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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einen Zylinder aufweisenden
Kurbelgehäuse, das
von einem in Blockbauart ausgebildeten Gaswechselventile und Gaswechselkanäle aufweisenden
Zylinderkopf unter Einfügung
einer Zylinderkopfdichtung abgedeckt ist, wobei in den Zylindern
je ein über
ein Pleuel an einer in dem Kurbelgehäuse gelagerten Kurbelwelle
angelenkter Kolben bewegbar ist, wobei die Brennkraftmaschine ein
Kühlsystem
und ein Schmiersystem mit einer Ölpumpe
aufweist, und das Kühlsystem
zumindest einen unteren, mit einem Zylinderkurbelgehäuseraum
direkt zusammenwirkenden Zylinderkopfringkühlraum und einen darüber liegenden
Zylinderkopfkühlraum
aufweist.
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Eine
derartige Brennkraftmaschine ist aus der
DE 203 16 124 U1 bekannt.
Diese Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf, bei dem eine
effektive Kühlung
auch bei hoher Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine gewährleistet
ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass eine dritte Rückflussleitung
für das
Kühlmedium
angenähert
parallel zu einer ersten und zweiten Rückflussleitung entlang der
Zylinderkopfreihe angeordnet ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit
einer hohen Anzahl von Gleichteilen bereitzustellen, die für die unterschiedlichsten
Einsatzzwecke auslegbar ist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass das Kühlsystem
der Brennkraftmaschine entweder mit Wasser oder mit Öl beschickt
wird. Dieser Lösung liegt
die Erkenntnis zugrunde, dass eine ölgekühlte Brennkraftmaschine den
Vorteil hat, dass nur ein einziger Betriebsstoff, nämlich Öl, in der
Brennkraftmaschine vorhanden ist und dieser Betriebsstoff für die Kühlung und
die Schmierung der Brennkraftmaschine herangezogen wird. Eine solche
Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass diese besonders kompakt
mit integriertem Kühlsystem
in Form eines Ölkühlers und
eines Gebläses
konzipiert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass nur ein einziger
Betriebsstoff überwacht
und kontrolliert werden muss und beispielsweise bei Einsatz in frostgefährdeten
Gebieten keine besonderen Konservierungsmaßnahmen bei Nichtgebrauch erforderlich
sind. Eine wassergekühlte
Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass mit dem Kühlmittel
Wasser infolge des niedrigeren Temperaturniveaus als bei Öl eine effektivere
Kühlung
und damit eine niedrigere Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
möglich
ist. Dies ist im Hinblick auf besondere Anforderungen an einen geringen
spezifischen Kraftstoffverbrauch und niedrige Abgasemissionen vorteilhaft.
Im Ergebnis muss je nach Einsatzzweck eine wassergekühlte Brennkraftmaschine oder
eine ölgekühlte Brennkraftmaschine
bereitgestellt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es aber für einen
Motorenhersteller nicht möglich,
zwei vollkommen unterschiedlich konstruierte Brennkraftmaschinen
in einer Leistungsklasse bereitzustellen. Dieses Problem löst die vorliegende
Erfindung, indem das Kühlsystem
einer Brennkraftmaschine entweder mit Wasser oder mit Öl beschickt
wird. Dabei ist die Brennkraftmaschine so konstruiert, dass der Kurbelgehäusekühlraum,
der Zylinderkopfringkühlraum
und der Zylinderkopfkühlraum
bei beiden Kühlversionen
gleich ausgebildet sind, während
die Kühlmittelzuführung und
Kühlmittelabführung zu
diesen Kühlräumen zumindest
teilweise gleich ausgebildet sind und gegebenenfalls nur unterschiedlich
verschaltet sind. Dabei werden für
beide Kühlversionen das
gleiche Kurbelgehäuse
und der gleiche Zylinderkopf verwendet, die unterschiedlich bearbeitet
werden. Ebenfalls sind die Anbauteile bis auf die kühlungsspezifischen
Anbauteile bei beiden Brennkraftmaschinen gleich. Damit ist für beide
Kühlversionen eine
höchstmögliche Anzahl
von Gleichteilen erreicht, so dass es im Ergebnis möglich ist,
eine Brennkraftmaschine in einer Leistungsklasse mit unterschiedlichen
Kühlsystemen
wirtschaftlich parallel zu fertigen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung
zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele
näher beschrieben
sind.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Stirnansicht einer ölgekühlten Version der Brennkraftmaschine,
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2 eine
perspektivische Stirnansicht einer wassergekühlten Ausführung der gleichen Brennkraftmaschine,
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3a perspektivische
Ansichten des Ölkreislaufs
der ölgekühlten
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3b Brennkraftmaschine
und
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4a perspektivische
Ansichten des Kühlkreislaufs
der wasserge-
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4b kühlten Brennkraftmaschine.
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1 zeigt
die ölgekühlte Ausführung der
erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse 1 auf, in der eine
Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der in der beispielhaft ausgeführten Brennkraftmaschine
vier Kolben über
Pleuel angelenkt sind, die in entsprechenden Zylindern bewegbar
sind. Das Kurbelgehäuse 1 ist
zylinderseitig von einem Zylinderkopf 2 und kurbelwellenseitig
von einer Ölwanne 3 abgeschlossen.
Der Zylinderkopf 2 ist wiederum von einem Ventildeckel 4 verschlossen
und seitlich sind an den Zylinderkopf 2 eine Frischgassammelleitung 5 und
eine Abgassammelleitung 6 befestigt, die ihrerseits über einen
Abgasturbolader 7 miteinander verschaltet sind. Unterhalb
des Abgasturbolader 7 ist ein Startermotor 8 angeordnet,
dessen Starterritzel mit einem an der Kurbelwelle befestigten Schwungrad
in Verbindung gebracht werden kann, wobei das Schwungrad in einem
SAE-Flansch 9,
an den beispielsweise ein Getriebe befestigt werden kann, angeordnet
ist. Auf der vorderen Stirnseite der Brennkraftmaschine ist eine
Abdeckvorrichtung 10 befestigt, hinter der ein Antrieb,
beispielsweise in Form eines Zahnriemens, für eine Nockenwelle angeordnet ist.
Vor der Abdeckvorrichtung 10 ist eine Riemenscheibe 11 mit
der Kurbelwelle verschraubt. In den bisher aufgeführten Bauteilen
unterscheidet sich die 2 dargestellte wassergekühlte Brennkraftmaschine
zumindest äußerlich
nicht von der ölgekühlten Brennkraftmaschine.
Seitlich neben dem Zylinderkopf 2 bzw. dem Ventildeckel 4 ist
bei der Brennkraftmaschine gemäß 1 ein Ölkühler 12 montiert, durch
den von einem Gebläse 13 Kühlluft gefördert wird.
Dabei wird die Kühlluft
zudem auch an den Zylinderkopf 2 vorbeigefördert und
durch Kanäle
durch den Zylinderkopf 2 auch durch diesen hindurch und tritt
auf der Gaswechselseite im Bereich zwischen der Frischgassammelleitung 5 und
der Abgassammelleitung 6 aus. Das Gebläse 13 wird über einen
Keilriemen 14 von der Riemenscheibe unter Einschaltung einer
Spannrolle 15 angetrieben.
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Im
Unterschied zu der ölgekühlten Brennkraftmaschine
nach 1 treibt bei der wassergekühlten Brennkraftmaschine gem. 2 der
Keilriemen 14 eine Wasserpumpe 16 an, die stirnseitig
an dem Kurbelgehäuse 1 und/oder
an dem Zylinderkopf 2 angeordnet ist. Gespannt wird der
Keilriemen 14 über
eine Lichtmaschine 17, die bei der ölgekühlten Version in das Gebläse 13 integriert
ist.
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Eine
weitere Ausführung
sieht die Übernahme
von bei anderen Brennkraftmaschinen vorhandenen Komponenten wie
Wasserpumpe 16 und Kühlwasserthermostatgehäuse 18 vor.
Damit diese Komponenten ohne Änderungen
eingebaut werden können,
wird ein Adaptergehäuse 19 geschaffen.
Das Adaptergehäuse 19 erstreckt
sich axial zwischen der Wasserpumpe 16 und dem Kühlwasserthermostatgehäuse 18.
Als Nebenfunktion dient es zur Lichtmaschinenaufhängung und
zum Abzweig eines Teilstroms vom Kühlwasser zur Motorschmierölkühlerbeaufschlagung.
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In
den 3a und 3b ist
der Kühlkreislauf
der ölgekühlten Brennkraftmaschine
zumindest mit den wesentlichen Teilen wiedergegeben. Über einen
Zugang 20 gelangt das Kühlmittel
in einen ersten Kurbelgehäusekühlraum 21 und
wird von diesem in die übrigen
Zylinderkurbelgehäusekühlräume 21 weitergeleitet.
Von den Zylinderkurbelgehäusekühlräumen 21 gelangt
das Öl über Übergänge 22 in
der Zylinderkopfdichtung in Zylinderkopfringkühlräume 23, wobei das Öl zur intensiven
Kühlung
der thermisch hoch belasteten Bereiche durch entsprechende Ausgestaltung
der Kurbelgehäusekühlräume 21 und
die Anordnung und Ausbildung der Übergänge 22 und der nachfolgend
erläuterten
Verbindungskanäle 24a, 24b in
der Zylinderkopfdichtung bezüglich
der Fließrichtung
und Fließmenge
beeinflusst wird. Von dem vorderen endseitigen Zylinderkopfringkühlraum 23 wird
das Öl über die
V-förmig
angeordneten Verbindungskanäle 24a, 24b in
einen Zylinderkopfkühlraum 28 und
in Ölkanäle 25a, 25b geleitet,
wobei von dem Ölkanal 25b Stichkanäle 26 zur
Schmierung der bewegten Teile des Ventiltriebs abzweigen. Abgeleitet wird
das Öl
aus den Ölkanälen 25a, 25b über die
Ableitkanäle 27a, 27b, 27c, 27d auf
der gegenüberliegenden
Zylinderkopfseite. Das Kühlmittel
wird aus dem Zylinderkopfkühlraum 28 auf
der zu den Verbindungskanälen
gegenüberliegenden
Zylinderkopfseite über
eine Abführleitung 29 abgeleitet.
Die Abführleitung 29 ist über eine
Querleitung 30 mit den Ableitkanälen 27a, 27b, 27c, 27d verbunden
und das abgeleitete Kühlmittel
wird über
eine Thermostateinrichtung 31 entweder in einen Wärmetauscher
oder wieder direkt in den Kühlkreislauf
beziehungsweise Ölkreislauf
geleitet. Der hintere Kurbelgehäusekühlraum 21 ist über eine
Stichleitung 32 ebenfalls mit der Abführleitung 29 verschaltet.
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In
den 4a und 4b ist
der wassergekühlte
Kühlkreislauf
in den wesentlichen Teilen dargestellt, wobei zur besseren Übersichtlichkeit
der Kühlkreislauf
bzw. dessen Komponenten im Bereich der Trennebene Kurbelgehäuse – Zylinderkopf,
wie schon in den 3a und 3b, beabstandet
voneinander dargestellt sind.
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Von
der nicht dargestellten Wasserpumpe gelangt das Kühlmittel
Wasser über
einen stirnseitigen Zugang 21 in den ersten Kurbelgehäusekühlraum 21 und
wird von diesem in die übrigen
Kurbelgehäusekühlräume 21 weitergeleitet.
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Von
den Zylinderkurbelgehäusekühlräumen 21 gelangt
das Wasser über Übergänge 22 in
der Zylinderkopfdichtung in die Zylinderkopfringkühlräume 23.
Das Wasser wird zur intensiven Kühlung
der thermisch hoch belasteten Bereiche durch entsprechende Ausgestaltung
der Kurbelgehäusekühlräume 21 und
die Anordnung und Ausbildung der Übergänge 22 in der Zylinderkopfdichtung
bezüglich
der Fließrichtung
und Fließmenge
beeinflusst.
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Von
dem Zylinderkopfringkühlraum 21 gelangt
das Wasser im Wesentlichen über
die Übertrittsöffnungen 33 (1x
pro Zylinder) und insbesondere zur guten Durchströmung des
Zylinderkopfkühlraums 28 vorhandene
V-förmig
aufsteigende Verbindungskanäle 24a und 24b in
den Zylinderkopfkühlraum 28, aus
dem es nach Durchströmung
desselben zylinderkopfstirnseitig über die Öffnungen 34 und 35 in
Richtung eines Kühlwasserthermostatgehäuses 36.
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Der
Wasserkanal 25c, der identisch zu dem Ölkanal 26b ist, wird über Zuleitkanäle 24e und 24f, die
den Ableitkanälen 24a und 24c entspre chen
und hier mit dem Kurbelgehäusekühlraum 21 in
Wirkverbindung stehen, mit Wasser versorgt.
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Der
Wasserkanal 26c erfüllt
in Ergänzung
zu dem hier nicht dargestellten Ölkanal 25b (3a und 3b)
die Funktion der Ventilschaftkühlung
und er entlüftet
das Kühlsystem
dergestalt, dass das über eine
Austrittsöffnung 35 oberhalb
der Öffnung 34 abgeleitete
Wasser in Richtung Kühlwasserthermostat fließt.
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Von
der Wasserpumpe wird eine Wassermenge von beispielsweise 50 Liter
pro Minute in den Zugang 20a gefördert. Zusätzlich wird eine Wassermenge
von beispielsweise 10 Liter pro Minute in eine nicht dargestellte Ölkühlerleitung
gefördert,
die entlang den Kurbelgehäusekühlräumen 21 verläuft und einen
an der Brennkraftmaschine integrierten Ölkühler beschickt. Von dem Ölkühler wird
das Wasser über
den Zylinderkopfkühlraum 28 dem
Kühlwasserthermostat
zugeführt.
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- 1
- Kurbelgehäuse
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Ölwanne
- 4
- Ventildeckel
- 5
- Frischgassammelleitung
- 6
- Abgassammelleitung
- 7
- Abgasturbolader
- 8
- Startermotor
- 9
- SAE-Flansch
- 10
- Abdeckvorrichtung
- 11
- Riemenscheibe
- 12
- Ölkühler
- 13
- Gebläse
- 14
- Keilriemen
- 15
- Spannrolle
- 16
- Wasserpumpe
- 17
- Lichtmaschine
- 18
- Kühlwasserthermostatgehäuse
- 19
- Adaptergehäuse
- 20,
20a
- Zugang
- 21
- Kurbelgehäusekühlraum
- 22
- Übergang
- 23
- Zylinderkopfringkühlraum
- 24a,
24b
- Verbindungskanal
- 25a,
25b
- Ölkanal
- 25c
- Wasserkanal
- 26
- Stichkanal
- 27a,
27b, 27c, 27d
- Ableitkanal
- 27e,
27f
- Zuleitkanal
- 28
- Zylinderkopfkühlraum
- 29
- Abführleitung
- 30
- Querleitung
- 31
- Thermostateinrichtung
- 32
- Stichleitung
- 33
- Übertrittsöffnung
- 34
- Öffnung
- 35
- Austrittsöffnung