EP0232467A2 - Mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine with liquid cooling, a cylinder head and a cylinder crankcase connected to the latter and comprising cylinder liners around which the cooling medium flows.
- the object of the invention is to provide an internal combustion engine which is lightweight and compact with functional cooling.
- the main advantages achieved with the invention can be seen in the fact that through the cooling medium guide transversely to the longitudinal direction of the internal combustion engine, a channel system surrounding the particularly warm areas of the internal combustion engine can be realized for a relatively small cooling medium volume, which has a weight-reducing effect.
- the reduced volume of cooling medium also ensures that the internal combustion engine quickly reaches its operating temperature, which has a favorable effect on fuel consumption and exhaust gas emission.
- a separate and needs-based supply of cooling medium to the cylinder head and the cylinder liners is possible through the supply channel.
- the feed channel and the outlet channel can be provided in a simple manner between the said internal combustion engine components.
- Cross bores are used to connect the feed channel to the ring channels of the cylinder liners, which not only can be easily introduced via the recesses, but also, if necessary, for calibration of the coolant flow, e.g. can be used for internal combustion engines of different performance. Due to the arrangement of the feed channel adjacent to the exhaust valves, the principle of directionally cooling warm zones of the internal combustion engines is additionally supported. The different volume of the medium chambers of the inlet and outlet valves also contributes to this.
- the type of arrangement of the - separate - cylinder liners used in receptacles of the cylinder crankcase enables relatively small cylinder distances and shortens the overall length of the internal combustion engine, which also has a weight-reducing effect.
- the narrow area between the cylinder liners, in which a groove is provided can be effectively sealed.
- the sealing sections of the cylinder head gasket in the area of the inlet and outlet channel simplify the sealing between the cylinder head and the cylinder crankcase.
- the multi-cylinder, liquid-cooled internal combustion engine comprises a cylinder head 2 and a cylinder crankcase 3; both are assembled in a horizontal connection plane A-A and are held in position by means of screws, not shown.
- a cylinder crankcase 3 Provided in the cylinder crankcase 3 are a plurality of cylinder liners 4, 5, for example made of gray cast iron, which according to FIG. 1 are formed by separate components inserted into the cylinder crankcase 3. 2, the cylinder liner 6 is integrally - cast - connected to the cylinder crankcase 3.
- the cylinder head 2 comprises exhaust valves 7 and intake valves 8 which run in a V-shape with respect to one another and are actuated by means of camshafts (not shown).
- the internal combustion engine 1 For cooling the internal combustion engine 1, it has along its one long side - seen in the longitudinal direction B-B of the internal combustion engine - a feed channel 9 which has an inlet at 10 into which the liquid cooling medium, which is conveyed by a water pump, not shown, enters. From this feed channel 9, the cooling medium is guided transversely to the longitudinal direction BB through the cylinder head 2 and bypasses the cylinder liners 4, 5, 6 - cross-flow cooling - and reaches the outlet channel 11, the outlet of which is designated 12 and from where the cooling medium is supplied flows a cooler, not shown.
- the flow of the cooling medium is marked with arrows "a".
- the inlet 10 and the outlet 12 are assigned to the cylinder crankcase 3; but these can also be attached to the cylinder head 2.
- the supply duct 9 and the outlet duct 11 are integrated in the internal combustion engine and run on their longitudinal sides C and D between the cylinder head 2 and the cylinder crankcase 3.
- the supply duct 9 and the outlet duct 11 are formed by recesses 13, 14 and 15, 16 in the cylinder head 2 and the cylinder crankcase 3, the recesses 13, 14 and 15, 16 being introduced from the connection plane AA into the respective internal combustion engine components.
- Cross bores 19, 20 are provided between the feed channel 9 and the ring channels 17, 18 surrounding the cylinder liners 4, 5, 6 (FIGS. 1 and 3). Further cross bores 21, 22 connect the ring channels 17, 18 to the outlet channel 11.
- the transverse bores 19, 20 and 21, 22 are machined through the recesses 13 and 15, their machining direction extending obliquely to a central longitudinal plane EE of the internal combustion engine 1 (FIG. 1).
- the feed channel 9 runs adjacent to the outlet valves 7.
- the coolant passes from the feed channel 9 via transverse bores 23 into the medium chambers 24 surrounding the outlet valves 7 and then flows, previously passing through the medium chambers 25 above the inlet valves 8, into the outlet channel 11.
- the medium chambers 24 of the outlet valves 7 are larger than the medium chambers 25 of the inlet valves due to the temperature conditions prevailing there in terms of volume.
- the cylinder liners 5 have flats 27, 28 and essentially the same wall thicknesses. The flats 27, 28 are formed by reducing the wall thickness (FIG. 8).
- a groove 30 is provided (FIG. 5), into which a one-piece metallic cylinder head gasket 31 is inserted.
- the groove 30 is formed by angular recesses 32, 33 of the cylinder liners 4, 5.
- the groove 30 is continued outside the mutually facing cylinder liners 4, 5 (FIG. 4), where it extends through a wall 34 of the cylinder crankcase 3 and the respective recess 32 or 33 of the cylinder liners 4, 5 is shown. At a distance from the recesses 32, 33, a collar 35 is provided on the cylinder liners 4, 5 and bears against a support 36 of the cylinder crankcase 3.
- the cylinder head gasket 31 (FIG. 7) is provided with sealing sections 37, 38. These are effective between the cylinder head 2 and the cylinder crankcase 3, specifically in the area of the supply duct 9 and the outlet duct 11.
- the sealing sections 37, 38 have a metallic extension 39 of the cylinder head gasket 31, which carries a sealing body 40 made of elastic material - silicone.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung, einem Zylinderkopf und einem mit letzterem verbundenen Zylinderkurbelgehäuse, das vom Kühlmedium umströmte Zylinderlaufbüchsen umfasst.
- Brennkraftmaschinen, die bezüglich Gewicht und Abmessungen optimiert, gemeint ist leichtgewichtig und kompakt, sind, fördern Bestrebungen im Automobilbau, Herstellkosten und Betriebskosten von Personenwagen zu begrenzen bzw. zu reduzieren. Gewichtserhöhend können sich bei Brennkraftmaschinen nicht nur große Zylinderabstände (Fachbuch "Die Konstruktion schnellaufender Verbrennungsmotoren", Walter de Gruyter, Berlin-New York, 1973, Seite 21) sondern auch überdimensionierte Kühlmittelkanäle und die darin zirkulierende Mediummenge auswirken.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei funktionsgerechter Kühlung leichtgewichtig und kompakt ist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
- Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß durch die Kühlmediumführung quer zur Längsrichtung der Brennkraftmaschine ein die besonders warmen Bereiche der Brennkraftmaschine funktionsgerecht umgebendes Kanalsystem für ein relativ kleines Kühlmediumvolumen realisierbar ist, was sich gewichtsmindernd auswirkt. Auch wird durch das reduzierte Kühlmediumvolumen erreicht, daß die Brennkraftmaschine rasch ihre Betriebstemperatur erreicht, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission auswirkt.
- Durch den Zuführungskanal ist eine getrennte und bedarfsgerechte Kühlmediumversorgung des Zylinderkopfs und der Zylinderlaufbüchsen möglich. Der Zuführungskanal und der Austrittskanal sind auf einfache Weise zwischen den besagten Brennkraftmaschinenbauteilen vorsehbar. Zur Verbindung des Zuführungskanals mit den Ringkanälen der Zylinderlaufbüchsen dienen Querbohrungen, die nicht nur über die Ausnehmungen leicht eingebracht werden können, sondern auch, falls erforderlich, zur Kalibrierung des Kühlmediumstroms, z.B. für Brennkraftmaschinen unterschiedlicher Leistung, herangezogen werden können. Aufgrund der Anordnung des Zuführungskanals benachbart den Auslaßventilen wird das Prinzip, warme Zonen der Brennkraftmaschinen gerichtet zu kühlen, zusätzlich unterstützt. Auch trägt hierzu das unterschiedliche Volumen der Mediumkammern der Ein- und Auslaßventile bei.
- Die Art der Anordnung der in Aufnahmen des Zylinderkurbelgehäuses eingesetzten - separaten - Zylinderlaufbüchsen ermöglicht relativ geringe Zylinderabstände und verkürzt die Baulänge der Brennkraftmaschine, was sich ebenfalls gewichtsmindernd auswirkt. Mit der einstückigen metallischen Zylinderkopfdichtung läßt sich der schmale Bereich zwischen den Zylinderlaufbüchsen, in dem eine Nut vorgesehen ist, wirkungsvoll abdichten. Schließlich vereinfachen die Dichtabschnitte der Zylinderkopfdichtung im Bereich des Zuführungs- und Austrittskanals die Abdichtung zwischen Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher beschrieben sind.
Es zeigt - Fig. 1 einen Teilquerschnitt einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkopfs und eines Zylinderkurbelgehäuses,
- Fig. 2 eine Einzelheit X der Fig. 2,
- Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,
- Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3. in größerem Maßstab,
- Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3,
- Fig. 6 eine Einzelheit Y der Fig. 5 in größerem Maßstab,
- Fig. 7 eine Einzelheit Z der Fig. 1 in größerem Maßstab,
- Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 5
- Die mehrzylindrige flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinderkopf 2 und ein Zylinderkurbelgehäuse 3; beide sind in einer horizontalen Verbindungsebene A-A zusammengesetzt und werden mittels nicht gezeigter Schrauben in Lage gehalten. Im Zylinderkurbelgehäuse 3 sind mehrere, beispielsweise aus Grauguß bestehende, Zylinderlaufbüchsen 4, 5 vorgesehen, die nach Fig. 1 durch separate, in das Zylinderkurbelgehäuse 3 eingesetzte Bauteile gebildet werden. Gemäß Fig. 2 ist die Zylinderlaufbüchse 6 einstückig - gegossen - mit dem Zylinderkurbelgehäuse 3 verbunden.
- Der Zylinderkopf 2 umfasst Auslaßventile 7 und Einlaßventile 8, die V-förmig zueinander verlaufen und mittels nicht dargestellter Nockenwellen betätigt werden. Zur Kühlung der Brennkraftmaschine 1 weist sie entlang ihrer einen Längsseite - in Längsrichtung B-B der Brennkraftmaschine gesehen - einen Zuführungskanal 9 auf, der bei 10 einen Einlaß aufweist, in das das flüssige Kühlmedium, das von einer nicht gezeigten Wasserpumpe gefördert wird, eintritt. Von diesem Zuführungskanal 9 aus wird das Kühlmedium quer zur Längsrichtung B-B durch den Zylinderkopf 2 geführt und an den Zylinderlaufbüchsen 4, 5, 6 vorbeigeleitet - Querstromkühlung - und gelangt in den Austrittskanal 11, dessen Ausgang mit 12 bezeichnet ist und von wo aus das Kühlmedium zu einem nicht dargestellten Kühler strömt. Der Strom des Kühlmediums ist mit Pfeilen "a" gekennzeichnet. Im Ausführungsbeispiel sind der Einlaß 10 und der Ausgang 12 dem Zylinderkurbelgehäuse 3 zugeordnet; diese können aber auch am Zylinderkopf 2 angebracht sein.
- Der Zuführungskanal 9 und der Austrittskanal 11 sind in die Brennkraftmaschine integriert und verlaufen an deren Längsseiten C und D zwischen Zylinderkopf 2 und Zylinderkurbelgehäuse 3. Gebildet werden der Zuführungskanal 9 und der Austrittskanal 11 durch Ausnehmungen 13, 14 und 15, 16 im Zylinderkopf 2 und Zylinderkurbelgehäuse 3, wobei die Ausnehmungen 13, 14 und 15, 16 von der Verbindungsebene A-A aus in die jeweiligen Brennkraftmaschinenbauteile eingebracht sind.
- Zwischen dem Zuführungskanal 9 und die Zylinderlaufbüchsen 4, 5, 6 umgebenden Ringkanälen 17, 18 sind Querbohrungen 19, 20 vorgesehen (Fig. 1 und 3). Weitere Querbohrungen 21, 22 verbinden die Ringkanäle 17, 18 mit dem Austrittskanal 11. Die Querbohrungen 19, 20 und 21, 22 werden über die Ausnehmungen 13 und 15 eingearbeitet, wobei sich ihre Bearbeitungsrichtung schräg zu einer Mittellängsebene E-E der Brennkraftmaschine 1 erstreckt (Fig. 1). Der Zuführungskanal 9 verläuft benachbart den Auslaßventilen 7. Das Kühlmittel gelangt vom Zuführungskanal 9 aus über Querbohrungen 23 in die Auslaßventile 7 umgebende Mediumkammern 24 und strömt dann, zuvor noch Mediumkammern 25 oberhalb der Einlaßventile 8 passierend, in den Austrittskanal 11. Die Mediumkammern 24 der Auslaßventile 7 sind aufgrund der dort herrschenden Temperaturverhältnisse hinsichtlich Volumen größer als die Mediumkammern 25 der Einlaßventile.
- Die Zylinderlaufbüchsen 4, 5 sind benachbart dem Zylinderkopf 2 über einen wesentlichen Teilbereich ihrer Gesamtlänge - das ist etwa die Länge G (= mehr als die Hälfte der Gesamtlänge der Zylinderlaufbüchsen) - unmittelbar aneinandergesetzt, wobei zwischen den Zylinderlaufbüchsen 4, 5 ein geringer Abstand 26 zur Durchströmung des Mediums vorgesehen ist. In diesem Bereich weisen die Zylinderlaufbüchsen 5 Abflachungen 27, 28 und im wesentlichen gleiche Wanddicken auf. Die Abflachungen 27, 28 werden durch Wanddickenreduzierung gebildet (Fig. 8).
- Im Anschluß an diesen Bereich, also entfernt vom Zylinderkopf 2, verlaufen Aufnahmen 29 (Fig. 5) des Zylinderkurbelgehäuses 3, in die die Zylinderlaufbüchsen 4, 5 eingepasst sind. Die Wanddicken der Zylinderlaufbüchsen 4, 5 und der Aufnahmen 29 sind etwa gleich, Außerdem sind die Wanddicken der Zylinderlaufbuchsen 4, 5 und der Aufnahmen 29 in dem aneinandergesetzten Bereich der Zylinderlaufbüchsen optimiert, d.h. bei guter Festigkeit möglichst dünnwandig.
- Zwischen den Zylinderlaufbüchsen 4, 5, und zwar benachbart dem Zylinderkopf 2, ist eine Nut 30 vorgesehen (Fig. 5), in die eine einstückige metallische Zylinderkopfdichtung 31 eingesetzt ist. Die Nut 30 wird durch winkelige Ausnehmungen 32, 33 der Zylinderlaufbüchsen 4, 5 gebildet.
- Die Nut 30 ist außerhalb der einander zugekehrten Zylinderlaufbüchsen 4, 5 fortgeführt (Fig. 4), wo sie durch eine Wand 34 des Zylinderkurbelgehäuses 3 und die jeweilige Ausnehmung 32 oder 33 der Zylinderlaufbüchsen 4, 5 dargestellt ist. Mit Abstand zu den Ausnehmungen 32, 33 ist an den Zylinderlaufbüchsen 4, 5 ein Kragen 35 vorgesehen, der an einer Abstützung 36 des Zylinderkurbelgehäuses 3 anliegt.
- Die Zylinderkopfdichtung 31 (Fig. 7) ist mit Dichtabschnitten 37, 38 versehen. Diese sind zwischen Zylinderkopf 2 und Zylinderkurbelgehäuse 3 wirksam, und zwar im Bereich des Zuführungskanals 9 und des Austrittskanals 11. Die Dichtabschnitte 37, 38 weisen eine metallische Verlängerung 39 der Zylinderkopfdichtung 31 auf, die einen Dichtkörper 40 aus elastischem Werkstoff - Silikon - trägt.
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