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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
der gattungsbildenden Patentschrift
DE 41 17 112 C1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine
mit mehreren Zylindern in einem Zylindergehäuse bekannt, die durch in einem
Kühlmittelraum strömenden Kühlmittel
gekühlt
werden. Zwei jeweils benachbarte Zylinder sind so angeordnet, dass
an der engsten Stelle zwischen den beiden Zylindern, am sogenannten
Steg, kein Kühlmittel
strömt.
Um diesen besonders belasteten Bereich zwischen den beiden Zylindern
am oberen Ende nahe der Zylinderkopfdichtung nicht durch Überhitzung
zu gefährden, sind
in das Gehäusematerial
in diesem Bereich des Zylindergehäuses eine oder mehrere Querbohrungen
angebracht. Diese Querbohrungen ermöglichen eine Kühlmittelströmung in
Motorquerrichtung von der einen zur anderen Seite des Zylindergehäuses und
vermeiden damit eine Überhitzung
des oberen Zylinderbereichs zwischen zwei benachbarten Zylindern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, die
Kühlung
des Steges zwischen zwei Zylindern zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit
Flüssigkeitskühlung und
mehreren Kühlmittelräumen, die
um Zylinderlaufbahnen in einem Zylindergehäuse angeordnet sind, zeichnet
sich dadurch aus, dass erste Kühlmittelteilräume am zylinderkopfseitigen
Ende der Zylinderlaufbahnen zwischen zwei benachbarten Zylindern
einen eigenen Kühlmittelzufluss
und Kühlmittelabfluss
aufweisen und getrennt von zweiten Kühlmittelräumen durchströmbar sind. Der
Steg, das heißt
der thermisch und mechanisch hochbelastete Bereich zwischen zwei
benachbarten Zylindern, wird auf diese Weise am zylinderkopfseitigen
Ende der Zylinderlaufbahnen besonders gut gekühlt. Durch die Aufteilung in
zwei verschiedene Kühlmittelströme wird
eine gezielte und intensive Kühlung
des Steges ermöglicht,
Zylindern zuverlässig
verhindert wird.
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Besonders
vorteilhaft wirkt die getrennte Kühlung, wenn die ersten Kühlmittelräume im Steg am
zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderlaufbahnen als ein einziger
Kanal oder in Form mehrerer Kanäle
ausgebildet sind, die quer zur Maschinenlängsrichtung. In dieser Ausgestaltung
ist es beispielsweise möglich,
eine oder mehrere Querbohrungen oder vorgegossene Kanäle im Steg
anzuordnen.
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Eine
besonders effiziente Kühlung
wird durch das Bereitstellen einer turbulenten Strömung in den
Kühlmittelräumen erreicht.
Um den Steg durch die ersten Kühlmittelräume gut
zu kühlen,
sind die Querbohrungen im Steg mit einem engen beziehungsweise kleinen
Querschnitt ausgeführt.
Dadurch wird eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels
in den Querschnitten und damit der Übergang zu einer turbulenten
Strömung
erreicht. Bei einer turbulenten Kühlmittelströmung findet bekanntermaßen ein
guter Wärmeübergang
statt.
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Vorteilhaft
lässt sich
die Erfindung verwirklichen, wenn auf der einen Seite der Brennkraftmaschine
in Maschinenlängsrichtung
ein Zulaufkanal und auf der anderen Seite ein Ablaufkanal vorgesehen
sind. Der Zulauf- und der Ablaufkanal stehen mit den ersten Kühlmittelräumen in
Strömungsverbindung
und bilden somit einen separaten Kühlmittelteilkreislauf. Eine
Querstromkühlung
für den
Steg wird am zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderlaufbahnen ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die zweiten Kühlmittelräume der
einzelnen Zylinder so mit den jeweiligen benachbarten Zylindern
verbunden, dass eine Längsdurchströmung entlang
der Maschinenlängsrichtung
der Brennkraftmaschine möglich
ist. Über
die zweiten Kühlmittelräume werden
die Zylinderlaufbahnen mit Ausnahme des zylinderkopfseitigen Stegbereichs
gekühlt.
In diesen Bereichen der zweiten Kühlmittelräume fällt relativ wenig Wärme durch
die Verbrennung in den Zylindern an. Der größte Anteil an Wärme fällt im Bereich des
Zylinderkopfes und durch die zweiseitige Beaufschlagung im Steg
an. Bei der vorgesehenen Aufteilung in zwei getrennte Kühlmittelräume ist
für den zweiten
Kühlmittelraum
eine Längsdurchströmung einfach
und kostengünstig
zu bewerkstelligen.
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Um
eine wirksame Trennung der beiden Kühlmittelteilströme zu ermöglichen
und dadurch ein gezielte unterschiedliche Wärmeabfuhr an den verschiedenen
Stellen im Zylindergehäuse
zu ermöglichen,
ist es vorteilhaft, die Aufteilung in die beiden Kühlmittelteilströme außerhalb
des Zylindergehäuses
vorzunehmen.
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Die
Aufteilung in zwei Kühlmittelteilströme erfolgt
durch ein Ventil am Kühlmitteleintritt
oder Kühlmittelaustritt
am Zylindergehäuse.
Dieses Ventil kann als ein fest eingestellter Mengenverteiler oder aber
als ein regelbares Steuerventil ausgeführt sein. Eine Regelung erfolgt
durch ein Steuergerät
in Abhängigkeit
von Bauteiltemperaturen im Zylindergehäuse und sonstigen Motorparametern.
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Eine
besonders einfache und wirkungsvolle Ausgestaltung der Erfindung
ist es, einen Ablaufkanal der ersten Kühlmittelräume als Kühlmittelzufluss zu einem Zylinderkopf
auszuführen.
Da sowohl der Steg am zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderlaufbahnen
als auch der Zylinderkopf mit einer Querstromkühlung versehen sind, ist es
vorteilhaft, den Ablaufkanal der Stegkühlung mit einem Zulauf- oder Ablaufkanal
der Zylinderkopfkühlung
als gemeinsamen Kühlmittelsammelraum
auszuführen.
Dadurch wird Bauraum, Bearbeitungs- und Montagezeit gespart, ohne
dass eine Beeinträchtigung
der Kühlung des
Zylinderkopfes oder des Zylindergehäuses erfolgt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der
Beschreibung und der Zeichnung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein Zylindergehäuse senkrecht zur Maschinenlängsachse
in der Mitte der Zylinderlaufbahn und
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1a eine
Draufsicht auf das Zylindergehäuse
mit dem Schnittverlauf von 1 und
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2 einen
schematischen Schnitt durch ein Zylindergehäuse senkrecht zur Maschinenlängsachse
im Steg zwischen zwei Zylinderlaufbahnen und
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2a eine
Draufsicht auf das Zylindergehäuse
mit dem Schnittverlauf von 2.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung, die in 1 und 2 in zwei
verschiedenen Schnitten dargestellt ist, gemeinsam beschrieben.
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In 1 ist
ein schematischer Querschnitt durch ein Zylindergehäuse 1 einer
nicht näher
dargestellten Brennkraftmaschine gezeigt. Der Querschnitt verläuft durch
die Mitte einer Zylinderlaufbahn 2 und ist in 1a in
einer Draufsicht auf das Zylindergehäuse 1 entlang einer
ersten Schnittlinie I-I gekennzeichnet. Die Blickrichtung des Querschnittes
ist in Maschinenlängsrichtung 4 ausgerichtet.
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In 2 ist
ein schematischer Querschnitt durch das Zylindergehäuse 1 gezeigt,
der durch einen Steg 5 zwischen zwei benachbarten Zylinderlaufbahnen 2 verläuft. Der
Schnittverlauf ist in 2a in einer Draufsicht auf das
Zylindergehäuse 1 entlang einer
zweiten Schnittlinie II-II gekennzeichnet. Die Blickrichtung des
Querschnittes ist in Maschinenlängsrichtung 4 ausgerichtet.
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Im
Zylindergehäuse 1 sind
nahe der Zylinderlaufbahn 2 ein erster Kühlmittelteilraum 7 und
ein zweiter Kühlmittelteilraum 8 ausgebildet.
Der erste Kühlmittelteilraum 7 ist
beispielsweise als schräg
verlaufender Kanal ausgebildet und wird von einem seitlich im Zylindergehäuse 1 verlaufenden
Zulaufkanal 9 mit Kühlmittel
versorgt, das über
einen kurzen Stichkanal 10 zum ersten Kühlmittelraum 7 strömt. Der
erste Kühlmittelteilraum 7 ist
in Form einer schrägen
Bohrung ausgeführt,
die im Steg 5 von einer das Zylindergehäuse 1 in Richtung
eines Zylinderkopfes 3 abschleißenden Deckfläche 11 zum
Stichkanal 10 verläuft.
Es ist auch möglich,
mehrere Bohrungen oder gegossene Kanäle im Steg 5 vorzusehen,
um dadurch eine bessere Kühlwirkung
zu erzielen. Der zweite Kühlmittelteilraum 8 ist,
wie in 1 gezeigt, in Maschinenlängsrichtung 4 gesehen,
vor allem seitlich der Zylinderlaufbahnen 2 angeordnet.
Im Bereich des Steges 5 ist der zweite Kühlmittelteilraum 8 nur am
der Deckfläche 11 weiter
entfernten Ende der Zylinderlaufbahnen 2 ausgebildet.
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Aus
einer nicht gezeigten Kühlmittelpumpe wir
das Kühlmittel über ein
ebenfalls nicht gezeigtes Steuerventil in den Zulaufkanal 9 und
separat in den zweiten Kühlmittelteilraum 8 gepumpt.
Im Zulaufkanal 9 strömt
das Kühlmittel
in Maschinenlängsrichtung 4.
Jeweils zwischen zwei benachbarten Zylinderlaufbahnen 2 zweigt
ein Stichkanal 10 ab und ein Teilstrom des Kühlmittels
strömt
durch den Stichkanal 10 in den ersten Kühlmittelteilraum 7.
Im Steg 5 sind die räumlichen
Verhältnisse
im Allgemeinen sehr beengt, da zwei benachbarte Zylinderlaufbahnen 2 einen
geringen Abstand voneinander aufweisen. Im ersten Kühlmittelteilraum 7 herrscht
auf Grund seines konstruktiv bedingten, relativ geringen Querschnitts
eine turbulente Strömung,
die den Wärmeübergang
von den beiden benachbarten Stegen 5 in das Kühlmittel
begünstigt.
Aus dem ersten Kühlmittelraum 7 strömt das Kühlmittel
in einen nicht gezeigten Ablaufkanal 6, der im Zylinderkopf 3 vorgesehen ist,
der oberhalb der Deckfläche 11 angeordnet
ist. Auf diese Weise wird der thermisch und mechanisch hoch belastete
Steg 5 in einem Bereich, der der Deckfläche 11 nahe ist, gut
gekühlt.
Dies verhindert zuverlässig
eine Schädigung
des Zylinderkopfes, der Zylinderlaufbahn oder einer Zylinderkopfdichtung
im Bereich des Stegs 5. Im Bereich des Steges 5 findet eine
sogenannte Querstromkühlung
statt.
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Im
zweiten Kühlmittelraum 8 strömt das Kühlmittel
auf jeder Seite des Zylindergehäuses 1 entlang
der Zylinderlaufbahnen 2 und kühlt diese. Das Kühlmittel
strömt
entlang der Zylinderreihe vom ersten zum letzten Zylinder in einer
sogenannten Längskühlung. In
dem Bereich des Stegs 5, der von der Deckfläche 11 weit
entfernt ist, findet ein geringer Kühlmittelaustausch zwischen
den beiden seitlichen Kühlmittelströmen statt.
Der in diesem Bereich thermisch weniger belastete Steg 5 wird
damit ausreichend gekühlt.
Da für
den zweiten Kühlmittelteilraum 8 ein
ausreichend großer
Strömungsquerschnitt
konstruktiv einfach bereitzustellen ist, werden die Zylinderlaufbahnen 2 auf
Grund der großen
Kühlmittelmenge
im zweiten Kühlmittelteilraum 8 ebenfalls
ausreichend gekühlt.
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Der
Kühlmittelteilkreislauf
für den
nicht gezeigten Zylinderkopf kann auf beliebige Weise mit den beiden
Kühlmittelteilkreisläufen für den ersten Kühlmittelteilraum 7 oder
zweiten Kühlmittelteilraum 8 verbunden
sein. Es ist eine gänzlich
parallele Anordnung, eine teilweise oder vollständige Reihenanordnung des Kühlmittelteilkreislaufs
für den
Zylinderkopf mit den Kühlmittelteilkreisläufen für den ersten Kühlmittelteilraum 7 oder
zweiten Kühlmittelteilraum 8 möglich.
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Bei
einer Brennkraftmaschine mit einer V-förmigen Zylinderanordnung sind
auf jeder Zylinderbank die Kühlmittelteilkreisläufe für den ersten
Kühlmittelteilraum 7 und
zweiten Kühlmittelteilraum 8 entsprechend
der Erfindung angeordnet.