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Die Erfindung betrifft ein Drosselelement für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 7 angegebenen Art, ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 21 sowie eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 25.
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Aufgrund hoher Verbrennungstemperaturen in Brennräumen einer Verbrennungskraftmaschine ist dessen Motorblock, bestehend aus einem Kurbelgehäuse, welcher Zylinder der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und einem Zylinderkopf, welcher zum Ladungswechsel ausgebildete Ventile aufweist und mit dessen Hilfe die Brennräume ausgebildet sind, zur Kühlung üblicherweise von Kühlmittel, bevorzugt Kühlwasser, durchströmbar ausgebildet. Zur Beeinflussung der Kühlmittelströmung im Motorblock sind in einem im Motorblock ausgebildeten Kühlkreislauf Drosselelemente vorgesehen. Mit Hilfe der Drosselelemente ist eine Kühlmittelströmung zu konditionieren.
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Die Drosselelemente dienen einer Strömungsausrichtung bzw. Strömungskonditionierung eines den Motorblock durchströmenden Kühlwassers. Der Kühlwasserkreislauf ist aus mehreren miteinander durchströmbar verbundenen Kühlkanälen zusammengesetzt ist. Diese Kühlkanäle sind zwischen einer Kurbelgehäusewandung und der im Kurbelgehäuse ausgebildeten Zylinder sowie mitunter zwischen den nebeneinander angeordneten Zylindern ausgestaltet. Des Weiteren sind Kühlkanäle im Zylinderkopf ausgebildet und mit zumindest einem im Kurbelgehäuse ausgebildeten Kühlmittelversorgungskanal des Kühlkreislaufes durchströmbar verbunden.
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So geht aus der Patentschrift
DE 198 40 379 C2 ein Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Drosselelement hervor, wobei das Drosselelement zur Steigerung eines Druckes des Kühlmittels in einem Gehäusesteg vorgesehen ist, der zwischen Zylindern im Motorblock ausgebildet ist.
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Dem Gebrauchsmuster
CN 203 374 371 U ist ein Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kühlkreislauf entnehmbar, dessen Kühlkanäle Zylinder des Motorblocks ausschließlich in ihrer Gesamtkontur umfassend ausgebildet sind. Ein zwischen den Zylindern ausgebildeter Gehäusesteg weist keinen Kühlkanal auf. Zur Erhöhung des Druckes des den Kühlkreislauf durchströmenden Kühlmittels sind Drosselelemente im Kühlkreislauf vorgesehen.
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Die Gebrauchsmusterschriften
CN 202 140 187 U und
CN 204 552 961 U offenbaren ebenfalls einen Motorblock, dessen Kühlkreislauf zur Kühlmittelströmungskonditionierung Drosselelemente aufweist, wobei zwischen den Zylindern ebenfalls keine Kühlkanäle ausgebildet sind.
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Ebenso offenbart die Offenlegungsschrift
JP 2014 208 977 A einen Motorblock mit einem Kühlkreislauf, welcher in den zwischen den Zylindern ausgebildeten Gehäusestegen keine Kühlmittelstege vorsieht. Im Kühlkreislauf sind Drosselelemente zur Strömungskonditionierung angeordnet, wobei die Drosselelemente einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen und in ihrer Längserstreckung konisch ausgebildet sind.
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Die Offenlegungsschrift
JP 64 14 72 Y2 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine, dessen Kühlmittelkreislauf Kühlkanäle, insbesondere drei parallel zueinander angeordnete Kühlkanäle, in den zwischen den Zylindern ausgebildeten Gehäusestegen aufweist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verbessertes Drosselelement für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben. Es ist die weitere Aufgabe einen verbesserten Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen. Des Weiteren ist es die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks für eine Verbrennungskraftmaschine anzuführen. Zusätzlich ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Drosselelement für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird erfindungemäß mit einem Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Motorblocks für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21 gelöst. Des Weiteren wird eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 25 zur erfindungsgemäßen Lösung angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Drosselelement für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine weist eine Elementlängsachse auf und ist stabformartig ausgebildet. Der Motorblock umfasst ein Kurbelgehäuse und einen Zylinderkopf. Der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse sind mit Hilfe von Kühlkanälen eines Kühlkreislaufes des Motorblocks kühlmitteldurchströmbar ausgebildet und das Drosselelement ist in einem Kühlkanal aufnehmbar. Erfindungsgemäß ist die Elementlängsachse von einer Geraden abweichend ausgebildet.
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Zur Konditionierung eines Kühlmittelstromes, welcher den Kühlkreislauf durchströmt, ist ein Strömungsdurchmesser des Kühlkreislaufes mit Hilfe des Drosselelementes zu verändern. Damit während einer Montage des Drosselelementes das Drosselelement im Motorblock, in welches es hineinsteckbar ausgebildet ist, verklemmt wird, um bis zur Positionssicherung durch Anbringen einer Zylinderkopfdichtung und des Zylinderkopfes im Kühlkreislauf gesichert aufgenommen zu sein, ist die Elementlängsachse des Drosselelementes von einer Gerade abweichend. Mit anderen Worten ist das Drosselelement, welches stabförmig ist, gekrümmt oder geknickt. Dadurch ist es quasi beim Einführen in den Kühlkreislauf dort verspannbar, so dass es auch vor dem Anbringen der Zylinderkopfdichtung und des Zylinderkopfes nicht aus dem Motorblock fallen kann.
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Eine Konditionierung des Kühlmittelstromes wird mit Hilfe eines Querschnitts des Drosselelements erzielt, der über eine Länge des Drosselelements variabel ist. Auf einfache Weise kann durch eine Gestaltänderung des Drosselelementes die Konditionierung, mit anderen Worten ein Druckverlauf im Kühlkreislauf sowie die davon abhängige Temperatur und demgemäß eine Kühlleistung verändert werden, ohne aufwendige konstruktive Änderungen am Kühlkreislauf selbst bzw. am Motorblock vorzunehmen. Auch könnte das Drosselelement vollkommen zylindrisch sein, wodurch eine Drosselung erzielbar wäre, allerdings wäre diese Drosselung nicht steuerbar, da sie nur aufgrund einer unkalkulierbaren Leckage am Drosselelement hervorgerufen würde. Mit Hilfe der variablen Querschnitte sind somit Durchströmabschnitte und Sperrabschnitte im Kühlkreislauf auszubilden, dessen Strömung sowohl hinsichtlich des Druckes und als auch der Richtung mit Hilfe der Durchströmabschnitte definiert werden kann.
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Bevorzugt weist das Drosselelement zwei Durchströmabschnitte auf. Allerdings könnte es nur einen oder mehr als zwei Durchströmabschnitte aufweisen. Dies ist abhängig von der entsprechenden Leistung der Verbrennungskraftmaschine und der mit Hilfe des Kühlkreislaufes benötigten Kühlung des Motorblocks.
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Bevorzugt ist das Drosselelement symmetrisch bezüglich einer quer zur Elementachse angeordneten Mittelachse ausgebildet. Der Vorteil dieses symmetrisch ausgebildeten Drosselelementes ist in der Vermeidung einer fehlerhaften Einbaulage des Drosselelements zu sehen.
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Ebenso vorteilhaft ist die symmetrische Ausbildung des Drosselelementes zu seiner Elementlängsachse. So kann das Drosselelement bspw. kostengünstige als Drehteil hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine einfache Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Drosselelementes im Kühlkreislauf bereitgestellt werden kann, bspw. mit Hilfe einer Bohrung.
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Das Drosselelement weist eine zumindest teilweise über seinem Umfang ausgebildete Kerbe auf. Diese ist für eine schnelle Herbeiführung einer Biegung oder Knickung des Drosselelementes aus einem geraden Zustand geeignet, da mit Hilfe der Kerbe ein visueller Haltepunkt zur Fixierung des Drosselelementes angebracht ist. Um diesen Haltepunkt erfolgt eine Biegung bzw. eine Knickung des von ihm nächstliegenden Endes des Drosselelementes. Des Weiteren dient die Kerbe einem geringeren Kraftaufwand zur Biegung oder Knickung als dieser nötig wäre ohne eine Kerbe.
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Der erfindungsgemäße Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine, welcher ein Kurbelgehäuse und einen Zylinderkopf, der am Kurbelgehäuse fixierbar ist, aufweist, und einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder umfasst, ist mit einem Kühlkreislauf zur Kühlung der Zylinder ausgebildet. Der Kühlkreislauf umfasst mehrere mit einander durchströmbar verbundene Kühlkanäle. Erfindungsgemäß weist der Motorblock einen diagonal durchströmten Kühlkreislauf auf. Der Vorteil des diagonal durchströmten Kühlkreislaufes ist es, eine gesicherte vollständige Durchströmung des Kühlkreislauf herbeizuführen.
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In einer Ausgestaltung weist ein Blockwassermantel des Kühlkreislaufes, welcher im Kurbelgehäuse ausgebildet ist, einen Kühlmitteleintritt und einen Kühlmittelaustritt auf, wobei der Kühlmitteleintritt diagonal dem Kühlmittelaustritt gegenüberliegend maximal entfernt angeordnet ist. Dadurch kann ausgehend vom Kühlmitteleintritt zum Kühlmittelaustritt eine sichere Durchströmung aufgrund der diagonalen Anordnung des Eintritts und des Austritts über den vollständigen Blockwassermantel, welcher zumindest den ersten Zylinder und den zweiten Zylinder umfasst, erzielt werden. Üblicherweise sind zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder weitere Zylinder im Motorblock angeordnet, welche durch die diagonale Durchströmung mit Hilfe des diagonal durchströmbaren Kühlkreislaufes ebenfalls zur Kühlung mit Kühlmittel erfasst werden.
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Der Kühlmitteleintritt und der Kühlmittelaustritt liegen maximal entfernt voneinander vor. Das heißt mit anderen Worten, dass bspw. bei einem Motorblock, welcher drei Zylinder in Reihe angeordnet aufweist, der Kühlmitteleintritt an dem äußeren Zylinder und der Kühlmittelaustritt an dem weiteren äußeren Zylinder, welcher vom äußeren Zylinder abgewandt in der Reihe angeordnet ist, vorzusehen ist. Es liegt somit mittig ein Zylinder vor, dessen Kühlkanal weder mit dem Kühlmittelaustritt noch mit dem Kühlmitteleintritt versehen werden darf, da ansonsten keine zuverlässige diagonale Kühlmittelführung herbeigeführt werden kann.
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Bevorzugt weist der Blockwassermantel einen einzigen Kühlmitteleintritt und einen einzigen Kühlmittelaustritt auf, wodurch die Durchströmung gezielt im Bereich des Eintritts und des Austritts beeinflussbar ist.
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Zur weiteren Sicherung der Kühlung weist ein zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder im Kurbelgehäuse ausgebildeter Gehäusesteg einen durchströmbaren Stegkanal des Kühlkreislaufes auf, wodurch die Zylinder vollumfänglich mit Kühlmittel durchströmbaren Kanälen des Kühlkreislaufes umfasst werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Stegkanal mit Hilfe eines Kühlkanalelementes ausgebildet. Das Kühlkanalelement kann in ein Gußmodell des Kurbelgehäuses oder des Zylinderkopfes eingebracht werden. Dabei können sehr filigrane Stegkanäle ausgebildet werden, welche insbesondere bei sehr geringen Abständen zwischen den einzelnen Zylindern in einer Nachbearbeitung nach dem Gießen nicht mehr auszubilden wären.
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Zur weiteren gesicherten Kühlung des Kurbelgehäuses ist das Kühlkanalelement sich bis zu einer untersten Kante des Blockwassermantels erstreckend ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motorblockes weist der Kühlkreislauf ein Drosselelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf. Mit Hilfe des Drosselelementes ist gezielt ein hydraulisches System, resp. Kühlkreislauf, bereitzustellen, welches sicherstellt dass ein größtmöglicher Druckunterschied zwischen dem Kühlmitteleintritt und dem Kühlmittelaustritt anliegt, wodurch eine größtmögliche Kühlmittelmenge durch den Motorblock gefördert werden kann. Bevorzugt sind zwei Drosselelemente vorzusehen. Mit Hilfe der Drosselelemente ist ein so genannter Durchflusswiderstand in den die Zylinder umfassenden Kühlkanälen herzustellen, welcher sicherstellt, dass insbesondere in den Stegkanälen eine gesicherte Durchströmung vorliegt.
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Das Drosselelement ist immer an einem außenliegenden Zylinder der in Reihe angeordneten Zylinder vorzusehen, damit eine zuverlässige Beeinflussung mit Hilfe des Drosselelementes auf den Kühlkreislauf vorgenommen werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Kurbelgehäuse eine den Kühlkreislauf vollständig querende Aufnahmeöffnung auf, in der das Drosselelement aufgenommen ist. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Aufnahmeöffnung den Kühlkreislauf sowohl in Richtung einer Längsachse des Kurbelgehäuses als auch in zwei orthogonal zueinander und zur Längsachse ausgebildeten Gehäuseachsen vollständig durchquert. Die Aufnahmeöffnung ist in einem Kühlkanal des Kühlkreislaufes zu positionieren, welcher sich in Richtung der Längsachse sowie in Richtung der beiden anderen Gehäuseachsen erstreckt. Die Aufnahmeöffnung durchquert diesen Kühlkanal vollständig in Richtung der drei Achsen. Die vollständige Querung der Aufnahmeöffnung dient der Herbeiführung einer gezielten Druckverteilung im Kühlkreislauf. Würde bspw. die Aufnahmeöffnung den Kühlkanal nicht vollständig queren, wäre eine Einflussnahme auf die Druckverteilung nur begrenzt möglich, da in den Bereichen des Kühlkanals bzw. des Kühlkreislaufes, die nicht von der Aufnahmeöffnung durchquert werden, das Drosselelement nicht aufgenommen wird und somit in diesen Bereichen das Kühlmittel nur bedingt beeinflussbar den Kühlkreislauf durchströmt.
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Bevorzugt ist die Aufnahmeöffnung als Bohrung ausgebildet. Der Vorteil ist eine einfache Herstellung, da ausgehend von einer dem Zylinderkopf gegenüberliegend ausgebildeten Kurbelgehäusefläche in Richtung einer Zylinderlängsachse die Aufnahmeöffnung in das Kurbelgehäuse eingebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Ausbildung eines Anschlags für das Drosselelement mit Hilfe eines an einem Ende der Bohrung ausgebildeten typischen Bohrungskegels. Ein größter Durchmesser des Drosselelementes, welcher an beiden Enden des Drosselelementes ausgebildet ist, entspricht nahezu einem Durchmesser der Bohrung. Aufgrund einer Verkleinerung der Bohrung im Bereich des Bohrungskegels kann das Drosselelement somit nicht mehr weiter als bis zum durch den Bohrungskegel ausgebildeten Anschlag in das Kurbelgehäuse hineingeschoben werden, wodurch eine sichere Positionierung des Drosselelementes herbeigeführt ist.
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Im Zusammenbau mit dem Kurbelgehäuse dienen sowohl eine zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse angeordnete Zylinderkopfdichtung als auch der Zylinderkopf einer in Richtung einer Längsachse der Aufnahmeöffnung axialen Positionssicherung des Drosselelementes.
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Damit ein vollständig durchströmter Kühlkreislauf, welcher keine so genannte Totstellen aufweist, ist das Drosselelement in einem Drosselbereich angeordnet, wobei der Drosselbereich im Bereich des Kühlmitteleintritts und/oder des Kühlmittelaustritts den Zylinder teilweise umfassend ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Drosselelement in einem Drosselbereichabschnitt des Drosselbereichs angeordnet, wobei der Drosselbereichabschnitt in einem sickenfreien Abschnitt einer Zylinderkopfdichtung des Motorblocks angeordnet ist. Zur Vermeidung eines Überströmens von Kühlmittel aus den Kühlkanälen und insbesondere aus dem Kühlmittelversorgungs- und Kühlmittelentsorgungskanal in die Zylinder, weist der montierte Motorblock eine zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse angeordnet Zylinderkopfdichtung auf, welche insbesondere im Bereich der Kanäle des Kühlkreislaufes Sicken, so genannte Kühlwassersicken besitzt. Der Vorteil das Drosselelement im Bereich des Drosselbereichabschnitts anzuordnen ist darin zu sehen, dass das Drosselelement in diesem Bereich nicht im Bereich der Kühlwassersicke liegt und damit eine sozusagen packageneutrale Position aufweist. Besonders bevorzugt ist das Drosselelement dem Kühlmitteleintritt und/oder dem Kühlmittelaustritt genau gegenüberliegend angeordnet.
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Zu sicheren Versorgung des Blockwassermantels sowie zu dessen Sicherung der Entsorgung mit Kühlmittel ist der Kühlmitteleintritt mit einem Kühlmittelversorgungskanal und der Kühlmittelaustritt mit einem Kühlmittelentsorgungskanal durchströmbar verbunden. Der Vorteil ist, dass die Kühlmittelver- und entsorgung eines Kopfwassermantels des Zylinderkopfes ebenfalls durch eine Verbindung mit den beiden vorgesehenen Kanälen erfolgen kann.
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Des Weiteren ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Motorblockes angegeben, welches sich dadurch auszeichnet, dass
- – in einem ersten Schritt im Drosselbereich des Kühlkreislaufes eine den Kühlkanal vollständig querende Aufnahmeöffnung ausgebildet wird,
- – in einem zweiten Schritt ein der Aufnahmeöffnung zuzuordnendes Drosselelement vor seiner Positionierung in der Aufnahmeöffnung entlang seiner Elementlängsachse gebogen oder geknickt wird,
- – in einem dritten Schritt das Drosselelement in die Aufnahmeöffnung eingesetzt wird, und
- – in einem vierten Schritt mit Hilfe einer Zylinderkopfdichtung und dem Zylinderkopf, welche am Kurbelgehäuse fixiert werden, das Drosselelement in seiner Position gesichert wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auf einfache Weise sichergestellt, dass das Drosselelement während der Montage des Motorblockes in seiner vorgesehenen Position verbleibt, unabhängig von einer während der Montage möglicherweise vorgenommenen Positionsänderung des Kurbelgehäuses.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine, welche einen Motorblock mit den Merkmalen der Patentansprüche 7 bis 20 aufweist, bietet die Möglichkeit einer hohen Leistung bei gleichzeitiger verlängerter Lebensdauer aufgrund einer verbesserten Kühlung des Motorblocks. Des Weiteren kann eine Abgasemission der Verbrennungskraftmaschine aufgrund einer Wirkungsgradsteigerung durch die verbesserte Kühlung des Motorblocks verringert werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch eine Änderung eines Verhältnisses der Kühlung des Blockwassermantels und des Kopfwassermantels eine einfache Anpassung an eine gewünschte Leistung der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Dies kann einfach mit Hilfe eines Austausches des Drosselelementes durchgeführt werden, dessen größter Durchmesser und kleinster Durchmesser sowie die Längen der Durchström- und Sperrabschnitte entsprechend dem gewünschten Verhältnis angepasst sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Ansicht einen Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Stand der Technik in einer ersten Variante,
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2 in einer perspektivischen Darstellung ein Längsschnitt eines Kurbelgehäuse des Motorblocks für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Stand der Technik in einer zweiten Variante,
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3 in einer perspektivischen prinzipiellen Darstellung ein Kühlkreislauf für den Motorblock gemäß dem Stand der Technik,
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4 in einer Schnittdarstellung Varianten eines Stegkanals des Motorblocks gemäß dem Stand der Technik,
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5 in einer Prinzipdarstellung ein Kühlkreislauf eines erfindungsgemäßen Motorblocks für eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine,
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6 in einer perspektivischen Ansicht ein Kurbelgehäuse des erfindungsgemäßen Motorblocks,
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7 in einer perspektivischen Ansicht den Kühlkreislauf des Motorblocks gem. 6,
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8 in einer Draufsicht das Kurbelgehäuse des erfindungsgemäßen Motorblocks,
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9 in einer Draufsicht einen Ausschnitt des Kurbelgehäuses gem. 8 im Bereich eines Kühlwasseraustritts des Kühlkreislaufes,
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10 in einer Draufsicht einen Ausschnitt des Kurbelgehäuse gem. 8 im Bereich eines Kühlwassereintritts des Kühlkreislaufes,
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11 in einer perspektivischen Ansicht einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Motorblocks in einer Variante,
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12 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausschnitt des Kühlkreislaufes des Motorblocks gem. 11,
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13 in einer perspektivischen Ansicht einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Motorblocks in einer weiteren Variante,
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14 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausschnitt des Kühlkreislaufes des Motorblocks gem. 13,
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15 in einer perspektivischen Darstellung das Kurbelgehäuse des erfindungsgemäßen Motorblocks in einem ersten Teilschnitt,
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16 in einer perspektivischen Darstellung das Kurbelgehäuse des erfindungsgemäßen Motorblocks in einem zweiten Teilschnitt,
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17 in einer perspektivischen Darstellung das Kurbelgehäuse des erfindungsgemäßen Motorblocks in einem dritten Teilschnitt,
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18 in einer perspektivischen Darstellung in einer perspektivischen Darstellung das Kurbelgehäuse des erfindungsgemäßen Motorblocks in einem vierten Teilschnitt,
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19 einen Ausschnitt des Motorblocks gem. 18 mit einem erfindungsgemäßen Drosselelement,
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20 in einer Seitenansicht das erfindungsgemäße Drosselelement, und
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21 in einer Draufsicht einen Ausschnitt des Kühlkreislaufes im Bereich des Drosselelementes des erfindungsgemäßen Motorblocks.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils einen Motorblock 1 für eine Verbrennungskraftmaschine 2 gemäß dem Stand der Technik. Der Motorblock 1 umfasst ein Kurbelgehäuse 3 und einen auf dem Kurbelgehäuse 3 fixierten Zylinderkopf 4. Der Zylinderkopf 4 ist mittelbar in 1 und 3 mittels eines Kühlkreislaufes 7 des Motorblocks 1 dargestellt, wobei ein Kühlmittelstrom durch den Kühlkreislauf mit Hilfe eines Pfeiles dargestellt ist.
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Mit Hilfe des Zylinderkopfes 4 sind nicht näher dargestellter Brennräume von Zylindern 5, 6 der Verbrennungskraftmaschine 2 ausgebildet. Im Brennraum wird ein Kraftstoff-Luftgemisch unter Ausbildung hoher Temperaturen und Drücke verbrannt. Zur Kühlung des Motorblocks 1 ist der Kühlkreislauf 7 bestehend aus mehreren durchströmbar miteinander verbundenen Kühlkanälen 8 im Motorblock 1 ausgebildet. Der Kühlkreislauf 7 ist die Zylinder 5, 6 zumindest teilweise umströmbar ausgebildet. Im dargestellten Beispiel des Standes der Technik weist der Motorblock 1 vier Zylinder 5, 6 auf.
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Ein zwischen den Zylindern 5, 6 ausgebildeter Gehäusesteg 9 des Kurbelgehäuses 3 weist, in Richtung einer Längsachse 10 des Motorblockes 1 gesehen, eine Dicke D auf, die eine Aufnahme eines im Gießmodell des Kurbelgehäuses 3 zu integrierenden Sandkernes in diesem Bereich nicht ermöglicht.
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Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Standes der Technik, werden bspw. Stegkanäle 11 in den Gehäusestegen 9 mit Hilfe von Kühlkanalelementen 22 ausgebildet. Die Stegkanäle 11 werden über die im Zylinderkopf 4 ausgebildeten Kühlkanäle 8 mit Kühlmittel versorgt. Der Zylinderkopf 4 in 1 ist mittelbar mit Hilfe des durch den Zylinderkopf 4 führenden Kühlkanals 8 dargestellt.
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Das Kühlmittel strömt im Kühlkreislauf 7 ausgehend von einem Kühlmittelversorgungskanal 12, welcher einen Kühlmitteleintritt 14 zur Versorgung der Kühlkanäle 8 aufweist, über die Kühlkanäle 8 des Zylinderkopfes 4 in einen Kühlmittelentsorgungskanal 13 des Kühlkreislaufes 7, welcher mit einem Kühlmittelaustritt 15 mit den Kühlkanälen 8 durchströmbar verbunden ist.
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Aus dem Kühlmittelentsorgungskanal 13 strömt das Kühlmittel wieder in einen nicht näher dargestellten Kühlmittelbehälter, von dem aus es nach erfolgter Kühlung wieder in den Kühlmittelversorgungskanal 12 mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Kühlmittelpumpe gefördert wird. Der dargestellte Motorblock 1 weist einen Kühlkreislauf 7 mit einem im Kurbelgehäuse 3 ausgebildeten Blockwassermantel 16 auf, welcher entlang der Längsachse 10 geteilt ist, wobei der Kühlkreislauf 7 den Motorblock 1 quer durchströmt.
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Ebenso ist in 2 der Motorblock 1 in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Standes der Technik mit dem entlang der Längsachse 10 geteilten Blockwassermantel 16 dargestellt. Das Kühlmittel durchströmt ausgehend vom Kühlmittelversorgungskanal 12 die auf dessen Seite angeordneten Kühlkanäle 8 des Blockwassermantels 16 und wird anschließend über die im Zylinderkopf 4 ausgebildeten Kühlkanäle 8, wobei ein sogenannter Kopfwassermantel 17 ausgebildet ist, zu den auf der Seite des Kühlmittelentsorgungskanals 13 ausgebildeten Kühlkanäle 8 des Blockwassermantels 16 geführt. Der Stegkanal 11 ist mit Hilfe eines zerbrechbaren Gußkernes hergestellt.
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In 3 ist in einer perspektivischen prinzipiellen Darstellung der Kühlkreislauf 7 in einer Variante für den Motorblock 1 gem. dem Stand der Technik dargestellt. Im Unterschied zu den Kühlkreisläufen 7, welche in den 1 und 2 dargestellt sind, und bei denen der Blockwassermantel 16 und ein Kopfwassermantel 17 des Kühlkreislaufes 7 abhängig voneinander durchströmbar sind, weist der in 3 dargestellte Kühlkreislauf 7 eine unabhängige Durchströmbarkeit des Blockwassermantels 16 und des Kopfwassermantels 17 auf. Mit andern Worten bedeutet dies, dass der Blockwassermantel 16 unabhängig vom Kopfwassermantel 17 von Kühlmittel durchströmt werden kann, wobei der Stegkanal 11 im Kopfwassermantel 17 integriert ist und somit mit den im Zylinderkopf 4 ausgebildeten Kühlkanälen 8 durchströmt wird.
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Die 4 zeigt in den Teilfiguren a), b) und c) in einer Schnittdarstellung Varianten von Stegkanälen 11 des Motorblocks 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Stegkanäle 11 der Teilfiguren a) und b) werden mit Hilfe von spanenden Verfahren, insbesondere von Bohren, ausgebildet. In der Teilfigur c) ist ein zerbrechbarer Gußkern dargestellt, welcher in eine nicht näher dargestellten Gussform des Kurbelgehäuses 3 einsetzbar ist.
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Der Kühlkreislauf 7 des erfindungsgemäßen Motorblocks 1 für die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 2 ist in einer Prinzipdarstellung in 5 dargestellt. Der Motorblock 1 weist den Kühlkreislauf 7 diagonal durchströmbar auf. Es sind ein einziger Kühlmitteleintritt 14 und ein einziger Kühlmittelausritt 15 vorgesehen, welche einander diagonal gegenüberliegend angeordnet sind. Der Kühlmitteleintritt 14 ist mit dem Kühlmittelversorgungskanal 12 durchströmbar verbunden und stellt die einzige Stelle im Kühlkreislauf 7 dar, die einer Versorgung der Kühlkanäle 8 des Blockwassermantels 16 mit Kühlmittel dient. Der mit dem Kühlmittelentsorgungskanal 13 durchströmbar verbundene Kühlmittelaustritt 15 ist die einzige Stelle des Kühlkreislaufes, die einem Abführen des Kühlmittels aus den Kühlkanälen 8 des Blockwassermantels 16 dient. Zur Herbeiführung einer Zwangsströmung sind Drosselelemente 18 zur Ausbildung von Drosselstellen vorgesehen, die ebenfalls diagonal gegenüberliegend im Kühlkreislauf 7 angeordnet sind. Die Gehäusestege 9 stellen weitere Drosselstellen dar.
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Der erfindungsgemäße Motorblock 1 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 6 ausgebildet. Der Kühlkreislauf 7 weist den Kühlmittelversorgungskanal 12 und gegenüberliegend den Kühlmittelentsorgungskanal 13 auf. Der Kühlmittelversorgungskanal 12 ist mit den Kühlkanälen 8 des Blockwassermantels 16 über den einzigen Kühlmitteleintritt 14 durchströmbar verbunden. An seinem vom Kühlmitteleintritt 14 abgewandt ausgebildeten Ende ist dem Kühlmittelversorgungskanal 12 die Kühlmittelpumpe zur Kühlmittelversorgung zugeordnet.
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Der Kühlmittelversorgungskanal 12 dient neben der Kühlmittelversorgung des Blockwassermantels 16 der Kühlmittelversorgung des Kopfwassermantels 17, wobei die Kühlmittelversorgung des Blockwassermantels 16 unabhängig vom Kopfwassermantel 17 ist. Eine Rückführung des Kühlmittels aus dem Blockwassermantel 16 erfolgt mit Hilfe des Kühlmittelentsorgungskanals 13, welcher mit dem einzigen Kühlmittelaustritt 15 des Blockwassermantels 16 durchströmbar verbunden ist. Über einen Thermostat 19 wird das Kühlmittel zur Kühlmittelpumpe geführt. In den Kühlmittelentsorgungskanal 13 wird ebenfalls das Kühlmittel aus dem Kopfwassermantel 17 eingeleitet.
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Dem Kühlmitteleintritt 14 und dem Kühlmittelaustritt 15 jeweils gegenüberliegend ist das Drosselelement 18 im Blockwassermantel 16 angeordnet. Der Kühlkreislauf 7 des erfindungsgemäßen Motorblocks 1 ist in 7 dargestellt. Der erste Versorgungskanal 12 sowie die Kühlkanäle 8 des Blockwassermantels 16, welche zwischen den beiden Drosselelementen 18 vom Kühlmitteleintritt 14 ausgehend angeordnet sind, weisen das Kühlmittel mit einem höheren Druck als im übrigen Bereich des Blockwassermantels 16 auf. Damit ein von Kühlmittel vollständig durchströmter Kühlkreislauf 7 ausgebildet ist, sind die Drosselelemente 18 in den Kühlkanälen 8 der jeweils außen liegenden Zylindern 5, 6 einer Zylinderreihe des Motorblocks 1 sich diagonal gegenüberliegend angeordnet.
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Mit Hilfe der Drosselelemente 18 wird der Kühlkreislauf 7 somit in zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Drücken geteilt, wobei diese beiden Abschnitte im Bereich der Drosselelemente 18 durchströmbar miteinander verbunden sind. Die durchströmbare Verbindung wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Drosselelementes 18 erzielt.
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8 zeigt in einer Draufsicht den erfindungsgemäßen Motorblock 1. Das Drosselelement 18 ist nicht zwingend dem Kühlmitteleintritt 14 bzw. dem Kühlmittelaustritt 15 exakt, d. h. mit anderen Worten vis-á-vis bzw. gegenüberliegend anzuordnen. In 8 sind Drosselbereiche 20 eingezeichnet, innerhalb derer die beiden Drosselelemente 18 anzuordnen sind, wobei zwingend in jedem der Drosselbereiche 20 je ein Drosselelement 18 zu positionieren ist. Jedoch sind die Drosselbereiche 20 jeweils an den am Rande des Kurbelgehäuses 3 angeordneten Zylinder 5, 6 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Drosselelementes 18 auszubilden.
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Die 9 und 10 zeigen in einer Draufsicht einen Ausschnitt des Motorblocks 1 im Bereich des Kühlwasseraustritts 15 bzw. des Kühlwassereintritts 14, wobei bevorzugte Drosselbereichabschnitte 21 der Drosselbereiche 20 dargestellt sind. Die Drosselbereichabschnitte 21 stellen zu bevorzugende Abschnitte im Kurbelgehäuse 3 zur Positionierung der Drosselelemente 18 im Kühlkanal 7 dar. Der Drosselbereichabschnitt 21 ist dem Kühlmitteleintritt 14 bzw. dem Kühlmittelaustritt 15 gegenüberliegend angeordnet, und spannt in einer Querschnittsebene des Kurbelgehäuses 3 ausgehend von einer Zylinderlängsachse 37 einen Kreisbogenabschnitt von ca. 75° des den Zylinder 5; 6 umfassenden Kühlkanals 8 auf.
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Die 11 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Querschnitt des Motorblocks 1 in einer Variante. In 12 ist der Kühlkreislauf 7 dieses Motorblocks 1 dargestellt. Mit Hilfe des Kühlkanalelementes 22, welches in das Gussmodell eingesetzt wird, ist die Kühlmittelversorgung des Kopfwassermantels 17 sichergestellt.
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In 13 ist in einer perspektivischen Ansicht einen Querschnitt des Motorblocks 1 in einer weiteren Variante dargestellt. Diese weitere Variante unterscheidet sich von der in 11 dargestellten Variante durch eine höhere Zylinderanzahl. Im Gehäusesteg 9 wird mit Hilfe des Kühlkanalelementes 22 die Kühlmittelversorgung sichergestellt, wobei das Kühlkanalelement 22 drei Stegkanäle 11 aufweist. 14 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausschnitt des Kühlkreislaufes für diesen Motorblock 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kühlkanalelement 22 sich bis zu einer untersten Kante 42 des Blockwassermantels 16 erstreckend ausgebildet.
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Die 15 bis 17 zeigen in einer perspektivischen Darstellung den erfindungsgemäßen Motorblock in verschiedenen Teilschnitten. Der Pfeil in 17 ist zur verbesserten Darstellung des diagonal durchströmten Kühlkreislaufes 7 des erfindungsgemäßen Motorblocks 1 zwischen dem Kühlmitteintritt 14 und dem Kühlmittelaustritt 15 eingezeichnet und deutet die Strömungsrichtung des Kühlmittels an. Im Kurbelgehäuse 3 sind Gewindebohrungen 23 zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben für die Fixierung des Zylinderkopfes 4 am Kurbelgehäuse 3 ausgebildet.
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In 18 ist ein vierter Teilschnitt des erfindungsgemäßen Motorblocks 1 ebenfalls perspektivisch dargestellt. Der im Drosselbereichabschnitt 21 angeordnete Kühlkanal 8 ist zur Aufnahme des Drosselelementes 18 ausgebildet. Der Kühlkanal 8 weist eine Aufnahmeöffnung 24 in Form einer Bohrung auf, welche das Drosselelement 18 aufnehmbar ausgestaltet ist. Die Aufnahmeöffnung 24 könnte auch eine andere Form aufweisen, allerdings stellt die Bohrung eine in Bezug auf die Herstellung der Aufnahmeöffnung 24 einfache Lösung dar. Des Weiteren eignet sich die Bohrung aufgrund ihrer Gestalt zur Abstützung des Drosselelementes 18.
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Die Aufnahmeöffnung 24 ist in das Kurbelgehäuse 3 sich in Richtung einer Zylinderlängsachse 37 erstreckend hergestellt. Die 19 zeigt in einem Ausschnitt den erfindungsgemäßen Motorblock 1 mit dem in der Aufnahmeöffnung 24 platzierten Drosselelement 18. Die Aufnahmeöffnung 24 ist den Kühlkanal 8 und somit ebenso den Kühlkreislauf 7 vollständig querend, mit anderen Worten vollständig durchdringend ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Drosselelement 18, s. 20, weist eine Elementlängsachse 25 auf, welche von einer Geraden abweichend, im dargestellte Ausführungsbeispiel geknickt ausgebildet ist. Ebenso könnte die Elementlängsachse 25 auch gekrümmt ausgebildet sein. Aufgrund der abgeknickten Ausbildung der Elementlängsachse 25 weist das Drosselelement 18 einen ersten Elementabschnitt 26 und einen zweiten Elementabschnitt 27 auf, die in ihrer Erstreckungsrichtung im unverbauten Zustand des Drosselelementes 18 voneinander abweichend ausgerichtet sind. Zwischen dem ersten Elementabschnitt 26 und dem zweiten Elementabschnitt 27 ist eine Kerbe 39 ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Knickung einer Abweichung von ca. 0,3 mm von einer als Gerade ausgebildeten Längsachse.
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Ein Querschnitt Q des Drosselelementes 18 ist über eine Länge L des Drosselelementes 18 variabel, wobei über die Länge L zwei Durchströmabschnitte 28, 29 mit einem kleinsten Querschnitt QK und drei Sperrabschnitte 30, 31, 32 mit einem größten Querschnitt QG ausgebildet sind. Die Sperrabschnitte 30, 31, 32 weisen den größten Querschnitt QG auf, welcher mit einer engen Spielpassung einem Aufnahmeöffnungsquerschnitt QB der Aufnahmeöffnung 24 entspricht. Eine Dimensionierung einer Kühlmittelverteilung im Kühlkreislauf 7 bzw. die Konditionierung des Kühlkreislaufes 7 erfolgt mit Hilfe der Durchströmabschnitte 28, 29. Der kleinste Querschnitt QK und die Längen der Durchströmabschnitte 28, 29 sind quasi als Steuerelemente zur Auslegung der Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 2 anzusehen. Mit anderen Worten bedeutet das, dass ihrer Größe entsprechend die Kühlmittelverteilung im Kühlkreislauf 7 herbeigeführt wird.
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Das Drosselelement 18 weist eine die Elementlängsachse 25 in zwei gleich lange Hälften teilende Querachse 33 auf, wobei das Drosselelement 18 in seiner verbauten Position symmetrisch zu dieser Querachse 33 ausgebildet ist. Der erste Sperrabschnitt 30 ist an einem ersten Ende 34 des Drosselelementes 18 und aufgrund der symmetrischen Gestaltung des Drosselelementes 18 ist der zweite Sperrabschnitt 31 am zweiten Ende 35 ausgebildet. In der Mitte des Drosselelementes 18 ist der dritte Sperrabschnitt 32 angeordnet, so dass zwischen dem ersten Sperrabschnitt 30 und dem dritten Sperrabschnitt 32 bzw. dem zweiten Sperrabschnitt 31 und dem dritten Sperrabschnitt 32 der erste Durchströmabschnitt 28 bzw. der zweite Durchströmabschnitt 29 ausgestaltet sind. Der Vorteil dieses symmetrisch ausgebildeten Drosselelementes 18 ist in der Vermeidung einer fehlerhaften Einbaulage des Drosselelements 18 zu sehen. Des weiteren werden aufgrund der beiden symmetrisch angeordneten Durchströmabschnitte 28, 29 so genannte Totwassergebiete im Kühlkreislauf 7 vermieden.
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21 zeigt in einer Draufsicht einen Ausschnitt des Kühlkreislaufes 7 des erfindungsgemäßen Motorblocks 1 im Bereich des Kühlmitteleintritts 14. An der Position des Drosselelementes 18 bzw. der Aufnahmeöffnung 24 ist eine Einschnürung des Kühlkanals 8 erkennbar, welche zu einer Änderung des Druckes im Kühlkreislauf 7 führt. Dies könnte bspw. auch mit einem zylindrischen Drosselelement 18 erzielt werden, dessen Querschnitt Q über die Länge L konstant ist.
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Der erfindungsgemäße Motorblock 1 wird mit dem wie folgt beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
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Es wird in einem ersten Schritt im Kurbelgehäuse 3 eine den Kühlkanal 8, welcher einen der Zylinder 5, 6 umfassend ausgebildet ist, querende Aufnahmeöffnung 24 hergestellt, wobei die Aufnahmeöffnung 24 im Drosselbereichabschnitt 21 ausgebildet wird. Im beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren ist die Aufnahmeöffnung 24 in Form einer Bohrung hergestellt. Dies bietet zwei wesentliche Vorteile. Der erste Vorteil ist eine einfache Herstellung, da ausgehend von einer dem Zylinderkopf 4 gegenüberliegend ausgebildeten Kurbelgehäusefläche 36 in Richtung einer Zylinderlängsachse 37 die Aufnahmeöffnung 24 den Kühlkanal 8 kreuzend bzw. querend, mit anderen Worten vollständig durchdringend ausgebildet werden kann. Ein zweiter Vorteil ist, dass die als Bohrung ausgebildete Aufnahmeöffnung 24 an ihrem von der Kurbelgehäusefläche 36 abgewandt ausgebildeten Ende einen typischen Bohrungskegel 38 aufweist, welcher einem Anschlag des Drosselelementes 18 in Richtung der Zylinderlängsachse 37 dient.
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Die Aufnahmeöffnung 24 ist den Kühlkanal 8 vollständig querend oder mit anderen Worten vollständig durchdringend ausgebildet. Der Vorteil ist, dass der zu beeinflussende Kühlkanal vollständig dreidimensional erfasst wird.
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In einem zweiten Schritt wird das Drosselelement 18 vor seiner Positionierung in der Aufnahmeöffnung 24 entlang seiner Elementlängsachse 25 gebogen. Dadurch ist der Vorteil gegeben, dass sich das Drosselelement 18 aufgrund seiner gebogenen Form in der Aufnahmeöffnung 24 quasi verspannt und darin form- und kraftschlüssig aufgenommen ist. Somit kann es bei einer Drehung des Kurbelgehäuses 3 um seine Längsachse 10 nicht aus der Aufnahmeöffnung 24 fallen. Das Drosselelement 18 ist im vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren ausgehend von der im ersten Durchströmabschnitt 28 ausgebildeten Kerbe 39 verformt worden.
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Im dritten Schritt des Verfahrens wird das Drosselelement 18 in die Aufnahmeöffnung 24 eingesetzt, wobei es sich nun aufgrund seiner gebogenen Form in der Aufnahmeöffnung 24 verspannt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19840379 C2 [0004]
- CN 203374371 U [0005]
- CN 202140187 U [0006]
- CN 204552961 U [0006]
- JP 2014208977 A [0007]
- JP 641472 [0008]