DE19849912A1 - Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine - Google Patents
Flüssigkeitsgekühlte BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse in Open-Deck-Bauart ist zwischen diesem und dem Zylinderkopf eine Platte angeordnet, die mit den Zylinderlaufbuchsen verbunden oder einstückig ist und unter Zwischenschaltung der Zylinderkopfdichtung mit dem Zylinderkopf zu einer Einheit verschraubt ist. Diese Einheit ist durch die Zylinderkopfschrauben mit dem Kurbelgehäuse verbunden.
Description
Wesentliche Bauteile einer wassergekühlten Brennkraftmaschine sind ein
Zylinderlaufbuchsen enthaltendes Kurbelgehäuse und ein Zylinderkopf, die
Kühlflüssigkeitsräume aufweisen und unter Zwischenschaltung einer Zylinder
kopfdichtung durch Zylinderkopfschrauben zusammengespannt werden. Je nach
der Art des Kurbelgehäuses unterscheidet man zwischen einer Closed-Deck-
Bauart und einer Open-Deck-Bauart. Bei der Closed-Deck-Bauart ist der Kühl
flüssigkeitsraum durch eine steife Deckwand abgeschlossen, die gleichzeitig die
Laufbuchsen fest mit der Außenwand verbindet. Dies ergibt zwar ein sehr steifes
Kurbelgehäuse, erlaubt aber wegen des geschlossenen Kühlflüssigkeitsraumes
keine Druckgußfertigung, so daß der Fertigungsaufwand erheblich ist.
Bei der Open-Deck-Bauart stehen die Laufbuchsen frei in dem Kurbelgehäuse
und bilden mit der Außenwand einen nach oben offenen Kühlflüssigkeitsraum,
Dieses Kurbelgehäuse ist druckgußtauglich und daher mit geringerem Ferti
gungsaufwand herstellbar. Nachteilig ist jedoch, daß die Laufbuchsen durch die
ungleichmäßige Krafteinleitung durch die Zylinderkopfschrauben und die Dicht
kräfte zwischen Buchsenoberkante und Zylinderkopf relativ instabil sind. Dies
führt zu einem Zielkonflikt zwischen Verformungen, Verzügen, Reibleistung,
Ölverbrauch, Blow-By etc. und dem maximalen Schraubenkraftniveau für die
Verschraubung des Zylinderkopfes. Dabei ist es gleichgültig, ob die Laufbuchsen
eingegossen oder nachträglich gesteckt sind.
Da die Zylinderkopfschrauben bei der Closed-Deck- und bei der Open-Deck-
Bauart sowohl die Dichtkräfte als auch gleichzeitig die Gaskräfte aufnehmen und
beide Größen wiederum vom Verbrennungsdruck abhängen, führt dies zu einer
Beschränkung des Verbrennungsdruckes durch die Schraubenkräfte, die wieder
um durch Kriterien wie Blow-By, begrenzt sind. Speziell bei Diesel-Brennkraft
maschinen ist diese Wechselwirkung ein außerordentlich limitierender Faktor. Bei
beiden Konzepten muß die Gaskraft und die Dichtkraft im dimensionierungs
relevanten Betriebspunkt gleichzeitig durch die Zylinderkopfschrauben aufge
nommen werden. Dies führt zu erheblichen Belastungen in den Krafteinleitungs
bereichen im Zylinderkopf und im Kurbelgehäuse, welche einer erwünschten
Steigerung der Verbrennungsdrücke und der Verwendung von Leichtmetall
legierungen schnell Grenzen setzen. Da bei der Open-Deck-Bauart. Diese
Belastungen im wesentlichen über die Laufbuchsen abgestützt werden müssen,
sind erhebliche Verformungen die Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraft
maschine zu schaffen, bei der die Kostenvorteile eines Kurbelgehäuses in Open-
Deck-Bauart erhalten bleiben, deren Nachteile jedoch vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag bleibt durch die das Open-Deck-Kurbel
gehäuse abdeckende Platte die Druckgußfähigkeit des Kurbelgehäuses erhalten.
Dadurch, daß die Platte die oberen Enden der kolbenführenden Laufbuchsen
aufnimmt und damit abstützt, ist die radiale Aufweitung der Laufbuchsen auch bei
hohen Verbrennungsdrücken beherrschbar. Da die Laufbuchsen von den
Schraubenkräften der Zylinderkopfschrauben frei sind, können sehr dünnwandige
Laufbuchsen verwendet werden, wodurch bei gleicher Bohrung kleinere
Zylinderabstände und geringere Bauteiltemperaturen bei gleichwertigem
Kühlungsangebot verwirklicht werden können. Nachdem die Laufbuchsen im
Bereich des Kolbenringpaketes nicht belastet sind, werden Verzüge deutlich
reduziert, was über die Kolbenringspannung direkt Reibleistungsvorteile ergibt.
Blow-By, Verschleiß und Ölverbrauch profitieren ebenfalls in hohem Maße von
einer ungestörten, kraftfreien Kolbenlaufbahn. Dadurch daß die Dichtfunktion von
den die Platte am Zylinderkopf befestigenden Schrauben übernommen wird und
nicht wie üblich von den Zylinderkopfschrauben, brauchen letztere nur entspre
chend den Gasbetriebslasten ausgelegt zu werden, so daß deren Schrauben
kräfte auch bei einer Leichtmetall-Bauweise selbst bei deutlich erhöhten Verbren
nungsdrücken beherrschbar sind. Für den Zylinderkopf ergeben sich ebenfalls
viele Vorteile, da er bisher in maßgeblichem Umfang durch die Anforderungen der
Lastverteilung der vier um jede Laufbuchse herum angeordneten Zylinderkopf
schrauben auf den Dichtungsbördel dimensioniert werden mußte, was zu
Kompromissen bei den Gaswechselkanälen und der Kühlung führte.
Damit auch die Platte druckgußfähig ist, ist deren Kühlflüssigkeitsraum vorzugs
weise zum Zylinderkopf hin offen, ähnelt also wiederum einer Open-Deck-
Konstruktion, was auch den Vorteil hat, daß die Laufbuchsen direkt an ihren
oberen, thermisch besonders beanspruchten Bereichen intensiv gekühlt werden.
Grundsätzlich könnte dieser Kühlflüssigkeitsraum jedoch auch zum Kurbel
gehäuse hin offen sein, in welchem Fall er praktisch eine Fortsetzung des
Kühlflüssigkeitsraumes im Kurbelgehäuse bildet.
Die Schrauben, mit denen die Platte an den Zylinderkopf angeschraubt ist,
müssen lediglich die Dichtkraft für die Zylinderkopfdichtung aufbringen, die
verglichen mit den Gaskräften verhältnismäßig gering ist. Daher können mehrere
kleine Schrauben vorzugsweise um den Umfang jeder Laufbuchse und in
geringem Abstand von dieser angeordnet werden. Durch die Entkoppelung dieser
Verbindung von den Gaskräften und die Möglichkeit, die Zylinderkopfdichtung
durch mehrere Schrauben nahe dem Umfang jeder Laufbuchse anzupressen,
kann eine einfachere und dünnere Zylinderkopfdichtung verwendet werden,
wodurch der Schadraum deutlich reduziert werden kann, was insbesondere bei
Diesel-Brennkraftmaschinen von Vorteil ist. Die Platte kann von unten an den
Zylinderkopf angeschraubt werden, in welchem Fall die Platte mit Durchgangs
löchern für die Schrauben und der Zylinderkopf mit Gewindelöchern zur Auf
nahme dieser Schrauben versehen ist. Grundsätzlich könnte die Verschraubung
auch von oben durch Schrauben erfolgen, die sich durch den Zylinderkopf
erstrecken und in Gewindelöcher in der Platte eingreifen.
Die Zylinderlaufbuchsen können mit der Platte einstückig oder als eigene Bauteile
durch bekannte Fügeverfahren mit der Platte verbunden sein, so daß für sie ein
anderer Werkstoff als derjenige der Platte gewählt werden kann. Die Platte wird
komplett mit den Laufbuchsen unter Zwischenschaltung der Zylinderkopfdichtung
an den Zylinderkopf angeschraubt. Diese dadurch gebildete Einheit wird dann
durch die Zylinderkopfschrauben mit dem Kurbelgehäuse verbunden. Bei einer
Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, die im Kurbelgehäuse in Lagern mit
angeschraubten Lagerdeckeln gelagert ist, können die Lagerdeckelschrauben
gleichzeitig Zylinderkopfschrauben bilden, indem sie durch Bohrungen im
Kurbelgehäuse und in der Platte bis zum Zylinderkopf geführt sind.
Der Kühlflüssigkeitsraum in der Platte könnte ebenso wie der die Laufbuchsen
umgebende Kühlflüssigkeitsraum im Kurbelgehäuse und der Kühlflüssigkeitsraum
im Zylinderkopf von einem eigenen Kühlkreislauf gespeist werden. Vorzugsweise
ist jedoch der Kühlflüssigkeitsraum in der Platte einerseits mit dem Kühlflüssig
keitsraum im Kurbelgehäuse und andererseits mit dem Kühlflüssigkeitsraum im
Zylinderkopf in Verbindung und Teil eines gemeinsamen Kühlkreislaufes. Hat die
Brennkraftmaschine ein Kurbelgehäuse mit nebeneinander liegenden Zylinder
laufbuchsen und einen Zylinderkopf mit Gaswechsel-Einlaßkanälen auf der einen
und Gaswechsel-Auslaßkanälen auf der anderen Seite, so kann zur Erzielung
einer intensiven Kühlung der Auslaßseite die Kühlmittelzuführung zum Kühl
flüssigkeitsraum in Kurbelgehäuse und die Verbindung dieses Kühlflüssigkeits
raumes mit dem Kühlflüssigkeitsraum in der Platte auf der Auslaßseite vorgese
hen werden, wobei in diesen Kühlflüssigkeitsräumen zwischen den Randzylindern
und den diesen gegenüberliegenden Außenwänden des Kurbelgehäuses und der
Platte Mittel zur Drosselung der Kühlflüssigkeitsströmung von der Auslaßseite zur
Einlaßseite vorgesehen sind. Dadurch wird sowohl im Kurbelgehäuse als auch in
der Platte der Hauptstrom auf der Auslaßseite gehalten und es wird lediglich ein
kleiner Massenstrom durch diese Drosselstellen sowie durch die Spalte zwischen
den Laufbuchsen auf die Einlaßseite geleitet. Von dem Kühlflüssigkeitsraum in
der Platte wird die Kühlflüssigkeit durch Dosierungsbohrungen in der Zylinder
kopfdichtung auf hohem Druckniveau in den Kühlflüssigkeitsraum im Zylinderkopf
geleitet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und einige Abwandlungen werden im
folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Teilquerschnitt einer Brennkraftmaschine durch eine Zylindermitte,
Fig. 2 einen Querschnitt der Brennkraftmaschine von Fig. 1 durch den Steg
zwischen zwei Zylinderlaufbuchsen,
Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht des Kurbelgehäuses,
Fig. 5 eine Draufsicht der Platte zwischen dem Kurbelgehäuse und dem
Zylinderkopf mit dem darunter liegenden Kurbelgehäuse,
Fig. 6 eine Ansicht der Platte von unten in größerem Maßstab,
Fig. 7 eine Ansicht des Zylinderkopfes von unten in größerem Maßstab, und
Fig. 8 einen Querschnitt einer Platte mit eingesetzter Zylinderlaufbuchse.
Die Brennkraftmaschine weist als Hauptbauteile ein Kurbelgehäuse 1 in Open-
Deck-Bauweise und einen Zylinderkopf 2 auf. Zwischen diesen Bauteilen ist eine
Platte 3 angeordnet, die auf dem Deck des Kurbelgehäuses aufliegt und mit der
die Zylinderlaufbuchsen 4 einstückig sind. Die Laufbuchsen 4 könnten jedoch
auch eigene Bauteile sein, die mit der Platte 3 durch bekannte Fügeverfahren,
wie Schweißen, Verschrauben oder Einpressen verbunden sind, wie dies in Fig. 8
gezeigt ist.
Die Platte 3 ist unter Zwischenschaltung einer Zylinderkopfdichtung 5 an den
Zylinderkopf 2 mittels Schrauben 6 angeschraubt, die, wie aus den Fig. 6 und 7
ersichtlich, um den Umfang jeder Laufbuchse 4 herum und in geringem Abstand
von dieser angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel ist die Platte 3 von unten her
an den Zylinderkopf 2 angeschraubt, d. h. es sind in der Platte 3 Durchgangs
löcher 6a (Fig. 5) für diese Schrauben und im Zylinderkopf Gewindelöcher 6b
(Fig. 7) vorgesehen, in welche die Schrauben 6 eingreifen. Die dadurch gebildete
Einheit aus Zylinderkopf 2, Zylinderkopfdichtung 5 und Platte 3 ist mit dem
Kurbelgehäuse 1 durch Zylinderkopfschrauben 7 verbunden, die in Gewinde
löcher 7a im Kurbelgehäuse 1 eingreifen, wie in der linken Hälfte der Fig. 2
dargestellt. Die Löcher für diese Schrauben im Zylinderkopf 2 und in der Platte 3
sind mit 7b bezeichnet. Da die Dichtigkeit durch die Schrauben 6 hergestellt wird,
brauchen die Zylinderkopfschrauben 7 nur eine geringe Montagevorspannung zu
übertragen sowie im Zündtakt die Gaskraft aufzunehmen. Diese vergleichsweise
geringe Last ermöglicht die Verwendung von Leichtmetallwerkstoffen auch bei
Diesel-Brennkraftmaschinen mit gesteigerten Verbrennungsdrücken. Gleichzeitig
kann ein weniger fester Schraubenwerkstoff verwendet werden.
Alternativ könnte, wie in der rechten Hälfte der Fig. 2 gezeigt, die Verschraubung
der genannten Einheit mit dem Kurbelgehäuse von unten her erfolgen, indem die
Schrauben 22, mit denen die Lagerdeckel 23 der Kurbelwellenlager angeschraubt
werden, durch das Kurbelgehäuse 1 und die Platte 3 hindurch bis zum Zylinder
kopf 2 geführt werden und dort in Gewindelöcher 24 eingreifen. Bei dieser Aus
führung wird die gesamte in Leichtmetall ausführbare Kurbelgehäusestruktur
lediglich auf Druck belastet. Schädliche Zugspannungen lassen sich so völlig
vermeiden. Abweichend von der dargestellten Ausführung ist auch eine Ver
schraubung von oben her denkbar, wobei die Gewinde 24 für die Schrauben 22
dann in den Lagerdeckeln 23 enthalten sein müßten.
Die Laufbuchsen 4 sind an ihren unteren Enden in entsprechenden Öffnungen 8
im Kurbelgehäuse 1 über eine Dichtung 9 aufgenommen. Zwischen der Platte 3
und dem Deck des Kurbelgehäuses 1 ist ebenfalls eine Dichtung 10 vorgesehen.
Die Platte 3 weist einen Kühlflüssigkeitsraum 11 auf, der einerseits durch Öffnun
gen 12 im Boden der Platte mit dem die Laufbuchsen 4 umgebenden Kühlflüssig
keitsraum 13 im Kurbelgehäuse 1 und andererseits durch Öffnungen 14 in der
Zylinderkopfdichtung 5 mit einem Kühlflüssigkeitsraum 15 im Zylinderkopf 1 in
Verbindung steht. Die Kühlflüssigkeit wird dem Kühlflüssigkeitsraum 13 zugeführt,
strömt dann in den Kühlflüssigkeitsraum 11 und von dort in den Kühlflüssigkeits
raum 15.
Im Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine mehrere nebeneinander
liegende Zylinderlaufbuchsen 4 auf, von denen in den Fig. 4, 5 und 6 nur ein
Randzylinder 4a und ein Mittenzylinder 4b gezeigt sind. Entsprechend der
Anordnung der Zylinder liegen die in Fig. 7 gestrichelt eingezeichneten Gas
wechsel-Einlaßkanäle 16 auf der einen Seite und die Gaswechsel-Auslaßkanäle
17 auf der anderen Seite des Zylinderkopfes 2. Daher wird die Seite, von der die
Einlaßkanäle 16 ausgehen, als Einlaßseite E und die Seite, in die die Auslaß
kanäle 17 münden, als Auslaßseite A bezeichnet. Um eine intensive und gezielte
Kühlung der thermisch hochbelasteten Auslaßseite zu erreichen, ist, wie in Fig. 4
gezeigt, die Kühlflüssigkeitszuführung 18 zum Kühlflüssigkeitsraum 13 im
Kurbelgehäuse 1 auf der Auslaßseite und die Strömung der Kühlflüssigkeit zu der
Einlaßseite wird durch eine Drosselstelle 19 zwischen dem Randzylinder 4a und
der Außenwand des Kurbelgehäuses 1 gedrosselt. Dadurch wird der Hauptstrom
auf der Auslaßseite gehalten und er strömt sofort durch die ebenfalls auf der
Auslaßseite angeordneten Öffnungen 12 im Boden der Platte 3 in den Kühl
flüssigkeitsraum 11. Von dort wird der Kühlflüssigkeitsraum 15 im Zylinderkopf 2
über Dosierungsbohrungen in der Zylinderkopfdichtung 5 mit Kühlflüssigkeit auf
hohem Druckniveau versorgt. Im Kühlflüssigkeitsraum 11 ist ebenfalls eine
Drosselstelle 20 zwischen dem Randzylinder 4a und der Außenwand der Platte 3
vorgesehen, um die Strömung zur Einlaßseite zu drosseln. Auf der Einlaßseite
gelangt die Kühlflüssigkeit aus dem Kühlflüssigkeitsraum 13 über Entlüftungs
bohrungen 21 im Boden der Platte 3 in dessen Kühlflüssigkeitsraum 11 und über
entsprechende Bohrungen in der Zylinderkopfdichtung 5 in den Kühlflüssigkeits
raum 15 im Zylinderkopf 2.
Claims (8)
1. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Zylinderlaufbuchsen (4)
enthaltenden Kurbelgehäuse (1) in Open-Deck-Bauart und einem unter
Zwischenschaltung einer Zylinderkopfdichtung (5) auf dieses aufgesetzten
Zylinderkopf (2),
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kurbelgehäuse (1) und dem
Zylinderkopf (2) eine die oberen Enden der Zylinderlaufbuchsen 14) aufneh
mende Platte (3) vorgesehen ist, die einen die Zylinderlaufbuchsen (4)
umgebenden Kühlflüssigkeitsraum (II) aufweist und mit dem Zylinderkopf (2)
unter Zwischenschaltung der Zylinderkopfdichtung (5) zu einer Einheit
verschraubt ist, die mit dem Kurbelgehäuse (1) durch Zylinderkopfschrauben
(7) verbunden ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kühlflüssigkeitsraum (11) in der Platte (3) zum Zylinderkopf (2) hin offen und
von diesem abgedeckt ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schrauben (6) um den Umfang jeder Zylinderlaufbuchse (4) und in geringem
Abstand von dieser angeordnet sind.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte
(3) mit Durchgangslöchern (6a) für die Schrauben (6) und der Zylinderkopf (2)
mit Gewindelöchern (6b) zur Aufnahme dieser Schrauben versehen ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zylinderlaufbuchsen (4) mit der Platte (3) verbunden oder einstückig und mit
ihren von der Platte (3) abgewandten Enden in entsprechenden Öffnungen (8)
im Kurbelgehäuse (1) aufgenommen sind.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit einer Kurbelwelle, die im Kurbel
gehäuse (1) in Lagern mit angeschraubten Lagerdeckeln (23) gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lagerdeckelschrauben (22) durch
Bohrungen im Kurbelgehäuse (1) und in der Platte (3) zum Zylinderkopf (2)
erstrecken und gleichzeitig Zylinderkopfschrauben bilden.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitsraum (11) in der Platte (3) einerseits
mit einem die Zylinderlaufbuchsen (4) umgebenden Kühlflüssigkeitsraum (13)
im Kurbelgehäuse (1) und andererseits mit einem Kühlflüssigkeitsraum (15) im
Zylinderkopf (2) in Verbindung steht.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 mit einem Kurbelgehäuse (1) mit
nebeneinander liegenden Zylinderlaufbuchsen (4a, 4b) und mit einem
Zylinderkopf (2) mit Gaswechsel-Einlaßkanälen (16) auf der einen Seite und
Gaswechsel-Auslaßkanälen (17) auf der anderen Seite,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeitszuführung (18) zum
Kühlflüssigkeitsraum (13) im Kurbelgehäuse (1) und die Verbindung dieses
Kühlflüssigkeitsraumes mit dem Kühlflüssigkeitsraum (11) in der Platte (1) auf
der Auslaßseite (A) vorgesehen sind und daß in diesen Kühlflüssigkeitsräumen
zwischen den Randzylindern (4a) und den diesen gegenüberliegenden Außen
wänden des Kurbelgehäuses (1) und der Platte (3) Mittel (19; 20) zur Drosse
lung der Kühlflüssigkeitsströmung von der Auslaßseite (A) zur Einlaßseite (E)
vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998149912 DE19849912A1 (de) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998149912 DE19849912A1 (de) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19849912A1 true DE19849912A1 (de) | 2000-03-09 |
Family
ID=7886070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998149912 Withdrawn DE19849912A1 (de) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |