DE3521790A1

DE3521790A1 - Brennkraftmaschine mit zumindest einem fluessigkeitsgekuehlten zylinder

Info

Publication number: DE3521790A1
Application number: DE19853521790
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Leupold; Leo Dipl Ing Lichtblau
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1985-06-19
Filing date: 1985-06-19
Publication date: 1987-01-02
Also published as: EP0206124A3; DE3669350D1; EP0206124B1; EP0206124A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumin dest einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder, wobei zwischen Zylinderrohr und einem äußeren Gehäuse ein Kühlraum vorge sehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszu fluß und einen Flüssigkeitsabfluß hat.

In der DE-GM 19 48 979 wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern beschrieben, wobei hier das Motorschmieröl als Kühlflüssigkeit benutzt wird. Zwi schen Zylinderrohr und Gehäuse befindet sich ein Kühlraum, durch den im Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Motorschmieröl gefördert wird und der sich in Richtung vom Zylinderkopf zur Kubelwelle hin in Bezug auf die Zylinder rohrachse in radialer Richtung stetig mit dem Abstand zum Zylinderkopf vergrößert. Um die Kühlung des Zylinderrohrs zu verbessern, ist im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Zylinderrohrs zur Vergrößerung seiner Außenfläche mit Umfangsnuten versehen. Dadurch ist der Wärmeübergang vom Zylinderrohr an das Kühlöl verbessert. Die Umfangsnuten müssen, da das Zylinderrohr aus einem besonders gehärtetem Stahl besteht, in speziellen Maschinen auf das Zylinder rohr gebracht werden. Dies ist ein schwieriger und zeit aufwendiger Vorgang, der besonders ausgebildetes Personal erfordert.

Nachteilig an dieser Anordnung ist demnach der große bau liche Aufwand, der zudem noch nicht die erwünschte Ober flächenvergrößerung des Zylinderrohrs bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist, ein in der industriellen Ölküh lerfertigung hergestelltes Bauteil, welches einen guten Wärmekontakt und damit Wärmeübergang zwischen Zylinderrohr und Kühlflüssigkeit herstellt, mit baulich einfachen Mit teln, ohne Vergrößerung des Kühlraums, in die Brennkraft maschine zu integrieren.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Brennkraftma schine durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten An spruchs gelöst.

Eine Kühllamelle ist hier allgemein als Oberbegriff ver standen, der nicht Rillen, Rippen oder Nuten beschreibt, sondern ein eigenes Wärmeübertragungselement darstellt, welches in den Kühlraum auf ein glattes oder verripptes Zylinderrohr aufgelegt wird.

Dadurch, daß zumindest ein Teil des Zylinderrohrs mit ei ner Kühllamelle versehen ist, die mit der Zylinderrohr oberfläche fest verbunden ist, wird die wärmeabgebende Oberfläche des Zylinderrohrs vergrößert. An diesen Stellen kann dadurch die Kühlflüssigkeit schneller Wärme aufneh men, wodurch die Kühlung verbessert ist. Die feste Verbin dung der Kühllamelle mit der Zylinderrohroberfläche kann durch Löten oder andere technologische Verfahren vorgenom men werden.

Gemäß der Erfindung ist in einer Ausgestaltung die Zylin derrohroberfläche vollständig von der Kühllamelle bedeckt. Dadurch ist eine bessere Kühlung des gesamten Zylinder rohrs erreicht.

Eine bessere Kühlung wird zusätzlich durch eine die Kühl flüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur der Kühllamelle erreicht.

Füllt die Kühllamelle den Kühlraum in Bezug auf das Zylin derrohr in radialer Richtung vollständig aus, muß die Kühllamelle mindestens einen den Flüssigkeitszufluß mit dem Flüssigkeitsabfluß verbindenden Kanal haben. In einer Ausführungsform haben der Kanal bzw. die Kanäle einen schraubenförmigen Verlauf um das Zylinderrohr. Vorteilhaft kann es sein, wenn der Kanal bzw. die Kanäle durch Öffnun gen in der Kühllamelle gebildet sind.

In bevorzugter Ausführung hat die Struktur der Kühllamelle eine Wärmeübertragungsflächendichte von etwa 1500 bis 2000 m²/m³ und ist aus mäanderförmigen, periodisch ge formten Streifenabschnitten derart gebildet, daß die Streifenabschnitte an den Längsseiten teilweise zusammen hängen und daß ausgehend von einem Streifenabschnitt alle übernächsten Streifenabschnitte identisch angeordnet sind und der darauffolgende und der vorhergehende Streifenab schnitt um jeweils einen Bruchteil der periodischen Struk tur in die gleiche Richtung verschoben sind.

Derartige Kühllamellen werden in der industriellen Ölküh lerfertigung kostengünstig hergestellt. Die hohe Wärme übertragungsflächendichte bewirkt eine erhebliche Steige rung des übertragenen Wärmestroms und wird bei kleinen Ab messungen der Kühllamelle erreicht, so daß die gegebene Größe des Kühlraums nicht vergrößert werden muß, d. h. bei vorgegebenem Zylinderabstand können unverändert die maxi mal möglichen Zylinderbohrungen untergebracht werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den Zeichnungen, die schematisch im Schnitt drei Ausführungsformen der Erfindung zeigen und nachfol gend näher beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 im Schnitt einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Kühllamelle, die den Kühlraum vollständig ausfüllt,

Fig. 2 im Schnitt einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Kühllamelle, die den Kühlraum in radialer Richtung vollständig ausfüllt bis auf je einen Spalt im Bereich des Flüssigkeitszufluß und -abfluß zwischen Kühllamelle und Gehäuse,

Fig. 3 im Schnitt eine Ansicht auf eine Kühllamelle,

Fig. 4 eine optimierte Kühllamelle

a)in Draufsicht
b) in Ansicht
c) in perspektivischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein Zylinderrohr 2, welches in ein Gehäuse 4 eingelassen ist. Zwischen dem Zylinderrohr und dem Gehäuse befindet sich ein ringförmiger Kühlraum 8, der an seiner dem Zylinderkopf zugewandten Seite einen Kühlflüssigkeits zufluß 5 oder alternativ einen Kühlflüssigkeitsabfluß 6′ und an seiner dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite einen Kühlflüssigkeitsabfluß 6 bzw. einen Kühlflüssigkeitszufluß 5′ hat. Ein Bund 1 im oberen Bereich des Zylinderrohrs 2 bewirkt eine Versteifung desselben, fixiert die axiale La ge des Zylinderrohrs 2 im Gehäuse 4 und dichtet den Kühl raum 8 nach außen ab.

Der Kühlraum 8 ist bis auf einen als Kühlflüssigkeitszu fuhr und als Kühlfüssigkeitsabfuhr dienenden Ringspalt 7, 7′ mit einer Kühllamelle vollständig ausgefüllt. Als Kühl flüssigkeit ist in besonderer Ausführung das Motorschmier öl anzusehen, welches in dieser Anordnung den Kühlraum demnach in axialer Richtung durchströmt. Vorteilhafterwei se ist die Kühllamelle 3 an der Zylinderrohroberfläche an gelötet. Die Kühllamelle stellt durch ihre große Oberflä che einen guten Wärmeübergang zwischen Kühlflüssigkeit und Zylinderrohr her.

Verstärkt wird die Kühlung noch, wenn die Kühllamelle die gesamte Zylinderrohroberfläche bedeckt und eine die Kühl flüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur hat.

Ist der Kühlraum, wie in Fig. 1 zu sehen, in radialer Richtung vollständig mit der Kühllamelle ausgefüllt, muß die Kühllamelle mindestens einen den Flüssigkeitszufluß 5 mit dem Flüssigkeitsabfluß 6 verbindenden Kanal haben. Dieser Kanal bzw. die Kanänle können einen schraubenförmi gen Verlauf (in Fig. 1 mit 10 angedeutet) um das Zylinder rohr herum haben oder, wie in Fig. 3 dargestellt, durch Öffnungen 9 in der Kühllamelle gebildet sein.

In Fig. 2 ist der Kühlraum 8 mit der Kühllamelle in radia ler Richtung vollständig ausgefüllt bis auf je einen Spalt 15 im Bereich des Flüssigkeitszufluß und -abfluß zwischen Kühllamelle und Gehäuse. Der Kühlmittelzufluß 5 ist zum Kühlmittelabfluß 6 um 180° versetzt auf gleicher Höhe im Gehäuse angeordnet und führt in den Bereich des Kühlraums 8, der nicht von der Kühllamelle 3 ausgefüllt ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Kühlflüssigkeit den Kühlraum und damit die Kühllamelle radial durchströmt.

Die in Fig. 4 dargestellte optimierte Kühllamelle 3 ist aus einzelnen Streifenabschnitten 11, die z.B. aus Blech bestehen können, gebildet. Die Streifenabschnitte sind in ihrer Längsrichtung gleichmäßig mäanderförmig gewellt, so daß ein in Ansicht (Fig. 4b) etwa sinusförmiger, abge flachter Wellenzug in Form eines Rechtecksignals gebildet ist. Die Periode P dieses Wellenzuges wiederholt sich gleichmäßig. An die Längsseite 12 eines ersten Streifenab schnitts schließt mit seiner zugewandten Längsseite ein benachbarter Streifenabschnitt an, der in Längsrichtung um eine Viertelperiode (P/4) versetzt angeordnet ist. Es kann auch sinnvoll sein, wenn der obengenannte benachbarte Streifenabschnitt in Längsrichtung um einen anderen Bruch teil der Periode versetzt angeordnet ist.

Auf diese Weise bilden eine Vielzahl von Streifenabschnit ten eine Kühllamelle gemäß Fig. 4a, wobei - ausgehend von dem ersten Streifenabschnitt 11 a - jeder dritte (11 c), fünfte (11 e), siebente (11 g) etc. Streifenabschnitt eine mit dem ersten Streifenabschnitt in Ansicht deckungsglei che Lage haben, während die dazwischen angeordneten zwei ten (11 b), vierten (11 d), sechsten (11 f) etc. Streifenab schnitte deckungsgleich zueinander liegen und in diesem Beispiel um eine Viertelperiode (P/4) in Längsrichtung ge genüber den Streifenabschnitten 11 a, 11 c, 11 e, 11 g etc. versetzt sind.

Durch diesen Aufbau der Kühllamelle 3 sind Kanäle 13 ge bildet, die in Strömungsrichtung 14 der Kühlflüssigkeit liegen. Dadurch ist der Strömungswiderstand für die Kühl flüssigkeit gering. Außerdem wird durch die zahlreichen Öffnungen und Verbindungen zwischen den Kanälen 13 eine gute Verwirbelung und Turbulenz innerhalb der Strömung der Kühlflüssigkeit erreicht.

Zweckmäßigerweise ist die Kühllamelle einteilig gefertigt, vorzugsweise durch Stanzen oder Walzen.

Im Betrieb gemäß Fig. 1 wird die Kühlflüssigkeit, speziell das Motorschmieröl, über den Flüssigkeitszufluß 5 in den Ringkanal 7 gepumpt. Von dort aus fließt es durch die Kühllamelle 3. Durch die dadurch vergrößerte Oberfläche des Zylinderrohrs 2 kann die Kühlflüssigkeit die Wärme besser aufnehmen und verläßt nach Durchlaufen der Kühlla mellen über einen weiteren Ringkanal und den Flüssigkeits abfluß 6 den Zylinder.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssig keitsgekühlten Zylinder (2′), wobei zwischen Zylinderrohr (2) und einem äußeren Gehäuse (4) ein Kühlraum (8) vorge sehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszu fluß (5) und einen Flüssigkeitsabfluß (6) hat, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Zylin derrohrs mit einer Kühllamelle (3) versehen ist, die mit der Zylinderrohroberfläche fest verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kühllamelle (3) die gesamte Zylinder rohroberfläche bedeckt.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühllamelle (3) eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur hat.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühllamelle (3) den Kühlraum (8) in radialer Richtung vollständig ausfüllt und daß sich in der Kühllamelle mindestens ein den Flüssig keitszufluß (5) mit dem Flüssigkeitsabfluß (6) verbinden der Kanal befindet.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kanal bzw. die Kanäle einen schrauben förmigen Verlauf um das Zylinderrohr (2) herum bilden.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kanal bzw. die Kanäle durch Öffnungen (9) in den Kühllamellen (3) gebildet sind.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der Kühllamel le (3) eine Wärmeübertragungsflächendichte von etwa 1500 bis 2000 m²/m³ hat und aus mäanderförmigen, periodisch geformten Streifenabschnitten (11) derart besteht, daß die Streifenabschnitte an den Längsseiten (12) teilweise zu sammenhängen und daß ausgehend von einem Streifenabschnitt alle übernächsten Streifenabschnitte identisch angeordnet sind und der darauffolgende und der vorhergehende Strei fenabschnitt um jeweils einen Bruchteil der periodischen Struktur in die gleiche Richtung verschoben sind.