei benachbarten Brennräumen2 durch Fräsen oder Sägen eines Schlitzes hergestellt. Bei ausreichenden Platzverhältnissen ist auch eine kostengünstige Herstellung durch Gießen des Kühlflüssigkeitszwischenraumes7 möglich, jedoch erfordert das Gießen auf Grund von Gusstoleranzen und Mindestwandstärken des Gießkerns einen größeren Abstand der Brennräume zueinander. - In
3 ist ebenfalls ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf1 in einer Ansicht auf die Brennraumseite stark vereinfacht dargestellt. Der Kühlmittelstrom dieser Ausführung entspricht der Ausführung von1 mit der Änderung, dass sich der Teilstrom, der durch den zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum7 strömt, in einem Sammelraum9 mit dem Teilstrom durch den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum aus dem Zylinderkopf vereinigt. Dieser Sammelraum9 bildet einen Teil des zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraumes und geht in den Kühlflüssigkeitsübertritt8 über, über den das Kühlmittel den Zylinderkopf1 verlässt und in einen ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum im Zylindergehäuse strömt.
Claims (6)
- Brennkraftmaschine (
10 ) in flüssigkeitsgekühlter Hubkolbenbauart mit – einem Zylindergehäuse (11 ) mit mehreren nebeneinander angeordneten Zylindern, – einem Zylinderkopf (1 ), der das Zylindergehäuse (11 ) an einer Deckfläche (12 ) abschließt, – einer zwischen Zylindergehäuse (11 ) und Zylinderkopf (1 ) angeordneten Zylinderkopfdichtung (13 ) und – einem ersten Kühlflüssigkeitszwischenraum (14 ) im Zylindergehäuse an der Deckfläche in einem Stegbereich zwischen zwei benachbarten Zylindern, der mit einem ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum (15 ) im Zylindergehäuse (11 ) in Strömungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass – zum ersten Kühlflüssigkeitszwischenraum (14 ) korrespondierend oberhalb der Zylinderkopfdichtung (13 ) im Zylinderkopf ein zweiter Kühlflüssigkeitszwischenraum (7 ) angeordnet ist, dass – die beiden Kühlflüssigkeitszwischenräume (7 ,14 ) durch wenigstens eine Öffnung in der Zylinderkopfdichtung (13 ) miteinander verbunden sind und dass – der zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum (7 ) mit einem zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum (16 ) im Zylinderkopf (1 ) in Strömungsverbindung steht. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum (
7 ,14 ) als Schlitze im Zylindergehäuse (11 ) und Zylinderkopf (1 ) ausgeführt sind, deren offene Seite jeweils von der Zylinderkopfdichtung (13 ) zumindest teilweise abgedeckt ist. - Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom der Kühlflüssigkeit aus dem ersten Hauptkühlflüssigkeitsraum (
15 ) im Zylindergehäuse (11 ) in den ersten und den zweiten Kühlflüssigkeitszwischenraum (7 ,14 ) und von dort in den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum (16 ) im Zylinderkopf (1 ) strömt und sich dort mit dem Reststrom der Kühlflüssigkeit vereint und/oder den Zylinderkopf (1 ) verlässt. - Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum (
7 ,14 ) parallel von einem Teilstrom der Kühlflüssigkeit durchströmt werden. - Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der erste und danach der zweite Kühlflüssigkeitszwischenraum (
7 ,14 ) von einem Teilstrom der Kühlflüssigkeit durchströmt werden. - Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit auf einer Auslassseite der Brennkraftmaschine (
10 ) in die Kühlflüssigkeitszwischenräume (7 ,14 ) einströmt und auf einer Einlassseite der Brennkraftmaschine (10 ) in den zweiten Hauptkühlflüssigkeitsraum (16 ) im Zylinderkopf (1 ) eintritt.
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- 2005-07-16 DE DE200510033338 patent/DE102005033338A1/de not_active Withdrawn
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