DE3601383A1

DE3601383A1 - Crank case with cooling chambers cast in

Info

Publication number: DE3601383A1
Application number: DE19863601383
Authority: DE
Inventors: Helmut Mueller; Hans-Peter Mahlberg; Toni Kleinschmidt; Albert Nolte
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1986-01-18
Filing date: 1986-01-18
Publication date: 1987-07-23

Abstract

The invention relates to a crank case 1 with cooling chamber 2 arranged in the cylinder area 8, at least one metal hollow body being cast into the crank case as cooling chamber 2. With these cast-in cooling chambers 2, the heat-transmitting surface can be increased in comparison to cast cooling chambers, without heat-insulating points occurring, whilst at the same time simplifying the assembly. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse mit im Zylinder bereich angeordneten Kühlräumen gemäß Oberbegriff des er sten Anspruchs.The invention relates to a crankcase in the cylinder area arranged cold rooms according to the generic term of the er most demanding.

Kurbelgehäuse mit gegossenen Kühlräumen sind bei trockenen und integrierten Zylinderrohren bekannt (siehe z.B. Prof. Pischinger, Vorlesungsumdruck "Verbrennungsmotoren", Band 1, Lehrstuhl für angewandte Thermodynamik, RWTH Aachen, Selbstverlag 1977). Beim Gießen dieser Kurbelgehäuse wird ein die Form des Kühlraums aufweisender Gußkern in der Gußform an der Stelle positioniert, an der später der Kühlraum liegen soll. Dieser Gußkern muß Durchbrüche zur Außenkontur der Gußform haben, um den Kern beim Gießen la gern und den Kernsand nach dem Gießen entfernen zu können. Ein komplettes Entfernen der Sandreste ist jedoch nicht möglich, da der Kühlraum nur durch die Durchbrüche gerei nigt werden kann und demnach nicht an allen Stellen ein sehbar ist. Der verbleibende, durch die Reinigung nicht entfernte Sand behindert den Wärmetransport vom Kühlraum außenmantel an die Kühlflüssigkeit. Somit ist durch den verbleibenden Sand eine ungewollte Wärmeisolierung ge schaffen worden. Die Durchbrüche müssen durch z.B. Kern lochstopfen nach der Reinigung verschlossen werden. Ein weiterer Nachteil ist, daß bedingt durch die Reinigungs probleme, die einen einfach aufgebauten Kern erfordern, die Wärmeübertragung im Kühlraum nicht durch eine Oberflä chenvergrößerung der zum Brennraum gewandten Seite des Kühlraumes gesteigert werden kann.Crankcases with cast cold rooms are dry and integrated cylinder tubes known (see e.g. Prof. Pischinger, lecture transfer "internal combustion engines", volume 1, Chair of Applied Thermodynamics, RWTH Aachen, Self-published 1977). When casting this crankcase will a casting core in the shape of the cooling space in the Mold positioned at the point where the Cold room should be. This core must have breakthroughs Have the outer contour of the mold to the core when casting la like to be able to remove the core sand after pouring. However, a complete removal of the sand remains is not possible because the cold room only cleans through the openings can be agreed and therefore not at all points is visible. The remaining one, by cleaning not removed sand hinders the heat transfer from the refrigerator outer jacket to the coolant. Thus, by the remaining sand an unwanted thermal insulation ge been created. The breakthroughs must e.g. Core hole plugs are sealed after cleaning. A Another disadvantage is that due to the cleaning problems that require a simple core, the heat transfer in the refrigerator is not through a surface Chen enlargement of the side facing the combustion chamber Cold room can be increased.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Kurbelgehäusen mit im Zylinderbereich angeordneten Kühlräumen deren wärmeüber tragende Fläche zu vergrößern, ohne daß wärmeisolierende Stellen auftreten, bei gleichzeitiger Vereinfachung des Einbaus.The object of the invention is in crankcases with in Cylinder area arranged cold rooms whose heat enlarge load-bearing area without being heat-insulating Bodies occur while simplifying the Installation.

Dadurch, daß als Kühlraum zumindest ein metallischer Hohl körper in das Kurbelgehäuse eingegossen ist, können die wärmeübertagenden Flächen vergrößert werden, ohne daß wär meisolierende Stellen auftreten, da ein Entfernen des Kernsandes entfällt. Ferner ist aufgrund dieser nicht mehr nötigen Reinigung der Einbau wesentlich vereinfacht.Characterized in that at least one metallic cavity as a cooling space body is cast into the crankcase, the heat transferring surfaces can be enlarged without Insulating areas occur because removal of the Core sand is eliminated. Furthermore, due to this no more necessary cleaning the installation much easier.

Vorteilhafterweise ist der Hohlkörper aus Stahl gefertigt. Es ist auch zweckmäßig, wenn der Hohlkörper aus einem ge schichteten Blechpaket oder Rohren, insbesondere Rohr schlagen besteht. Sind die eingegossenen Rohrschlangen als Kühlraum um das Zylinderrohr gewickelt, so ist es von Vor teil, wenn die Rohrschlangen zweier benachbarter Zylinder in Bezug auf die Zylinderachse entgegengesetzt gewunden sind. Denn dadurch ist eine Schachtelung der Rohrschlangen möglich, wodurch eine größere Packungsdichte erreicht wird.The hollow body is advantageously made of steel. It is also appropriate if the hollow body from a ge layered laminated core or tubes, especially tube hit exists. Are the cast coils as Cold room wrapped around the cylinder tube, so it is from before part when the coils of two adjacent cylinders wound in the opposite direction with respect to the cylinder axis are. Because this is a nesting of the coils possible, whereby a greater packing density is achieved.

Sinnvollerweise sind der Einlaß und der Auslaß des Hohl körpers beim Gießen verschlossen. Zweckmäßigerweise werden der Einlaß und der Auslaß durch Anbohren der Hohlkörper gebildet. Von Vorteil ist es ebenso, den Einlaß und den Auslaß vor dem Eingießen mit Stopfen zu verschließen und dabei die Schweißnähte der Stopfen so anzuordnen, daß sie beim Bearbeiten des Kurbelgehäuses in einem Arbeitsgang mitentfernt werden, und dadurch, nach Herausnahme der Stopfen der Einlaß bzw. Auslaß geöffnet ist. Eine Verun reinigung des Kühlraums durch Späne ist dadurch weitgehend verhindert, so daß auf besondere Reinigungsmaßnahmen ver zichtet werden kann.It makes sense to have the inlet and the outlet of the hollow body closed when pouring. Expediently the inlet and the outlet by drilling the hollow bodies educated. It is also advantageous, the inlet and the Plug the outlet with a plug before pouring and arrange the welds of the plugs so that they when machining the crankcase in one operation be removed, and thereby, after removing the Plug the inlet or outlet is open. A verun This means that the cooling room is largely cleaned by chips prevented, so that special cleaning measures ver can be waived.

Bei der Rohrschlangenausführung treten die verschlossenen Rohrenden vorteilhafterweise aus der Kurbelgehäusekontur heraus und liegen in Zugrichtung für den Ober- und Unter kasten. Diese Rohrenden werden sinnvollerweise durch span los schneidende Rohrschneidevorrichtungen abgeschnitten, wodurch auch auf eine Reinigung verzichtet werden kann.With the pipe coil version the closed Tube ends advantageously from the crankcase contour out and lie in the direction of pull for the top and bottom box. These pipe ends are usefully made by span cut loose pipe cutting devices, which also means that cleaning is not required.

Vorteilhafterweise ist der Kühlraum und damit der Hohlkör per an zumindest einer seiner ihn begrenzenden Flächen mit Kühllamellen versehen. Dadurch wird die Oberfläche dieser Flächen stark vergrößert, wodurch größere Wärmemengen übertragen oder aber Kühlflüssigkeiten mit schlechterem Wärmeübergang (z.B. Öl) verwendet werden können.The cooling space and thus the hollow body is advantageous per on at least one of its boundaries Provide cooling fins. This will make the surface of this Areas greatly enlarged, resulting in larger amounts of heat transferred or coolants with worse Heat transfer (e.g. oil) can be used.

Weiterhin sind erfindungsgemäß im Kühlraum Strömungskörper angeordnet. Durch diese Strömungskörper kann die Strö mungsgeschwindigkeit der hindurchfließenden Kühlflüssig keit beeinflußt, d.h. erhöht werden. Weiterhin wird zu gleich auch die wärmeabgebende Oberfläche des Kühlraums vergrößert.Furthermore, according to the invention, flow bodies are in the cooling space arranged. Through this flow body, the Strö flow rate of the coolant flowing through influence, i.e. increase. Furthermore, too the heat-dissipating surface of the cold room enlarged.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den Zeichnungen, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt: Further features of the invention result from the Be writing and the drawings, the embodiments of the Show invention and are described in more detail below. It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse mit im Zylin derbereich eingegossenen Rohrschlangen, Fig. 1 shows a section through a crankcase with coarse rich cast in Zylin pipe coils,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Kurbelgehäuse mit im Zylinderbereich eingegossenen, geschachtelten Rohr schlangen, Fig. 2 shows a detail snakes of a crankcase with cast-in cylinder area, nested tube,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Zylinderreihe in Axial richtung mit eingegossenen, geschachtelten Rohr schlangen, Fig. 3 is a plan view of a row of cylinders in the axial direction with cast, nested coils,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse mit einem im Zylinderbereich eingegossenen, geschichteten Blechpaket als Hohlkörper, Fig. 4 shows a section through a crankcase with a cast in the cylinder area, the laminated sheet package as a hollow body,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse mit einem im Zylinderbereich eingegossenen, geschichteten Blechpaket und verschiedenen Kühlmittelzu- und -abflüssen. Fig. Shows a section through a crankcase with a cast in the cylinder area, the laminated core and different coolant supply and outflows. 5

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuse 1 mit einer im Zylinderbereich eingegossenen Rohrschlange 5, die um das Zylinderrohr 8 gewickelt ist. Ein Ende 9 der Rohr schlange 5 ist aus dem Zylinderrohr 8 bzw. dem Kurbelge häuse 1 herausgeführt und mündet z.B. in eine nicht ge zeichnete Hauptölbohrung. Vor dem Gießen ist dieses Ende 9 verschlossen und wird nach dem Gießen vorteilhafterweise durch eine spanlos schneidende Rohrschneidevorrichtung ge öffnet. Durch diese Maßnahme gelangen keine Späne in die Rohrschlange 5, so daß eine Reinigung entfällt. An der dem einen Ende 9 entgegengesetzten Seite ist durch ein nach trägliches Anbohren ein Kühlmittelzu- oder -abfluß 3 ge schaffen worden. Dabei ist eine Bohrung 10 in Zylinder achsrichtung 6 angebracht, welche die Rohrschlange 5 axial durchstößt. Diese Bohrung 10 trifft kühlmittelführend, nachdem alle Windungen der Rohrschlange 5 durchstoßen sind, auf eine in Längsrichtung der Zylinderreihe oder des Zylinders angeordnete Längsbohrung 11. Fig. 1 shows a section through a crankcase 1 with a cast-in cylinder portion coil 5 which is wound around the cylinder tube 8. One end 9 of the pipe coil 5 is led out of the cylinder tube 8 or the Kurbge housing 1 and opens, for example, into a main oil bore not drawn. Before the casting, this end 9 is closed and, after the casting, is advantageously opened by a non-cutting tube cutting device. By this measure, no chips get into the coil 5 , so that cleaning is not necessary. At one end 9 opposite side has been created by a subsequent drilling a coolant inflow or outflow 3 ge. A bore 10 is made in the cylinder axis direction 6 , which axially pierces the coil 5 . This bore 10 strikes a longitudinal bore 11 arranged in the longitudinal direction of the row of cylinders or the cylinder in a coolant-conducting manner after all turns of the coil 5 have been pierced.

Fig. 2 zeigt ebenfalls im Zylinderbereich eingegossene Rohrschlangen 5, wobei der Zwischenbereich 12 zweier Zy linderrohre abgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Rohrschlange 13 des einen Zylinders und die Rohrschlange 14 des benachbarten Zylinders entgegengesetzt gewunden. Dadurch können die Rohrschlangen geschachtelt und damit die Packungsdichte erhöht werden. Fig. 2 also shows in the cylinder region cast pipe coils 5 , the intermediate region 12 of two cylinder tubes is shown Zy. The pipe coil 13 of one cylinder and the pipe coil 14 of the adjacent cylinder are advantageously wound in opposite directions. This allows the coils to be nested and the packing density to be increased.

In Fig. 3 ist die erwähnte geschachtelte Anordnung der Rohrschlangen 5 in einer Draufsicht auf eine Zylinderreihe 15 in Axialrichtung gezeigt. Auch hier sind die Rohr schlangen 5 zweier benachbarter Zylinder entgegengesetzt gewunden, so daß im Zwischenbereich 12 eine höhere Packungsdichte erreicht wird. Die Rohrenden 16 sind dabei aus dem Kurbelgehäuse 1 herausgeführt und dienen beim Gie ßen als Abstützung, d.h. durch die Rohrenden 16 werden die Rohrschlangen 5 in der Gußform gehalten. Dabei ist darauf zu achten, daß sie an der für die Kühlung richtigen Stel len positioniert sind. Die Rohrenden 16 sind zweckmäßiger weise beim Gießen verschlossen.In Fig. 3, the aforementioned nested arrangement of the coils 5 is shown in a plan view of a row of cylinders 15 in the axial direction. Here too, the coils 5 of two adjacent cylinders are wound in opposite directions, so that a higher packing density is achieved in the intermediate region 12 . The tube ends 16 are led out from the crankcase 1 and serve as a support SEN, ie the tube ends 16, the coils are held in the mold 5 during the casting. It is important to ensure that they are positioned at the correct positions for cooling. The tube ends 16 are expediently closed during casting.

Fig. 4 zeigt als Kühlräume eingegossene geschichtete Blechpakete 4. Dies Blechpakete 4 bestehen aus einzelnen Hohlringen 17, die zu einem Blechpaket zusammengesetzt sind. Dabei sind die einzelnen Hohlringe 17 konzentrisch übereinander angeordnet und durch z.B. einer Lötung 18 miteinander fest verbunden. Jeder Hohlring 17 besteht aus einer Deckelplatte 19 und einer daran befestigten Boden platte 20. Durch den von der Bodenplatte 20 und der Deckelplatte 19 gebildeten Kühlraum 2 fließt im Betrieb der Brennkraftmaschine die Kühlflüssigkeit. Die Deckel platte 19 kann an der Bodenplatte 20 durch z.B. eine Lö tung, Klebung, Quetschung oder ähnliches befestigt sein. An der obersten Deckelplatte 21 des Blechpaketes 4, einem nicht gezeigten Zylinderkopf benachbart, ist eine Halte rung 22 angeordnet, die über den Außenrand des Kurbelge häuses 1 gelegt ist. Diese Halterung 22 dient beim Gießen als Abstützung des Blechpaktes 4 in der Gußform. Als Kühl mittelein- und -auslaß dient eine nach dem Gießen ange brachte Bohrung 10, die alle Hohlringe 17 in Axialrichtung durchstößt. Unterhalb des Blechpaketes 4 in Richtung einer nicht gezeigten Kurbelwelle, mündet die Bohrung 10 in eine Längsbohrung 11 ein. Je nach den Erfordernissen kann die Längsbohrung 11 oder die Bohrung 10 den Ein- bzw. Auslaß für die Kühlflüssigkeit bilden. Zur Vergrößerung der Ober fläche und der Strömungsgeschwindigkeit sind in den ein zelnen Hohlringen Strömungskörper 7 angeordnet. Vorteil hafterweise sind in dem Kühlraum, d.h. den Hohlringen 17 an zumindest einer seiner ihn begrenzenden Flächen Kühlla mellen angeordnet. Diese Kühllamellen können demnach ent weder außerhalb oder innerhalb der die Kühlräume 2 begren zenden Wand an dieser angeordnet sein. Es ist sinnvoll, die Hohlkörper aus Stahl zu fertigen. Es können aber auch andere Metalle benutzt werden. Fig. 4 is cast as refrigerators layered sheet packs 4. This laminated core 4 consist of individual hollow rings 17 , which are assembled into a laminated core. The individual hollow rings 17 are arranged concentrically one above the other and are firmly connected to one another by, for example, soldering 18 . Each hollow ring 17 consists of a cover plate 19 and a bottom plate 20 attached thereto. The cooling liquid flows through the cooling space 2 formed by the base plate 20 and the cover plate 19 during operation of the internal combustion engine. The cover plate 19 can be attached to the base plate 20 by, for example, a soldering device, adhesive bonding, crushing or the like. On the top cover plate 21 of the laminated core 4 , a cylinder head, not shown adjacent, a holding tion 22 is arranged, which is placed over the outer edge of the crankcase 1 . This holder 22 serves as a support for the sheet metal compact 4 in the casting mold. As a cooling medium inlet and outlet is a hole after casting brought 10 , which pierces all the hollow rings 17 in the axial direction. Below the laminated core 4 in the direction of a crankshaft, not shown, the bore 10 opens into a longitudinal bore 11 . Depending on the requirements, the longitudinal bore 11 or the bore 10 can form the inlet or outlet for the cooling liquid. To enlarge the upper surface and the flow rate flow bodies 7 are arranged in the individual hollow rings. Advantageously, in the cold room, ie the hollow rings 17 on at least one of its bounding surfaces, cooling lamellae are arranged. Accordingly, these cooling fins can be arranged ent either outside or inside the wall restricting the cooling spaces 2 . It makes sense to manufacture the hollow body from steel. However, other metals can also be used.

In der Fig. 5 ist ein ähnliches Blechpaket 4 gezeigt, wie in Fig. 4, nur mit verschiedenartiger Kühlmittelzu- bzw. -abführung. FIG. 5 shows a laminated core 4 similar to that in FIG. 4, but with different types of coolant supply and discharge.

Fig. 5a zeigt ein Blechpaket 4, wobei die oberste, dem nicht gezeigten Zylinderkopf zugewandte Deckelplatte eine zylinderförmige Erweiterung 23 aufweist, die über den Oberrand 24 des Kurbelgehäuses 1 hinausragt. Diese Erwei terung 23 kann während einer Bearbeitung des Kurbelgehäu ses 1 z.B. spanlos geöffnet werden und als Einlaß bzw. Auslaß für das Kühlmittel dienen. In der Bodenplatte 20 jedes Hohlringes 17 ist eine rohrförmige Öffnung 25 ange ordnet, die durch die Deckelplatte 19 des benachbarten Hohlringes 17 hindurchstoßend in dessen Kühlraum 2 führt. Dadurch sind alle Hohlringe 17 miteinander kühlmitteltra gend verbunden. Die unterste, der nicht gezeigten Kurbel welle zugewandten Bodenplatte ist gleichfalls wie die eben beschriebene obere Deckelplatte mit einer zylinderförmigen Erweiterung 26 versehen, die mit einer Längsbohrung 11, die als Einlaß bzw. Auslaß dient, verbunden ist. Fig. 5a shows a laminated core 4, wherein the top, facing the cylinder head, not shown, cover plate has a cylindrical extension 23 which projects beyond the upper edge 24 of the crankcase 1. This extension 23 can be opened during machining of the crankcase 1, for example without cutting, and serve as an inlet or outlet for the coolant. In the bottom plate 20 of each hollow ring 17 is a tubular opening 25 is arranged, which leads through the cover plate 19 of the adjacent hollow ring 17 in the cooling chamber 2 . As a result, all the hollow rings 17 are connected to one another coolant carrier. The lowermost, the crankshaft bottom plate not shown is also provided as the upper cover plate just described with a cylindrical extension 26 which is connected to a longitudinal bore 11 , which serves as an inlet or outlet.

In Fig. 5b ist das eingegossene Blechpaket 4 an der Außen wand abgeschnitten, so daß die einzelnen Verbindungsstel len der Hohlringe 17 nicht mehr zu sehen sind. Durch die ses Abschneiden sind die Hohlringe 17 nach außen hin ge öffnet und münden in einen Raum 27, der durch einen Körper 28, der am Kurbelgehäuse 1 kühlwasserdichtend befestigt ist, und dem Kurbelgehäuse 1 begrenzt ist. Dieser Körper 28 weist zwei Öffnungen 29 auf, die als Zufluß bzw. Abfluß für die Kühlflüssigkeit dienen. Gestrichelt gezeichnet ist ein Kühler 30, der z.B. als Ölkühler ausgebildet die Kühl flüssigkeit herunterkühlt. Vorzugsweise wird bei dieser Ausführung Öl als Kühlflüssigkeit verwendet.In Fig. 5b, the in-mold laminated core 4 is cut off at the outer wall, so that the individual junction of the len of the hollow rings 17 are no longer visible. By cutting this ses the hollow rings 17 ge opens outward and open into a space 27 , which is limited by a body 28 which is fixed to the crankcase 1 cooling water-tight, and the crankcase 1 . This body 28 has two openings 29 which serve as an inflow or outflow for the cooling liquid. A cooler 30 is drawn in dashed lines and cools the cooling liquid, for example, as an oil cooler. In this embodiment, oil is preferably used as the cooling liquid.

Mit dieser Erfindung ist erstmals eine Möglichkeit ge schaffen, die wärmeübertragende Fläche bei integrierten Kühlräumen stark zu vergrößern, ohne daß wärmeisolierende Stellen im Kühlraum auftreten bei gleichzeitiger Vereinfa chung des Einbaus.With this invention a possibility is ge for the first time create the heat transfer surface with integrated To greatly enlarge cold rooms without being heat-insulating Places in the cold room occur with simultaneous simplification installation.

Die eben beschriebenen erfindungsgemäß als Kühlräume die nenden eingegossenen metallischen Hohlkörper können auch in den Zylinderkopf eingegossen werden, und dort z.B. den Kipphebelraum, die Ein- bzw. Auslaßventile, das Einspritz ventil oder den Abgaskanal kühlen. Ferner ist dieses Sy stem sowohl für Einzel- als auch Reihenzylinderköpfe oder das Zylinderrohr bestens geeignet.The just described according to the invention as cold rooms The cast-in hollow metal body can also be poured into the cylinder head, and there e.g. the Rocker arm space, the intake and exhaust valves, the injection cool the valve or the exhaust duct. Furthermore, this is Sy stem for both single and inline cylinder heads or the cylinder barrel is ideally suited.

Claims

1. crankcase with a cooling chamber arranged in the cylinder region ( 2 ) with at least one inlet and one outlet, characterized in that at least one hollow metal body in the crankcase ( 1 ) is poured as cooling chamber ( 2 ).

2. Crankcase according to claim 1, characterized net that the hollow body is made of steel.

3. Crankcase according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow body consists of a layered laminated core ( 4 ).

4. Crankcase according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hollow body consists of tubes, in particular special coils ( 5 ).

5. Crankcase according to claim 4, characterized in that the coils ( 5 ) of two adjacent cylinders are wound in opposite directions with respect to the cylinder axes ( 6 ).

6. Crankcase according to one of claims 1 to 5, there characterized in that the inlet and the outlet at Pouring are closed.

7. crankcase according to one of claims 1 to 6, there characterized in that the inlet and the outlet by Drilling the hollow body are formed.

8. Crankcase according to one of claims 1 to 7, there characterized in that the hollow body on at least one egg ner of its bounding areas with cooling fins see is.

9. Crankcase according to one of claims 1 to 8, characterized in that flow bodies ( 7 ) are arranged in the cooling space ( 2 ).