DE102017218834B4 - Coolant channel arrangement for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ein Verbrennungsmotor (10) hat wenigstens einen Zylinderkopf (12), ein Kurbelgehäuse (14), wenigstens einen im Zylinderkopf (12) verlaufenden ersten Kühlmittelkanal (18) und wenigstens einen zumindest teilweise durch das Kurbelgehäuse (14) verlaufenden zweiten Kühlmittelkanal (20). Der zweite Kühlmittelkanal (20) zweigt vom ersten Kühlmittelkanal (18) an einer Abzweigung (22) ab, die innerhalb des Zylinderkopfes (12) liegt. An internal combustion engine (10) has at least one cylinder head (12), a crankcase (14), at least one in the cylinder head (12) extending first coolant channel (18) and at least one at least partially through the crankcase (14) extending second coolant channel (20). The second coolant channel (20) branches off from the first coolant channel (18) at a branch (22) which lies inside the cylinder head (12).
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse.The invention relates to an internal combustion engine with a cylinder head and a crankcase.
Verbrennungsmotoren müssen stets temperiert werden, insbesondere um die während des Verbrennungsprozesses entstehende Wärme abzuleiten. Der Zylinderkopf ist bei einem Verbrennungsmotor das kritischere Bauteil, sodass der Zylinderkopf stärker als das Kurbelgehäuse gekühlt werden muss. Gleichzeitig ist bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors eine Erwärmung des Kurbelgehäuses erwünscht, um das Kurbelgehäuse schnell auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse haben folglich unterschiedliche Anforderungen an die Temperierung.Internal combustion engines must always be tempered, in particular in order to dissipate the heat generated during the combustion process. The cylinder head is the more critical component of an internal combustion engine, so the cylinder head must be cooled more than the crankcase. At the same time warming of the crankcase is desirable in a cold start of the engine to bring the crankcase quickly to its operating temperature. The cylinder head and the crankcase therefore have different requirements for the temperature.
Üblicherweise wird die Temperierung eines Verbrennungsmotors mittels Kühlmittelkanälen eines Kühlmittelkreislaufs erreicht, die durch den Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse verlaufen. Durch die Kühlmittelkanäle strömt ein Kühlmittel, das eine Temperierung des Zylinderkopfes oder des Kurbelgehäuses bewirkt. Um den unterschiedlichen Anforderungen von Zylinderkopf und Kurbelgehäuse gerecht zu werden, sind sogenannte Split-cooling Konzepte bekannt, bei denen der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse getrennte Kühlkreisläufe haben, die unterschiedlich angesteuert werden.Usually, the temperature of an internal combustion engine is achieved by means of coolant channels of a coolant circuit which extend through the cylinder head and the crankcase. Through the coolant channels flows a coolant, which causes a temperature of the cylinder head or the crankcase. In order to meet the different requirements of cylinder head and crankcase, so-called split-cooling concepts are known in which the cylinder head and the crankcase have separate cooling circuits, which are controlled differently.
Ein Verbrennungsmotor mit einem Split-cooling Konzept ist beispielsweise aus der
Die
Aus
In der
Problematisch bei solchen Split-cooling Konzepten ist es, dass Absperrsysteme, wie geschaltete Ventile, notwendig sind, um den Kühlmittelstrom zu lenken. Diese Ventile sind jedoch ein Kostenfaktor, erhöhen den Gegendruck im Kühlmittelkanal und haben eine gewisse Störanfälligkeit.The problem with such split-cooling concepts is that shut-off systems, such as switched valves, are necessary to direct the flow of coolant. However, these valves are a cost factor, increase the back pressure in the coolant channel and have a certain susceptibility to interference.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse bereitzustellen, der den unterschiedlichen Anforderungen der Temperierung des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses gerecht wird und der zugleich effizient und betriebssicher ist.It is therefore an object of the invention to provide an internal combustion engine with a cylinder head and a crankcase, which meets the different requirements of the temperature of the cylinder head and the crankcase and at the same time is efficient and reliable.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkopf, einem Kurbelgehäuse mit wenigstens einem Zylinder, wenigstens einem im Zylinderkopf verlaufenden ersten Kühlmittelkanal und wenigstens einem zumindest teilweise durch das Kurbelgehäuse verlaufenden zweiten Kühlmittelkanal, wobei der zweite Kühlmittelkanal vom ersten Kühlmittelkanal an einer Abzweigung abzweigt, die innerhalb des Zylinderkopfes liegt. Der erste Kühlmittelkanal weist dabei einen ersten Abschnitt auf, der sich vom Kühlmitteleinlass zur Abzweigung erstreckt, und der erste Kühlmittelkanal weist einen zweiten Abschnitt auf, der sich von der Abzweigung zum Kühlmittelauslass des Zylinderkopfes erstreckt. Der zweite Abschnitt ist hierbei größtenteils auf der der Längsachse des Zylinders zugewandten Seite des ersten Abschnittes angeordnet.The object is achieved by an internal combustion engine with a cylinder head, a crankcase with at least one cylinder, at least one extending in the cylinder head first coolant channel and at least one at least partially extending through the crankcase second coolant channel, wherein the second coolant channel branches off from the first coolant channel at a branch, the lies within the cylinder head. The first coolant channel has a first portion extending from the coolant inlet to the branch, and the first coolant channel has a second portion which extends from the branch to the coolant outlet of the cylinder head. The second section is in this case arranged largely on the longitudinal axis of the cylinder-facing side of the first section.
Auf diese Weise wird erreicht, dass der Großteil der Wärme des Zylinderkopfes durch das Kühlmittel abgeführt wird, das durch den zweiten Abschnitt strömt, da der Zylinderkopf zur Längsachse hin wärmer ist als radial von der Längsachse entfernt.In this way it is achieved that the majority of the heat of the cylinder head is discharged through the coolant flowing through the second portion, since the cylinder head is warmer to the longitudinal axis than radially away from the longitudinal axis.
Dabei sind an der Abzweigung insbesondere keine Ventile oder sonstige Absperrsysteme vorgesehen. Auf diese Weise wird das durch den Zylinderkopf fließende Kühlmittel auch zur Temperierung des Kurbelgehäuses verwendet, wodurch zum einen der Zylinderkopf gekühlt und gleichzeitig das Kurbelgehäuse temperiert werden kann. Durch eine geeignete Wahl der Geometrie und/oder der Lage der Abzweigung kann die Temperatur des zum Kurbelgehäuse verlaufenden Kühlmittels eingestellt werden.In particular, no valves or other shut-off systems are provided at the branch. In this way, the coolant flowing through the cylinder head is also used to control the temperature of the crankcase, whereby on the one hand the cylinder head can be cooled and at the same time the crankcase can be tempered. By a suitable choice of the geometry and / or the position of the branch, the temperature of the coolant flowing to the crankcase can be adjusted.
Somit sind keine Ventile oder sonstige Absperrsysteme notwendig, um den unterschiedlichen Temperaturanforderungen des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses gerecht zu werden.Thus, no valves or other shut-off systems are necessary to meet the different temperature requirements of the cylinder head and the crankcase.
Zum Beispiel verläuft der zweite Kühlmittelkanal bei einem Mehrzylindermotor durch die Stege zwischen zwei Zylindern.For example, in a multi-cylinder engine, the second coolant passage extends through the lands between two cylinders.
Beispielsweise weist der Zylinderkopf wenigstens einen Kühlmitteleinlass zum Einbringen von Kühlmittel in die Baugruppe aus Zylinderkopf und Kurbelgehäuse und wenigstens einen Kühlmittelauslass zum Abtransport von Kühlmittel aus der Baugruppe aus Zylinderkopf und Kurbelgehäuse auf, wobei sich der erste Kühlmittelkanal vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass erstreckt, wodurch der Zylinderkopf effizient gekühlt werden kann.For example, the cylinder head has at least one coolant inlet for introducing coolant into the assembly of cylinder head and crankcase and at least one coolant outlet for removing coolant from the assembly of cylinder head and crankcase, wherein the first coolant channel extends from the coolant inlet to the coolant outlet, whereby the cylinder head can be efficiently cooled.
Denkbar ist es auch, dass der zweite Kühlmittelkanal von der Abzweigung durch das Kurbelgehäuse zum Kühlmittelauslass des Zylinderkopfes verläuft. In diesem Falle benötigt das Kurbelgehäuse weder einen Kühlmitteleinlass noch einen Kühlmittelauslass. Im Rahmen dieser Erfindung bezeichnen die Begriffe Kühlmittelauslass und Kühlmitteleinlass nicht die Öffnungen des zweiten Kühlmittelkanals zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse, sondern lediglich solche Öffnungen der Kühlmittelkanäle, durch die Kühlmittel in die Baugruppe aus Zylinderkopf und Kurbelgehäuse hinein oder daraus herausfließen kann.It is also conceivable that the second coolant channel extends from the branch through the crankcase to the coolant outlet of the cylinder head. In this case, the crankcase requires neither a coolant inlet nor a coolant outlet. In the context of this invention, the terms coolant outlet and coolant inlet do not denote the openings of the second coolant channel between the cylinder head and the crankcase, but only those openings of the coolant channels through which coolant can flow into or out of the cylinder head and crankcase assembly.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Kurbelgehäuse einen Kühlmittelauslass zum Abtransport von Kühlmittel aus der Baugruppe aus Zylinderkopf und Kurbelgehäuse auf, wobei sich der zweite Kühlmittelkanal von der Abzweigung zum Kühlmittelauslass des Kurbelgehäuses erstreckt, wodurch das Kurbelgehäuse auf einfache Weise temperiert werden kann. Dabei hat das Kurbelgehäuse keinen Kühlmitteleinlass durch den Kühlmittel von anderen Bauteilen als vom Zylinderkopf in das Kurbelgehäuse eingebracht wird.In one embodiment of the invention, the crankcase has a coolant outlet for the removal of coolant from the assembly of cylinder head and crankcase, wherein the second coolant channel extends from the branch to the coolant outlet of the crankcase, whereby the crankcase can be tempered in a simple manner. The crankcase has no coolant inlet through the coolant from other components than the cylinder head is introduced into the crankcase.
Zum Beispiel sind die Kühlmittelauslässe des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses auf der gleichen Seite des Zylinders, insbesondere übereinander angeordnet.For example, the coolant outlets of the cylinder head and the crankcase are arranged on the same side of the cylinder, in particular one above the other.
Vorzugsweise liegen der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass des Zylinderkopfes in einer Ansicht in Richtung der Längsachse des Zylinders auf der gleichen Seite des Zylinders, insbesondere nebeneinander, und die Abzweigung liegt auf der anderen Seite des Zylinders, und/oder die Abzweigung liegt dem Kühlmitteleinlass oder dem Kühlmittelauslass des Zylinderkopfes im Wesentlichen diametral gegenüber. Dadurch wird erreicht, dass das Kühlmittel den Zylinderkopf zum Teil durchströmen muss, bevor es an der Abzweigung teilweise zum Kurbelgehäuse fließt, wodurch die Abwärme des Zylinderkopfes effizient zur Temperierung des Kurbelgehäuses verwendet werden kann.Preferably, the coolant inlet and the coolant outlet of the cylinder head lie in a view in the direction of the longitudinal axis of the cylinder on the same side of the cylinder, in particular side by side, and the branch is on the other side of the cylinder, and / or the branch is the coolant inlet or the coolant outlet the cylinder head substantially diametrically opposite. This ensures that the coolant must flow through the cylinder head before it partially flows to the junction to the crankcase, whereby the waste heat of the cylinder head can be used efficiently for controlling the temperature of the crankcase.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abzweigung auf der Seite des Zylinders angeordnet, auf der sich ein Einlassventil zum Einbringen vom Kraftstoff in den Zylinder befindet wodurch, insbesondere bei V-Motoren, eine einfache Entlüftung ermöglicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kühlmittelfluss in die gleiche Richtung verläuft wie Luftblasen im Kühlmittel aufsteigen würden.In one embodiment of the invention, the branch is arranged on the side of the cylinder on which an inlet valve for introducing fuel into the cylinder is located, whereby a simple venting is made possible, in particular in the case of V-engines. This is achieved by the coolant flow going in the same direction as air bubbles in the coolant would rise.
Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt vollständig auf der der Längsachse des Zylinders zugewandten Seite des ersten Abschnittes angeordnet.Preferably, the second section is arranged completely on the side of the first section facing the longitudinal axis of the cylinder.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Geometrien und/oder Lagen des ersten Kühlmittelkanals, insbesondere des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts, des zweiten Kühlmittelkanals und/oder der Abzweigung derart gewählt, dass weniger als 15%, insbesondere weniger als 10%, besonders bevorzugt etwa 8% des an der Abzweigung eintreffenden Kühlmittels in den zweiten Kühlmittelkanal strömen. Auf diese Weise wird ohne die Verwendung von Ventilen eine bestimmte Proportionalität der Kühlung zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse erreicht.In one embodiment of the invention, the geometries and / or positions of the first coolant channel, in particular the first section and the second section, the second coolant channel and / or the branch are selected such that less than 15%, in particular less than 10%, particularly preferred about 8% of the incoming coolant at the junction flow into the second coolant channel. In this way, without the use of valves, a certain proportionality of the cooling between the cylinder head and the crankcase is achieved.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Zylinderkopf zwei Kühlmitteleinlässe und der erste Kühlmittelkanal zwei erste Abschnitte auf, die jeweils einem der Kühlmitteleinlässe zugeordnet sind und die den jeweiligen Kühlmitteleinlass mit der Abzweigung verbinden. Auf diese Weise kann ein symmetrischer Aufbau des ersten Kühlmittelkanals im Zylinderkopf erreicht werden, wodurch ein homogener Wärmeabtransport gewährleistet wird. Dabei kann der Kühlmittelauslass zwischen den Kühlmitteleinlässen angeordnet sein.In one embodiment of the invention, the cylinder head has two coolant inlets and the first coolant channel has two first sections which are each associated with one of the coolant inlets and which connect the respective coolant inlet to the branch. In this way, a symmetrical structure of the first coolant channel can be achieved in the cylinder head, whereby a homogeneous heat dissipation is ensured. In this case, the coolant outlet can be arranged between the coolant inlets.
Denkbar ist auch, dass entweder ein zweiter Abschnitt oder zwei zweite Abschnitte des ersten Kühlmittelkanals vorgesehen sind. Der eine bzw. die beiden zweiten Abschnitte können zwischen den beiden ersten Abschnitten angeordnet sein, insbesondere radial zwischen den beiden ersten Abschnitten.It is also conceivable that either a second section or two second sections of the first coolant channel are provided. The one or the two second sections may be arranged between the two first sections, in particular radially between the two first sections.
In einer Ausführungsvariante kann der Verbrennungsmotor mehrere Zylinder mit jeweils einem ersten Kühlmittelkanal und einem zweiten Kühlmittelkanal aufweisen, wodurch ein Mehrzylindermotor auf einfache Weise temperiert werden kann.In one embodiment, the internal combustion engine may comprise a plurality of cylinders each having a first coolant channel and a second coolant channel, whereby a multi-cylinder engine can be tempered in a simple manner.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- -
1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, - -
2 eine schematische Schnittansicht durch den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors nach1 , - -
3 eine schematische Schnittansicht durch das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors nach1 , - -
4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors in einer schematischen Seitenansicht, - -
5 eine schematische Schnittansicht durch den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors nach4 , und - -
6 eine schematische Schnittansicht durch das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors nach4 .
- -
1 a schematic sectional view of a first embodiment of an internal combustion engine according to the invention, - -
2 a schematic sectional view through the cylinder head of the engine according to1 . - -
3 a schematic sectional view through the crankcase of the internal combustion engine according to1 . - -
4 A second embodiment of an internal combustion engine according to the invention in a schematic side view, - -
5 a schematic sectional view through the cylinder head of the engine according to4 , and - -
6 a schematic sectional view through the crankcase of the internal combustion engine according to4 ,
In den
Der Verbrennungsmotor
Die Zylinder
Der Verbrennungsmotor
Die beiden Kühlmittelkanäle
Der Verbrennungsmotor
In der Ausführungsform gemäß den
Der Zylinderkopf
Durch die Kühlmitteleinlässe
In
Bezüglich des Zylinders
Die beiden Seiten des Zylinders
Die Abzweigung
Wie in
Der erste Kühlmittelkanal
Die beiden ersten Abschnitte
Der zweite Abschnitt
Der zweite Abschnitt
An der Abzweigung
Die Geometrien, insbesondere die Strömungsdurchmesser, und/oder die Lagen der Abzweigung
Durch eine geeignete Auswahl der Geometrie und/oder der Lagen kann bestimmt werden, welcher Anteil des an der Abzweigung
In den Zeichnungen sind die Lagen und Geometrien zur Veranschaulichung nicht maßstabsgetreu dargestellt. Vorzugsweise sind sie derart gewählt, dass weniger als 15%, insbesondere weniger als 10%, besonders bevorzugt etwa nur 8% des an der Abzweigung
Der zweite Kühlmittelkanal
In der Ausführungsform gemäß den
Der Kühlmittelauslass
Der zweite Kühlmittelkanal
Das Kurbelgehäuse
In Längsrichtung
Die Zweige
Aufgrund der Kippung der Längsachse
Auf diese Weise steigen Luftblasen, die sich in den Zweigen
Außerdem kann jeder der beiden Zweige
Dadurch teilt sich der zweite Kühlmittelkanal
Im Betrieb des Verbrennungsmotors
Dadurch, dass die ersten Abschnitte
An der Abzweigung
Das Kühlmittel, das durch den zweiten Abschnitt
Im Gegensatz dazu strömt das Kühlmittel, das an der Abzweigung
Im Laufe des Betriebs des Verbrennungsmotors
Auf diese Weise lässt sich ventillos und ohne weiter Absperrmittel ein Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors
In den
In der zweiten Ausführungsform ist der Versorgungsabschnitt
Außerdem verläuft der zweite Kühlmittelkanal
Der zweite Kühlmittelkanal
Dort mündet der zweite Kühlmittelkanal
Somit hat das Kurbelgehäuse
Auch der zweite Abschnitt
In der zweiten Ausführungsform sind zwei zweite Abschnitte
Selbstverständlich können die verschiedenen Merkmale der Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden.Of course, the various features of the embodiments can be combined with each other as desired.
Denkbar ist es auch, dass mehr als eine Abzweigung
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