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Die
Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen
eines Zylinderkurbelgehäuses und eines Zylinderkopfes einer
Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art.
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Die
US 4 850 312 beschreibt
ein Zylinderkurbelgehäuse, bei welchem zwischen zwei aneinander angrenzenden
Zylindern ein Steg ausgebildet ist. Zu beiden Seiten des Stegs erstreckt
sich je ein Kühlwasserraum. Die zwei sich seitlich der
Zylinder erstreckenden Kühlwasserräume sind im
Bereich des Stegs durch einen gegossenen Kühldurchgang
mit einem vergleichsweise breiten Querschnitt verbunden. Des Weiteren
ist in dem Steg ein gebohrter Kühlkanal mit einem vergleichsweise
engen Querschnitt ausgebildet. Mittels des gebohrten Kühlkanals ist
einer der zwei seitlich der Zylinder sich erstreckenden Kühlwasserräume
mit einem Kühlwasserraum des Zylinderkopfes verbunden.
Hierbei mündet der Kühlkanal zunächst
in eine Kammer, welche zu einer Oberseite des Zylinderkurbelgehäuses
hin offen ist, und welche sich als unterer Kühlwasserraum
des Zylinderkopfes fortsetzt. Der Kühlkanal ist hierbei
von dem kurbelgehäuseseitigen Kühlwasserraum zu
der Oberfläche des Zylinderkurbelgehäuses hin
geneigt und oberhalb des gegossenen Kühldurchgangs angeordnet.
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Durch
den gebohrten, den vergleichsweise geringen Querschnitt aufweisenden
Kühlkanal ist der Steg im Bereich der thermisch hochbelasteten,
an den Zylinderkopf unter Zwischenschaltung einer Zylinderkopfdichtung
angrenzenden Oberfläche des Zylinderkurbelgehäuses
mit einem rasch strömenden Kühlmedium beaufschlagbar
und so zu kühlen. Mittels des den vergleichsweise großen
Querschnitt aufweisenden, gegossenen Kühldurchgangs ist
demgegenüber ein oberflächenfernerer und thermisch
weniger hochbelasteter Bereich des Stegs zu kühlen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlanordnung zum
Kühlen eines Zylinderkurbelgehäuses und eines
Zylinderkopfes zu schaffen, mittels welcher ein verbessertes Kühlen
eines Steges zwischen zumindest bereichsweise aneinander angrenzenden
Zylindern ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kühlanordnung zum
Kühlen eines Zylinderkurbelgehäuses und eines Zylinderkopfes
einer Verbrennungskraftmaschine ist in dem Zylinderkurbelgehäuse
zwischen zumindest bereichsweise aneinander angrenzenden Zylindern ein
Steg ausgebildet. Der Steig weist zumindest einen Kühldurchgang
auf, mittels welchem zwei seitlich der Zylinder sich erstreckende
Kühlwasserräume verbunden sind. Des Weiteren ist
in dem Steg wenigstens ein Kühlkanal ausgebildet, mittels
welchem zumindest einer der zwei Kühlwasserräume
mit einem Kühlwasserraum des Zylinderkopfes verbunden ist.
Hierbei ist ein direkter Verbindungskanal zwischen einem Mündungsbereich
des Kühlkanals und dem eine Auslassöffnung zum
Abführen eines Kühlmittels aufweisenden Kühlwasserraum
des Zylinderkopfes vorgesehen.
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Der
Kühlkanal führt also über den Verbindungskanal
direkt in denjenigen Kühlwasserraum des Zylinderkopfes,
welcher die Auslassöffnung aufweist, wodurch ein besonders
hohes Druckgefälle des dynamischen Druckes des Kühlmittels
zwischen dem Kühlkanal und dem Kühlwasserraum
des Zylinderkopfes einstellbar ist.
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Das
hohe Druckgefälle geht mit einem besonders raschen Strömen
des Kühlmittels in dem Kühlkanal einher. Durch
das besonders rasche Strömen des Kühlmittels in
dem Kühlkanal ist eine besonders gute Wärmeabfuhr
aus einem dem Zylinderkopf nahen und thermisch besonders hochbelasteten
Bereich des Steges ermöglicht.
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In
einem zylinderkopffernen Bereich des Steges und jenseits des Kühlkanals
ist der Kühldurchgang ausgebildet, durch welchen ein verbessertes Kühlen
eines zylinderkopffernen, mittleren und unteren Bereichs des Steges
ermöglicht ist. Zum Einstellen eines Druckgefälles
und damit einhergehend einem Durchströmen des Kühldurchgangs
kann eine Geometrie des Kühldurchgangs so gestaltet sein, dass
etwa zwischen einem einlassseitig der Zylinder sich erstreckenden
Kühlwasserraum des Kurbelgehäuses und dem auslassseitig
der Zylinder sich erstreckenden Kühlwasserraum ein Druckgefälle herrscht.
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Selbstverständlich
kann auch ein Druckgefälle zwischen dem auslassseitigen
Kühlwasserraum des Zylinderkurbelgehäuses und
dem einlassseitigen Kühlwasserraum eingestellt werden.
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Dadurch
ist ein verbessertes Kühlen des Steges ermöglicht.
Dies bedingt einen verringerten Verschleiß der Zylinder,
wobei gleichzeitig eine hohe Festigkeit des Zylinderkurbelgehäuses
und von in dem Zylinderkurbelgehäuse angeordneten Kolben gegeben
ist. Ein verbessertes Kühlen der Stege führt auch
zu einem geringeren Verbrauch an Motoröl und ermöglicht
eine verlängerte Einsatzdauer des Motoröls beim
Betreiben der Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren ist durch
das Ausbilden von Stegen zwischen benachbarten Zylindern eine vergleichsweise
kompakte, bauraumsparende Ausbildung des Zylinderkurbelgehäuses
ermöglicht.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus einem Kurbelgehäuse,
bei welcher ein Zylinder sowohl mittig als auch entlang eines Steges
geschnitten dargestellt ist; und
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2 eine
bereichsweise geschnittene Perspektivansicht einer Kühlanordnung
mit einem Zylinderkurbelgehäuse gemäß 1 und
einem Zylinderkopf.
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1 zeigt
ausschnittsweise und in perspektivischer Ansicht ein Zylinderkurbelgehäuse 10 mit
einem mittig geschnittenen Zylinder 12. Der Zylinder 12 grenzt
im Bereich eines Steges 14 an einen vorliegend nicht gezeigten,
dem Zylinder 12 benachbarten weiteren Zylinder 12 des
Zylinderkurbelgehäuses 10 an.
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Seitlich
des Zylinders 12 und seitlich des Steges 14 sind
zwei kurbelgehäuseseitige Wasserräume 16, 18 ausgebildet. Über
den einlassseitigen Kühlwasserraum 16 wird dem
Zylinderkurbelgehäuse 10 im Kühlbetrieb
Kühlmittel zugeführt, während das Kühlmittel über
den auslassseitigen Kühlwasserraum 18 aus dem
Zylinderkurbelgehäuse 10 austritt.
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Die
beiden kurbelgehäuseseitigen Kühlwasserräume 16, 18,
welche sich jeweils entlang einer Reihe von Zylindern 12 erstrecken,
sind im Bereich des Steges 14 mittels eines Kühldurchgangs 20 verbunden.
Der Kühldurchgang 20 weist einen vergleichsweise
großen Querschnitt auf und ist als mittels eines Gießverfahrens
hergestellter, in Hochrichtung des Zylinders 12 vergleichsweise
langgestreckter Stegkühlschlitz ausgebildet.
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Mittels
des gegossenen Kühldurchgangs 20 ist ein besonders
gutes Kühlen eines mittleren und unteren Bereichs einer
Laufbahn des Zylinders 12 erreichbar. Hierbei strömt
in den Kühlwasserräumen 16, 18 vorhandenes
Kühlmittel vergleichsweise langsam, an einer relativ großen
Oberfläche einer den Steg 14 aufweisenden Außenwand
des Zylinders 12 entlang durch den Kühldurchgang 20.
Hierfür ist ein entsprechendes Druckgefälle zwischen
den kurbelgehäuseseitigen Kühlwasserräumen 16, 18 eingestellt.
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In
dem Steg 14 ist des Weiteren ein Kühlkanal 22 ausgebildet,
welcher von dem kurbelgehäuseseitigen Wasserraum 16 zu
einer Oberseite 24 des Zylinderkurbelgehäuses 10 hin
geneigt verläuft. Der Kühlkanal 22 ist
vorliegend durch Bohren in den Steg 12 eingebracht, wobei
eine Zugänglichkeit für ein Bohrwerkzeug über
die Oberseite 24 des Zylinderkurbelgehäuses 10 gegeben
ist. Durch den als Stegkühlbohrung ausgebildeten, gebohrten
Kühlkanal 22 ist ein oberer Bereich des Steges 14 und
der Laufbahn des Zylinders 12 besonders gut mit rasch strömendem
Kühlmittel zu beaufschlagen.
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Der
oberhalb des Kühldurchgangs 20 angeordnete Kühlkanal 22 weist
eine Neigung hin zu der Oberfläche 24 des Zylinderkurbelgehäuses 10 auf, wobei
der Kühlkanal 22 einer oberen Begrenzungswand 26 des
Kühldurchgangs 20 im Wesentlichen parallel ist.
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Selbstverständlich
ist es in alternativen Ausführungsformen vorstellbar, den
Kühlkanal 22 etwa durch Sägen als Sägeschlitz
auszubilden, welcher weitgehend parallel zu der Oberfläche 24 des
Zylinderkurbelgehäuses 10 verläuft.
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Durch
das Ausbilden des Kühlkanals 22 als mechanisch
bearbeitete Stegkühlung können Nachteile einer
gegossenen Stegkühlung vermieden werden. Zu diesen Nachteilen
einer gegossenen Stegkühlung zählt eine größere
Bandbreite von Fertigungstoleranzen, welche sich in unterschiedlichen Wandstärken
der Zylinder 12 und damit in unterschiedlichen Temperaturbelastungen
der Zylinder 12 niederschlagen.
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Des
Weiteren kann eine durch Gießen erhaltene, vergleichsweise
rauhe Oberfläche der Außenwand des Zylinders 12 eine
Strukturfestigkeit beeinträchtigen. Auch können
Einschlüsse von Gusssand eine Kühlung erschweren,
was insbesondere in Bereichen nahe der Oberfläche 24 des
Zylinderkurbelgehäuses 10 von Nachteil wäre.
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Des
Weiteren sind durch Gießen einzustellende Querschnitte
fertigungsbedingt größer als mittels eines spanenden
und/oder abtragenden Trennverfahrens herstellbare Querschnitte.
Der vergleichsweise niedrige Querschnitt des Kühlkanals 22 sorgt indes
für eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit
des den Kühlkanal 22 durchströmenden
Kühlmittels. Mittels des mechanisch bearbeiteten Kühlkanals 22 ist
somit besonders gut ein hohes Druckgefälle von dem Zylinderkurbelgehäuse 10 zu
einem Zylinderkopf 30 einstellbar und somit eine Zwangsdurchströmung
erreichbar.
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2 zeigt
teilweise geschnitten eine Kühlanordnung 28, bei
welcher der Zylinderkopf 30 auf das Zylinderkurbelgehäuse 10 gemäß 1 aufgeschraubt
ist. Der Zylinderkopf 30 weist einen unteren Kühlwasserraum 32 und
einen oberen Kühlwasserraum 34 auf, welche gemäß 2 jeweils
schematisch und bereichsweise geschnitten dargestellt sind. Der
untere Kühlwasserraum 32 kommuniziert hierbei zumindest
bereichsweise mit dem oberen Kühlwasserraum 34.
Der obere Kühlwasserraum 34 weist eine vorliegend
lediglich schematisch mittels eines eine Strömungsrichtung
des Kühlmittels angebenden Pfeils angedeutete Auslassöffnung 36 auf, über
welche Kühlmittel nach dem Durchströmen des Zylinderkopfes 30 aus
dem Zylinderkopf 30 abgeführt werden kann.
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Insbesondere
aus 2 ist erkennbar, dass ein der Oberseite 24 des
Zylinderkurbelgehäuses 10 naher Mündungsbereich
des Kühlkanals 22 einen Sammelraum 38 umfasst.
Der Sammelraum 38 ist hierbei zu der Oberseite 24 des
Zylinderkurbelgehäuses 10 hin offen und kann bereichsweise
durch eine vorliegend nicht gezeigte Zylinderkopfdichtung abgedeckt
sein. Der Sammelraum 38 ist von dem kurbelgehäuseseitigen
Kühlwasserraum 18 durch ein Verschlusselement 40 getrennt,
welches etwa als eingepresster Deckel des kurbelgehäuseseitigen
Kühlwasserraums 18 ausgebildet sein kann.
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Von
dem Sammelraum 38 führt in dem Zylinderkopf 30 ein
direkter Verbindungskanal 42 zu dem oberen Kühlwasserraum 34.
Der direkte Verbindungskanal 42 mündet hierbei
in den oberen Kühlwasserraum 34 des Zylinderkopfes 30 nahe
der Auslassöffnung 36. Da das Kühlmittel über
die Auslassöffnung 36 direkt in eine vorliegend
nicht gezeigte Austrittssammelleiste fließt, ist ein besonders
hohes Druckgefälle zwischen dem Kühlkanal 22 und
dem oberen Kühlwasserraum 34 des Zylinderkopfes 30 gegeben.
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Mit
dem hohen Druckgefälle geht eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels durch den Kühlkanal 22 und
durch den im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 24 des
Zylinderkurbelgehäuses 10 und mit einem vergleichsweise
geringen Querschnitt ausgebildeten Verbindungskanal 42 einher.
Durch den Verbindungskanal 42 wird Kühlmittel
an dem unteren Wasserraum 32 vorbeigeleitet.
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Durch
die beschriebene Kühlanordnung 28 mit dem Kühlkanal 22 und
dem direkten Verbindungskanal 42 ist eine besonders gute
Kühlung des Steges 14 insbesondere im Bereich
eines oberen Totpunkts des Zylinders 12 erreicht. Demgegenüber sorgt
der Kühldurchgang 20 für ein besonders
gutes Kühlen der Laufbahn des Zylinders 12 im
weniger hochtemperaturbelasteten Bereich des Steges 14.
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In
dem Kühldurchgang 20 strömt das Kühlmittel
weniger schnell als in dem Kühlkanal 22, jedoch
gewährleistet der große Querschnitt des Kühldurchgangs 20 eine
gute Wärmeabfuhr.
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In 2 sind
zwei seitlich des Zylinders 12 angeordnete Schraubenpfeifen 44 dargestellt,
in welche zum Festlegen des Zylinderkopfes 30 an dem Zylinderkurbelgehäuse 10 vorliegend
nicht gezeigte Zylinderkopfschrauben aufgenommen sind. Ein dem Sammelraum 38 des
Kühlkanals 22 bezüglich des Steges 14 gegenüber
liegender Bereich des kurbelgehäuseseitigen Kühlwasserraums 16 mündet über einen
vergleichsweise breiten Kanalabschnitt 46 in den unteren
Kühlwasserraum 32 des Zylinderkopfes 30.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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