DE102010022948A1

DE102010022948A1 - Verbrennungsmotor mit Direktkühlung von Zylinderbestandteilen

Info

Publication number: DE102010022948A1
Application number: DE102010022948A
Authority: DE
Inventors: Ken Steven Farmington Hills Fedeson; Jody Michael Farmington Hills Slike; Theodore Canton Beyer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: US8261702B2; CN201851203U; US20100326380A1; DE102010022948B4

Abstract

Ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor umfasst einen Zylinderblock, einen Zylinderkopf und eine zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eingebaute Dichtung. Ein Kühlmittelkanal erstreckt sich durch den Zylinderblock und seitlich entlang eines obersten Abschnitts einer gemeinsamen Zylinderwand, die sich zwischen benachbarten Motorzylindern erstreckt. Der sich seitlich erstreckende Kühlkanal ist zumindest zum Teil durch einen Kanal festgelegt, der in der Zylinderkopfdichtung ausgebildet ist.

Description

Hintergrund der Offenbarung
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittelweg, der sich entlang der gemeinsamen Wände von benachbarten Zylindern erstreckt.
Stand der Technik
Die Fähigkeit, Verbrennungsmotor-Betriebstemperaturen zu steuern, ist für das Fördern einer langen Lebensdauer des Motors und die Begrenzung von Abgasemissionen von ausschlaggebender Bedeutung. Da Motoren zunehmend kompakter werden, werden Motoren werden Motoren jetzt und künftig mit so genannten „siamesischen” Zylindern gefertigt, bei denen sich benachbarte Zylinder so nahe zueinander befinden, dass zwischen den benachbarten Zylindern kein Raum für einen Wassermantel vorhanden ist. Dadurch kann die Metalltemperatur in diesem so genannten „Brückenbereich” des Zylinderblocks stark ansteigen, was die Langlebigkeit und in bestimmten Fällen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Abgasemissionen nachteilig beeinflussen kann. Auch wenn es bekannt ist, durch den Brückenbereiche spezielle Kühlkanäle vorzusehen, wie sie zum Beispiel durch Sägeschnitt erzeugt werden, erfordern solche Kanäle zusätzliche Bearbeitungsschritte, die aufgrund der Bereitstellung von mehr Werkzeug, Arbeitseinsatz und auch Verschrottung teuer sind.
Es wäre wünschenswert, ein Motorkühlsystem vorzusehen, bei dem Kühlmittel ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Bearbeitungsschritte in dem Brückenbereich gezielt zu dem Brückenbereich zwischen benachbarten Zylindern geleitet wird.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Mehrzylinderverbrennungsmotor einen Zylinderblock mit mindestens einer gemeinsamen Zylinderwand und einen an dem Zylinderblock angebrachten Zylinderkopf. Eine Dichtung, die zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eingebaut ist, dient zusammen mit dem Zylinderblock und -kopf zum Ausbilden eines Kühlkanals, der sich durch eine Deckoberfläche des Zylinderblocks und seitlich entlang eines obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand und dann in den Zylinderkopf erstreckt, wobei ein seitlicher Abschnitt des Kanals zum Teil durch die Dichtung ausgebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Zylinderkopfdichtung, die sich entlang des obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt, eine untere Schicht mit einer Einlassöffnung zum Einlassen von Kühlmittel, das von dem Zylinderblock in den Kühlmittelkanal strömt, eine obere Schicht mit einer Auslassöffnung, die Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal in den Zylinderkopf strömen lässt, und eine mittlere Schicht mit einem Schlitz, der sich entlang der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt und dem seitlichen Abschnitt des Kühlmittelkanals entspricht, wobei der Schlitz mit der Einlassöffnung und der Auslassöffnung in Fluidverbindung steht.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung können die obere und untere Schicht der Dichtung Schlitze aufweisen, die sich zumindest teilweise gemeinsam mit dem Schlitz in der mittleren Schicht oder Abstandshalterschicht erstrecken, um Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal strömen zu lassen, um eines oder beides von Zylinderkopf und gemeinsamer Zylinderwand zu kontaktieren. Alternativ können weder die obere noch die untere Schicht geschlitzt sein, so dass Kühlmittel weder mit dem Zylinderkopf noch mit der gemeinsamen Zylinderwand in direkten Kontakt kommt.
Ein Vorteil eines Verbrennungsmotors mit direkter Kühlung von Zylinderbestandteilen gemäß dieser Offenbarung liegt darin, dass die Lebensdauer des Motors und die Schadstoffbegrenzung eine vorteilhafte Auswirkung erfahren.
Ein Vorteil eines Verbrennungsmotors mit einer direkten Zylinderdeckkühlung gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass ein Motor ohne schädliche Wirkungen aufgrund übermäßigen Erwärmens mit einer höheren spezifischen Leistung betrieben werden kann.
Andere Vorteile sowie Merkmale des vorliegenden Systems werden für den Leser dieser Beschreibung deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise schematische Darstellung eines Motors mit einem Kühlsystem gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt einen mittleren Abschnitt oder Einsatzabschnitt einer Dichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine Draufsicht auf eine teilweise zusammengebaute Dichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Schnitt einer Dichtung entlang einer gemeinsamen Zylinderwand, wobei die Dichtung Schlitze sowohl durch die obere als auch die untere Schicht aufweist.
5 zeigt eine Dichtung ähnlich der in 4 gezeigten, die aber einen sich nur durch die untere Schicht oder Bodenschicht erstreckenden Schlitz aufweist.
6 ähnelt 4 und 5, zeigt aber eine Dichtung mit einem Schlitz nur durch die obere Schicht.
7 ähnelt 4–6, zeigt aber eine Dichtung, die weder in der oberen Schicht noch in der unteren Schicht einen Schlitz aufweist.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wie in 1 gezeigt weist ein Motor 10 einen Zylinderblock 14 mit einer Anzahl von darin konfigurierten Zylindern 16 auf. Die Zylinder 16 weisen eine Anzahl von gemeinsamen Zylinderwänden 20 auf, die sich zwischen benachbarten Zylindern erstrecken. Diese Zylinder 16 sind von so genannter „siamesischer” Ausführung, da kein Kühlmittel zwischen benachbarten Zylindern strömt. Dies lässt die gemeinsame Zylinderwand 20 während des Betriebs des Motors 10 ein hohes Maß an Erwärmung erreichen. Der Motor umfasst auch einen Zylinderkopf 18, der zusammen mit Zylinderblock 14 eine Zylinderkopfdichtung 22 sandwichartig einschließt.
1 und 2 zeigen, dass ein mittlerer Abschnitt oder Abstandshalterabschnitt 26 der Zylinderkopfdichtung 22 eine Anzahl von Schlitzen 30 aufweist, die dazu beitragen, einen Kühlmittelkanal auszubilden, der sich über eine gemeinsame Zylinderwand 20 zwischen benachbarten der Motorzylinder 16 erstreckt. Im Allgemeinen strömt Kühlmittel nach oben durch die in der Deckoberfläche 24 des Zylinderblocks 14 ausgebildeten Öffnungen 25 und dann durch Schlitze 30, bevor es nach oben in Öffnungen 43 strömt, die in dem Zylinderkopf 18 ausgebildet sind.
3 zeigt einen Abstandshalter 26, nachdem eine obere Schicht 34 damit verbunden wurde. Es wird festgestellt, dass die obere Schicht 34 eine Anzahl von Öffnungen 42 aufweist, um Kühlmittel in die Zylinderkopföffnungen 43 eindringen zu lassen, sobald sich das Kühlmittel durch die durch Schlitze 30 ausgebildeten Kanäle, die in der Abstandshalterschicht oder mittleren Schicht 26 ausgebildet sind, und Schlitze 38, die in der oberen Schicht 34 ausgebildet sind, bewegt.
4 zeigt eine erste Konfiguration für die Dichtung 22, bei der sich ein Kühlungsschlitz 30, der in der mittleren Schicht 26 ausgebildet ist, zumindest teilweise mit einem Schlitz 38, der in der oberen Schicht 34 ausgebildet ist, sowie mit einem Schlitz 52, der in der unteren Schicht 48 ausgebildet ist, erstreckt, um das Kühlmittel, das durch die in der unteren Schicht 48 ausgebildete Öffnung 56 nach oben strömt, um die gemeinsame Zylinderwand 20 strömen zu lassen, so dass das Kühlmittel an einem oberen Abschnitt des Kühlmittelkanals von dem Zylinderkopf 18 und an dem unteren Abschnitt des Kühlmittelkanals von der gemeinsamen Zylinderwand 20 begrenzt ist, wobei das Kühlmittel dann durch die in der oberen Schicht 34 ausgebildete Öffnung 42 herausströmt. Das Kühlmittel kann mit anderen Worten sowohl auf den Zylinderblock 14 in dem Bereich der gemeinsamen Zylinderwand 20 als auch auf den Zylinderkopf 18 in dem gleichen Bereich frei auftreffen.
In der Ausführungsform von 5 ist in der oberen Schicht 34 kein Schlitz ausgebildet, mit dem Ergebnis, dass das Kühlmittel dank des Schlitzes 52, der in der unteren Schicht 48 ausgebildet ist, die gemeinsame Zylinderwand 20, aber nicht den Zylinderkopf 18 direkt kontaktieren kann. Umgekehrt darf das Kühlmittel in der in 6 veranschaulichten Ausführungsform dank des Schlitzes 38 den Zylinderkopf 18 kontaktieren, da aber kein Schlitz in der unteren Schicht 48 vorhanden ist, kann das Kühlmittel die gemeinsame Zylinderwand 20 nicht direkt kontaktieren oder auf diese auftreffen. Vielmehr stützt sich die Ausführungsform von 6 auf Wärmeübertragung durch Leitung statt auf konvektive Wärmeübertragung, um den Zylinderblock 14 zu kühlen.
In der Ausführungsform von 7 weist weder die obere Schicht 34 noch die untere Schicht 48 einen Schlitz auf, mit dem Ergebnis, dass die einzige konvektive Wärmeübertragung zwischen dem durch den Schlitz 30 strömenden Kühlmittel und der oberen Schicht 34 oder der unteren Schicht 48 auftritt, wobei die Wärmeübertrag von dem Zylinderkopf 18 und dem Zylinderblock 14 eine Wärmeübertragung durch Leitung ist. Die Ausführungsform von 7 sieht eine Struktur vor, die bezüglich ihrer Langlebigkeit in einem arbeitenden Motor robuster sein kann.
Das vorstehende System wurde gemäß den relevanten rechtlichen Vorschriften beschrieben, somit ist die Beschreibung eher von beispielhafter denn von einschränkender Natur. Änderungen und Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen können für den Fachmann offenkundig werden und fallen in den Schutzumfang der Offenbarung. Zum Beispiel könnte ein Motor gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Zylinderkopfdichtung integrieren, die mehr als drei Schichten aufweist, wobei die zusätzlichen Schichten andere Merkmale als die hierin beschriebenen vorsehen. Demgemäß kann der Umfang des Rechtsschutzes nur durch Prüfen der folgenden Ansprüche ermittelt werden.

Claims

Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, welcher umfasst: einen Zylinderblock mit mindestens einer gemeinsamen Zylinderwand; einen an dem Zylinderblock angebrachten Zylinderkopf; eine zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eingebaute Dichtung; und einen Kühlmittelkanal, der sich durch den Zylinderblock und seitlich entlang eines obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand und dann in den Zylinderkopf erstreckt, wobei der seitliche Abschnitt des Kanals zum Teil durch die Dichtung ausgebildet ist.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung umfasst: eine untere Schicht mit einer Einlassöffnung zum Einlassen von Kühlmittel, das von dem Zylinderblock in den Kühlmittelkanal strömt; eine obere Schicht mit einer Auslassöffnung, die Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal in den Zylinderkopf strömen lässt; und eine mittlere Schicht mit einem Schlitz, der sich entlang der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt und dem seitlichen Abschnitt des Kühlmittelkanals entspricht, wobei der Schlitz mit der Einlassöffnung und der Auslassöffnung in Fluidverbindung steht.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht der Dichtung einen Schlitz aufweist, der sich zumindest teilweise gemeinsam mit dem Schlitz in der mittleren Schicht erstreckt, wodurch durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel den Zylinderkopf in dem Bereich der gemeinsamen Zylinderwand kontaktieren kann.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schicht der Dichtung einen Schlitz aufweist, der sich zumindest teilweise mit dem Schlitz in der mittleren Schicht erstreckt, wodurch durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel die gemeinsame Wand des Zylinderblocks kontaktieren kann.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schicht der Dichtung und die obere Schicht der Dichtung jeweils einen Schlitz aufweist, der sich zumindest teilweise gemeinsam mit dem Schlitz in der mittleren Schicht erstreckt, wodurch durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel sowohl die gemeinsame Wand des Zylinderblocks als auch einen Abschnitt des Zylinderkopfs, der über der gemeinsamen Zylinderwand liegt, kontaktieren kann.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, welcher umfasst: einen Zylinderblock mit mindestens einer gemeinsamen Zylinderwand, die sich zwischen benachbarten Zylinderbohrungen erstreckt; einen an dem Zylinderblock angebrachten Zylinderkopf; eine zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eingebaute Dichtung; und einen Kühlmittelkanal, der sich von einer Deckoberfläche des Zylinderblocks nach oben und entlang eines obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand und dann nach oben in den Zylinderkopf erstreckt, wobei der Abschnitt des Kanals, der sich entlang der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt, durch die Dichtung sowie durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock ausgebildet ist.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung umfasst: eine untere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderblock, die eine Einlassöffnung zum Einlassen von Kühlmittel, das von dem Zylinderblock in den Kühlmittelkanal strömt, und einen Schlitz aufweist, der sich zumindest über einen Abschnitt der Länge des Kühlmittelkanals erstreckt, der sich entlang des obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt, so dass durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel auf die gemeinsame Zylinderwand auftrifft; eine obere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderkopf, die eine Auslassöffnung aufweist, die Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal in den Zylinderkopf strömen lässt; und eine mittlere Schicht mit einem Schlitz, der sich entlang der gemeinsamen Zylinderwand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung umfasst: eine untere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderblock, die eine Einlassöffnung zum Einlassen von Kühlmittel, das von dem Zylinderblock in den Kühlmittelkanal strömt, und einen Schlitz aufweist, der sich zumindest über einen Abschnitt der Länge des Kühlmittelkanals erstreckt, der sich entlang des obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt, so dass durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel auf die gemeinsame Zylinderwand auftrifft; eine obere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderkopf, die eine Auslassöffnung, die Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal in den Zylinderkopf strömen lässt, und einen Schlitz aufweist, der sich zumindest über einen Abschnitt der Länge des Kühlmittelkanals erstreckt, der sich entlang des obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt, so dass durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel auf den Zylinderkopf auftrifft; und eine mittlere Schicht mit einem Schlitz, der sich entlang der gemeinsamen Zylinderwand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung umfasst: eine untere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderblock, die eine Einlassöffnung zum Einlassen von Kühlmittel, das von dem Zylinderblock in den Kühlmittelkanal strömt, aufweist; eine obere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderkopf, die eine Auslassöffnung, die Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal in den Zylinderkopf strömen lässt, und einen Schlitz aufweist, der sich zumindest über einen Abschnitt der Länge des Kanals erstreckt, der sich entlang des obersten Abschnitts der gemeinsamen Zylinderwand erstreckt, so dass durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel auf den Zylinderkopf auftrifft; und mindestens eine mittlere Schicht mit einem Schlitz, der sich entlang der gemeinsamen Zylinderwand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt.
Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung umfasst: eine untere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderblock, die eine Einlassöffnung zum Einlassen von Kühlmittel, das von dem Zylinderblock in den Kühlmittelkanal strömt, aufweist; eine obere Schicht in Kontakt mit dem Zylinderkopf, die eine Auslassöffnung, die Kühlmittel von dem Kühlmittelkanal in den Zylinderkopf strömen lässt, aufweist; und eine mittlere Schicht mit einem Schlitz, der sich entlang der gemeinsamen Zylinderwand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, wodurch durch den Kühlmittelkanal strömendes Kühlmittel daran gehindert wird, entweder auf den Zylinderkopf oder den Zylinderblock aufzutreffen.