DE3026208C2

DE3026208C2 - Flüssigkeitsgekühlte Zweitakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3026208C2
Application number: DE3026208A
Authority: DE
Inventors: Alfred Earl Oshkosh Wis. Tyner
Original assignee: Brunswick Corp
Current assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1979-08-06
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1984-02-23
Also published as: CA1160114A; AU6109580A; IT8049410A0; US4312304A; AU536036B2; GB2055422A; JPS5660816A; DE3026208A1; NL189212C; FR2463263B1; FR2463263A1; NL189212B; NL8004419A; IT1127530B; GB2055422B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Zwei'akt-Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, mit V-Anordnung der Zylinderreihen und Gemischeinbringung mittels Kurbelgehäusepumpe, mit im V-Raum zwischen den Zylinderreihen verlaufenden Abgasleitungen. die an einen im Grund des V-Raumes angeordneten Kühlmittelraum grenzen, mit die Brennräume um_eibenden Kühlmittelräumen in den Zylindern und Zylinderköpfen, sowie mit einer Kühlmittelpumpe /ur Kuhlmitte.'fördcrung m dsr Weise, daß das Kühlmittel nach Kühlung der Abgasleitungen über die Zylinderblöcke und die Zyiinderköpfe zum Auslaß geführt ist.

Aus der US-PS 40 82 068 ist ein Zweitakt-Außenbordmotor der eingangs erläuterten Art bekannt, bei welchem im äußeren unteren Bereich der Zylinder keine Kühlmittelräume vorgesehen sind und der im Grund des

V-Raumes angeordnete Kühlmittelraum sehr kleinräunr g und über für eine Wärmeableitung ungünstig starke Gehäusewände vom inneren unteren Bereich der Zylinder getrennt ist Eine gleichmäßige Kühlung aller Bereich der Zylinder und die Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über alle Bereiche des Motors ist nicht gewährleistet

Aus der DE-OS 15 76 698 ist eine Wasserkühlung für Brennkraftmaschinen mit Reihenanordnung der Zylinder bekannt bei der der Wasserkühlstrom ar der Stirnseite des Motorblocks in diesen eintritt dann bei jedem Zylinder einen aufwärtssteigenden Kühlstrom abzweigt eier sich dann in einem oberen Bereich des Motorblocks wieder waagerecht verlaufend mit jedem abwärtssteigenden Kühlstrom vereinigt und anschließend aus dem Block ausgeleitet wird. Die Kühlströme sind derart angeordnet daß sie jeweils an den Außenseiten des Reihenmotors vorbeistreichen. Diese Kühlung ist auf die spezielle Symmetrie der Reihenbsuweise abgestellt und nur bei dieser verwendbar. Das Kühlmittel wird be: jedem Zylinder ausschließlich im unteren Bereich eingeleitet

Aus der DE-PS 9 73 009 ist ein Zweitaktmotor, insbesondere ein Zweitaktdieselmotor, mit V-Anordnung der Zylinder bekannt Bei diesem Zweitaktmotor ist sowohl an jeder Außenseite als auch an jeder Innenseite jeder Zylinderreihe im unteren Bereich der Zylinderlaufbuchsen und im oberen bereich der Zylinderlaufbuchsen wie auch im Zylinderkopf selbst je ein Kühlmantel vorgesehen, wobei der untere Kühlmantel jeweils mit dem oberen Kühlmantel und dieser wiederum mit dem Zyünderkopfkühlmanlte strömungsverbunden ist !m Grund des V-Raumes zwischen den Zylindern ist weder ein Kohlmiticiraum vorgesehen, noch ist dort eine Abgaskrümmeranlage angeordnet Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt ausschließlich im unteren Bereich der Zylinderlaufbuchsen. Dabei sind die Einlaßkanäle nicht vom Kühlmittel umspült.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

AO Brennkraftmaschine der eingangs erlätrierten Art derart weiterzubilden, daß unter Vermeidung der Nachteile bekannter Motoren das Kühlsystem so verbessert ist, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung über jeden Zylinder gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Weg des Kühlmittels einerseits in äußere Kühlmittelräume im unteren Zylinderbereich und andererseits über den am Grund des V-Raumes vorgesehenen Kühlmittelraum zu Kühlmittelräumen im

ίο oberen Zylinderbereich und Zylinderkopf führt.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird das Kühlmittel gleichzeitig einerseits den äußeren Kühlmittelräumen im unseren Zylinderbereich und andererseits den Kühlmittelräumen im oberen Zylinderbereich und im Zylinderkopf zugeführt Dabei wird Kühlmittel durch den am Grund des V-Raumes vorgesehenen Kühlmittelraum geführt. Auf diese Weise werden alle Bereiche des Zylinders von Kühlmittel umspült, wobei ein sehr geringes Temperaturgefälle

so zwischen den Kühlmitteltemperaturen im oberen und unteren KiihJmjiteJrauj/, gegeben iss. Auf dicjc Weise ergibt sich eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über den gesamten Zylinder. Durch die den unteren Bereich der Zylinder vollständig erfassende Kühlung wird auch der Kurbelkasten der Brennkraftmaschine gekühlt und es werden insbesondere auch die Einlaßkanäle zu den Zylindern gekühlt, wodurch eine erhebliche Steigerung des volumetrischen Wirkungsgrades des

Pumpvorganges in der Brennkraftmaschine erreicht wird. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ergibt sich wegen der Aufspaltung der Strömungswege des Kühlmittels im Motor zum unteren Zylinderbereich bzw. zum oberen Zylinderbereich ein Kühlmittelleitungssystem, das sehr »offen« ist, d.h. einen relativ geringen Strömungswiderstand aufweist so daß die Kühlung bei bedeutend niedrigerem Wasserdruck betrieben werden kann als bekannte Motoren der in Rede stehenden Art Auf diese Weise wird einmal die Lebensdauer der Kühlmittelpumpe der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine stark erhöht und zum anderen ist die Gefahr einer Leckage des Kühlsystems bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmschine weitaus geringer als bei bekannten Maschinen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind in d~n Patentansprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein AuatüLrungsbeispiel der Erfindung in Verbindung ti.:, der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Rückansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, die teilweise geöffnet um¹ teilweise aufgebrochen ist

Fig.2 eine Ansicht der Brennkraftmaschine von unten,

F i g. 3 einen Schnitt durch den Motor entlang der Linie 3-3 in der F i g. 2,

Fig.4 eine Seitenansicht einer Zylinderreihe mit entferntem Zylinderkopf,

Fig.5 einen Schnitt durch den Motor entlang der Linie 5-5 in der F i g. 5. und

F i g. 6 eine schematische Darstellung des Kühlmittelflusses des Motors.

Die Zeichnung zeigt einen Sechszylinderzweitakt-V-Motor 10, der insbesondere für den Gebrauch als Außenbordmotor ausgelegt ist. Der Motor weist einen Zylinderblock 11 mit zwei Zylinderköpfen 12, ein die Basis oder den Scheitel des Blockes bildenden Ansaugkrü.nmer-Gußstück 13 und ein Kurbelgehäuse 14 auf, in welchem die Kurbelwelle 15 drehbar gelagert ist Der Zylinderblock 11 ist Sandguß und besteht aus sechs Zylindern 16, die in zwei Reihen 17 so angeordnet sind, daß sie ein V von 74° bilden, wobei die zwei Reihen senkrecht gegeneinander versetzt sind, um dl·* Pleuelstangen 18 zu verschieben. Die Pleuelstangen 18 sind an den Kurbel vellenabschnitten 19 de. Kurbelwelle IJ gelagert und mit den Kolben 15 verstiftet.

Der aus Aluminiumsandguß bestehende Block 11 weist ein integral mitgegossenes, abgestimmtes Abgassystem auf, in welchem ei~e von der Auslaßöffnung 22 eines jeden Zylinders 16 wegführende Auslaßleitung 21 vorgesehen ist, wobei die Leitungen 21 einer jeder Zylinderreihe 17 zu einer zugeordneten Abgaskammer 23 führen. Die Abgaskammern 23 weisen am Boden des Siocks Ii r.ach unter, gerichtete öif-^ger. 21 a-jf xr.n führen das Abgas in Abgasleitungen im unteren Bereich des Außenbordmotors ab, was jedoch nicht gezeigt ist. Zwischen den beiden Abgaskammern 23 sind Verstärkungsrippen 25 ausgebildet. Desweiteren sind zwischen den Abgaskammern 23 und den ihnen zugeordneten Zylinderreihen 17 Rippen 26 ausgebildet, die einen inneren Durchgang 27 durch den Motorblock ausformen. Der innere Durchgang 27 ist in der Nähe des unteren Endes mittels einer Wandung 28 verschlossen, in Fig. 1 ist dies mittels einer gebrochenen Linie dargestellt. Die Wandung 28 ist zusammen mit dem Block 11 in einem Stück gegossen. Der Motorblock 11

besteht aus Aluminiumsandguß, bei dem Sandkerne verwendet werden. Jede Abgaskammer 23 und die entsprechend zugeordneten Auslaßleitungen 21 sind unter Verwendung eines einzigen Kerns ausgeformt. Daher ist der Motor 10 gegen Leckageschäden im Abgassystem nicht anfällig.

Das Kurbelgehäuse 14 ist durch auf der Kurbelwelle 15 angeordneten Kurbelscheiben 30, welche die Kurbelwellenabschnitte 19 tragen, in Abteile 29 eingeteilt, wobei jedem Zylinder 16 ein Abteil zugeordnet ist. Jedes Abteil 29 ist mit seinem eigenen, mit eirem Ventil versehenen Einlaßkanal 31 zur Zuführung des von den nicht gezeigten Vergasern kommenden Gasluftgemisches, das in den Kurbelgehäuseabteilungen 23 verdichtet wird, ausgestattet Aus dem Kurbelgehäuse 14 wird das Gasluftgemisch über die Zuführöffnungen 32, 33 und 34 zu den Zylindern 16 geleitet Die Zufuhröffnungen 32, 33 und 34 sind entsprechend dem US-Patent 40 92 958 von naie so angeordnet, daß sie eine Wirbelspülung bewirken. Da der Motor iö während des Betriebes eine beträchtliche Wärme erzeugt ist ein Wasserkühls>_ em mit Kühlleitungen vorgesehen, um eine relativ gleichmäßige Wärmeverteilung durch den gesamten Motorblock 11 und den Zylinderköpfen 12 zu bewirken. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jede Zylinderreihe 17 mit eier Außenwandung 35 versehen, welche die Zyiinderreihe umgibt und durch die Köpfe 12 geschlossen werden, um einen oberen Zylinderkühlmantel 36 zu bilden, der den Kopfbereich jedes Zylinders 16 umschließt Die unteren Bereiche der Zylinder 16 sind mit einem Außenkühlmantel 37 versehen, der an der Außenseite neben dem Kurbelgehäuse 14 integral mit dem V-Biock Ii gegossen isL Diese Äußenseiten-Kühimp itel 37 erstrecken sich senkrecht längs des Motors 10 und dienen dazu, die unteren Bereiche der Zylinder 16 zu kühlen. Darüber hinaus dienen sie dazu, den Kurbelkasten und die Einlaßkanäle 32, 33 und 34 wesentlich zu kühlen, um dadurch den volumetrischen Wirkungsgrad des Pumpvorganges in den Kurbelgenäusekammern 29 zu steigern. Im Inneren des Motorblocks Ii werden die unteren Bereiche der Zylinder 16 mitteis des inneren Kühlmitteldurchganges 27 gekühlt, welcher durch die Abgaskammern 23, dem untere:'. Ende der Zylinder 16 und den Einlaßkanälen 33, 34 und 35 gebildet wird. Über den Abgaskammern ist ein Deckel 38 angeordnet, um eine Kühlkammer 39 für die Auspuffkrümmer zu bilden. In jedem Zylinderkopf 12 sind Zylinderkopfkühlkammern 40 ausgebildet. Somit sind die Gebiete des Motors 10. die hauptsächlich die Hitze erzeugen, fa^t vollständig durch Wassermäntel und -führungen umge Jen.

Das Kühlwasser wird dem Motor mittels einer konventionellen motorgetriebenen Wasserpumpe 41 zugeführt, wie schematisch in F i g. 6 dargestellt ist. Wie

in U t

ctoht Hi*> P'imnp mit

Anschlußplatten 42 in Verbindung, um die Kühlflüssigkeit dem Motor 10 zuzuführen. Die Kühlflüssigkeit strömt durch am 3oden des Blocks unter der Wandung 28 angeordnete Bohrungen 43 in den Motor 10 ein. Dann strömt sie durch eine Öffnung 44, die durch die Rippe 25 maschinell hindurchgearbeitet wurde, zwischen die Abgaskammern in den Kühlmantsl 39 der Abgaskrümmer. Nachdem das Kühlwasser in dem Krümmermantel £3 vorgewärmt wurde tritt es nahe dem oberen Ende durch gebohrte Leitungen 45 aus und strömt in die gemeinsamen oberen Enden der beiden äußeren Kühlmäntel 36, 37 und in den inneren

Kühldurchgang 27. wie am besten aus den F i g. 4 und 5 ersichtlich ist

Von dem zentralen inneren Durchgang 27 fließt die Kühlflüssigkeit durch die Leitungen 46, die durch die Wand, welche den zentralen inneren Durchgang 27 von dem oberen Zylindermantel 36 trennt, verlaufen. Der obere Zylindermantel wird auch über die Leitungen 47, die durch den äußeren Mantel 37 gebohrt sind, mit Kühlflüssigkeit versorgt. Obwohl in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel drei Leitungen 46 gezeigt sind, die in jeder Zylinderreihe f 7 den oberen Zylindermantel 36 mit dem inneren Durchgang 27 verbinden und sechs Leitungen zur Verbindung mit dem Außenmantel 37 vorgesehen sind, ist es ein Merkmal der Motorauslegung, in der Lage und der Anzahl der gebohrten Leitungen flexibel zu sein und so eine Flexibilität der Auslegung bezüglich des Ausgleichen des Kühlmittelflusses durch den Motor zu gestatten Die Bohrungen sind parallel zu der Zylinderachse gebohrL um die Fertigung zu erleichtern. Auf diese Weise wird ein Kühlsystem geschaffen, das bei bedeutend niedrigerem Wasserdruck betrieben werden kann als vergleichbare bekannte Motoren. Zum Beispiel kann der erfindungsgemäße Motor mit einem maximalen Wasserdruck von ca. 15 psi (1,055 kp/cm-) im Vergleich zu 20psi (1.406 kp/cm²) bei bekannten Motoren betrieben werden. Somit wird zum einen die Lebensdauer der Wasserpumpe bedeutend erhöht und zum anderen das Auftreten von Leckage wesentlich reduziert

Aus den oberen Zylinderwassermänteln 36 fließt das Kühlmittel in die Zylinderkopfkühlkammern 40. Diese Kammern sind einstückig mit dem Kopf 12 gegossen, um die Möglichkeit von Leckage auszuschließen. Sie sind mit Leitungen ausgebildet, die jede Verbrennungskammer und Zündkerze umschließen. Das Kühlmittel verläßt die Köpfe 12 durch Austritlsöffnungen 48 und fließt durch die Anschlußplatte 42 und der nicht gezeigten unteren Außenbordeinheit ab.

Zum Regulieren der Motortemperatur unter den verschiedenen Betriebsbedingungen dienen Thermostat-regulierte Ventile 49 und ein Überdruckventil 50, was am deutlichsten in Fig.6 zu sehen ist. Um Fehlzündungen zu reduzieren und unregelmäßigen Lauf zu vermeiden, ist es günstig, während des Leerlaufs den Motor bei höhere Temperatur zu betreiben als bei Vollgas. Demgegenüber läuft die Maschine leistungsfähig bei beträchtlich niedrigeren Temperaturen. Da der erzeugte Druck der Pumpe 41 in direktem Zusammenhang mit der Drehzahl steht, kann ein Oberdruckventil 50 benutzt werden, um den Kühlmittelfluß während des Leerlaufs einzuschränken und bei Vollgas den gesamten Kühlmittelstrom freizugeben. Um die Motortemperatur während des Leerlaufes zu regulieren, werden die Thermostat-geregelten Ventile so eingestellt, daß sie bei einer gewünschten Temperatur öffnen. Daher kann der Motor bt., ^jner gewünschten Temperatur, etwa 143° F. bei Leerlauf betrieben werden, während er bei Vollgas bei wesentlich geringerer Temperatur läuft. Um das Wasser bei Betriebsruhe aus dem Motor abzulassen, ist ein Ablaßsystem vorgesehen. In Fig-6 sind die Abflußleitungen 51 schemalisch dargestellt. Sie sind als Bohrunge. kleinen Durchmessers in der Anschlußplatte 42 ausgebildet. Aufgru"^J ihrt-r geringen Abmessung leiten sie nicht genügend Kühlflüssigkeit ab. während der Motor in Betrieb ist, um (Jen Kühlmittelfluß bedeutend zu beeinflussen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 30 26 2OP

1. Flüssigkeitsgekühlte Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, mit V-Anordnung der Zylinderreihen und Gemischeinbringung mittels Kurbelgehäusepumpe, mit im V-Raum zwischen den Zyiinderreihen verlaufenaen Abgasleitungen, die an einen im Grund des V-Raumes angeordneten Kühlmittelraum grenzen, mit die Brennräume umgebenden Kühlmittelräumen in den Zylindern und Zylinderköpfen, sowie mit einer Kühlmittelpumpe zur Kühlmittelförderung in der Weise, daß das Kühlmittel nach Kühlung der Abgasleitungen über die Zylinderblöcke und die Zyiinderköpfe zum Auslaß geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg des Kühlmittels einerseits in äußere Kühlmittelräume (37) im unteren Zylinderbereich und andererseits über den am Grund des V-Raumes vorgesehenen Kühlmittelraum (27) zu Kühlmittelräumen im oberen Zylinderbereich und Zylinderkopf führt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadua.. gekennzeichnet, daß im äußeren Bereich des V-Raumes ein an die Abgasleitungen (23) von außen angrenzender, an sich bekannter Kühlmittelraum (39) vorgesehen ist. und daß der Weg des Kühlmittels von der Verzweigung in die Kühlmittelräume (37) bzw. den Kühlmittelr^um (27) zunächst "durch den Kühimittelraum (39) verläuft.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopfende einer jeden Zylindt- Teihe (17) zwei obere Kühlmäntel (36) vorgesehen sind, welche das Kopfende umgeben, und daß die oberen KüHmäntc' (36) über innere Kühlmittelleitungen (46) rrit df-n Kühlmittelraum (27) in Strömungsverbindung Siehe,'.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder obere Kühlmantel (36) mit einem äußeren Kühliriittelraum (37) mittels äußerer Kühlmittelleitungen (47) strömungsverbunden ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder Λ, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kühlmitte! leitung (46) und die äußere Kühlmittelleitung (47) zylindrische Bohrungen sind, die parallel zu den Achsen der ihnen zugeordneten Zylinder (16) verlaufen.