-
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf zur Montage auf einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechend angepasstes Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine.
-
Aus
EP 2 132 423 B1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, die unter anderem einen Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse umfasst. Das Kühlwasser wird der Brennkraftmaschine hierbei über eine Kühlmittelverteilerleiste zugeführt und gelangt von dort zu einem Kühlmitteleintritt in dem Kurbelgehäuse an den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine. Dort teilt sich der Kühlwasserstrom auf in einen ersten Kühlwasserstrom und einen zweiten Kühlwasserstrom. Der erste Kühlwasserstrom strömt vom Kühlmitteleintritt in dem Kurbelgehäuse zunächst nach oben in den Zylinderkopf und verlässt den Zylinderkopf dann wieder durch einen Kühlmittelaustritt, der sich in dem Zylinderkopf befindet. Der zweite Kühlmittelstrom strömt dagegen vom Kühlmitteleintritt im Kurbelgehäuse zunächst in einen Kühlmantel des Kurbelgehäuses und anschließend nach oben in den Zylinderkopf, um den Zylinderkopf dann schließlich wieder durch den Kühlmittelaustritt zu verlassen, der sich in dem Zylinderkopf befindet.
-
Nachteilig an dieser Kühlmittelführung ist die Tatsache, dass der Zylinderkopf teilweise durch Kühlwasser gekühlt wird, das zuvor bereits im Kühlmantel des Kurbelgehäuses erwärmt wurde. Im Zylinderkopf können deshalb im Betrieb relativ hohe Temperaturen entstehen, was unerwünscht ist. Dies gilt insbesondere für den Verbindungssteg im Zylinderkopf zwischen zwei benachbarten Auslassbohrungen im Zylinderkopf.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kühlung bei einer solchen Brennkraftmaschine zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 und ein entsprechend angepasstes Kurbelgehäuse gemäß Anspruch 5 gelöst.
-
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf dient zur Montage auf einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, wobei es sich vorzugsweise um einen V-Motor handelt, d. h. um einen Kolbenmotor mit mehreren Zylindern, die auf zwei Zylinderbänke aufgeteilt sind, die V-förmig zueinander angewinkelt sind.
-
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein sogenanntes Feuerdeck an der Unterseite des Zylinderkopfs auf, um den Zylinderkopf gegenüber dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und dem Brennraum abzutrennen.
-
Weiterhin weist der erfindungsgemäße Zylinderkopf in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Montagefläche an der Unterseite des Zylinderkopfs auf, um den Zylinderkopf auf dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zu montieren.
-
In der Montagefläche des Zylinderkopfs befindet sich in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein Kühlmitteleintritt, um das Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine aufzunehmen.
-
In dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf befinden sich ein oberer Teilkühlraum und ein unterer Teilkühlraum, die durch ein Zwischendeck voneinander getrennt sind.
-
Das Kühlmittel fließt hierbei von dem Kühlmitteleintritt in der Montagefläche des Zylinderkopfs ausgehend durch einen Steigkanal nach oben in den oberen Teilkühlraum. Anschließend fließt das Kühlmittel aus dem oberen Teilkühlraum durch einen Verbindungskanal in dem Zwischendeck nach unten in den unteren Teilkühlraum.
-
Insoweit entspricht der erfindungsgemäße Zylinderkopf im Wesentlichen dem eingangs beschriebenen bekannten Zylinderkopf gemäß
EP 2 132 423 B1 .
-
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf unterscheidet sich von diesem bekannten Zylinderkopf dadurch, dass sich der Kühlmittelaustritt ebenfalls in der Montagefläche des Zylinderkopfs befindet, so dass das in dem Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel aus dem Zylinderkopf durch den Kühlmittelaustritt nach unten in das Kurbelgehäuse strömt. Der Zylinderkopf nimmt das kalte Kühlmittel also über den Kühlmitteleintritt in der Montagefläche des Zylinderkopfs aus dem Kurbelgehäuse auf und gibt das erwärmte Kühlmittel anschließend über den Kühlmittelaustritt in der Montagefläche des Zylinderkopfs wieder an das Kurbelgehäuse ab. Dadurch wird eine vollständig parallele Kühlmittelführung durch den Zylinderkopf einerseits und durch das Kurbelgehäuse andererseits ermöglicht. Im Gegensatz dazu befindet sich der gemeinsame Kühlmittelaustritt von Zylinderkopf und Kurbelgehäuse bei der eingangs beschriebenen bekannten Brennkraftmaschine gemäß
EP 2 132 423 B1 seitlich in dem Zylinderkopf.
-
Die erfindungsgemäße parallele Kühlmittelführung ermöglicht eine Reduktion des Druckverlusts und reduziert insbesondere die maximale Temperatur des Verbindungsstegs zwischen den benachbarten Auslassbohrungen im Zylinderkopf. Dadurch wird die Neigung zur Stegrissbildung im Zylinderkopf verringert.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Zylinderkopf eine Montagebohrung, die beispielsweise einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff oder eine Zündkerze aufnehmen kann. Derartige Montagebohrungen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise auch in der vorstehend erwähnten Patentschrift
EP 2 132 423 B1 dargestellt. Diese Montagebohrung geht in dem Zylinderkopf durch den oberen Teilkühlraum, das Zwischendeck, den unteren Teilkühlraum und das Feuerdeck hindurch. Der erfindungsgemäß vorgesehene Verbindungskanal zwischen dem oberen Teilkühlraum und dem unteren Teilkühlraum kann die Montagebohrung seitlich umgeben.
-
Beispielsweise kann der Verbindungskanal zwischen dem oberen Teilkühlraum und dem unteren Teilkühlraum aus mehreren Teilkanälen bestehen, die parallel von dem Kühlmittel durchströmt werden. Hierbei werden die Teilkanäle vorzugsweise über den Umfang der Montagebohrung verteilt angeordnet und zwar vorzugsweise äquidistant.
-
Die einzelnen Teilkanäle können hierbei den gleichen Querschnitt haben. Vorzugsweise haben die Teilkanäle jedoch unterschiedliche Querschnitt, wobei die Querschnitte der einzelnen Teilkanäle vorzugsweise so angepasst sind, dass eine optimale Kühlwirkung erreicht wird.
-
Hinsichtlich der Anzahl der Teilkanäle bestehen verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann in jedem Ventilsteg jeweils ein Teilkanal angeordnet sein. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Anzahl der Teilkanäle nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt.
-
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen weist der Zylinderkopf mehrere (z. B. zwei) Durchgangsbohrungen für Einlasskanäle auf, um den Brennraum der Brennkraftmaschine vor einem Verbrennungsvorgang zu befüllen. Weiterhin weist der Zylinderkopf vorzugsweise mehrere (z. B. zwei) Durchgangsbohrungen für Auslasskanäle auf, um den Brennraum der Brennkraftmaschine nach einem Verbrennungsvorgang zu entleeren. Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine also zwei Einlassventile und zwei Auslassventile. Die Durchgangsbohrungen für die Einlasskanäle und die Auslasskanäle sind vorzugsweise um die Montagebohrung herum verteilt angeordnet, insbesondere äquidistant zu der Montagebohrung und äquidistant in Umfangsrichtung. Die einzelnen Teilkanäle des Verbindungskanals zwischen dem oberen Teilkühlraum und dem unteren Teilkühlraum sind dann vorzugsweise jeweils in einer mittigen Winkellage zwischen zwei benachbarten Durchgangsbohrungen angeordnet.
-
Die vorstehende Beschreibung betrifft nur die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zylinderkopfs. Die Erfindung beansprucht jedoch auch eigenständigen Schutz für ein entsprechend angepasstes Kurbelgehäuse.
-
So sieht das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine obere Montagefläche vor, um das Kurbelgehäuse mit dem Zylinderkopf verbinden zu können.
-
In dem Kurbelgehäuse befindet sich mindestens ein Zylinder zur verschiebbaren Aufnahme eines Kolbens. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Zylinder vorgesehen, beispielsweise 2, 4, 6, 8 oder 12 Zylinder, die wahlweise reihenförmig oder V-förmig angeordnet sein können.
-
Darüber hinaus befindet sich in dem Kurbelgehäuse in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein Kühlmantel zur Durchleitung des Kühlmittels, wobei der Kühlmantel den Zylinder mindestens teilweise mantelförmig ergibt.
-
In der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses befindet sich mindestens eine erste Kühlmittelbohrung zur Durchleitung des Kühlmittels, wie es auch aus der bereits eingangs zitierten Patentschrift
EP 2 132 423 B1 bekannt ist.
-
Weiterhin verfügt das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik über einen Kühlmitteleinlass zur Zuführung des kalten Kühlmittels in das Kurbelgehäuse, wobei der Kühlmitteleinlass in dem Kurbelgehäuse verzweigt zu der ersten Kühlmittelbohrung in der oberen Montagefläche einerseits und zu dem Kühlmantel andererseits, so dass das durch den Kühlmitteleinlass einströmende Kühlmittel teilweise nach oben in den Zylinderkopf und teilweise in den Kühlmantel des Kurbelgehäuses strömt.
-
Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse einen Kühlmittelauslass auf, um das erwärmte Kühlmittel aus dem Kurbelgehäuse abzuführen.
-
Insoweit entspricht das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse dem eingangs beschriebenen bekannten Kurbelgehäuse gemäß
EP 2 132 423 B1 .
-
Das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse zeichnet sich nun dadurch aus, dass in der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses eine zweite Kühlmittelbohrung vorgesehen ist, um das Kühlmittel wieder aus dem Zylinderkopf aufzunehmen. Die zweite Kühlmittelbohrung in der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses dient also dazu, das in dem Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel wieder in das Kurbelgehäuse zurückzuführen.
-
Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse dadurch aus, dass die zweite Kühlmittelbohrung in der Montagefläche mit dem Kühlmittelauslass verbunden ist, so dass das in dem Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelbohrung in das Kurbelgehäuse strömt und das Kurbelgehäuse durch den Kühlmittelauslass verlässt. Im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen bekannten Brennkraftmaschine gemäß
EP 2 132 423 B1 verlässt das erwärmte Kühlmittel die Brennkraftmaschinen also nicht über einen Kühlmittelaustritt in dem Zylinderkopf, sondern durch einen Kühlmittelaustritt in dem Kurbelgehäuse.
-
Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse dadurch aus, dass der Kühlmittelaustritt nicht in der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses angeordnet ist, so dass das erwärmte Kühlmittel nicht in den Zylinderkopf abgegeben wird.
-
Dadurch wird - wie bereits vorstehend kurz erwähnt - erreicht, dass das Kühlmittel den Zylinderkopf einerseits und das Kurbelgehäuse andererseits parallel durchströmt. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden also weder Zylinderkopf noch Kurbelgehäuse durch Kühlmittel gekühlt, das bereits zuvor in dem jeweils anderen Bauteil (Zylinderkopf bzw. Kurbelgehäuse) erwärmt wurde.
-
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kurbelgehäuse mehrere Zylinder mit jeweils einem Kühlmantel auf. Hierbei ist - wie bei
EP 2 132 423 B1 - vorzugsweise eine Kühlmittelverteilerleiste vorgesehen, die das kalte Kühlmittel aus dem Kühlmitteleinlass aufnimmt und auf die Kühlmäntel der einzelnen Zylinder sowie auf den Zylinderkopf verteilt. Darüber hinaus ist hierbei vorzugsweise ein Sammelkanal vorgesehen, der das erwärmte Kühlmittel aus den Kühlmänteln der einzelnen Zylinder und aus dem Zylinderkopf aufnimmt und zu dem Kühlmittelauslass leitet.
-
Schließlich ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur eigenständigen Schutz beansprucht für den erfindungsgemäßen Zylinderkopf und das entsprechend angepasste erfindungsgemäße Kurbelgehäuse. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Zylinderkopf und einem erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse.
-
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Verdeutlichung der Kühlmittelströme in der Brennkraftmaschine,
- 2 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
- 3 eine andere Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine gemäß 2, sowie
- 4 eine Querschnittsansicht durch den Zylinderkopf im Bereich eines oberen Teilkühlraums.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Verdeutlichung der Kühlmittelströme in der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine stimmt teilweise mit der Brennkraftmaschine gemäß der eingangs zitierten Patentschrift
EP 2 132 423 B1 überein, so dass hinsichtlich der Details auf diese frühere Patentschrift Bezug genommen werden kann.
-
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 1 und ein Kurbelgehäuse 2 auf, wobei zur Kühlung der Brennkraftmaschine Kühlwasser parallel durch den Zylinderkopf 1 einerseits und durch das Kurbelgehäuse 2 andererseits strömt, wie noch detailliert beschrieben wird.
-
Der Zylinderkopf 1 weist an seiner Unterseite ein Feuerdeck 3 auf, das mit seiner Unterseite eine Montagefläche 4 bildet, um den Zylinderkopf 1 auf dem Kurbelgehäuse 2 zu montieren.
-
In dem Zylinderkopf 1 befinden sich ein oberer Teilkühlraum 5 und ein unterer Teilkühlraum 6, die durch ein Zwischendeck 7 voneinander getrennt sind, wobei sich in dem Zwischendeck 7 ein Verbindungskanal 8 befindet, der eine Kühlmittelströmung aus dem oberen Teilkühlraum 5 in den unteren Teilkühlraum 6 ermöglicht, wie noch detailliert beschrieben wird.
-
In der unteren Montagefläche 4 des Zylinderkopfs 1 befindet sich ein Kühlmitteleintritt 9 zur Aufnahme von kaltem Kühlwasser aus dem Kurbelgehäuse 2.
-
Das kalte Kühlwasser strömt dann in dem Zylinderkopf 1 ausgehend von dem Kühlmitteleintritt 9 zunächst durch einen Steigkanal 10 in den oberen Teilkühlraum 5 des Zylinderkopfs 1.
-
Von dort strömt das Kühlmittel dann durch den Verbindungskanal 8 in den unteren Teilkühlraum 6 des Zylinderkopfs 1. Das erwärmte Kühlmittel verlässt den Zylinderkopf 1 dann wieder durch einen Kühlmittelaustritt 11, der sich ebenfalls in der Montagefläche 4 des Zylinderkopfs 1 befindet.
-
Der Zylinderkopf 1 nimmt also das kalte Kühlwasser von dem Kurbelgehäuse 2 auf und gibt das erwärmte Kühlwasser dann wieder an das Kurbelgehäuse 2 ab, was eine parallele Kühlmittelströmung durch den Zylinderkopf 1 einerseits und durch das Kurbelgehäuse 2 andererseits ermöglicht.
-
Das Kurbelgehäuse 2 weist zunächst einen Zylinder 12 auf, in dem ein nicht dargestellter Kolben verschiebbar geführt ist, wie es von Hubkolbenmotoren hinlänglich bekannt ist.
-
Der Zylinder 12 wird von einem Kühlmantel 13 ringförmig umgeben, um das Kurbelgehäuse 2 insbesondere im Bereich des Zylinders 12 zu kühlen.
-
Das kalte Kühlmittel strömt hierbei über einen Kühlmitteleinlass 14 in das Kurbelgehäuse 2. Dort teilt sich der Kühlmittelstrom auf in einen ersten Kühlmittelstrom und einen zweiten Kühlmittelstrom.
-
Der erste Kühlmittelstrom strömt von dem Kühlmitteleinlass 14 des Kurbelgehäuses 2 ausgehend zunächst nach oben und tritt dort durch eine Kühlmittelbohrung 15 in einer oberen Montagefläche 16 des Kurbelgehäuses 2 in den Zylinderkopf 1 ein.
-
Der zweite Kühlmittelstrom strömt dagegen von dem Kühlmitteleinlass 14 des Kurbelgehäuses 2 ausgehend in den Kühlmantel 13 des Kurbelgehäuses 2, um den Zylinder 12 zu kühlen.
-
Darüber hinaus weist das Kurbelgehäuse 2 in der oberen Montagefläche 16 eine weitere Kühlmittelbohrung 17 auf, um das in dem Zylinderkopf 1 erwärmte Kühlmittel wieder in das Kurbelgehäuse 2 zurückzuführen.
-
Schließlich umfasst das Kurbelgehäuse 2 einen Kühlmittelauslass 18, um das Kühlmittel wieder aus der Brennkraftmaschine abzuführen.
-
Bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kühlmittelführung werden der Zylinderkopf 1 einerseits und das Kurbelgehäuse 2 andererseits also parallel von dem Kühlmittel durchströmt. Dies bietet den Vorteil, dass weder der Zylinderkopf 1 noch das Kurbelgehäuse 2 von Kühlmittel gekühlt werden muss, das bereits zuvor in dem jeweils anderen Bauteil (Zylinderkopf 1 bzw. Kurbelgehäuse 2) erwärmt wurde. Dadurch wird die Kühlung der Brennkraftmaschine wesentlich verbessert.
-
Die 2 und 3 zeigen verschiedene Schnittansichten der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
-
Aus 2 ist zusätzlich ersichtlich, dass der Zylinderkopf 1 koaxial zu dem Zylinder 12 eine Montagebohrung 19 aufweist, die beispielsweise einen Injektor oder eine Zündkerze aufnehmen kann.
-
Die Montagebohrung 19 geht hierbei durch den oberen Teilkühlraum 5, das Zwischendeck 7, den unteren Teilkühlraum 6 und das Feuerdeck 3 hindurch.
-
Der Verbindungskanal 8 zwischen dem oberen Teilkühlraum 5 und dem unteren Teilkühlraum 6 besteht hierbei aus mehreren Teilkanälen 8.1, 8.2 (vgl. 4), die um die Montagebohrung 19 herum verteilt angeordnet sind und zwar äquidistant zueinander und äquidistant zu der Montagebohrung 19.
-
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst auch verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Kurbelgehäuse
- 3
- Feuerdeck
- 4
- Montagefläche des Zylinderkopfs
- 5
- Oberer Teilkühlraum im Zylinderkopf
- 6
- Unterer Teilkühlraum im Zylinderkopf
- 7
- Zwischendeck zwischen dem oberen und dem unteren Teilkühlraum
- 8
- Verbindungskanal zwischen oberem und unterem Teilkühlraum
- 8.1, 8.2
- Teilkanal des Verbindungskanals
- 9
- Kühlmitteleintritt des Zylinderkopfs
- 10
- Steigkanal im Zylinderkopf
- 11
- Kühlmittelaustritt des Zylinderkopfs
- 12
- Zylinder
- 13
- Kühlmantel des Kurbelgehäuses
- 14
- Kühlmitteleinlass des Kurbelgehäuses
- 15
- Kühlmittelbohrung in der Montagefläche des Kurbelgehäuses
- 16
- Montagefläche des Kurbelgehäuses
- 17
- Kühlmittelbohrung in der Montagefläche des Kurbelgehäuses
- 18
- Kühlmittelauslass des Kurbelgehäuses
- 19
- Montagebohrung für Injektor oder Zündkerze
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2132423 B1 [0002, 0012, 0013, 0015, 0024, 0027, 0029, 0032, 0035]
