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Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Kühlmittelkreisläufe für Motorblöcke von Verbrennungskraftmaschinen sind bekannt. Aufgrund hoher Verbrennungstemperaturen in Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine ist deren Kurbelgehäuse, welcher Zylinder der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und Zylinderkopf, welcher zum Ladungswechsel ausgebildete Ventile aufweist und mit dessen Hilfe die Brennräume ausgebildet sind, zur Kühlung üblicherweise von Kühlmittel durchströmbar ausgebildet.
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Es handelt sich um eine so genannte Wasserkühlung für im Kurbelgehäuse angeordnet Zylinder der Verbrennungskraftmaschine. Zur Kühlung ist jedem Zylinder ein Kühlmantel zugeordnet. Der Kühlmantel ist den Zylinder über dessen Umfang und im Wesentlichen entlang einer Zylinderlängsachse des Zylinders umfassend ausgebildet. Der Kühlmantel kann in Richtung der Zylinderlängsachse abschnittsweise, somit einzelne durchströmbare, durchströmbar miteinander verbundene Kühlringe aufweisend ausgebildet sein oder er ist in Form eines durchströmbaren Zylinders ausgeführt. Der Kühlmantel weist einen Kühlmitteleintritt und einen Kühlmittelaustritt auf, die einer Durchströmung des Kühlmantels dienen. Der Kühlmitteleintritt und der Kühlmittelaustritt sind mit einem Kreislaufabschnitt des Kühlmittelkreislaufes über ein Zulaufelement bzw. Ablaufelement verbunden.
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Es hat sich gezeigt, dass der Zylinder aufgrund der hohen Temperaturen und Drücke im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine Verformungen aufweisen kann. Das heißt mit anderen Worten, dass der Zylinder, welcher einen sich entlang der Zylinderlängsachse oszillierend bewegenden Kolben aufnimmt, nicht mehr seine exakte zylindrische Form besitzt, wodurch es unter anderem zu einer Funktionseinschränkung der Verbrennungskraftmaschine kommen kann. Die Verformung des Zylinders kann beispielsweise durch eine Versteifung des Zylinders selbst oder den ihn umgebenden Bereich des Kurbelgehäuses reduziert oder vermieden werden.
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Aus der Patentschrift
EP 137 328 B1 geht ein Kühlmittelkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine hervor, welcher einen Kühlmantel des Kühlmittelkreislaufes aufweist, über dessen Umfang mehrere sich in Richtung einer Zylinderlängsachse erstreckenden und in radialer Richtung den Kühlmantel vollständig durchdringenden Rippen zur Versteifung besitzt.
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Der Patentschrift
US 4,665,867 A kann ein Kühlmittelkreislauf für eine Verbrennungskraftmaschine entnommen werden, welcher eine zwischen zwei Zylindern im Kühlmittelkreislauf angeordnete Rippe umfasst, die mit den Zylindern verbunden sind.
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Die
US 5,529,027 A offenbart einen Kühlmittelkreislauf für eine Verbrennungskraftmaschine, welcher eine Leiteinrichtung zur Ablenkung des Kühlmittels in zwei Richtungen am Zylinder besitzt.
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Aus der
DE 10 2016 125 619 A1 ist ein Zylindergehäuse bekannt, welches für jeden Zylinder einen umfangsseitig umgebenden Kühlmantel aufweist und die Kühlkanäle zwischen Zylindern ineinander übergehen,
Die
DE 102 25 062 A1 beschreibt eine Zylinderlaufbuchse, wobei ein Kühlmittelkanal im Bereich maximaler Kolbengeschwindigkeit vorgesehen ist.
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In der
DE 11 2015 005 710 T5 ist ein Regelungsabschnitt in einerm Kühlwasserstromkanal offenbart, welcher einen zellulosebasierten Schwamm zur Regelung des Kühlwasserstromes umfasst.
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Die vorgeschlagenen Lösungen dienen einer Abstützung der Zylinder durch im Kühlmantel angeordnete Rippen, die eine Strömung im Kühlmantel führen und eine Kühlung von Zylinderlaufbahnen optimieren.
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Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kühlmittelkreislauf für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben, welcher zumindest eine Verformungsreduzierung eines Zylinders des Motorblocks herbeiführbar ausgebildet ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Kühlmittelkreislauf für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Kühlmittelkreislauf ist für einen Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Das Kurbelgehäuse weist Zylinderlaufbahnen auf, wobei das Kurbelgehäuse mit Hilfe von Kühlkanälen des Kühlmittelkreislaufes kühlmitteldurchströmbar ausgebildet ist. Ein Zylinder des Kurbelgehäuses weist einen ihn zumindest über seinem Umfang umfassend ausgebildeten Kühlmantel des Kühlmittelkreislaufes auf, welcher einen Kühlmitteleintritt und einen Kühlmittelaustritt zur Durchströmung des Kühlmantels besitzt. Der Kühlmitteleintritt ist mit einem ersten Kreislaufabschnitt des Kühlkreislaufes und der Kühlmittelaustritt ist mit einem zweiten Kreislaufabschnitt des Kühlmittelkreislaufes durchströmbar verbunden, wobei zwischen dem ersten Kreislaufabschnitt und dem Kühlmitteleintritt ein durchströmbares Zulaufelement und zwischen dem zweiten Kreislaufabschnitt und dem Kühlmittelaustritt ein durchströmbares Ablaufelement angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist zur Vermeidung einer Zylinderverformung im Zulaufelement und/oder im Ablaufelement ein Einsatzelement ausgebildet, welches mit einer an das Zulaufelement bzw. das Ablaufelement angrenzenden Kurbelgehäusestruktur in Wirkverbindung steht. Das heißt mit anderen Worten, dass im Zulaufelement und/oder im Ablaufelement, bevorzugt in beiden Elementen zur Herbeiführung einer symmetrischen Abstützung des Zylinders das Einsatzelement aufgenommen ist, wobei es mit der das Zulaufelement bzw. das Ablaufelement umgebenden Kurbelgehäusestruktur in Verbindung steht. Aufgrund dieser Verbindung kann es sich an der Kurbelgehäusestruktur abstützen. Im Prinzip stellt das Einsatzelement eine Verkleinerung eines Volumens des Zulaufelementes bzw. des Ablaufelementes da, wobei jedoch, da das Einsatzelement umströmbar ist, die aufgrund einer mit dem Volumen einhergehende in Richtung eines Zylinderumfangs ausgebildete Ausdehnung der Elemente zur Strömungsführung erhalten bleibt. Somit ist ein Stützelement im Zulaufelement bzw. im Ablaufelement in ausgebildet, welches die Abstützung des Zylinders in diesem Bereich übernimmt und so eine unzulässige Buchsenverformung vermeidet. Zusätzlich kann in Abhängigkeit des Einsatzelementes der Kühlmittelstrom so geleitet werden, dass eine optimale und druckverlustarme Anströmung des Kühlmantels oder, bei Ausbildung des Kühlmantels in Form von Kühlringen, der Kühlring herbeigeführt wird.
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Insbesondere, sofern der Kühlmantel in Form von Kühlringen ausgebildet ist, bleibt bei einem gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Kühlmittelkreislauf eine Strukturunsteifigkeit des Zylinders in Motorlängs- und Querachse erhalten. Während Belastungen des Zylinders in Richtung einer Motorlängsachse durch die einzelnen Abstützungen in Form der Kühlringen, zwischen denen jeweils eine ringförmige Verbindung des Zylinders mit einer Kurbelgehäusestruktur ausgebildet ist, in diese eingeleitet werden kann, ist ein nahe der Kühlmittelzuläufe und der -abläufe ausgebildeter Bereich vergleichsweise weich.
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Die Ausbildung des sich in Richtung einer Zylinderlängsachse des Zylinders erstreckenden Einsatzelementes im Zulaufelement und/oder im Ablaufelement, über eine Gesamtlänge des Zulaufelementes bzw. des Ablaufelementes stellt sicher, dass die optimale und druckverlustarme Anströmung des Kühlmantels realisiert wird.
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Sofern das Einsatzelement zumindest zwei Strömungskanäle ausbildend im Zulaufelement und/oder im Ablaufelement aufgenommen ist, kann mit Hilfe der ausgebildeten gerichteten Trennung des einströmenden Kühlmittels in zumindest zwei Einzelströme eine weitere Verbesserung der Kühlwirkung des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes erzielt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes ist das Einsatzelement zusätzlich zur axialen Richtung auch in radialer Richtung die Wirkverbindung mit der Kurbelgehäusestruktur herstellbar ausgebildet. Das bedeutet, dass im Zulaufelement und/oder im Ablaufelement das Einsatzelement sich in radialer Richtung erstreckende Stege aufweist, die den Zylinder und die ihn umgebende Wandung mit der den Kühlmantel umgebenden, vom Zylinder abgewandt ausgebildeten Kurbelgehäusestruktur verbindet. Eine Anzahl und Lage der Stege ist bevorzugt so zu wählen, dass eine gleichmäßige Abstützung des Zylinders erreicht wird und eine unzulässige Verformung desselben im Bereich des Zulauf- und Ablaufelementes vermieden wird. Zusätzlich kann durch eine spezielle Lage und Gestaltung der Stege eine gezielt ausgebildete Strömungsführung des Kühlmittels und eine damit einhergehende verbesserte Wärmeübertragung mit Hilfe der Stege erreicht werden. Über einem einzelnen Steg wird der Wandung des Zylinders zusätzlich Wärme entzogen, wodurch sich die Kühlwirkung des Kühlmittelkreislaufes wesentlich verbessert.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung ist das Zulaufelement und/oder das Ablaufelement in Richtung einer Zylinderlängsachse und/oder in radialer Richtung einen trapezformartigen oder quaderartigen Querschnitt aufweisend ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes ist der Kühlmantel aus zumindest zwei Kühlringen ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass der Kühlmantel in Richtung der Zylinderlängsachse abschnittsweise ausgebildet ist, wobei zwischen den zumindest zwei Kühlringen ein nicht von Kühlmittel durchströmter Abschnitt vorliegt. Dies hat den Vorteil, dass eine Durchströmung der Kühlringe wesentlich schneller herbeigeführt werden kann, im Vergleich zu einem hohlzlinderförmig ausgeführten Kühlmantel, in welchem sich das Kühlmittel verglichen mit dem Kühlmittel in den Kühlringen träge verhält. Somit kann bereits mit einem geringeren Durchströmungsquerschnitt eine zumindest gleiche Kühlwirkung erzielt werden, da der Kühlmittelaustausch schneller erfolgt.
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Eine verbesserte Kühlwirkung lässt sich dadurch erzielen, dass die Kühlringe ausgehend vom Zulaufelement unabhängig voneinander mit Kühlmittel versorgt sind. Das heißt, dass die Kühlringe des Kühlmantels nicht miteinander durchströmbar verbunden sind. Eine entsprechende Verbindung würde einen in Richtung der Zylinderlängsachse ausgebildete Strömung provozieren, welche einen negativen Einfluss auf die Kühlwirkung hat, da das entlang der Zylinderlängsachse strömende Kühlmittel bei seinem Eintritt in den nächstliegenden Kühlring aufgrund von Wandwärmeverlusten bereits eine reduzierte Kühlwirkung aufweist.
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In einer anderen Ausbildung sind die Kühlringe miteinander durchströmbar verbunden. Es findet ein Austausch von Kühlmittel zwischen den Kühlringen statt. Hierfür sind Übersprechstellen vorgesehen, welche entlang der Kühlringe so ausgebildet sind, dass sie einen Austausch von Kühlmittel zulassen. Der Austausch findet von einem Kühlring zu seinem benachbarten in Zylinderlängsachse oberhalb angeordneten anderen Kühlring statt. Dies hat den Vorteil, dass kühleres Kühlmittel aus einem unteren Kühlring in wärmeres Kühlmittel von einem weiteren Kühlring oberhalb strömen kann.
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Eine bevorzugte bedarfsabhängige Kühlwirkung ist mit den Kühlringen erreichbar, deren Strömungsquerschnitte ausgehend vom Zylinderkopf in Richtung des vom Zylinderkopf abgewandt ausgebildeten Endes des Zylinders oder des Kühlmantels zunehmend ausgebildet ist. Das bedeutet, dass im oberen, dem Zylinderkopf nahen und somit der Brennkammer nahen Abschnitt des Zylinders mit Hilfe eines kleineren Strömungsquerschnitts des dort angeordneten Kühlrings eine größere Kühlwirkung aufgrund einer höheren Strömungsgeschwindigkeit erzielbar ist, wohingegen in unteren Bereichen des Zylinders, in denen keine so große Kühlwirkung notwendig ist, mit Hilfe größerer Strömungsquerschnitte des oder der dort angeordneten Kühlringe eine geringere Kühlwirkung erzielbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes steht das Einsatzelement in radialer Richtung mit dem Kurbelgehäusestruktur in Wirkverbindung, wobei die Wirkverbindung in Form von Stegen in einem kühlringfreien Bereich des Kühlmantels im Zulaufelement und/oder im Ablaufelement ausgebildet ist, wodurch der Kühlring nicht durch den Steg unterbrochen wird und seine Kühlwirkung über dem Gesamtumfang des Zylinders vollständig erhalten ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes sind das Zulaufelement und/oder das Ablaufelement und/oder der Kühlmantel mit Hilfe von sich an einem Kernlagerelement abstützenden Kernen hergestellt. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Gussform des Kurbelgehäuses, welches gießtechnisch mit Hilfe der Gussform hergestellt ist, zur Realisierung des Kühlmittelkreislaufes im Kurbelgehäuse einen entsprechenden Kerneinsatz aufweist, wobei der Kerneinsatz auch die zur Herbeiführung von Schraubenöffnungen im Kurbelgehäuse notwendigen Kernlagerelementen umfasst. Dies hat den Vorteil, dass der zur kostengünstigen Ausbildung des Kühlmittelkreislaufes notwendige Kerneinsatz an den Kernlagerelementen abstützbar ausgebildet ist, wobei bevorzugt die nahe den Kernlagerelementen angeordneten Kernteile des Zulaufelementes, bzw. des Ablaufelementes bzw. des Kühlmantels sich an den Kernlagerelementen abstützend ausgebildet sind. Somit müssen nicht zur Realisierung der vorstehend genannten Kühlmittelkreislaufelemente weitere Stützelemente in der Gussform vorgesehen werden.
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Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf ist insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche in Form eines Boxermotors ausgestaltet ist. Der Boxermotor zeichnet sich durch seine geringe Bauhöhe aus, da die Zylinder als so genannte liegende Zylinder ausgeführt sind. Somit eignet er sich bevorzugt als Unterflurmotor oder Heckmotor. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf vorteilhaft in Verbindung mit einer bei dem Boxermotor ausgebildeten vierfach Verschraubung im Bereich der Zylinder und der damit fertigungstechnisch notwendigen Anbindung des Kühlwassermantels an die Kernlagerelementen. Dies führt bei Kühlmittelkreisläufen gemäß dem Stand der Technik im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine insbesondere unter Volllast zu sehr ungleichförmigen Verformungen im Zylinderbereich.
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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. Es zeigen:
- 1 in einem Querschnitt ein Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf,
- 2 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt des Kurbelgehäuses gem. 1,
- 3 in einer perspektivischen Darstellung einen Kerneinsatz eines Kühlmittelkreislaufes gemäß dem Stand der Technik,
- 4 in einer Draufsicht einen Ausschnitt des Kerneinsatzes gem. 3,
- 5 in einem Schnitt einen Ausschnitt des Kerneinsatzes eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 6 in einer Draufsicht den Kerneinsatz gem. 5,
- 7 in einem Zwei-Ebenen-Schnitt einen Ausschnitt des Kurbelgehäuses mit dem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes in einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 8 in einer abwicklungsähnlichen Darstellung einen Abschnitt eines Kühlmantel mit einem Zulaufelement des Kühlmittelkreislaufes gem. 7.
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In den 1 und 2 ist ein Kurbelgehäuse 1 einer Verbrennungskraftmaschine 3 aufweisend einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf 4 illustriert. Das Kurbelgehäuse 1, welches in einem Längsschnitt in 2 illustriert ist, umfasst drei Zylinder 5, welche in Richtung einer Längsachse 6 des Kurbelgehäuses 1 nebeneinander angeordnet sind. Der Zylinder 5 ist zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Kolbens ausgebildet, welcher sich entlang einer Zylinderlängsachse 7 oszillierend bewegend aufgenommen ist. Ebenso könnte der Zylinder 5 auch zur nicht näher dargestellten Zylinderbüchse vorgesehen sein, in deren Hohlraum der Kolben sich in Richtung der Zylinderlängsachse 7 bewegend aufgenommen ist. Mit Hilfe des Zylinderkopfes sind nicht näher dargestellter Brennräume der Zylinder 5 ausgebildet.
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Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 3 wird im Brennraum ein KraftstoffLuftgemisch unter Ausbildung hoher Temperaturen und hoher Drücke verbrannt. Zur Kühlung des Kurbelgehäuses 1 ist der Kühlmittelkreislauf 4 bestehend aus mehreren durchströmbar miteinander verbundenen Kühlkanälen 8 im Kurbelgehäuse 1 ausgebildet.
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Der Kühlmittelkreislauf 4 umfasst weiter für jeden Zylinder 5 einen Kühlmantel 9, welcher den Zylinder 5 über dessen Umfang umfassend ausgebildet ist. Die Kühlmäntel 9 sind parallel durchströmbar mit Hilfe der Kühlkanäle 8 verbunden. Ebenso könnten sie grundsätzlich auch seriell durchströmbar ausgeführt sein. Ein den Kühlmittelkreislauf 4 durchströmendes Kühlmittel, bevorzugt in Form von Kühlwasser, tritt an einem nicht näher dargestellten Kreislaufeintritt des Kühlmittelkreislaufes 4 in diesen ein und durchströmt die Kühlkanäle 8 sowie die mit den Kühlkanälen 8 durchströmbar verbundenen Kühlmäntel 9 um danach aus einem nicht näher dargestellten Kreislaufaustritt aus dem Kühlkreislauf 4 auszutreten und vor seinem erneuten Eintritt in den Kühlkreislauf 4 in einem nicht näher dargestellten Kühler gekühlt zu werden.
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Der Kühlmantel 9 weist einen Kühlmitteleintritt 10 und einen im vorliegenden Ausführungsbeispiel diametral gegenüberliegend angeordneten Kühlmittelaustritt 11 zur Durchströmung des Kühlmantels 9 auf. Der Kühlmitteleintritt 10 ist mit einem ersten Kreislaufabschnitt 12 des Kühlkreislaufes 4 und der Kühlmittelaustritt 11 ist mit einem zweiten Kreislaufabschnitt 12 des Kühlmittelkreislaufes 4 durchströmbar verbunden, wobei die Kreislaufabschnitte 12, 13 Abschnitte der Kühlkanäle 8 sind.
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Zwischen dem ersten Kreislaufabschnitt 12 und dem Kühlmitteleintritt 10 ist ein durchströmbares Zulaufelement 14 ausgebildet, über welches Kühlmittel ausgehend vom Kühlkanal 8 und dem ersten Kreislaufabschnitt 12 in den Kühlmantel 9 strömen kann. Zur Umströmung und demgemäß zur Ausströmung aus dem Kühlmantel 9 ist zwischen dem zweiten Kreislaufabschnitt 13 und dem Kühlmittelaustritt 11 ein durchströmbares Ablaufelement 15 angeordnet, wobei das Kühlmittel über den Kühlmittelaustritt 11 in das Ablaufelement 15 und von dort in den zweiten Kreislaufabschnitt 13 strömen kann.
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Das Zulaufelement 14 weist einen dem ersten Kreislaufabschnitt 12 zugewandt angeordneten durchströmbaren ersten Anschlussquerschnitt 16 und einen dem Kühlmitteleintritt 10 zugewandt angeordneten durchströmbaren zweiten Anschlussquerschnitt 17 auf, wie insbesondere den 4 bis 7 entnommen werden kann. Ebenso weist das Ablaufelement 15 einen dem Kühlmittelaustritt 11 zugewandt angeordneten durchströmbaren dritten Anschlussquerschnitt 18 und einen dem zweiten Kreislaufabschnitt 13 zugewandt angeordneten durchströmbaren vierten Anschlussquerschnitt 19 auf. Das heißt mit anderen Worten, dass die Anschlussquerschnitte 16, 17, 18, 19 den Kreislaufabschnitten 12, 13 bzw. dem Kühlmitteleintritt 10 und dem Kühlmittelaustritt 11 gegenüberliegend ausgebildet sind.
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In den 3 und 4 ist ein Kühlmittelkreislauf 4 gemäß dem Stand der Technik, insbesondere der Kühlmantel 9, das Zulaufelement 14 sowie das Ablaufelement 15 und die Kühlkanäle 8 in Form einer Sammelleiste mit Hilfe im Gießverfahren einzusetzender Kerne veranschaulicht. So wird der im Kurbelgehäuse 1 der durchströmbare Kühlmittelkreislauf 4 gemäß dem Stand der Technik mit Hilfe des in 3 illustrierten Kerneinsatzes 20, welcher an so genannten Kernlagerelementen 21 abgestützt angeordnet ist, ausgebildet.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass in den 3 bis 8 zwar die Kerne der entsprechenden Kühlmittelkreislaufelemente abgebildet sind, diese jedoch auch auch die Bezugszeichen der entsprechenden Kühlmittelkreislaufelemente tragen.
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Dem Kühlmantel 9 ist zur Ausbildung des durchströmbaren Kühlmantels 9 ein Kühlmantelkern 22 des Kerneinsatzes 20 zugeordnet. Der Kühlmantel 9 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in Form von mehreren in Richtung der Zylinderlängsachse 7 voneinander parallel beabstandete Kühlringe 23 ausgeführt. Ebenso könnte der Kühlmantel 9 auch in Form eines Hohlzylinders ausgeführt sein.
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Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf 4 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Kühlmittelkreislauf 4 gemäß dem Stand der Technik durch den unterschiedlichen Aufbau des Zulaufelementes 14 und des Ablaufelementes 15. Bevorzugt sind beide Elemente 14, 15 zur Aufnahme von auf den Zylinder 5 wirkenden Kräften ausgestaltet, welche durch insbesondere Zünddruck und Kolbenquerkraft herbeigeführt werden, und die zu einer Verformung des Zylinders 5 führen können.
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Das Zulaufelement 14 und das Ablaufelement 15 des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes 4, wie er gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weiter in den 5 und 6 mit Hilfe seiner Kerne 22, 27 und gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in 7 in einem Zwei-Ebenen-Schnitt eines Ausschnitts des Kurbelgehäuses 1 und in 8 in einer abwicklungsähnlichen Darstellung einer Seitenansicht des Kühlmantelkerns 22 illustriert ist, weisen zur Vermeidung einer Zylinderverformung ein Einsatzelement 26 auf, welches mit einer an den Kühlkreislauf 4 angrenzenden Kurbelgehäusestruktur in Wirkverbindung steht. Das Einsatzelement 26 ist in Form einer Rippe ausgeführt.
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Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf 4 im ersten Ausführungsbeispiel weist das Einsatzelement 26 mit einem annähernd trapezförmigen oder dreicksförmigen Querschnitt auf, welcher im Zulaufelement 14 und im Ablaufelement 15 zwei Strömungskanäle 29 ausbildend angeordnet ist. Die Form des Querschnitts ist abhängig von der Querschnittsform des Zulaufelements 14 bzw. des Ablaufelementes 15 und einem zwischen dem Einsatzelement 26 und einer das Zulaufelement 14 bzw. das Ablaufelement 15 begrenzenden Kurbelgehäusestruktur 30.
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Ausgehend vom ersten Anschlussquerschnitt 16 strömt das Kühlmittel in das Zulaufelement 14, wo es am Einsatzelement 26 in den linksseitig vom Einsatzelement 26 ausgebildeten Strömungskanal 29 und in den rechtsseitig ausgebildeten Strömungskanal 29 einströmt um in den jeweils dem entsprechenden Strömungskanal 29 zugehörenden Mantelabschnitt 31 des Kühlmantels 9 einzuströmen.
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Am dritten Anschlussquerschnitt 18, welcher mittels des Einsatzelements 26 einen Strömungseintrittsquerschnitt für den linksseitig ausgebildeten Strömungskanal 29 und eine Strömungseintrittsquerschnitt für den rechtsseitig ausgebildeten Strömungskanal 29 aufweist, werden die entsprechend ausgebildeten Kühlmittelströme wieder zusammengeführt, um gemeinsam über den vierten Anschlussquerschnitt 19 in eine Sammelleitung 32 des Kühlmittelkreislaufes 4 zu strömen, wie sie beispielsweise in 1 abgebildet ist.
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Das Einsatzelement 26 ist in Richtung der Zylinderlängsachse 7 über eine Gesamtlänge L des Zulaufelementes 14 bzw. des Ablaufelementes 15 einstückig und undurchströmbar ausgebildet. Es steht an seinem dem Zylinderkopf zugewandt ausgebildeten Ende sowie an seinem vom Zylinderkopf abgewandt ausgebildeten Ende mit der Kurbelgehäusestruktur 30 in überwiegend axialer Richtung Wirkverbindung, wobei es unmittelbar an die Kurbelgehäusestruktur 30 dichtend angrenzend ausgebildet ist. Bevorzugt ist es mit der Kurbelgehäusestruktur 30 einstückig ausgeführt. Einstückig bedeutet auch als Einguß vorgesehen.
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Ein Ausschnitt des Kühlmantels 9 und das Ablaufelement 15 des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes 4 ist mit Hilfe ihrer Kerne 22, 27 in 6 in einer Draufsicht abgebildet, wobei insbesondere die Anbindung des Kühlmantelkerns 9 mit Hilfe von Elementkernen 28 an den Kernlagerelementen 21 hervorgeht. Diese Kernlagerelementen 21 sind ebenfalls als Kerne ausgeführt, die im Kurbelgehäuse 1 auszubildende Öffnungen für Verbindungsschrauben als Platzhalter dienen, wobei mit Hilfe der Verbindungsschrauben eine lösbare Verbindung zwischen den Hälften der Kurbelgehäuse 1 oder, sofern, wie im vorliegenden Beispiel die Verbrennungskraftmaschine 3 als Boxermotor ausgeführt ist, eine lösbare Verbindung zwischen Kurbelgehäuseteilen des Kurbelgehäuses 1 hergestellt wird. Somit kann der vorgesehene, für den erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf 4 ausgebildete Kerneinsatz 20 während des Gießens an den Kernlagerelementen 21 abgestützt und gehalten werden, und ist mit diesen einstückig ausgebildet
Die Anbindung des Kühlmantelkerns 22 mit den Elementkernen 27 ist mit Hilfe von stegartigen Anbindungselementen 28 realisiert. Die Kerne 20, 22, 27 können bspw. in Form von so genannten verlorenen Kernen ausgebildet sein.
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Wie in 1 illustriert, sind das Zulaufelement 14 und das Ablaufelement 15 in Richtung der Zylinderlängsachse 7 mit einem trapezformartigen Querschnitt ausgebildet, wodurch sich auf einfache Weise die verschieden großen Anschlussquerschnitte 16, 17, 18, 19 realisieren lassen. Ebenso ist 5, der Draufsicht des Kühlmantelkerns 22 mit einem Elementkern 27 für das Zulaufelement 14 und einem Elementkern 27 für das Ablaufelement 15 zu entnehmen, dass auch in radialer Richtung das Zulaufelement 14 und das Ablaufelement 15 einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
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In 5 ist erkennbar, dass die Elemente 14, 15 symmetrisch und in Strömungsrichtung entgegengesetzt jedoch identisch ausgebildet sind. Dies müsste nicht zwingend der Fall sein, fördert jedoch eine gleichmäßige Kühlmittelverteilung über einem Umfang des Kühlmantels 9.
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In 7 ist das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes 4 in einem Zwei-Ebenen-Schnitt eines Ausschnitts des Kurbelgehäuses 1 illustriert. In 8 ist in einer abwicklungsähnlichen Darstellung eine Seitenansicht des dazugehörenden Kühlmantelkerns 22 mit dem Zulaufelement 14 bzw. dem Ablaufelement 15, welches gleich ausgebildet ist, abgebildet.
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Das Einsatzelement 26 steht nicht nur, wie im ersten Ausführungsbeispiel in axial ausgeführten Wirkverbindung mit der Kurbelgehäusestruktur 30 sondern ist weiter in radialer Richtung mit der Kurbelgehäusestruktur 30 in Wirkverbindung ausgeführt. Die Wirkverbindung ist in Form von Stegen 33 in einem kühlringfreien Bereich des Kühlmantels 9 im Zulaufelement 14 und im Ablaufelement 15 ausgebildet.
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Im oberen Abschnitt der 7 ist der Ausschnitt des Kurbelgehäuses 1 im Schnitt Vlla-Vlla und im unteren Abschnitt im Schnitt Vllb-Vllb abgebildet. In 8 sind die beiden Schnitte Vlla-Vlla und Vllb-Vllb eingezeichnet, wodurch dem Schnitt Vlla-Vlla das Ablaufelement 15 zugehörend und dem Schnitt Vllb-Vllb das Zulaufelement 14 zugehörend ist. Eine gemeinsame Darstellung ist möglich, da beide Elemente 14, 15 identisch aufgebaut sind.
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Somit ist im zweiten Ausführungsbeispiel das Zulaufelement 14 und das Ablaufelement 15 quasi wabenartig ausgeführt, da die Stege 33 sich sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung durch das Zulaufelement 14 bzw. das Ablaufelement 15 erstrecken. Mit Hilfe der Stege 33 sind mehrere Strömungskanäle 29 ausgebildet.
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In Abhängigkeit der zu erzielenden Kühlwirkung kann die Lage und die Gestaltung der Stege 33 entsprechend angepasst werden, so dass eine entsprechend bevorzugte Strömungsführung und eine damit einhergehend bevorzugte Wärmeübertragung realisiert ist.
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Die Kühlringe 23 beider Ausführungsbeispiele weisen jeweils einen Strömungsquerschnitt 24 auf, wobei mit Hilfe unterschiedlich großer Strömungsquerschnitte 24 der einzelnen Kühlringe 23 eine bedarfsgerechte Kühlung herbeiführbar ist. So vergrößert sich der Strömungsquerschnitt 24 der einzelnen Kühlringe 23, bevorzugt stetig, ausgehend von dem dem Zylinderkopf am nächsten angeordneten Kühlring 23 in Richtung der Zylinderlängsachse 7 zum vom Zylinderkopf abgewandt ausgeführten Ende 25 des Zylinders 5, diesem am nächsten angeordneten Kühlring 23.
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Die Kühlringe 23 sind ausgehend vom Zulaufelement 14 voneinander unabhängig mit Kühlmittel versorgt. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Einspeisung des Kühlmittels in jeden einzelnen Kühlring 23 ausschließlich im Zulaufelement 14 erfolgt und die Kühlringe 23 nicht durch bspw. Verbindungskanäle miteinander durchströmbar verbunden sind.
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In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Kühlringe 23 an mindestens einer Übersprechstelle mit dem jeweils entlang der Zylinderlängsachse benachbarten Kühlring fluidisch verbunden. Die mindestens eine Übersprechstelle pro Kühlring ist so ausgebildet, dass bevorzugt Kühlmittel von einem ersten Kühlring 23 in einen benachbarten zweiten Kühlring, welcher oberhalb des ersten Kühlrings positioniert ist, strömt. Die Übersprechstellen sind entlang der Zylinderlängsachse vertikal übereinander und in einer anderen Ausführungsform entlang des Kühlrings radial verteilt angeordnet.
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Zur Strömungsregulierung des den Kühlmantel 9 durchströmenden Kühlmittels sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Anschlussquerschnitt 16 sowie der vierte Anschlussquerschnitt 19 kleiner ausgeführt als der zweite Anschlussquerschnitt 17 bzw. der dritte Anschlussquerschnitt 18. Dies hat den Vorteil, dass sich aufgrund der Querschnittserweiterung eine Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Zulaufelement 14 zur verbesserten Verteilung im Kühlmantel 9 verringert, wohingegen sie sich im Ablaufelement 15 am vierten Anschlussquerschnitt 19 zur schnelleren Ausströmung steigert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelgehäuse
- 2
- Motorblock
- 3
- Verbrennungskraftmaschine
- 4
- Kühlmittelkreislauf
- 5
- Zylinder
- 6
- Längsachse
- 7
- Zylinderlängsachse
- 8
- Kühlkanal
- 9
- Kühlmantel
- 10
- Kühlmitteleintritt
- 11
- Kühlmittelaustritt
- 12
- Erster Kreislaufabschnitt
- 13
- Zweiter Kreislaufabschnitt
- 14
- Zulaufelement
- 15
- Ablaufelement
- 16
- Erster Anschlussquerschnitt
- 17
- Zweiter Anschlussquerschnitt
- 18
- Dritter Anschlussquerschnitt
- 19
- Vierter Anschlussquerschnitt
- 20
- Kerneinsatz
- 21
- Kernlagerelement
- 22
- Kühlmantelkern
- 23
- Kühlring
- 24
- Strömungsquerschnitt
- 25
- Ende
- 26
- Einsatzelement
- 27
- Elementkern
- 28
- Anbindungselement
- 29
- Strömungskanal
- 30
- Kurbelgehäusestruktur
- 31
- Mantelabschnitt
- 32
- Sammelleitung
- 33
- Steg
- L
- Gesamtlänge
