DE4136750B4

DE4136750B4 - Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung

Info

Publication number: DE4136750B4
Application number: DE19914136750
Authority: DE
Inventors: Albert Nolte; Toni Kleinschmidt
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2011-11-09
Also published as: DE4136750A1

Abstract

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, die ein Kurbelgehäuse (1, 1a) mit mehreren Zylinderbuchsen (2, 2a) und einen Zylinderkopf (4, 4a) in Blockbauweise aufweist, wobei das Kurbelgehäuse (1, 1a) um die einzelnen Zylinder herum Kühlräume (3, 3a) aufweist, innerhalb deren ein Kühlmittelverteilkanal (15, 15a) zur Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Zylinderbuchsen (2, 2a) angeordnet ist und wobei der Zylinderkopf (4, 4a) einen Kopfkühlraum (5, 5a) aufweist, der über Kurbelgehäuseausströmöffnungen (10, 10a) und Zylinderkopfzuströmöffnungen (22, 22a) mit den Kühlräumen (3, 3a) und über Zylinderkopfaustrittsöffnungen (11, 11a) und Kurbelgehäusezuströmöffnungen (23, 23a) mit einem Austrittsraum (8, 8a) in Strömungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlräume (3, 3a) zumindest teilweise als Kühlmittelverteilkanal (15, 15a) und der Kopfkühlraum (5, 5a) zumindest teilweise als Kühlmittelsammelkanal (17, 17a) ausgebildet sind und dass ein Zutritt (9, 9a) zu den Kühlräumen (3, 3a) und ein Austritt (12, 12a) aus dem Austrittsraum (8, 8a) im Mittenbereich der gegenüberliegenden Breitseiten des Kurbelgehäuses...

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung die ein Kurbelgehäuse mit mehreren Zylinderbuchsen und einen Zylinderkopf in Blockbauweise aufweist, wobei das Kurbelgehäuse um die einzelnen Zylinder herum Kühlräume aufweist, innerhalb derer ein Kühlmittelverteilkanal zur Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Zylinderbuchsen angeordnet ist und wobei der Zylinderkopf einen Kopfkühlraum aufweist, der über Kurbelgehäuseausströmöffnungen und Zylinderkopfzuströmöffnungen mit den Kühlräumen und über Zylinderkopfaustrittsöffnungen und Kurbelgehäusezuströmöffnungen mit einem Austrittsraum in Strömungsverbindung steht.

Aus der US 4,284,037 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der ein sich längs des Kurbelgehäuses erstreckender separater Kanal vorhanden ist, von dem Bohrungen ausgehen, die mit jedem Zylinder zugeordneten Kammern in Verbindung stehen. Genauso ist zur Abführung des Kühlmittels ein Kühlmittelsammelkanal vorhanden, der ebenfalls als separater Kanal unabhängig von dem Zylinderkopf oberhalb des Kühlmittelverteilkanals in das Kurbelgehäuse eingelassen ist.

In der weiterhin bekannten US 1,878,165 wird eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung beschrieben, die ein Kurbelgehäuse mit mehreren Zylinderbuchsen und einem Zylinderkopf aufweist, wobei das Kurbelgehäuse um die einzelnen Zylinder herum Kühlräume aufweist, innerhalb derer ein Kühlmittelverteilkanal zur Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Zylinderbuchsen angeordnet ist und wobei der Zylinderkopf einen Kopfkühlraum aufweist, der über Kurbelgehäuseausströmöffnungen und Zylinderkopfzuströmöffnungen mit den Kühlräumen und über Zylinderkopfaustrittsöffnungen und Kurbelgehäusezuströmöffnungen mit einem Austrittsraum in Strömungsverbindung steht.

Auch diese Lösung hat den Nachteil, dass das Kühlmittel über einen gesonderten Kühlmittelverteilkanal im Kurbelgehäuse verteilt wird und über einen ebenfalls gesonderten Kühlmittelsammelkanal im Kurbelgehäuse wieder gesammelt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurbelgehäuse und einen Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschinen in möglichst einfacher und kompakter Form zu gestalten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kühlräume zumindest teilweise als Kühlmittelverteilkanal und der Kopfkühlraum zumindest teilweise als Kühlmittelsammelkanal ausgebildet sind und dass ein Zutritt zu den Kühlräumen und ein Austritt aus dem Austrittsraum im Mittenbereich der gegenüberliegenden Breitseiten des Kurbelgehäuses angeordnet sind. Durch die Ausnutzung der Kühlwasserräume im Kurbelgehäuse und Zylinderkopf zum Verteilen und Sammeln der Kühlflüssigkeit können separate Verteil- und Sammelleitungen entfallen. Dadurch verringern sich der Bauaufwand und der Platzbedarf der Brennkraftmaschine. Weiterhin ist eine klare Trennung des Kühlmittelzulaufs und des Kühlmittelablaufs am Kurbelgehäuse gegeben. Die Anordnung der Zutrittsstelle und der Austrittsstelle am Kurbelgehäuse bietet den Vorteil, dass bei einer eventuell notwendigen Zylinderkopfdemontage das gesamte Kühlsystem unberührt bleiben kann. Dieses wirkt sich besonders vorteilhaft bei integrierter Flüssigkeitskühlung mit am Kurbelgehäuse befestigter Rückkühlanlage aus.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist auch bei mehreren Zutrittsstellen im Kurbelgehäuse für die Kühlflüssigkeit eine externe Verteilleitung überflüssig, da deren Funktion durch einen angeflanschten Schmierölwärmetauscher wahrgenommen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Kühlmittelsammelkanals im Kopfkühlraum ermöglicht dessen Verbindung mit dem Austrittsraum im Kurbelgehäuse über lediglich eine Kopfausströmöffnung. Dadurch vereinfachen sich der Gusskern des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Kurbelgehäuseausströmöffnungen mit den dazugehörigen Zylinderkopfzuströmöffnungen auf der Seite des Zutritts angeordnet und die Kühlräume weisen im direkten Strömungsweg zwischen dem Zutritt und der jeweiligen Kurbelgehäuseausströmöffnung eine Drosselstelle auf, die sich über die Länge jeder Zylinderbuchse in deren Umfangsbereich erstreckt. Dadurch wird eine einfache Umkehrströmung der Kühlflüssigkeit in den Kühlräumen ermöglicht. Die Drosselstelle verhindert einen Strömungskurzschluss, ermöglicht aber einem Teilstrom den Durchfluss. Auf diese Weise werden die Zylinderbuchsen komplett umspült und damit gleichmäßig gekühlt. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft bei integrierten Zylinderbuchsen.

Für auswechselbare Zylinderbuchsen, sogenannte nasse Zylinderbuchsen, bietet die erfindungsgemäße Weiterbildung gemäß Patentanspruch fünf den Vorteil, dass durch Strömungsleitvorrichtungen eine sehr intensive und gleichmäßige Kühlung der Zylinderlaufbuchsen erreicht wird. Dazu trägt die Profilierung der ersten Strömungsleitvorrichtung bei, die den eintretenden Kühlmittelstrom in zwei ungleiche, der Zylinderzahl entsprechende Teilströme aufteilt. Außer dem dienen die unterschiedlich breiten Austrittsschlitze der einzelnen Kühlräume einer gleichmäßigen Kühlmittelverteilung.

Die erfindungsgemäßen Strömungsverbindungen zwischen den einzelnen Kühlräumen dienen dem Strömungsausgleich zwischen denselben und der Verbindung der einzelnen Kühlraumkerne.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Kühlmittelsammelkanals auf der Seite der Ausströmöffnung des Kopfkühlraumes bietet den Vorteil einer klaren Querdurchströmung des Kopfkühlraumes. Dem gegenüber bietet die alternative Lösung mit einer Umkehrströmung des Kühlmittels im Kopfkühlraum den Vorteil eines einfacheren Gusskernes für denselben.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Kurbelgehäuse mit integrierter Zylinderbuchse und zugehörigem Zylinderkopf,
1a einen Querschnitt durch ein Kurbelgehäuse mit nasser Zylinderbuchse und zugehörigem Zylinderkopf,
2 einen Horizontalschnitt durch ein Kurbelgehäuse mit integrierten Zylinderbuchsen,
2a einen Horizontalschnitt durch ein Kurbelgehäuse mit nassen Zylinderlaufbuchsen und
3 einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf, der zum Kurbelgehäuse mit nassen Laufbuchsen gehört.
Der in den 1 und 2 dargestellte Kühlmittelkreislauf bei einem Kurbelgehäuse 1 mit integrierten Zylinderbuchsen funktioniert folgendermaßen:
Das Kühlmittel tritt, abhängig von der Anzahl der Zylinder, an einer oder zwei Zutrittsstellen 9 über einen nicht dargestellten Schmierölwärmetauscher in die Kühlräume 3 des Kurbelgehäuses 1 ein, strömt zwischen den Zylinderbuchsen 2 auf die der Zutrittsstelle 9 gegenüberliegenden Seite, wird dort umgelenkt, umströmt dabei die Zylinderbuchsen 2 und gelangt zurück zur Seite der Zutrittsstelle 9. Dort befindet sich in einer Abschlussplatte 25 des Kurbelgehäuses 1 eine Kurbelgehäuseausströmöffnung 10, durch die das Kühlmittel über eine Zylinderkopfzuströmöffnung 22 in einem Zylinderkopfboden 26 in den Kopfkühlraum 5 gelangt. In den Kühlräumen 3, die die einzelnen Zylinderbuchsen 2 umgeben, ist an jeder Zylinderbuchse 2 eine Drosselstelle 13 vorgesehen, die eine Kurschlussströmung zwischen der Zutrittsstelle 9 und der Kurbelgehäuseausströmöffnung 10 verhindert, jedoch ein komplettes Umströmen der Zylinderbuchsen 2 gestattet. Der Kopfkühlraum 5 des Zylinderkopfes 4 wird von der Kühlflüssigkeit quer durchströmt. Diese wird in einem Kühlmittelsammelkanal 17, der Teil des Kopfkühlraumes 5 ist, gesammelt und gelangt über eine in der Mitte des Zylinderkopfes 4 vorgesehene Zylinderkopfausströmöffnung 11 des Zylinderkopfbodens 26 und über die Kurbelgehäusezuströmöffnung 23 der Abschlussplatte 25 in einen Austrittsraum 8 des Kurbelgehäuses 1. Diesen verlässt die Kühlflüssigkeit über einen Austritt 12, der auf der der Zutrittsstelle 9 gegenüberliegenden Seite des Kurbelgehäuses 1 angeordnet ist.
Die Kühlmittelführung eines Kurbelgehäuses 1a mit nassen Zylinderbuchsen 2a geht aus den 1a, 2a und 3 hervor. Das Kühlmittel tritt in das Kurbelgehäuse 1a über einen nicht dargestellten Schmieröl-Wärmetauscher und die Zutrittsstelle 9a in die Kühlräume 3a ein, die jede Zylinderbuchse 2a umgeben. Zunächst wird der Kühlmittelstrom durch die Profilierung einer dritten Strömungsleitvorrichtung 14' in zwei der jeweiligen Zylinderzahl angepassten unterschiedlichen Ströme aufgeteilt und gelangt durch den Kühlmittelverteilkanal 15a zu den einzelnen Zylinderbuchsen 2a, wobei der Kühlmittelverteilkanal 15a Teil der Kühlräume 3a ist.
Die Strömungsleitvorrichtungen 14, 14', 14'', 14''' bewirken eine klare Führung des Kühlmittelstromes und dadurch eine intensive Kühlung der Zylinderbuchsen 2a.
Nach Durchströmen der Kühlräume 3a gelangt das Kühlmittel über Austrittsschlitze 18 in die Kühlmittelräume 16. Von dort strömt das Kühlmittel weiter durch Kurbelgehäuseausströmöffnungen 10a in der Abschlussplatte 25a des Kurbelgehäuses 1a und weiter durch Zylinderkopfzuströmöffnungen 22a in den Zylinderkopfboden 26a des Zylinderkopfes 4a in den Kopfkühlraum 5a. Dort wird die Strömung durch Strömungsleitrippen 19, 19' zu den Zylinderkopfenden 21, 21' gelenkt, wo sie umkehrt und in Richtung Zylinderkopfmitte durch den Kühlmittelsammelkanal 17a zurückströmt. Letzterer ist ein Teil des Kopfkühlraumes 5a.
In der Mitte des Zylinderkopfes 4a ist auf der Seite des Austrittsraumes 8a eine Zylinderkopfausströmöffnung 11a vorgesehen, über die und die Kurbelgehäusezuströmöffnung 23a das Kühlmittel in den Austrittsraum 8a gelangt. Diesen verlässt das Kühlmittel durch einen Austritt 12a, der auf der gegenüberliegenden Seite der Zutrittsstelle 9a liegt.

Claims

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, die ein Kurbelgehäuse (1, 1a) mit mehreren Zylinderbuchsen (2, 2a) und einen Zylinderkopf (4, 4a) in Blockbauweise aufweist, wobei das Kurbelgehäuse (1, 1a) um die einzelnen Zylinder herum Kühlräume (3, 3a) aufweist, innerhalb deren ein Kühlmittelverteilkanal (15, 15a) zur Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Zylinderbuchsen (2, 2a) angeordnet ist und wobei der Zylinderkopf (4, 4a) einen Kopfkühlraum (5, 5a) aufweist, der über Kurbelgehäuseausströmöffnungen (10, 10a) und Zylinderkopfzuströmöffnungen (22, 22a) mit den Kühlräumen (3, 3a) und über Zylinderkopfaustrittsöffnungen (11, 11a) und Kurbelgehäusezuströmöffnungen (23, 23a) mit einem Austrittsraum (8, 8a) in Strömungsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlräume (3, 3a) zumindest teilweise als Kühlmittelverteilkanal (15, 15a) und der Kopfkühlraum (5, 5a) zumindest teilweise als Kühlmittelsammelkanal (17, 17a) ausgebildet sind und dass ein Zutritt (9, 9a) zu den Kühlräumen (3, 3a) und ein Austritt (12, 12a) aus dem Austrittsraum (8, 8a) im Mittenbereich der gegenüberliegenden Breitseiten des Kurbelgehäuses (1, 1a) angeordnet sind.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmierölwärmetauscher im Bereich des Zutritts (9, 9a) am Kurbelgehäuse (1, 1a) angeordnet ist, und dass die Kühlflüssigkeit über den Schmierölwärmetauscher zu dem Zutritt (9, 9a) gelangt.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfkühlraum (5, 5a) nur eine Zylinderkopfaustrittsöffnung (11, 11a) aufweist, die in Strömungsverbindung mit dem Austritt (8, 8a) steht.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelgehäuseausströmöffnungen (10) mit den dazugehörigen Zylinderkopfzuströmöffnungen (22) auf der Seite des Zutritts (9) angeordnet sind und dass die Kühlräume (3, 3a) im direkten Strömungsweg zwischen dem Zutritt (9) und der jeweiligen Kurbelgehäuseausströmöffnung (10) eine Drosselstelle (13) aufweisen, die sich über die Länge jeder Zylinderbuchse (2) in deren Umfangsbereich erstreckt.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelgehäuseausströmöffnungen (10a) mit den dazugehörigen Zylinderkopfzuströmöffnungen (22a) auf der Seite des Austritts (12a) angeordnet sind, und dass in den Kurbelgehäusekühlräumen (3a) zwischen den Zylinderbuchsen (2a) und in einem in etwa konstanten radialen Abstand von diesen erste, zweite, dritte und vierte Strömungsleitvorrichtungen (14, 14', 14'', 14''') angeordnet sind, wobei die erste Strömungsleitvorrichtung (14) den durch den Zutritt (9a) einströmenden Kühlmittelstrom entsprechend der Zylinderzahl auf die beiden Äste des Kühlmittelverteilkanals (15a) aufteilt, und dass im Kurbelgehäuse (1a) auf der Seite des Austritts (12a) Kühlmittelsammelräume (16) vorgesehen sind, die durch die dritte Strömungsleitvorrichtung (14'') von den Kühlräumen (3a) getrennt sind und über Austrittsschlitze (18) mit diesen in Strömungsverbindung stehen, und dass der Austrittsraum (8a) durch die vierte Strömungsleitvorrichtung (14''') von den Blockkühlräumen (3a) abgetrennt ist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsschlitze (18) der einzelnen Kühlräume (3a) unterschiedliche Breiten aufweisen.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verbindungslinie zwischen den Zylinderbuchsen (2, 2a) eine Strömungsverbindung (24) zwischen den Kühlräumen (3, 3a) vorgesehen ist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopfkühlraum (5) auf der Seite der Zylinderkopfausströmöffnung (11) ein Kühlmittelsammelkanal (17) angeordnet ist, der Strömungsverbindungen mit dem Kopfkühlraum (5) und der Zylinderkopfausströmöffnung (11) aufweist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopfkühlraum (5a) zwischen ersten Schraubenpfeifen (6) in einer Zylinderkopfwand (20) und zweiten Schraubenpfeifen (7) innerhalb des Kopfkühlraum (5a) Strömungsleitrippen (19, 19'') angeordnet sind, die die Zylinderkopfzuströmöffnungen (22a) zur Zylinderkopfmitte hin abdecken.