DE3521789A1 - Fluessigkeitsgekuehltes zylinderrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr für eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

In dem DE-GM 19 48 979 wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern beschrieben, wobei hier das Motorschmieröl als Kühlflüssigkeit benutzt wird. Zwi­ schen Zylinderrohr und Motorgehäuse befindet sich ein ringförmiger Kühlraum, durch den im Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Motorschmieröl gefördert wird und der sich in Richtung vom Zylinderkopf zur Kurbelwelle hin in Bezug auf die Zylinderrohrachse in radialer Richtung stetig mit dem Abstand zum Zylinderkopf vergrößert. Um die Kühlung des Zylinderrohrs zu verbessern, ist im wesentli­ chen die gesamte Oberfläche des Zylinderrohrs zur Vergrö­ ßerung seiner Außenfläche mit Kühlrippen versehen.

Der Flüssigkeitszufluß und Flüssigkeitsabfluß erfolgt je­ weils über einen an den beiden Enden des Kühlraums befind­ lichen Ringkanal, der mit dem Kühlraum in Verbindung steht. Der Flüssigkeitszufluß und Flüssigkeitsabfluß mün­ det in den jeweiligen Ringkanal. Die Kühlflüssigkeit durchströmt den Kühlraum in Richtung der Zylinderachse vom Kurbelgehäuse aus gesehen in Richtung Zylinderkopf.

Nachteilig an dieser Anordnung ist die nicht ausreichende Kühlung gerade des am Zylinderkopf anliegenden Zylinder­ rohrendes und die damit verbundene temperaturbedingte Auf­ weitung desselben. Dadurch werden Kolbenkippgeräusche, Schadstoffemissionen und höherer Kraft- und Schmierstoff­ verbrauch verursacht.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, auch thermisch hochbela­ stete Zylinderrohre hinreichend zu kühlen, um dadurch die temperaturbedingte Aufweitung des zum Zylinderkopf zeigen­ den Zylinderrohrendes zu verhindern.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Zylinderrohr durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Unter Kühlrippen sind durchgehende Erhebungen in Form von Rippen oder Zacken gemeint, die das Zylinderrohr vollstän­ dig in Umfangsrichtung umgeben. Weiterhin werden in der folgenden Beschreibung die Begriffe "oben" und "unten" verwendet. Oben heißt in Richtung Zylinderkopf, und unten in Richtung Kurbelgehäuse.

Dadurch, daß das Zylinderrohr dünnwandig ausgebildet ist und die Kühlrippen zünddruckübertragend radial am Motorge­ häuse anliegen, das Zylinderrohr vollständig umgeben und axiale Flüssigkeitsdurchtritte haben, ist eine temperatur­ bedingte Aufweitung des oberen Zylinderrohrendes sowohl durch den guten Wärmeübergang vom Zylinderrohr über die Kühlrippen an die Flüssigkeit als auch durch die Einspan­ nung des dünnwandigen Zylinderrohrs durch das Motorgehäuse vermieden. Ein im Betrieb der Brennkraftmaschine zylin­ drisch bleibendes Zylinderrohr ermöglicht kleine Warmspie­ le des Zylinderkolbens. Dadurch werden Kolbenkippgeräu­ sche, thermische Belastung von Zylinderrohr und Zylinder­ kolben, Durchblasemenge und schädlicher Raum minimiert, wodurch sowohl Geräusch- und Schadstoffemissionen als auch Kraft- und Schmierstoffverbrauch gesenkt sind.

Da der Zünddruck über die Kühlrippen an das Motorgehäuse weitergegeben wird, ist das Zylinderrohr dünnwandig herge­ stellt und hat damit einen geringeren Wärmeleitwiderstand als ein dickeres, den Zünddruck tragendes Zylinderrohr. Die Dünnwandigkeit des Zylinderrohrs bewirkt, daß nur ein kleiner Temperaturgradient im Zylinderrohr auftritt; d. h. es steht ein großer Temperaturunterschied zwischen Zylin­ derrohraußenwand und Kühlflüssigkeit zur Verfügung, wo­ durch die abführbare Wärmemenge gegenüber dickeren Zylin­ derrohren gesteigert ist und gleichzeitig die Temperatur der Zylinderrohrinnenwand herabgesetzt wird. Aufgrund der geringeren Wärmekapazität des dünnen Zylinderrohrs mit den zünddruckübertragenden Kühlrippen kann ein Kracken des Kühlöls oder ein Verlacken der kühlölbespülten Seite des Zylinderrohrs nach Abstellen des Motors aus der Vollast vermieden werden. Weiterhin ermöglicht die geringe Wand­ stärke des Zylinderrohrs in Verbindung mit dem druckauf­ nehmenden Motorgehäuse Gewicht zu sparen und damit eine kostengünstigere Fertigung.

Zweckmäßigerweise ist als Flüssigkeitszufluß ein Ringkanal im Zylinderkopf angeordnet, der aus einer zum Kühlraum of­ fenen Ringnut besteht, die über dem Kühlraum des Zylinder­ rohrs liegt und etwa dessen radiale Breite besitzt.

Der Flüssigkeitsabfluß ist vorteilhafterweise an der dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite des Kühlraums angeordnet.

Um eine möglichst gute Kühlung zu erreichen, sollten die Kühlrippen so dimensioniert sein, daß die Temperatur der Außenseite des Zylinderrohrs bis zur Kühlrippenspitze in etwa auf die Temperatur der Kühlflüssigkeit abgesenkt ist.

Als Kühlflüssigkeit eignet sich besonders gut das Motor­ schmieröl.

Damit die Kühlflüssigkeit die anfallende Verbrennungswärme auch gut aufnimmt, ist es zweckmäßig, wenn die Flüssig­ keitsdurchtritte so angeordnet sind, daß sich für die Kühlflüssigkeit ein labyrinthartiger Weg ergibt. Durch ei­ ne geeignete Wahl des labyrinthartigen Weges können ein­ zelne Abschnitte des Zylinderrohrs verstärkt gekühlt wer­ den.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Flüssig­ keitsdurchtritte in allen Kühlrippen in Bezug auf die Zy­ linderrohrachse zueinander deckungsgleich angeordnet.

Die unterhalb des Zylinderkopfes liegende oberste Kühlrip­ pe hat weniger Flüssigkeitsdurchtritte als die Kühlrippen der anderen Ebenen. Dadurch wird eine labyrinthartige Strömungsführung der Kühlflüssigkeit am Zylinderrohr er­ reicht und damit eine verbesserte Kühlung.

Eine optimale Kühlung der obersten Kühlrippe wird er­ reicht, wenn die Kühlflüssigkeit durch Eintrittsöffnungen, die zwischen den Flüssigkeitsdurchtritten der obersten Kühlrippe angeordnet sind, aus dem Zylinderkopf in die Ringnut eintritt.

Der oberste dem Zylinderkopf zugewandte Abschnitt des Zy­ linderrohrs bedarf der intensivsten Kühlung. Deswegen ist es sinnvoll, nur diesen Abschnitt des Kühlraums mit Kühl­ rippen zu versehen und im anderen Abschnitt bis auf in axialer Richtung verlaufende Kühlkanäle flüssigkeitsun­ durchlässiges, durckfestes Material anzuordnen.

Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise das Zylinderrohr mit Preßsitz im Motorgehäuse eingesetzt, um den Zylinder­ innendruck auf das Motorgehäuse zu übertragen.

Zweckmäßigerweise hat das Zylinderrohr an der dem Zylin­ derkopf zugewandten Seite ein bundfreies Ende und stützt sich an dem dem Kurbelgehäuse zugewandten Ende axial auf dem Motorgehäuse ab.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und den Zeichnungen, die schematisch im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 im Schnitt einen Teil einer Brennkraftmaschine mit einem zwischen Zylinderrohr und Motorgehäuse be­ findlichen ringförmigen Kühlraum, in dem Kühlrippen angeordnet sind,

Fig. 2 im Schnitt einen Ausschnitt des Zylinderkopfes und des angrenzenden Zylinderrohrs mit radialen Kühl­ rippen, die zünddruckübertragend am Motorgehäuse anliegen,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Zylinderrohr mit Kühlrippen in Axialrichtung gesehen,

Fig. 4 einen Schnitt durch dieses Zylinderrohr nach der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt durch dieses Zylinderrohr nach der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 eine Abwicklung dieses Zylinderrohrs mit Kühlrippen mit einem Teil des angrenzenden Zylinderkopfes.

Fig. 1 zeigt ein Zylinderrohr 13, das in ein Motorgehäuse 12 zweckmäßigerweise mit Preßsitz eingelassen ist und sich auf dem Motorgehäuse 12 an der dem Kurbelgehäuse 14 zuge­ wandten Ende abstützt. Zwischen dem Zylinderrohr 13 und dem Motorgehäuse ist ein ringförmiger Kühlraum 9 angeord­ net, der zum Zylinderkopf 16 hin offen ist und dort einen als Ringnut 7 ausgebildeten Flüssigkeitszufluß hat, wäh­ rend der Flüssigkeitsabfluß 11 durch einen Schlitz zwi­ schen Zylinderrohr und Motorgehäuse gebildet ist, der von der Abstützung 24 des Zylinderrohrs auf dem Motorgehäuse bis zum Kurbelgehäuse 14 führt.

Unterhalb der Abstützung 24 in Richtung Kurbelgehäuse 14 ist die Zylinderrohrwand dünner als oberhalb der Abstüt­ zung. Die Differenz ist gerade diejenige Dicke des Zylin­ derrohrs, mit der sich dieses auf dem Motorgehäuse ab­ stützt.

An der Außenwand des Zylinderrohrs sind Kühlrippen 10 an­ geordnet, die den Kühlraum 9 in radialer Richtung voll­ ständig durchragen und radial am Motorgehäuse 12 anliegen. Diese Kühlrippen übertragen den Zünddruck beim Verbren­ nungsvorgang auf das Motorgehäuse. Das Zylinderrohr allein ohne Kühlrippen ist so dünnwandig, daß es den Zünddruck in radialer Richtung nicht aushält, sehr wohl jedoch die axi­ al wirkende Dichtkraft des Zylinderkopfes 16.

Wie eben beschrieben, stützt sich das Zylinderrohr auf dem Motorgehäuse ab. Es kann zweckmäßig sein, wenn die Ab­ stützbreite gleich der Kühlrippenbreite ist. Beim Einbau wird das dünnwandige Zylinderrohr mit seinen Kühlrippen von der Zylinderkopfseite her in das Motorgehäuse einge­ setzt.

Es kann auch sinnvoll sein, wenn sich das Zylinderrohr 13 mit den Kühlrippen 10 mit seiner gesamten Wandstärke auf dem Motorgehäuse abstützt. Bei dieser Anordnung wird die Dichtkraft des Zylinderkopfes ohne Biegemomente ins Motor­ gehäuse geleitet. Dabei tritt eine Fuge im Zylinderrohr auf, die jedoch unterhalb des unteren Umkehrpunkts des un­ tersten Kolbenrings 15 liegt.

Bei beiden Varianten der Abstützung wird das Zylinderrohr erst nach dem Einschrumpfen ins Motorgehäuse 12 gehont. Wenn sich das Zylinderrohr mit den Kühlrippen mit seiner gesamten Wandstärke auf dem Motorgehäuse abstützt, werden beim Honen Zylinderrohr und Motorgehäuse gemeinsam bear­ beitet.

Oberhalb des Zylinderrohrs und des Motorgehäuses befindet sich der Zylinderkopf 16, der auf dem Motorgehäuse auf­ sitzt. Die Abdichtung zwischen Zylinderkopf 16 und Zylin­ derrohr 13 wird durch metallische Berührung der zu dich­ tenden Teile mit einem geringfügigen Vorstehen des Zylin­ derrohrs erreicht. Die Öldichtung nach außen geschieht durch eine Dichtung 8. In der Fluchtlinie der Zylinder­ rohrachse 23 ist im Zylinderkopf 16 ein nicht eingezeich­ netes Auslaßventil mit seinem Ventilsitz 4 und einer Boh­ rung für den Ventilschaft 2 angeordnet. Ein Auslaßkanal 3 führt vom Ventilsitz 4 bis an den Rand des Zylinderkopfes 16. Zwei Räume 1, in denen Kühlflüssigkeit geleitet wird, umgeben den Auslaßkanal 3.

Im Zylinderkopfboden 25 sind Kanäle 5 angeordnet, die von der Außenseite des Zylinderkopfes bis dicht an den Ventil­ sitz 4 führen. Durch einen Stopfen 6 sind diese Kanäle 5 nach außen abgedichtet. Oberhalb des ringförmigen Kühl­ raums 9 im Zylinderrohr, der zum Zylinderkopf hin offen ist, befindet sich eine zum Kühlraum hin offene Ringnut 7 im Zylinderkopf. Diese Ringnut steht mit den Kanälen 5 an vier Stellen durch Eintrittsöffnungen 17 flüssigkeitstra­ gend in Verbindung, die sich aus den Verschneidungen der Kanäle 5 mit der Ringnut 7 ergeben (siehe Beschreibung Fig. 3 bis 6).

Fig. 2 zeigt im Ausschnitt vergrößert den Zylinderkopfbo­ den 25 mit dem Kanal 5 und der Ringnut 7, die oberhalb des Kühlraums 9 im Zylinderkopf 16 angeordnet ist und die sich im Zylinderrohr befindlichen Kühlrippen 10. Der Kanal 5 ist flüssigkeitstragend an vier Stellen mittels Eintritts­ öffnungen 17 mit der Ringnut 7 verbunden, die wiederum zum Kühlraum 9 hin offen ist. Im Kühlraum sind die Kühlrippen des Zylinderrohrs angeordnet. Diese durchragen den Kühl­ raum vollständig und liegen radial am Motorgehäuse 12 an und haben Flüssigkeitsdurchtritte 19.

Es ist zweckmäßig, wenn die Kühlrippen so dimensioniert sind, daß die Temperatur der Außenseite des Zylinderrohrs bis zur Kühlrippenspitze 22 in etwa auf die Temperatur der Kühlflüssigkeit abgesenkt ist.

In den Fig. 3 bis 6 ist eine vorteilhafte Anordnung der Flüssigkeitsdurchtritte 19 in den Kühlrippen 10 gezeigt.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Zylinderrohr mit Kühlrippen in Axialrichtung gesehen, Fig. 4 einen Schnitt durch dieses Zylinderrohr nach der Linie IV-IVin Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3 und Fig. 6 eine Abwicklung dieses Zylinderrohrs mit einem Teil des angrenzenden Zylinderkopfes.

An vier Stellen gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sind die Eintrittsöffnungen 17 angebracht. Es kann auch zweck­ mäßig sein, mehr oder weniger Eintrittsöffnungen vorzuse­ hen. Die oberste zum Zylinderkopf gewandte Kühlrippe hat vier Flüssigkeitsdurchtritte, die zwischen den Eintritts­ öffnungen liegen. Wenn eine andere Anzahl Eintrittsöffnun­ gen vorhanden ist, so ist auch die Anzahl der Flüssig­ keitsdurchtritte in der obersten Kühlrippe dementsprechend und zwar so, daß immer ein Flüssigkeitsdurchtritt zwischen den Eintrittsöffnungen angeordnet ist. Diese Flüssigkeits­ durchtritte verlaufen axial bis zu einem Abschnitt des Kühlraums, der mit flüssigkeitsundurchlässigem, druckfe­ stem Material 20 ausgefüllt ist.

Vorteilhafterweise ist nur ein dem Zylinderkopf zugewand­ ter Abschnitt des Zylinderrohrs mit Kühlrippen versehen, während im anderen Abschnitt bis auf in axialer Richtung verlaufende Kühlkanäle 18 flüssigkeitsundurchlässiges, druckfestes Material 20 angeordnet ist. Neben den gerade beschriebenen sind noch vier weitere Kühlkanäle 18 vorhan­ den. Diese verbleibenden vier Kühlkanäle durchziehen eben­ so das Material 20 und die Kühlrippen bis auf die oberste Kühlrippen und liegen in etwa unterhalb der Eintrittsöff­ nungen 17.

Die Flüssigkeitsdurchtritte 19 sind so angeordnet, daß sich für die Flüssigkeit ein labyrinthartiger Weg ergibt.

Sinnvoll ist es auch, wenn die Flüssigkeitsdurchtritte in allen Kühlrippenebenen in Bezug auf die Zylinderrohrachse 23 zueinander deckungsgleich liegen.

Um den Flüssigkeitsverlauf einer erhöhten Kühlung des un­ terhalb des Zylinderkopfes liegenden Bereichs anzupassen, ist es notwendig, daß die in diesem Bereich liegende ober­ ste Kühlrippe weniger Flüssigkeitsdurchtritte hat, als die Kühlrippen der anderen Ebenen.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine gelangt die Kühlfüssig­ keit von den Kanälen 5 im Zylinderkopf 16 über die Ein­ trittsöffnungen 17 in die Ringnut 7, die zum ringförmigen Kühlraum 9 im Zylinderrohr 13 hin offen ist.Von dort aus fließt die Kühlflüssigkeit durch die zwischen den Ein­ trittsöffnungen angeordneten Flüssigkeitsdurchtritte 19 der obersten Kühlrippe und danach entweder durch einen der unterhalb der Eintrittsöffnungen 17 liegenden axialen Kühlkanäle 18 oder durch einen zwischen den Eintrittsöff­ nungen angeordneten axialen Kühlkanäle in Richtung Kurbel­ gehäuse 14. Wenn die Kühlflüssigkeit den Abschnitt des Zy­ linderrohrs erreicht, der nicht mit Kühlrippen 10 versehen ist, sondern mit flüssigkeitsundurchlässigem, druckfestem Material 20, so fließt sie durch die axial verlaufenden Kühlkanäle, die dieses Material 20 durchziehen und die axial unterhalb der Eintrittsöffnungen 17 angeordnet sind, durch den Flüssigkeitsabfluß 11 in das Kurbelgeäuse 14 ab.

Claims (11)

1. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr (13) für eine Brennkraftmaschine, wobei zwischen Zylinderrohr und dem Motorgehäuse (12) ein ringförmiger Kühlraum (9) vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssig­ keit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszufluß und einen Flüssigkeitsabfluß (11) hat, und mit Kühlrippen (10), die an der Außenfläche des Zylinderrohrs (13) ange­ bracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (13) dünnwan­ dig ausgebildet ist und die Kühlrippen (10) zünddrucküber­ tragend radial am Motorgehäuse (12) anliegen, das Zylin­ derrohr vollständig umgeben und axiale Flüssigkeitsdurch­ tritte (19) haben.

2. Zylinderrohr nach Anspruch 1 mit einem als Ringka­ nal ausgebildeten Flüssigkeitszufluß, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal aus einer im Zy­ linderkopf angeordneten zum Kühlraum offenen Ringnut (7) besteht, die über dem Kühlraum (9) des Zylinderrohrs (13) liegt und etwa dessen radiale Breite besitzt.

3. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der Flüssigkeitsabfluß (11) an der dem Kurbelgehäuse (14) zugewandten Seite des Kühl­ raums (9) befindet.

4. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (10) so dimensio­ niert sind, daß die Temperatur der Außenseite des Zylin­ derrohrs (13) bis zur Kühlrippenspitze (22) in etwa auf die Temperatur der Kühlflüssigkeit abgesenkt ist.

5. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsdurchtritte (19) so angeordnet sind, daß sich für die Kühlflüssigkeit ein labyrinthartiger Weg ergibt.

6. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsdurchtritte (19) in allen Kühlrippenebenen in Bezug auf die Zylinder­ rohrachse (23) zueinander deckungsgleich angeordnet sind.

7, Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die unterhalb des Zylinderkopfes (16) liegende oberste Kühlrippe weniger Flüssigkeitsdurch­ tritte (19) hat als die Kühlrippen der anderen Ebenen.

8. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit durch Ein­ trittsöffnungen (17) aus dem Zylinderkopf (16) in die Ringnut (7) eintritt und die Flüssigkeitsdurchtritte (19) der obersten Kühlrippe zwischen den Eintrittsöffnungen an­ geordnet sind.

9. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß nur ein dem Zylinderkopf (16) zugewandter Abschnitt des Zylinderrohrs (13) mit Kühlrip­ pen (10) versehen ist und im anderen Abschnitt sich bis auf in axialer Richtung verlaufende Kühlkanäle (18) flüs­ sigkeitsundurchlässiges, druckfestes Material (20) befin­ det.

10. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (13) mit Preß­ sitz im Motorgehäuse (12) eingesetzt ist.

11. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (13) an der dem Zylinderkopf (16) zugewandten Seite ein bundfreies Ende hat und sich an dem dem Kurbelgehäuse (14) zugewandten En­ de axial auf dem Motorgehäuse (12) abstützt.