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Die Erfindung betrifft ein Zylindergehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Zylindergehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise bereits der
DE 10 2016 215 693 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Zylindergehäuse weist wenigstens ein Gehäuseelement auf, welches wenigstens eine Zylinderwand aufweist. Die Zylinderwand begrenzt einerseits einen Zylinder des Zylindergehäuses und andererseits teilweise einen Fluidmantel, welcher zumindest einen Teilbereich der Zylinderwand auf einer dem Zylinder abgewandten Außenseite der Zylinderwand umgibt und von einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlichen Fluid wie beispielsweise einem Kühlfluid durchströmbar ist.
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Außerdem offenbart die
DE 198 18 589 A1 eine Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuse, einem mit diesem durch Zylinderkopfschrauben verbundenen Zylinderkopf und mit mindestens einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zylindergehäuse der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders kostengünstige Weise ein besonders kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Zylindergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Zylindergehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders kostengünstige Weise ein besonders kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Fluidmantel, der an sich auf einer dem Zylinder abgewandten Seite offen ist, durch einen separat von dem Gehäuseelement ausgebildeten, mit dem Gehäuseelement verbundenen und von dem Fluid und von dem Abgas direkt anbeziehungsweise umströmbaren Wärmetauscher geschlossen ist, über welchen Wärme zwischen dem beispielsweise als Flüssigkeit ausgebildeten und beispielsweise zumindest Wasser umfassenden Fluid und dem Abgas austauschbar ist. Hierdurch kann das Fluid über den Wärmetauscher effektiv und effizient mittels des Abgases erwärmt beziehungsweise aufgeheizt werden, sodass beispielsweise das Zylindergehäuse beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine insgesamt besonders schnell, insbesondere während einer sich beispielsweise an einen Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine anschließenden Warmlaufphase, aufgeheizt werden kann. In der Folge kann die innere Reibung der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden, sodass deren Kraftstoffverbrauch in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass eine dem Zylinder beziehungsweise dem Fluidmantel zugewandte Innenseite des Wärmetauschers den Fluidmantel beziehungsweise zumindest einen Teil des Fluidmantels direkt begrenzt, sodass das den Fluidmantel durchströmende Fluid die Gegenseite direkt an- und umströmt und somit direkt berühren kann. Eine der Innenseite mit dem Fluidmantel abgewandte Außenseite begrenzt beispielsweise wenigstens einen von dem Abgas durchströmbaren Kanal des Wärmetauschers direkt, sodass das den Kanal und somit den Wärmetauscher durchströmende Abgas die Außenseite direkt an- und umströmt und somit direkt berühren kann. In der Folge kann ein besonders effektiver und effizienter Wärmeübergang von dem Abgas über den Wärmetauscher an das Fluid erfolgen, sodass das Fluid und in der Folge die Zylinderwand und somit der Zylinder besonders schnell erwärmt werden können.
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Da der Wärmetauscher den an sich offenen Fluidmantel schließt und separat von dem Gehäuseelement ausgebildet und mit dem Gehäuseelement verbunden ist, kann der Wärmetauscher besonders kosten- und bauraumgünstig in das Zylindergehäuse integriert werden, sodass eine Aufheizfunktion, in deren Rahmen das Fluid mittels des zuvor genannten Wärmeübergangs von dem Abgas über den Wärmetauscher an das Fluid erwärmt werden kann, besonders kosten- und bauraumgünstig dargestellt werden kann. Ferner ist es möglich, den Fluidmantel als filigranen Fluidmantel mit geringer radialer Ausdehnung zu realisieren, sodass der Bauraumbedarf des Zylindergehäuses insgesamt in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Des Weiteren lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Zylindergehäusen eine Körperschall-Reduktion darstellen, sodass ein besonders geräuscharmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
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Darüber hinaus kann das Zylindergehäuse besonders kostengünstig hergestellt werden, da der Fluidmantel als offener Fluidmantel und somit kostengünstig hergestellt werden kann. Da das Fluid vorzugsweise eine Flüssigkeit ist und zumindest Wasser umfasst, wird das Fluid auch als Wasser bezeichnet, sodass der Fluidmantel auch als Wassermantel bezeichnet wird. Da beispielsweise Fluid eine Flüssigkeit ist, kann über den Wärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und dem Abgas erfolgen, sodass der Wärmetauscher beispielsweise als Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet ist. Da - wie zuvor beschrieben - der Wärmetauscher genutzt wird, um den an sich offenen Fluidmantel zu schließen, ist der Wärmetauscher ein integraler Bestandteil des beispielsweise als Kurbelgehäuse beziehungsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Zylindergehäuses, sodass sich eine besonders bauraum- und kostengünstige Integration des Wärmetauschers realisieren lässt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Zylindergehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht ein insbesondere als Kurbelgehäuse beziehungsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildetes Zylindergehäuse 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und mittels der insbesondere als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Das Zylindergehäuse 10 umfasst wenigstens ein Gehäuseelement 12, welches wenigstens eine Zylinderwand 14 aufweist. Die Zylinderwand 14 begrenzt einerseits einen Zylinder 16 des Zylindergehäuses 10 und somit der Verbrennungskraftmaschine. Andererseits begrenzt die Zylinderwand 14 teilweise wenigstens einen Fluidmantel 18 des Zylindergehäuses 10. Insbesondere ist es vorgesehen, dass eine innenumfangsseitige Mantelfläche 20 die Zylinderwand 14 und den Zylinder 16 direkt begrenzt. Zumindest ein Teilbereich T einer dem Zylinder 16 und der innenumfangsseitigen Mantelfläche 20 abgewandten außenumfangsseitigen Mantelfläche 22 der Zylinderwand 14 begrenzt den Fluidmantel 18 in radialer Richtung des Zylinders 16 nach innen und somit in Richtung des Zylinders 16. In vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist in den Zylinder 16 ein in der Fig. nicht dargestellter Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, sodass sich der Kolben relativ zu dem Gehäuseelement 12 translatorisch hin- und herbewegen kann. Bei diesen translatorischen Bewegungen des Kolbens kann sich der Kolben entlang seiner radialen Richtung an der innenumfangsseitigen Mantelfläche 20 abstützen, welche beispielsweise eine Laufbahn 24 für den Kolben bildet. Somit kann sich der Kolben entlang seiner radialen Richtung insbesondere an der Laufbahn 24 abstützen. Der Teilbereich T der außenumfangsseitigen Mantelfläche 22 und somit die Zylinderwand 14 und der Zylinder 16, dessen auch als Zylindermittelachse bezeichnete Zylinderachse in der Fig. erkennbar und mit 26 bezeichnet ist, sind in um die Zylinderachse 26 verlaufender Umfangsrichtung des Zylinders 16 zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, von dem Fluidmantel 18 umgeben. Der Fluidmantel 18 ist von einem beispielsweise als Kühlfluid fungierenden Fluid durchströmbar, wobei das Fluid vorzugsweise eine Flüssigkeit ist. Die Flüssigkeit umfasst zumindest oder ausschließlich Wasser, sodass das Fluid auch als Kühlwasser oder Wasser bezeichnet wird. Somit wird der Fluidmantel 18 auch als Wassermantel bezeichnet. Das den Fluidmantel 18 durchströmende Fluid kann die außenumfangsseitige Mantelfläche 22 in deren Teilbereich T direkt an- und umströmen und somit direkt berühren. In der Folge kann ein besonders vorteilhafter Wärmeaustausch zwischen der Zylinderwand 14 und dem Fluid erfolgen.
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Insbesondere ist aus der Fig. erkennbar, dass der Fluidmantel 18 zumindest den Teilbereich T der Zylinderwand 14 auf einer dem Zylinder 16 abgewandten Außenseite der Zylinderwand 14 umgibt. Das Fluid ist dabei ein von Abgas der Verbrennungskraftmaschine unterschiedliches Fluid. Wie ferner aus der Fig. erkennbar ist, ist der Fluidmantel 18 an sich auf einer dem Zylinder 16 abgewandten Seite und somit in radialer Richtung nach außen hin offen. Um dabei einen besonders kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, umfasst das Zylindergehäuse 10 wenigstens einen beispielsweise einstückig ausgebildeten Wärmetauscher 28, welcher separat von dem Gehäuseelement 12 ausgebildet und mit dem Gehäuseelement 12 verbunden ist. Der Wärmetauscher 28 verschließt den an sich offenen Fluidmantel 18 in radialer Richtung des Zylinders 16 nach außen hin und ist einerseits von dem den Fluidmantel 18 durchströmenden Fluid und andererseits von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine direkt an- beziehungsweise umströmbar. Hierzu weist der Wärmetauscher 28 wenigstens einen von dem Abgas durchströmbaren Kanal 30 auf, welcher von einer dem Zylinder 16 und den Fluidmantel 18 abgewandten Außenseite 32 des Wärmetauschers 28 direkt begrenzt ist.
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Der teilweise durch den Teilbereich T der außenumfangsseitigen Mantelfläche 22 direkt begrenzte Fluidmantel 18 ist in radialer Richtung des Zylinders 16 nach außen hin und somit in eine von dem Zylinder 16 weg weisende Richtung direkt von einer der Außenseite 32 abgewandten Innenseite 34 des Wärmetauschers 28 direkt teilweise begrenzt, sodass das den Fluidmantel 18 durchströmende Fluid die Innenseite 34 direkt an- beziehungsweise umströmen und somit berühren kann. Außerdem kann das den Kanal 30 durchströmende Abgas die Außenseite 32 direkt an- beziehungsweise umströmen und somit berühren, sodass ein besonders effizienter und effektiver Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und dem Abgas über den Wärmetauscher 28 erfolgen kann. Insbesondere kann ein besonders effektiver und effizienter Wärmeübergang von dem Abgas über den Wärmetauscher 28 an das Fluid erfolgen, sodass das Fluid effektiv und effizient erwärmt beziehungsweise aufgeheizt werden kann. In der Folge können die Zylinderwand 14 und somit die Laufbahn 24 um den Zylinder 16 besonders schnell aufgeheizt werden, sodass die innere Reibung der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann. Insbesondere kann der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Der Kanal 30 umgibt beispielsweise den zumindest einen Teilbereich des Zylinders 16 in dessen Umfangsrichtung zumindest überwiegend.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Zylindergehäuse 10 einen weiteren Fluidmantel 36 aufweisen kann, welcher sich in axialer Richtung des Zylinders 16 an den Fluidmantel 18 anschließt. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem Fluidmantel 18 können auf den Fluidmantel 36 übertragen werden und umgekehrt. In radialer Richtung nach innen hin und somit in eine zu dem Zylinder 16 weisende Richtung ist der Fluidmantel 36 beispielsweise durch die Zylinderwand 14, insbesondere durch einen zweiten Teilbereich T2 der außenumfangsseitigen Mantelfläche 22 der Zylinderwand 14, direkt begrenzt. Dabei schließt sich der Teilbereich T2 an den Teilbereich T in axialer Richtung des Zylinders 16 an. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Fluidmäntel 18 und 36, insbesondere fluidisch, voneinander getrennt sind. In axialer Richtung des Zylinders 16 sind die Fluidmäntel 18 und 36 beispielsweise durch eine Wandung 38 des Gehäuseelements 12 voneinander getrennt, wobei das Gehäuseelement 12 beispielsweise einstückig ausgebildet sein kann. Der Fluidmantel 36 ist beispielsweise von einem zweiten Fluid durchströmbar, wobei das zweite Fluid ein von dem ersten Fluid unterschiedliches Fluid sein kann. Das zweite Fluid kann eine Flüssigkeit oder aber ein Gas sein. Das zweite Fluid kann den Teilbereich T2 direkt an- beziehungsweise umströmen und somit direkt berühren. In radialer Richtung nach außen hin ist der Fluidmantel 36 durch die Innenseite 34 des Wärmetauschers 28 direkt begrenzt, sodass das zweite Fluid die Innenseite 34 direkt an- beziehungsweise umströmt und somit direkt berühren kann. Der Fluidmantel 18 ist in radialer Richtung des Zylinders 16 nach außen hin zumindest teilweise durch einen ersten Teil des Kanals 30 überdeckt. Der Fluidmantel 36 ist in radialer Richtung des Zylinders 16 nach außen hin zumindest teilweise durch einen zweiten Teil des Kanals 30 überdeckt, wobei die Teile des Kanals 30 fluidisch miteinander verbunden sind.
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Wie in der Fig. durch einen Pfeil 40 veranschaulicht ist, kann das Abgas beispielsweise zunächst in den ersten Teil des Kanals 30 einströmen und von dem ersten Teil in den zweiten Teil strömen und den zweiten Teil durchströmen. Wie in der Fig. durch einen Pfeil 42 ferner veranschaulicht ist, kann das den Kanal 30 durchströmende Abgas über den zweiten Teil aus dem Kanal 30 ausströmen. In der Folge kann über den Wärmetauscher 28 sowohl ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem Abgas als auch ein Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Fluid und dem Abgas effektiv und effizient erfolgen. Wie besonders gut aus der Fig. erkennbar ist, ist der Kanal 30 beispielsweise ein Abgasmantel 44, welcher den Zylinder 16 in dessen Umfangsrichtung zumindest überwiegend umgibt. Dabei ist der Abgasmantel 44 in radialer Richtung des Zylinders 16 nach außen hin beispielsweise zumindest überwiegend durch den Wärmetauscher 28 begrenzt. In der Folge können die Zylinderwand 14 und somit die Laufbahn 24 beziehungsweise der Zylinder 16 effektiv und effizient sowie in kurzer Zeit aufgeheizt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylindergehäuse
- 12
- Gehäuseelement
- 14
- Zylinderwand
- 16
- Zylinder
- 18
- Fluidmantel
- 20
- innenumfangsseitige Mantelfläche
- 22
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- 24
- Laufbahn
- 26
- Zylinderachse
- 28
- Wärmetauscher
- 30
- Kanal
- 32
- Außenseite
- 34
- Innenseite
- 36
- zweiter Fluidmantel
- 38
- Wandung
- 40
- Pfeil
- 42
- Pfeil
- 44
- Abgasmantel
- T
- Teilbereich
- T2
- Teilbereichj
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016215693 A1 [0002]
- DE 19818589 A1 [0003]
