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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder, dem zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil zugeordnet sind, und mit einem dem Zylinder zugeordneten Wassermantel zur Kühlung eines Kurbelgehäuses und eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine.
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Die Brennkraftmaschine dient beispielsweise dem Bereitstellen eines Antriebsmoments, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Sie weist wenigstens einen Zylinder auf, in welchem ein Kolben in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse des Zylinders verlagerbar angeordnet ist. Der Kolben schließt mit dem Zylinder beziehungsweise einer Zylinderwand einen Brennraum ein, in welchen während des Betriebs der Brennkraftmaschine Kraftstoff sowie ein Oxidator, vorzugsweise Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, eingebracht und verbrannt werden.
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Das Einbringen des Oxidators und/oder eines Gemischs aus dem Kraftstoff und dem Oxidator erfolgt durch das zumindest eine Einlassventil, welches zu diesem Zweck dem Zylinder, insbesondere dem Brennraum, zugeordnet ist. Zum Ausbringen von bei der Verbrennung entstehenden Abgasen ist das zumindest eine Auslassventil vorgesehen, welches ebenfalls dem Zylinder, insbesondere dem Brennraum, zugeordnet ist. Der Zylinder liegt wenigstens bereichsweise in dem Kurbelgehäuse vor. Insbesondere wird er in wenigstens eine Richtung, insbesondere auf der dem Kolben abgewandten Seite des Brennraums, von dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine begrenzt.
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Bedingt durch während der Verbrennung des Kraftstoffs in dem Zylinder entstehende Wärme erwärmen sich sowohl das Kurbelgehäuse als auch der Zylinderkopf. Um die Temperatur dieser Bauteile der Brennkraftmaschine innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, ist der Wassermantel vorgesehen. In diesem befindet sich ein Fluid, insbesondere ein Kühlmittel. Dieses wird durch den Wassermantel hindurchgefördert, sodass das Fluid Wärme aus dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf aufnehmen und abführen kann, insbesondere in Richtung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Hauptkühlers der Brennkraftmaschine.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2009 008 237 A1 bekannt. Diese betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf, der mindestens einen oberen Kühlmittelraum und mindestens einen unteren Kühlmittelraum umschließt. Um die Herstellung des Zylinderkopfs zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass der obere Kühlmittelraum und der untere Kühlmittelraum innerhalb des Zylinderkopfs vollständig voneinander getrennt sind.
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Der Stand der Technik zeigt weiterhin die Druckschrift
DE 10 2010 041 869 A1 . Diese beschreibt einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, in dem sich ein Kühlmittelkanal weitgehend von einer Einlassseite zu einer Auslassseite des Zylinderkopfs erstreckt. Dabei ist ein zweiter Kühlmittelkanal vorgesehen, der geodätisch über oder unter dem Kühlmittelkanal angeordnet ist, der sich weitgehend von der Einlassseite zu der Auslassseite des Zylinderkopfs erstreckt, wobei der Kühlmittelkanal und der zweite Kühlmittelkanal von einer geodätisch zwischen ihnen angeordneten Trennwand voneinander getrennt sind. Auf diese Art und Weise soll eine sehr gute zwangsgeführte und flache Heißzonenströmung dargestellt und zudem durch den geteilten Kühlmittelraum eine sehr hohe Strukturfestigkeit des Zylinderkopfes erreicht werden.
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Weiterhin zeigt die Druckschrift
DE 10 2011 078 929 A1 einen Zylinderkopf für einen Motor. Dieser kann einen oberen Kühlmantel, der mindestens einen ersten Einlass und einen ersten Auslass enthält, und einen unteren Kühlmantel, der mindestens einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass enthält, enthalten. Der Zylinderkopf kann weiterhin einen ersten Satz von Verbindungskühlmittelkanälen enthalten, der einen oder mehrere Verbindungskühlmittelkanäle enthält, die mit dem oberen Kühlmantel und dem unteren Kühlmantel strömungsverbunden sind und sich neben einer oder mehreren Brennkammern befinden.
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Schließlich beschreibt die Druckschrift
AT 503 182 A2 eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse für zumindest einen Zylinder und zumindest einem Zylinderkopf, wobei der zumindest eine Zylinder im Zylindergehäuse von einem Kühlmantel umgeben ist und wobei im mit dem Zylindergehäuse verbundenen Zylinderkopf ein an ein Feuerdeck grenzender unterer Teilkühlraum und ein mit diesem über zumindest eine Überströmöffnung strömungsverbundener oberer Teilkühlraum angeordnet ist, wobei vom unteren Teilkühlraum ein mit einer Drucksenke verbindbarer Kühlmittelaustritt ausgeht. Zur Verbesserung der Kühlung ist vorgesehen, dass in den Kühlmantel des Zylindergehäuses zumindest ein mit einer Druckquelle verbindbarer Kühlmitteleintritt einmündet und dass der Kühlmantel über zumindest einen Steigkanal direkt mit dem oberen Teilkühlraum strömungsverbunden ist, sodass Kühlmittel im Motorbetrieb von der Druckquelle in den Kühlmantel des Zylindergehäuses und von diesem in den oberen Teilkühlraum des Zylinderkopfes und weiter über die Überströmöffnung in den unteren Teilkühlraum und von diesem zur Drucksenke strömt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber dem Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere einen hohen Wärmeübergang in das Fluid, beispielsweise durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten an zu kühlenden Stellen, bei gleichzeitig geringem Druckverlust ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt. Dabei ist vorgesehen, dass der Wassermantel in dem Kurbelgehäuse eine den Zylinder in Umfangsrichtung bereichsweise umgreifende zweite Kurbelgehäuseströmungskammer aufweist, und dass die zweite Zylinderkopfströmungskammer über eine dritte Fluidleitung an die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer angeschlossen ist, wobei die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer über wenigstens einen Fluidauslass verfügt.
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Insgesamt ist also vorgesehen, dass der Wassermantel in dem Kurbelgehäuse eine erste Kurbelgehäuseströmungskammer und eine zweite Kurbelgehäuseströmungskammer aufweist, die den Zylinder in Umfangsrichtung jeweils bereichsweise umgreifen, dass der Wassermantel in dem Zylinderkopf über eine erste Zylinderkopfströmungskammer und eine zweite Zylinderkopfströmungskammer verfügt, die den Zylinder jeweils übergreifen, wobei die erste Zylinderkopfströmungskammer in axialer Richtung zwischen dem Zylinder und der zweiten Zylinderkopfströmungskammer angeordnet ist, und dass die erste Zylinderkopfströmungskammer über wenigstens einen Fluideinlass verfügt und über zumindest eine erste Fluidleitung mit der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer verbunden ist, wobei die erste Kurbelgehäuseströmungskammer über eine zweite Fluidleitung mit der zweiten Zylinderkopfströmungskammer verbunden ist, die über eine dritte Fluidleitung an die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer angeschlossen ist, und wobei die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer über wenigstens einen Fluidauslass verfügt.
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Der Wassermantel weist insoweit mehrere Strömungskammern auf, nämlich die wenigstens eine erste Kurbelgehäuseströmungskammer, die wenigstens eine zweite Kurbelgehäuseströmungskammer, die wenigstens eine erste Zylinderkopfströmungskammer sowie die wenigstens eine zweite Zylinderkopfströmungskammer. Diese Strömungskammern sind in dem Kurbelgehäuse beziehungsweise dem Zylinderkopf auf bestimmte Art und Weise angeordnet. So umgreifen die erste Kurbelgehäuseströmungskammer und die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer den Zylinder in Umfangsrichtung – bezogen auf eine Längsmittelachse des Zylinders – jeweils bereichsweise. Beispielsweise liegen sich die Kurbelgehäuseströmungskammern dabei einander bezüglich der Längsmittelachse des Zylinders, welchem sie zugeordnet sind, gegenüber, insbesondere diametral gegenüber.
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Die erste Kurbelgehäuseströmungskammer und/oder die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer können an einen Verlauf einer Zylinderwand des Zylinders formangepasst sein, insbesondere also in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse gekrümmt sein. Die erste Kurbelgehäuseströmungskammer und/oder die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer weisen dabei beispielsweise an wenigstens zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Punkten denselben Abstand von der Zylinderwand und/oder der Längsmittelachse auf. Besonders bevorzugt gilt dies für die gesamte Erstreckung der jeweiligen Strömungskammer in Umfangsrichtung, vorzugsweise zumindest jedoch über einen Anteil von wenigstens 50%, wenigstens 60%, wenigstens 70%, wenigstens 80%, wenigstens 90% oder wenigstens 95%. In axialer Richtung gesehen können die erste Kurbelgehäuseströmungskammer und die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig, überlappend angeordnet sein, also zumindest bereichsweise an derselben Axialposition vorliegen.
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Die beiden Zylinderkopfströmungskammern, also die erste Zylinderkopfströmungskammer und die zweite Zylinderkopfströmungskammer, übergreifen den Zylinder jeweils, und sind dazu in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse des Zylinders gesehen von dem Zylinder beziehungsweise dem Brennraum beabstandet angeordnet. Vorzugsweise verläuft die (gedachte) Längsmittelachse des Zylinders durch die erste Zylinderkopfströmungskammer und/oder die zweite Zylinderkopfströmungskammer.
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Die Zylinderkopfströmungskammern sind in dem Zylinderkopf ausgebildet beziehungsweise diesem zugeordnet. Die erste Zylinderkopfströmungskammer ist dem Zylinder beziehungsweise dem Brennraum in axialer Richtung näher als die zweite Zylinderkopfströmungskammer. Die erste Zylinderkopfströmungskammer liegt insoweit zwischen dem Zylinder und der zweiten Zylinderkopfströmungskammer vor. Vorzugsweise übergreifen die erste Zylinderkopfströmungskammer und die zweite Zylinderkopfströmungskammer den Zylinder in lateraler Richtung vollständig.
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Der Wassermantel weist den Fluideinlass und den Fluidauslass auf. Der Fluideinlass ist der ersten Zylinderkopfströmungskammer zugeordnet beziehungsweise mündet in diese ein. Auf seiner der ersten Zylinderkopfströmungskammer abgewandten Seite kann der Fluideinlass an einen Fluidkanal, insbesondere einen Fluidzuführkanal, angeschlossen sein, welcher beispielsweise in dem Kurbelgehäuse wenigstens bereichsweise ausgebildet ist. Der Fluidauslass ist dagegen der zweiten Kurbelgehäuseströmungskammer zugeordnet beziehungsweise an diese angeschlossen. Bevorzugt liegt auf der der zweiten Kurbelgehäuseströmungskammer abgewandten Seite des Fluidauslasses ebenfalls ein Fluidkanal vor, welcher jedoch als Fluidabführkanal ausgestaltet ist. Dieser Fluidkanal kann ebenfalls wenigstens bereichsweise in dem Kurbelgehäuse ausgebildet sein.
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Die Kurbelgehäuseströmungskammern und die Zylinderkopfströmungskammern sind nun mittels mehrerer Fluidleitungen miteinander strömungsverbunden. So liegt zwischen der ersten Zylinderkopfströmungskammer und der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer die erste Fluidleitung vor. Dabei mündet die erste Fluidleitung vorzugsweise auf einer dem Fluideinlass abgewandten Seite der ersten Zylinderkopfströmungskammer aus dieser aus. Die erste Kurbelgehäuseströmungskammer ist ihrerseits über die zweite Fluidleitung mit der zweiten Zylinderkopfströmungskammer verbunden. Die zweite Fluidleitung mündet vorzugsweise beabstandet von einer Einmündung der ersten Fluidleitung in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer aus der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer aus.
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Die zweite Zylinderkopfströmungskammer ist schließlich über die dritte Fluidleitung an die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer angeschlossen, wobei die dritte Fluidleitung vorzugsweise beabstandet von einer Einmündung der zweiten Fluidleitung in die zweite Zylinderkopfströmungskammer aus der zweiten Zylinderkopfströmungskammer ausmündet, insbesondere gegenüberliegend. Wie bereits vorstehend erläutert, verfügt die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer über den Fluidauslass, durch welchen das Fluid aus dem Wassermantel ausströmen kann. Beispielsweise mündet die dritte Fluidleitung beabstandet von dem Fluidauslass in die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer ein, beispielsweise gegenüberliegend.
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Zusammenfassend bedeutet dies, dass das Fluid zunächst in die erste Zylinderkopfströmungskammer gelangt und aus dieser in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer geführt wird. Anschließend wird das Fluid aus der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer in die zweite Zylinderkopfströmungskammer geleitet, aus welcher es in die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer weiterströmt. Aus dieser gelangt es schlussendlich durch den Fluidauslass wieder aus dem Wassermantel heraus.
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Zumindest entlang eines Hauptströmungspfads des Fluids durch den Wassermantel hindurch, entlang welchem ein Großteil des Fluids, vorzugsweise mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 80%, mindestens 90% oder mindestens 95% des Fluids strömt, sind die erste Zylinderkopfströmungskammer und die zweite Zylinderkopfströmungskammer strömungstechnisch seriell, also in Reihe, geschaltet. Entsprechend liegen in den beiden Zylinderkopfströmungskammern im Vergleich zu einer Parallelschaltung der beiden Kammern sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten vor, weil sich das Fluid nicht oder allenfalls geringfügig aufteilt. Das bedeutet, dass in den beiden Zylinderkopfströmungskammern eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und mithin eine hohe Turbulenzintensität vorherrscht. Dies resultiert in einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, sodass die Wärme zumindest aus dem Zylinderkopf besonders effizient mittels des Fluids abgeführt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Kurbelgehäuseströmungskammer über eine Verbindungsleitung mit der zweiten Kurbelgehäuseströmungskammer strömungsverbunden ist. Die erste Kurbelgehäuseströmungskammer ist also nicht lediglich über die zweite Zylinderkopfströmungskammer mit der zweiten Kurbelgehäuseströmungskammer strömungsverbunden, sondern zusätzlich auch über die Verbindungsleitung. Die erstgenannte Strömungsverbindung stellt jedoch weiterhin den Hauptströmungspfad des Fluids durch den Wassermantel dar, während die Verbindungsleitung von einem kleineren Anteil des Fluids durchströmt wird, beispielsweise von höchstens 50%, höchstens 40%, höchstens 30%, höchstens 20%, höchstens 10% oder höchstens 5% des durch den Fluideinlass in den Wassermantel eintretenden Fluids.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluideinlass mehrere Fluideinlassleitungen aufweist, wobei jeweils zwei der Fluideinlassleitungen beidseitig der dritten Fluidleitung angeordnet sind. Der ersten Zylinderkopfströmungskammer wird also nicht lediglich über eine einzige Fluideinlassleitung Fluid zugeführt, wobei dies selbstverständlich ebenfalls vorgesehen sein kann. Vielmehr sollen vorzugsweise die mehreren Fluideinlassleitungen vorliegen, welche insbesondere der ersten Fluidleitung gegenüberliegend in die erste Zylinderkopfströmungskammer einmünden. Die Fluideinlassleitungen sind nun derart angeordnet, dass jeweils zwei von ihnen die dritte Fluidleitung zwischen sich aufnehmen. Darunter ist vorzugsweise zu verstehen, dass eine gedachte Ebene zumindest zwei der Fluideinlassleitungen sowie die dritte Fluidleitung schneidet. Besonders bevorzugt nimmt die gedachte Ebene sowohl einen Bereich der Längsmittelachsen der beiden Fluideinlassleitungen sowie einen Bereich der Längsmittelachse der dritten Fluidleitung in sich auf.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei erste Fluidleitungen und/oder wenigstens zwei zweite Fluidleitungen vorgesehen sind. Die vorstehend beschriebene erste Fluidleitung liegt insoweit nicht als einzige erste Fluidleitung vor, wobei dies selbstverständlich ebenfalls der Fall sein kann. Entsprechendes gilt für die vorstehend beschriebene zweite Fluidleitung. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sollen entweder wenigstens zwei erste Fluidleitungen, wenigstens zwei zweite Fluidleitungen oder sowohl zwei erste Fluidleitungen als auch zwei zweite Fluidleitungen vorliegen. Mit einer derartigen Ausgestaltung kann eine symmetrische Durchströmung der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer erzielt werden.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweiten Fluidleitungen zwischen den ersten Fluidleitungen angeordnet sind. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass eine gedachte Ebene die zweiten Fluidleitungen sowie die ersten Fluidleitungen wenigstens bereichsweise schneidet, wobei die zweiten Fluidleitungen innenliegend und die ersten Fluidleitungen außenliegend angeordnet sind. Besonders bevorzugt liegen die Längsmittelachsen der zweiten Fluidleitungen und die Längsmittelachsen der ersten Fluidleitungen jeweils zumindest bereichsweise in der gedachten Ebene. Beispielsweise sind die zweiten Fluidleitungen und die ersten Fluidleitungen bezüglich einer weiteren gedachten Ebene spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, sodass die beiden ersten Fluidleitungen jeweils denselben Abstand zu der weiteren gedachten Ebene aufweisen. Dies ist vorzugsweise ebenfalls für die zweiten Fluidleitungen der Fall.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Fluidleitung von einer dem Zylinderkopf zugewandten Seite oder auf einer dem Zylinderkopf abgewandten Seite in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer einmündet. Grundsätzlich können insoweit zwei unterschiedliche Ausführungsformen realisiert werden, wobei weitere selbstverständlich möglich sind. In einer ersten der Ausführungsformen mündet die erste Fluidleitung in diejenige Seite der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer ein, die dem Zylinderkopf zugewandt ist. In einer zweiten der Ausführungsformen läuft die erste Fluidleitung zunächst um die erste Kurbelgehäuseströmungskammer herum, um anschließend von der dem Zylinderkopf abgewandten Seite in sie einzumünden.
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In ersterer Ausführungsform mündet die erste Fluidleitung auf derselben Seite in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer ein wie die zweite Fluidleitung. In letzterer Ausführungsform ist Gegenteiliges der Fall, sodass also die erste Fluidleitung auf der der Ausmündung der zweiten Fluidleitung gegenüberliegenden Seite in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer einmündet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Fluidleitung von einer dem Zylinderkopf zugewandten Seite der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer ausgeht. Auf eine derartige Ausgestaltung wurde vorstehend bereits hingewiesen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der ersten Zylinderkopfströmungskammer und der zweiten Zylinderkopfströmungskammer wenigstens eine Entlüftungsleitung ausgebildet ist. Die beiden Zylinderkopfströmungskammern sind insoweit nicht ausschließlich über die erste Kurbelgehäuseströmungskammer strömungsverbunden, wobei über diese weiterhin der Hauptströmungspfad verläuft. Durch die Entlüftungsleitung kann insoweit lediglich ein geringer Teil des durch den Fluideinlass in den Wassermantel gelangenden Fluids von der ersten Zylinderkopfströmungskammer in die zweite Zylinderkopfströmungskammer gelangen, vorzugsweise höchstens 25%, höchstens 20%, höchstens 15%, höchstens 10%, höchstens 5%, höchstens 2,5% oder höchstens 1%.
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Beispielsweise mündet die Entlüftungsleitung bezüglich der ersten Zylinderkopfströmungskammer gegenüberliegend der ersten Fluidleitung aus der ersten Zylinderkopfströmungskammer aus. Beispielsweise fällt eine Längsmittelachse der Entlüftungsleitung mit einer Längsmittelachse der ersten Fluidleitung zusammen. Der Durchströmungsquerschnitt der Entlüftungsleitung ist gemäß den vorstehenden Ausführungen deutlich kleiner als der Durchströmungsquerschnitt der ersten Fluidleitung. Vorzugsweise beträgt er höchstens 1%, höchstens 2,5%, höchstens 5%, höchstens 10%, höchstens 15%, höchstens 20% oder höchstens 25% des Durchströmungsquerschnitts der ersten Fluidleitung. Es kann lediglich eine einzige Entlüftungsleitung vorliegen, selbst wenn mehrere erste Fluidleitungen vorhanden sind. Vorzugsweise ist jedoch jeder ersten Fluidleitung eine separate Entlüftungsleitung zugeordnet, sodass insoweit die Anzahl der Entlüftungsleitungen der Anzahl der ersten Fluidleitungen bevorzugt entspricht.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Kühlung des Einlassventils oder des Auslassventils wenigstens ein Ringkühlkanal vorgesehen ist, der einerseits an die erste Zylinderkopfströmungskammer und andererseits an die zweite Fluidleitung angeschlossen ist. Der Ringkühlkanal liegt vorzugsweise als Kreisringkanal vor, besonders bevorzugt als geschlossener Kreisringkanal. Der Ringkühlkanal verläuft wenigstens bereichsweise um das Einlassventil oder das Auslassventil herum. Selbstverständlich können mehrere Ringkühlkanäle vorliegen, wobei vorzugsweise jedem Einlassventil und/oder jedem Auslassventil ein derartiger Ringkühlkanal zugeordnet ist und das entsprechende Ventil umgreift. Der Ringkühlkanal ist strömungstechnisch zum einen an die erste Zylinderkopfströmungskammer und zum anderen an die zweite Fluidleitung angeschlossen. Durch die spezielle Ausgestaltung mit der im Wesentlich seriellen Durchströmung der beiden Zylinderkopfströmungskammern liegt zwischen der ersten Zylinderkopfströmungskammer und der zweiten Fluidleitung ein hoher Druckunterschied vorliegt, sodass eine effiziente Durchströmung des Ringkühlkanals sichergestellt ist.
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Schließlich kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Zylinderkopfströmungskammer das Einlassventil und/oder das Auslassventil in Umfangsrichtung vollständig umgreift und/oder dass die zweite Zylinderkopfströmungskammer eine an das Einlassventil oder das Auslassventil angeschlossene Leitung in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Die erste Zylinderkopfströmungskammer ist insoweit im Wesentlichen zur Kühlung des Einlassventils und/oder des Auslassventils vorgesehen, während die zweite Zylinderkopfströmungskammer eine Kühlung der an das jeweilige Ventil angeschlossenen Leitung sicherstellen kann. Entsprechend ist die erste Zylinderkopfströmungskammer derart ausgestaltet, dass sie das Einlassventil oder das Auslassventil, besonders bevorzugt beide jeweils separat in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Entsprechendes kann für die zweite Zylinderströmungskammer und die zumindest eine Leitung der Fall sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Wassermantel zur Kühlung eines Kurbelgehäuses und eines Zylinderkopfs,
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2 eine Gesamtdarstellung des Wassermantels,
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3 eine erste Zylinderkopfströmungskammer des Wassermantels,
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4 eine erste Kurbelgehäuseströmungskammer des Wassermantels in einer ersten Ausführungsform,
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5 eine zweite Ausführungsform der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer des Wassermantels,
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6 eine zweite Zylinderkopfströmungskammer des Wassermantels, und
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7 eine Ansicht des Wassermantels in Richtung einer Längsmittelachse eines Zylinders der Brennkraftmaschine.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit wenigstens einem Zylinder 2, welche hier lediglich angedeutet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen dem Zylinder 2 zugeordneten Wassermantel 3 auf, der zur Kühlung eines Kurbelgehäuses (angedeutet durch den Pfeil 4) und eines Zylinderkopfs (angedeutet durch den Pfeil 5) dient. Der Zylinder 2 ist durch eine Längsmittelachse 6 charakterisiert, welche in Richtung seiner größten Längserstreckung weist. Der Zylinder 2 ist bevorzugt zylindrisch bezüglich der Längsmittelachse 6 ausgestaltet.
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Der Wassermantel 3 weist mehrere Strömungskammern auf, nämlich eine erste Zylinderkopfströmungskammer 7, eine erste Kurbelgehäuseströmungskammer 8, eine zweite Zylinderkopfströmungskammer 9 sowie eine zweite Kurbelgehäuseströmungskammer 10. Weiterhin können eine Strömungskammer 11, welche beispielsweise als Ringkühlkanal vorliegt, und/oder eine Stegströmungskammer 12, welche zwischen zwei Zylindern 2 wenigstens bereichsweise angeordnet ist, vorliegen. Sowohl die Strömungskammer 11 als auch die Stegströmungskammer 12 sind jedoch optional.
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Die erste Zylinderkopfströmungskammer 7 verfügt über einen Fluideinlass 13, über welchen die erste Zylinderkopfströmungskammer 7 an einen Fluidkanal 14 angeschlossen ist. Von der ersten Zylinderkopfströmungskammer 7 geht eine erste Fluidleitung 15 aus, die in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer 8 einmündet. Diese ist über eine zweite Fluidleitung 16 mit der zweiten Zylinderkopfströmungskammer 9 strömungsverbunden, von welcher wiederum eine dritte Fluidleitung 17 ausgeht, die in die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer 10 einmündet. Letztere weist zudem einen Fluidauslass 18 auf, über welchen die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer 10 an einen Fluidkanal 19 angeschlossen ist. Sowohl der Fluidkanal 14 als auch der Fluidkanal 19 können in dem Kurbelgehäuse wenigstens bereichsweise ausgebildet sein.
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Es wird deutlich, dass die Strömungskammer 11 einerseits an die erste Zylinderkopfströmungskammer 7 und andererseits an die zweite Fluidleitung 16 angeschlossen ist. Die Strömungskammer 11 dient insbesondere zur Kühlung eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils der Brennkraftmaschine 1. Die Stegströmungskammer 12 ist dagegen einerseits mit der ersten Fluidleitung 15 und andererseits mit der dritten Fluidleitung 17 strömungsverbunden. Dabei ist es jeweils vorgesehen, dass der Durchströmungsquerschnitt über die Strömungskammer 11 und/oder der Durchströmungsquerschnitt über die Stegströmungskammer 12 im Vergleich zu dem kleinsten Durchströmungsquerschnitts des Strömungswegs von der ersten Zylinderkopfströmungskammer 7 über die erste Kurbelgehäuseströmungskammer 8 und die zweite Zylinderkopfströmungskammer 9 bis hin zur zweiten Kurbelgehäuseströmungskammer 10 klein ist, sodass entlang des Strömungsweg der Hauptströmungspfad für ein Fluid vorliegt, welches durch den Fluideinlass 13 dem Wassermantel 3 zugeführt wird.
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Schließlich kann zwischen der ersten Zylinderkopfströmungskammer 7 und der zweiten Zylinderkopfströmungskammer 9 eine Entlüftungsleitung 20 vorliegen. Mit der hier vorgestellten Konfiguration des Wassermantels 3 beziehungsweise der Brennkraftmaschine 1 wird eine im Wesentlichen serielle Durchströmung der beiden Zylinderkopfströmungskammern 7 und 9 erzielt. Dies bewirkt eine im Vergleich zu einer Parallelschaltung hohe Strömungsgeschwindigkeit, aus welcher eine hohe Turbulenzintensität und mithin ein hoher Wärmeübergangskoeffizient folgen. Letzteres führt wiederum zu einer hervorragenden Kühlwirkung des Fluids, welches den Wassermantel 3 durchströmt.
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Die 2 zeigt eine Gesamtansicht des Wassermantels 3. Es wird deutlich, dass der Fluidleinlass 13 mehrere Fluideinlassleitung 21 aufweist, durch welche dem Wassermantel 3 in Richtung der Pfeile 22 ein Fluid, insbesondere ein Kühlfluid, zugeführt werden kann. Bevorzugt sind jeweils zwei der Fluideinlassleitungen 21 beidseitig der dritten Fluidleitung 17 angeordnet. Durch die Fluideinlassleitungen 21 kann das Fluid in die erste Zylinderkopfströmungskammer 7 einströmen und diese in Richtung des Pfeils 23 durchströmen. Anschließend gelangt das Fluid gemäß dem Pfeil 24 durch die erste Fluidleitung 15 in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer 8 und ausgehend von dieser gemäß dem Pfeil 25 durch die zweite Fluidleitung 16 in die zweite Zylinderkopfströmungskammer 9. Diese durchströmt es in Richtung des Pfeils 26. Nachfolgend gelangt es durch die dritte Fluidleitung 17 in die zweite Kurbelgehäuseströmungskammer 10 und kann aus dieser durch den Fluidauslass 18 und wie durch den Pfeil 27 angedeutet aus dem Wassermantel 3 austreten.
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Es ist hier nun ansatzweise zu erkennen, dass zwei erste Fluidleitungen 15 vorliegen. Analog dazu sind auch zwei zweite Fluidleitungen 16 vorgesehen, was hier jedoch nicht ohne weiteres erkennbar ist. Weiter wird deutlich, dass eine Verbindungsleitung 28 vorgesehen ist, über welche die erste Kurbelgehäuseströmungskammer 8 mit der zweiten Kurbelgehäuseströmungskammer 10 strömungsverbunden ist. Beispielsweise liegt die Stegströmungskammer 12 in der Verbindungsleitung 28 vor oder entspricht dieser.
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Die 3 zeigt eine Detailansicht der ersten Zylinderkopfströmungskammer 7. Es wird deutlich, dass diese derart ausgebildet sind, dass sie Durchbrüche 29 für das Einlassventil und/oder das Auslassventil, in der hier dargestellten Ausführungsform für zwei Einlassventile und zwei Auslassventile, aufweist. Zudem ist ein weiterer Durchbruch 30 für eine dem Zylinder 2 zugeordnete Zündkerze ausgebildet.
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Die 4 zeigt eine Darstellung der Kurbelgehäuseströmungskammern 8 und 10 in einer ersten Ausführungsform. Hier wird nun deutlich, dass analog zu den beiden ersten Fluidleitungen 15 zwei zweite Fluidleitungen 16 vorliegen. In der hier dargestellten Ausführungsform münden die ersten Fluidleitungen 15 auf derselben Seite in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer 8 ein, auf der die zweiten Fluidleitungen 16 aus dieser ausmünden. Es ist zu erkennen, dass die beiden Kurbelgehäuseströmungskammern 8 und 10 den Zylinder 2 (hier nicht zu erkennen) in Umfangsrichtung bezüglich der Längsmittelachse 6 jeweils wenigstens bereichsweise umgreifen.
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Die 5 zeigt die Kurbelgehäuseströmungskammern 8 und 10 in einer zweiten Ausführungsform. Auf die vorstehenden Ausführungen zu der ersten Ausführungsform wird hingewiesen. Der einzige Unterschied zu dieser besteht darin, dass die ersten Fluidleitungen 15 auf einer Seite in die erste Kurbelgehäuseströmungskammer 8 einmünden, welche derjenigen Seite bezüglich der ersten Kurbelgehäuseströmungskammer 8 abgewandt ist, auf welcher die zweiten Fluidleitungen 16 aus dieser ausmünden.
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Die 6 zeigt die zweite Zylinderkopfströmungskammer 9 in einer Detaildarstellung. Es wird auf die vorstehenden Ausführungen hingewiesen.
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Die 7 zeigt eine Ansicht des Wassermantels 3 in Richtung der Längsmittelachse 6. Hier ist nun zu erkennen, dass mehrere Strömungskammern 11 vorgesehen sind, welche jeweils als Ringkühlkanal ausgestaltet sind. Die Strömungskammern 11 umgreifen jeweils ein Ventil der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise entweder die Einlassventile oder die Auslassventile. Selbstverständlich kann auch jedem der Ventile des Zylinders 2 eine derartige Strömungskammer 11 zugeordnet sein. Jede Strömungskammer 11 ist über eine erste Anschlussleitung 31 mit der ersten Zylinderkopfströmungskammer 7 und über eine zweite Anschlussleitung 32 mit der zweiten Fluidleitung 16 strömungsverbunden. In der hier gewählten Darstellung wird deutlich, dass mehrere Verbindungsleitungen 28 vorgesehen sind. Diese können beispielsweise in Form der vorstehend bereits angesprochenen Stegströmungskammer 12 vorliegen und insoweit einer Stegkühlung eines zwischen dem Zylinder 2 und benachbarten Zylindern vorliegenden Stegs dienen.
