DE3521792A1 - Brennkraftmaschine mit zumindest einem fluessigkeitsgekuehlten zylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumin­ dest einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder, wobei zwischen Zylinder und einem äußeren Gehäuse ein Kühlraum vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssig­ keit gefördert wird, und der einen Flüssigkeitszufluß und Flüssigkeitsabfluß hat.

In der DE-OS 31 18 498 wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern beschrieben, wobei hier das Motorschmieröl als Kühlflüssigkeit benutzt wird. Zwi­ schen Zylinder und Gehäuse befindet sich ein Kühlraum, durch den im Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Motorschmieröl gefördert wird. Das Öl tritt im oberen Teil des Zylinders in der Nähe des Zylinderkopfes in den Kühl­ raum ein und fließt unter laminaren Strömungsbedingungen axial entlang der Zylinderwand in das Kurbelgehäuse ab. Um die laminare Strömungsbedingung zu erreichen, liegt die radiale Dicke des Kühlraums im Bereich zwischen 0,15 und 0,4 mm.

Nachteilig an dieser Anordnung ist die Gefahr eines Krackens des Kühlöls und eines Verlackens der kühlölbe­ spülten Seite der Zylinderwand nach Abstellen des Motors aus der Vollast, da der Zylinder durch seine hohe Wärmeka­ pazität eine einmal erreichte Temperatur zu lange spei­ chert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung des Zylinders einer Brennkraftmaschine derart auszubilden, daß auch nach Abstellen des Motors aus der Vollast ein Kracken oder Verlacken des Kühlöls vermieden ist.

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

Durch das sich im Kühlraum befindliche, in Zylinderachs­ richtung flüssigkeitsdurchlässige, gut wärmeleitende Mate­ rial wird die wärmeabgebende Oberfläche des Zylinders ver­ größert. An diesen Stellen kann dadurch die Kühlflüssig­ keit schneller Wärme aufnehmen, wodurch die Kühlung ver­ bessert ist. Vorteilhafterweise hat das Material zur bes­ seren Flüssigkeitsdurchströmung eine poröse oder perfo­ rierte Struktur.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Material in Bezug auf den Zylinder in radialer Richtung druckfest. Dies hat den Vorteil, daß dann der Zylinder dünnwandig hergestellt werden kann, da ein auftretender Innendruck im Zylinder über die Zylinderwand und das Mate­ rial an ein den Zylinder umgebendes festes und im wesent­ lichen nur die Temperatur der Kühlflüssigkeit annehmendes Gehäuse weitergegeben wird. Aufgrund der geringen Wand­ stärke und des damit verbundenen geringeren Wärmeleitwi­ derstandes des Zylinderrohres tritt nur ein kleiner Tempe­ raturgradient in der Zylinderwand auf; d. h. es steht ein großer Temperaturunterschied zwischen Zylinderaußenwand und Kühlflüssigkeit zur Verfügung, wodurch die abführbare Wärmemenge gegenüber dickeren Zylinderwänden gesteigert ist und gleichzeitig die Temperatur der Zylinderinnenwand herabgesetzt wird. Aufgrund der geringen Wärmekapazität des dünnen Zylinderrohrs kann ein Kracken des Kühlöls oder ein Verlacken der kühlölbespülten Seite des Zylinders nach Abstellen des Motors aus der Vollast vermieden werden. Weiterhin ermöglicht die geringe Wandstärke des Zylinders Gewicht einzusparen, und dies bedingt eine kostengünstige­ re Fertigung.

Gemäß der Erfindung ist in weiterer Ausgestaltung der Kühlraum mit dem Material vollständig ausgefüllt. Dadurch ist eine bessere Kühlung des gesamten Zylinders erreicht und durch das Material eine Geräuschweiterleitung vermin­ dert.

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

Gemäß der Erfindung ist in weiterer Ausgestaltung das Ma­ terial derart zusammengesetzt, daß seine Wärmeleitfähig­ keit in Richtung der Zylinderachse vom Zylinderkopf zum Kurbelgehäuse hin abnimmt. Durch diese Bauweise ist die Wärmeabfuhr des Zylinders im Bereich des Zylinderkopfes am größten, so daß dieser hochtemperaturbelastete Bereich auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, wodurch Tempe­ raturspannungen in Axialrichtung des Rohres vermieden sind.

Einen ähnlichen Effekt kann man dadurch erzielen, daß die Durchlässigkeit des Materials in Richtung der Zylinderach­ se vom Zylinderkopf zum Kurbelgehäuse hin zunimmt. Auf­ grund der höheren Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüs­ sigkeit im Bereich des Zylinderkopfes ist dort eine höhere Kühlung gewährleistet als im Bereich des dem Kurbelgehäuse zugewandten Endes.

Wird der Zylinder als Zylinderbuchse in das Kurbelgehäuse eingesetzt, so sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfin­ dung vor, daß die Zylinderbuchse und das als ein Bauteil gefertigte Füllmaterial im Kühlraum als eine Baueinheit gefertigt sind, wobei vorzugsweise die Zylinderbuchse aus einem porenlosen und das Bauteil aus einem großporigen Sintermetallkörper besteht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung, die schematisch im Schnitt durch einen Zylinder eine Ausführungsform der Erfindung zeigt und nachfolgend näher beschrieben ist.

Die Zeichnung zeigt eine Zylinderbuchse 2′, die in ein Ge­ häuse 4 eingelassen ist. Zwischen der Zylinderbuchse und dem Gehäuse befindet sich ein ringförmiger Kühlraum 3, der an seiner dem Zylinderkopf zugewandten Seite einen Kühl­ flüssigkeitszufluß 9 hat und an seiner dem Kurbelgehäuse 8 zugewandten Stirnseite offen ist und einen Kühlflüssig­ keitsabfluß 10 in das Kurbelgehäuse 8 bildet. Ein Bund 1 im oberen Bereich der Zylinderbuchse 2′ bewirkt eine Ver­ steifung desselben, fixiert die axiale Lage der Zylinder­ buchse 2′ im Gehäuse 4 und dichtet den Kühlraum 3 nach au­ ßen ab.

Der Kühlraum 3 ist bis auf einen als Kühlflüssigkeitszu­ fuhr dienenden Ringkanal 5 mit einem in Zylinderachsrich­ tung flüssigkeitsdurchlässigen, gut wärmeleitenden Materi­ al ausgefüllt. Der Ringkanal 5 ist über einen Kanal mit einer das Gehäuse in Bezug auf die Zylinderachse achspa­ rallel verlaufenden Bohrung 6 im Gehäuse 4 mit einer Kühl­ flüssigkeitsverteilleitung 7 verbunden.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann der Zylinder 2 als Einheit mit integriertem Kühlraum 3 gegos­ sen sein.

Vorzugsweise hat das flüssigkeitsdurchlässige, im besonde­ ren öldurchlässige, Material eine poröse oder perforierte Struktur und vergrößert dadurch die wärmeabgebende Ober­ fläche des Zylinders und verbessert dadurch die Kühlung. Bei Bedarf kann das Material auch nur einen Teil des Kühl­ raums 3 ausfüllen.

In einer Ausführungsform ist das Material in Bezug auf die Zylinderachse in radialer Richtung druckfest. Als Folge davon kann der Zylinder dünnwandig sein, denn ein Druck im Zylinder 2 wird vom Material an das Gehäuse 4 weitergege­ ben.

Um eine optimale Kühlung zu erreichen, hat das Material eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur, welche die Kühlflüssigkeit gut durchmischt.

Das dem Zylinderkopf zugewandte Ende des Zylinders 2 be­ darf der intensivsten Kühlung, daher nimmt in einer Aus­ führungsform die Wärmeleitfähigkeit in Richtung der Zylin­ derachse vom Zylinderkopf zum Kurbelgehäuse 8 hin ab. Es kann auch zweckmäßig sein, daß die Durchlässigkeit des Ma­ terials in Richtung der Zylinderachse vom Zylinderkopf zum Kurbelgehäuse 8 hin zunimmt.

Zur Vereinfachung der Herstellung kann das Material als ein Bauteil ausgebildet sein und speziell die Zylinder­ buchse 2′ und das Bauteil als eine Baueinheit.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wäre dann, die Zylinder­ buchse als porenlosen und das Bauteil als großporigen Sin­ termetallkörper herzustellen.

Im Betrieb wird die Kühlflüssigkeit, speziell das gefil­ terte Motorschmieröl, über die Kühlflüssigkeitsverteillei­ tung 7 durch die Bohrung 6 in den Ringkanal 5 gepumpt. Von dort aus durchfließt es das poröse oder perforierte Mate­ rial. Durch die dadurch vergrößerte Oberfläche des Zylin­ ders kann die Kühlflüssigkeit die Wärme besser aufnehmen und fließt nach Durchlaufen des Materials in das Kurbelge­ häuse 8 ab.

Claims (11)

1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssig­ keitsgekühlten Zylinder (2), wobei zwischen Zylinder und einem äußeren Gehäuse (4) ein Kühlraum (3) vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird, und der einen Flüssigkeitszufluß (9) und Flüssigkeitsabfluß (10) hat, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Kühl­ raums (3) mit einem, in Zylinderachsrichtung flüssigkeits­ durchlässigen, gut wärmeleitenden Material ausgefüllt ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material eine poröse Struktur hat.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material eine perforierte Struktur hat.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in Bezug auf die Zylinderachse in radialer Richtung druckfest ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material den Kühlraum (3) vollständig ausfüllt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine die Kühl­ flüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur hat.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material derart zusam­ mengesetzt ist, daß seine Wärmeleitfähigkeit in Richtung der Zylinderachse vom Zylinderkopf zum Kurbelgehäuse (8) hin abnimmt.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit des Ma­ terials in Richtung der Zylinderachse vom Zylinderkopf zum Kurbelgehäuse (8) hin zunimmt.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial im Kühl­ raum (3) ein Bauteil bildet.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Zylinder als Zylinderbuchse in das Kurbelge­ häuse eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbuchse (2′) und das Bauteil als eine Baueinheit gefertigt sind.

11. Brennkraftmachine nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zylinderbuchse (2′) ein porenloser und das Bauteil ein großporiger Sintermetallkörper ist.