EP0907009B1

EP0907009B1 - Coolant and lubricant passage in an internal combustion engine

Info

Publication number: EP0907009B1
Application number: EP98117618A
Authority: EP
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Schnitzer; Bernd Dipl.-Ing. Grumann; Bernd Sukopp; Josef Ing. Winter (Grad)
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: EP0907009A2; EP0907009A3; DE19743445A1; DE59804863D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Zylinderkopf und Kurbelgehäuse.The invention relates to an internal combustion engine with a cylinder head and Crankcase.

Zur Versorgung des Zylinderkopfes mit Kühlwasser und mit Drucköl zum Schmieren der Ventile ist es bekannt, die Zuflüsse für Kühlwasser und Drucköl seitlich an das Kurbelgehäuse anzuschließen. Um Dichtprobleme beim Übergang von Kühlwasser und Drucköl durch die Trennebene von Kurbelgehäuse und Zylinderkopf zu vermeiden werden Verbindungsstücke vorgesehen, welche gegen die Kanäle im Kurbelgehäuse bzw. im Zylinderkopf abgedichtet sind. Eine derartige Abdichtung erfordert eine große Anzahl von Verbindungsstücken, je Zylinder mindestens vier. Es ist leicht einzusehen, daß dies zu hohen Kosten führt. Ferner ist die Gefahr einer Leckage bei dieser hohen Anzahl von Verbindungsstücken gegeben und die Montage des Zylinderkopfes gestaltet sich sehr schwierig, da die Verbindungsstücke beim Aufsetzen des Zylinderkopfes in die Bohrungen der Kühlwasser- und Ölkanäle eingeführt werden müssen. Eine derartige Maßnahme ist bei großen Schiffsmotoren tragbar, nicht dagegen bei einem Massenartikel wie ihn Fahrzeugmotoren darstellen. Besonders schwierig ist die Montage bei durchgehenden Zylinderköpfen, wie sie in Fahrzeugmotoren Verwendung finden. ( CH- A-349 840) To supply the cylinder head with cooling water and with pressure oil for Lubricating the valves is known to be the inflows for cooling water and pressure oil connect to the side of the crankcase. Sealing problems during the transition of cooling water and pressure oil through the parting plane of the crankcase and cylinder head to avoid connecting pieces are provided, which against the channels in the crankcase or in the cylinder head are sealed. Such Sealing requires a large number of connectors, per cylinder at least four. It is easy to see that this leads to high costs. Furthermore, there is a risk of leakage with this high number of connectors given and the assembly of the cylinder head is very difficult because the connectors when placing the cylinder head in the holes the cooling water and oil channels must be introduced. Such The measure is portable with large ship engines, but not with a mass article as vehicle engines represent it. It is particularly difficult Installation with continuous cylinder heads, as used in vehicle engines Find. (CH-A-349 840)

Zur Vermeidung des Durchtrittes von Kühlwasser durch die Trennebene von Zylinderkopf und Kurbelgehäuse ist es ferner bekannt, das Kühlwasser dem Kurbelgehäuse, bzw. dem Zylinderkopf über ein seitliches Rohrsystem zuzuführen. Das Rohrsystem ist in Guß ausgeführt und bildet eine bauliche Einheit mit dem Kurbelgehäuse. Zum Übertritt von Kühlwasser in den Zylinderkopf ist das Rohrsystem seitlich an die Zylinderköpfe angeflanscht. Durch ein derartiges Kühlsystem wird zwar der Durchgang des Kühlwassers durch die Trennebene von Kurbelgehäuse und Zylinderkopf vermieden. Durch die Flanschverbindungen von Rohrsystem und Zylinderkopf wird eine zusätzliche große Anzahl von Dichtungen erforderlich die wiederum zu Leckagen führen können. Das außerhalb des Kurbelgehäuses liegende Rohrsystem nimmt darüber hinaus viel Bauraum in Anspruch der bei Fahrzeugmotoren vielfach nicht vorhanden ist. Zudem ist das vielverzweigte Rohrsystem gießtechnisch schwer herzustellen und unterliegt, da es frei außerhalb des Kurbelgehäuses angeordnet ist einer großen Gefahr der Beschädigung. (GB-A- 444 488 )To prevent cooling water from passing through the parting plane of the cylinder head and crankcase, it is also known that the cooling water to the crankcase, or to the cylinder head via a lateral pipe system. The pipe system is cast and forms a structural unit with the Crankcase. The pipe system is used to transfer cooling water into the cylinder head flanged to the side of the cylinder heads. With such a cooling system the passage of the cooling water through the parting line of Avoided crankcase and cylinder head. Through the flange connections of pipe system and cylinder head is an additional large number of Seals required which in turn can lead to leakages. The outside the pipe system lying on the crankcase also takes up a lot of installation space claim that is often not available in vehicle engines. moreover the manifold pipe system is difficult to manufacture and is subject to casting, since it is located freely outside the crankcase is a great danger the damage. (GB-A-444 488)

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Metalldichtung und Dichtelemente ( Elastomer ) bzw. nichtmetallische Dichtung die ebenfalls mit Dichtelementen versehen ist für den Durchtritt von Schmieröl und Kühlwasser zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf vollständig zu vermeiden.The invention is therefore based on the object, the metal seal and sealing elements (Elastomer) or non-metallic seal which also with sealing elements is provided for the passage of lubricating oil and cooling water between Avoid crankcase and cylinder head completely.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of the patent claim 1 solved.

Dadurch, daß sowohl Schmieröl wie auch Kühlwasser mittels eines einteiligen Verteilerstück über die Stirnseiten von Kurbelgehäuse und Zylinderkopf zu. bzw. abgeführt wird vermeidet man jegliche Durchtrittsöffnungen zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf. Eine Weichdichtung ist nicht mehr notwendig. The fact that both lubricating oil and cooling water by means of a one-piece Distributor over the end faces of the crankcase and cylinder head. respectively. is drained avoid any openings between the crankcase and cylinder head. A soft seal is no longer necessary.

Vorteilhafte Weiterbindungen der Erfindung können den Unteransprüchen 2 bis 4 entnommen werden. Advantageous further bindings of the invention can be found in dependent claims 2 to 4 can be removed.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühl- und Schmiermittelführung ist in Zeichnungen dargestellt.An embodiment of the coolant and lubricant guide according to the invention is shown in drawings.

Es zeigt:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer Brennkraftmaschine mit stirnseitigem Verteilerstück für die Zuführung von Schmieröl und Kühlwasser
Fig. 2: eine detaillierte Darstellung des stirnseitigen Verteilerstückes
Fig. 3: eine stirnseitige Ansicht der Brennkraftmaschine mit Verteilerstück und Verteilerleitungen für Kühlwasser und Schmieröl
Fig. 4: einen Schnitt IV-IV durch das Kurbelgehäuse mit Kühlwasserführung und Ölführung zu den Kurbelwellenlagern
Fig. 5: einen Schnitt V-V durch den Zylinderkopf mit Kühlwasserführung im Zylinderkopf und Ölführung zu den Lagern für die Nockenwelle

It shows:

Fig. 1: a side view of an internal combustion engine with end-face distributor for the supply of lubricating oil and cooling water
Fig. 2: a detailed representation of the front-side distributor
Fig. 3: an end view of the internal combustion engine with distributor and distributor lines for cooling water and lubricating oil
Fig. 4: a section IV-IV through the crankcase with cooling water and oil to the crankshaft bearings
Fig. 5: a section VV through the cylinder head with cooling water flow in the cylinder head and oil flow to the bearings for the camshaft

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Brennkraftmaschine 1 mit Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 3. An die Brennkraftmaschine 1 ist im Bereich einer Trennebene 4 zwischen Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 3 ein einteiliges Verteilerstück 5 angeflanscht. Das Verteilerstück 5 dient der Zu- bzw. Abfuhr von Kühlwasser und Schmieröl, wie unter Fig. 2 näher dargestellt. Das Kühlwasser und das Schmieröl wird erfindungsgemäß dem Kurbelgehäuse 2 und dem Zylinderkopf 3 separat über das Verteilerstück 5 zugeführt. Die Kühlwasserzufuhr erfolgt über Kühlwasserzu-laufkanäle 6a, 6b für das Kurbelgehäuse 2 und den Zylinderkopf 3, sowie die Schmierölzuführung über Ölzulaufbohrungen 7a, 7b für Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 3. Die Kühlwasserzulaufkanäle 6a, 6b und die Ölzulaufbohrungen 7a, 7b durchziehen achsparallel zu einer Kurbelwelle das Kurbelgehäuse 2 und den Zylinderkopf 3. Das Kühlwasser gelangt von den Kühlwasserzulaufkanälen 6a, 6b zu den Zylinderlaufbüchsen 8 und den Kühlflächen 9 im Zylinderkopf 3, wie in den Figuren 4 und 5 näher dargestellt.Fig. 1 shows a side view of an internal combustion engine 1 with a crankcase 2 and cylinder head 3. The internal combustion engine 1 is in the area of a parting plane 4 between Crankcase 2 and cylinder head 3 flanged a one-piece distributor piece 5. The distributor piece 5 is used for supplying and removing cooling water and Lubricating oil, as shown in Fig. 2 in more detail. The cooling water and the lubricating oil According to the invention, the crankcase 2 and the cylinder head 3 are separated via the Distributor 5 supplied. The cooling water is supplied via cooling water supply channels 6a, 6b for the crankcase 2 and the cylinder head 3, as well as the lubricating oil supply via oil inlet bores 7a, 7b for crankcase 2 and cylinder head 3. Die Cooling water inlet ducts 6a, 6b and the oil inlet bores 7a, 7b run parallel to the axis to a crankshaft the crankcase 2 and the cylinder head 3. The cooling water passes from the cooling water inlet channels 6a, 6b to the cylinder liners 8 and the cooling surfaces 9 in the cylinder head 3, as shown in more detail in Figures 4 and 5.

Von den Ölzulaufbohrungen 7a, 7b zweigen Verteilerbohrungen ab, welche zu den Verbrauchern führen. Fig. 1 zeigt als Beispiel eine erste Verteilerbohrung 8a, welche von der Ölzulaufbohrung 7a im Kurbelgehäuse 2 abzweigt und zu einem Kurbelwellenlager 9 führt, während eine zweite Verteilerbohrung 8b die Ölzulaufbohrung 7b im Zylinderkopf 3 mit einem Nockenwellenlager 10 verbindet.From the oil inlet holes 7a, 7b branch off distributor holes, which to the Lead consumers. 1 shows an example of a first distributor bore 8a, which branches off from the oil inlet bore 7a in the crankcase 2 and to a crankshaft bearing 9 leads while a second distributor bore 8b in the oil inlet bore 7b Cylinder head 3 connects to a camshaft bearing 10.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung im Bereich des Verteilerstückes 5, welches stirnseitig an Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 3 angeflanscht ist. Über Bohrungen im Verteilerstück 5 wird den Bohrungen 6a, 6b und 7a, 7b Wasser bzw. Öl zugeführt. Der Zylinderkopf 3 ist in der Trennebene 4 vom Kurbelgehäuse 2 getrennt. Vom Verteilerstück 5 ausgehend wird nun dem Kurbelgehäuse 2 und dem Zylinderkopf 3 getrennt Schmieröl und Kühlwasser zugeführt. 7a, 7b stellen wiederum die Ölzulaufbohrungen dar, während das Kühlwasser über die Kühlwasserzulaufkanäle 6a, 6b zugeführt wird. Die Abdichtung zwischen Zylinderkopf 3 und Kurbelgehäuse 2 einerseits und dem Verteilerstück 5 andererseits wird im dargestellten Beispiel von kurzen Rohrstücken 11 übernommen, welche O-Ringe 12a, 12b aufweisen. Die Rohrstücke 11 sind in Übergangsbohrungen 11a, 11b eingesteckt, welche zum Ausgleich von Toleranzen radiales Spiel aufweisen, hier zur Ölzulaufbohrung 7b.Fig. 2 shows a detailed representation in the area of the distributor piece 5, which is flanged to the front of crankcase 2 and cylinder head 3. About drilling in the distributor piece 5, the holes 6a, 6b and 7a, 7b are supplied with water or oil. The cylinder head 3 is separated from the crankcase 2 in the parting plane 4. From the distributor 5 starting from the crankcase 2 and the cylinder head 3 is now separated Lubricating oil and cooling water supplied. 7a, 7b in turn provide the oil inlet bores represents while the cooling water is supplied via the cooling water supply channels 6a, 6b becomes. The seal between the cylinder head 3 and crankcase 2 on the one hand and the distributor 5 on the other hand is short in the example shown Pipe pieces 11 taken over, which have O-rings 12a, 12b. The pipe sections 11 are inserted into transition bores 11a, 11b, which compensate for tolerances have radial play, here to the oil inlet bore 7b.

Anstelle der Rohrstücke 11 könnte auch eine hier nicht näher dargestellte Flachdichtung vorgesehen sein, welche zwischen Zylinderkopf 3 bzw. Kurbelgehäuse 2 und dem Verteilerstück 5 eingelegt wird. Die Flachdichtung muß dann mit Öffnungen versehen sein, um den Durchtritt von Schmieröl und Kühlwasser vom Verteilerstück 5 zu Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 3 zu gewährleisten. Die Stirnfläche 13 wird dann vorteilhafterweise etwas erhaben ausgeführt, um die Bearbeitung als Dichtfläche zu erleichtern.Instead of the pipe pieces 11, a flat seal, not shown here, could also be used be provided, which between the cylinder head 3 or crankcase 2 and the Distributor 5 is inserted. The flat gasket must then have openings be to the passage of lubricating oil and cooling water from the distributor 5 to the crankcase 2 and cylinder head 3 to ensure. The end face 13 is then advantageously slightly raised to facilitate processing as a sealing surface.

Fig. 3 zeigt eine stirnseitige Ansicht der Brennkraftmaschine 1 mit Kurbelgehäuse 2, Zylinderkopf 3 und Verteilerstück 5. Das Kurbelgehäuse 2 bzw. der Zylinderkopf 3 enthält die Kühlwasserzulaufkanäle 6a bzw. 6b und die Ölzulaufbohrungen 7a, bzw. 7b. Symmetrisch zur Längsebene der Brennkraftmaschine 1 befinden sich die Ölablaufbohrungen 9a, 9b bzw. die Kühlwasserablaufkanäle 10a, 10b. Erfindungsgemäß wird vermieden, daß in der Trennebene 4 zwischen Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 3 Durchtrittsbohrungen für Öl oder Kühlwasser erforderlich sind. Das Schmieröl gelangt beispielsweise von der Ölzulaufbohrung 7a über die Verteilerbohrung 8a direkt zum Verbraucher - hier das Kurbelwellenlager 9c. Im Zylinderkopf 3 gelangt das Schmieröl von der Ölzulaufbohrung 7b über die Verteilerbohrung 8b zum Nockenwellenlager 10.3 shows an end view of internal combustion engine 1 with crankcase 2, Cylinder head 3 and distributor piece 5. The crankcase 2 or the cylinder head 3 contains the cooling water supply channels 6a and 6b and the oil supply holes 7a and 7b. The oil drain holes are located symmetrically to the longitudinal plane of the internal combustion engine 1 9a, 9b or the cooling water drainage channels 10a, 10b. According to the invention it is avoided that in the parting plane 4 between the crankcase 2 and the cylinder head 3 through holes for oil or cooling water are required. The lubricating oil passes directly from the oil inlet bore 7a via the distributor bore 8a to the consumer - here the crankshaft bearing 9c. In the cylinder head 3 it gets Lubricating oil from the oil inlet bore 7b via the distributor bore 8b to the camshaft bearing 10th

Das Kühlwasser wird im Kurbelgehäuse 2 über Querkanäle 14 an die Zylinderlaufbüchsen 8 herangeführt, umströmt diese und wird über Rückführkanäle 16 in den Kühlwasserablaufkanal 10a geleitet.The cooling water is in the crankcase 2 via transverse channels 14 to the cylinder liners 8 introduced, flows around and is via return channels 16 in the Cooling water drain channel 10a passed.

Im Zylinderkopf 3 wird Kühlwasser über den Kühlwasserzulaufkanal 6b und Querkanal 17 an die Kühlflächen herangeführt und über Rückführkanal 18 in den Kühlwasserablauf 10b zurückgeführt.Cooling water is in the cylinder head 3 via the cooling water supply duct 6b and transverse duct 17 brought up to the cooling surfaces and via return duct 18 into the cooling water outlet 10b returned.

In Fig. 4 ist die Kühlwasserführung und die Ölführung im Kurbelgehäuse 2 gemäß Schnitt IV-IV detailliert dargestellt. Die rechte Bildhälfte zeigt die Kühlwasser-führung, während in der linken Bildhälfte die darunter liegende Ölführung dargestellt ist. Es sei hier auf die Figuren 1 und 2 verwiesen. Das vom Verteilerstück 5 zugeführte Kühlwasser gelangt über den Kühlwasserzulaufkanal 6a und über den Querkanal 14 zu der Zylinderlaufbüchse 8 und von dort nach Aufnahme der Wärme durch den Rückführkanal 16 und den Kühlwasserablaufkanal 10a ins Verteilerstück 5 zurück. Die linke Bildhälfte zeigt die darunter liegende Ölführung. Das Öl wird über die Ölzulaufbohrung 7a und Verteilerbohrung 8a dem Kurbelwellenlager 9c zugeführt. Alle Ölverbraucher zweigen von dieser Ölzulaufbohrung 7a ab, die Kurbellagerschmierung ist hier nur als ein Beispiel genannt.In Fig. 4, the cooling water guide and the oil guide in the crankcase 2 according to Section IV-IV shown in detail. The right half of the picture shows the cooling water flow, while the oil guide below is shown in the left half of the picture. Reference is made here to FIGS. 1 and 2. The supplied from the manifold 5 Cooling water arrives via the cooling water inlet channel 6a and via the transverse channel 14 the cylinder liner 8 and from there after absorbing the heat through the return duct 16 and the cooling water drainage channel 10a back into the distributor 5. The The left half of the picture shows the oil guide underneath. The oil is through the oil inlet hole 7a and distributor bore 8a fed to the crankshaft bearing 9c. All oil consumers branch off from this oil inlet bore 7a, which is crank bearing lubrication just given here as an example.

Die Kühlwasserführung im Zylinderkopf 3 ist als Schnitt V-V in Fig. 5 näher dar-gestellt. Die rechte Bildhälfte zeigt wiederum die Kühlwasserführung, während in der linken Bildhälfte die darüber liegende Ölführung dargestellt ist. Es sei hier auf die Figuren 1 und 2 verwiesen. Vom Verteilerstück 5 kommend gelangt das Kühlwasser über Kühlwasserzulauf 6b und Querkanal 17 zu den Kühlflächen 9, wie z.B. Auslaßkanal, Ventilschaftführung und Düsenmantel. Über Rückführkanal 18 und Kühlwasserablaufkanal 10b, obenliegend mit Entlüftungsfunktion, wird das Kühlwasser in das Verteilerstück 5 zurückgeführt. In der linken Bildhälfte ist die Ölführung dargestellt. Das Öl gelangt über die Ölzulaufbohrung 7b und Verteilerbohrung 8a zum Nockenwellenlager 10. Das Nockenwellenlager ist hier als Beispiel für einen Verbraucher genannt. Die übrigen Verbraucher zweigen in gleicher Art und Weise unmittelbar von der Ölzulaufbohrung 7b ab.The cooling water flow in the cylinder head 3 is shown in detail as section V-V in FIG. 5. The right half of the picture shows the cooling water flow, while in the the left-hand half of the picture shows the oil guide above. It is here on the figures 1 and 2 referenced. The cooling water comes from the distributor 5 Cooling water inlet 6b and transverse channel 17 to the cooling surfaces 9, e.g. outlet channel, Valve stem guide and nozzle jacket. Via return duct 18 and cooling water discharge duct 10b, overhead with ventilation function, the cooling water is in the distributor 5 returned. The oil guide is shown in the left half of the picture. The Oil reaches the camshaft bearing via the oil inlet bore 7b and distributor bore 8a 10. The camshaft bearing is mentioned here as an example for a consumer. The other consumers branch off directly from the oil inlet bore in the same way 7b.

Claims

An internal-combustion engine having a cylinder head and a crankcase, wherein the cylinder head (3) and the crankcase (2) each have separate cooling-water inlet and outlet channels (6a, 6b, 10a, 10b) and oil inlet and outlet bores (7a, 7b, 9a, 9b) which extend through the cylinder head (3) and the crankcase (2) axially parallel to the crankshaft and are formed as blind bores, or passages which are closed, wherein cooling water and lubricating oil are supplied and recirculated via a one-piece distributor part (5) flanged to the end of the crankcase (2) and the cylinder head (3) in the region of the separating plane (4) of the crankcase (2) and the cylinder head (3), wherein cooling water is supplied from the cooling-water inlet channels (6a, 6b) via transverse channels (14, 17) to the cylinder liners (8) or the cooling surfaces (9) in the cylinder head (3), and the cooling water is recirculated via recirculation channels (16, 18) into the cooling-water outlet channels (10a, 10b), and wherein the oil is supplied from the oil inlet bores (7a, 7b) via distributor bores (8a, 8b) to the receivers, e.g. bearings or injection bores for piston cooling, and is supplied from the consumer device via collecting bores to the oil outlet bores (9a, 9b).
An internal-combustion engine having a cylinder head and a crankcase according to claim 1, characterised in that the cooling-water inlet and outlet channels (6a, 6b, 10a, 10b) are formed by casting, and in that the transverse channels (14, 17) and the recirculation channels (16, 18) are mechanically finished for the removal of burrs and roughness.
An internal-combustion engine having a cylinder head and a crankcase according to claims 1 and 2, characterised in that a flat seal or a liquid seal is provided between the distributor part (5) and the cylinder head (3) and crankcase (2), in that a flat seal comprises openings which establish the transition from the distributor part (5) to the cooling-water inlet and outlet channels (6a, 6b, 10a, 10b) and to the oil inlet and outlet bores (7a, 7b, 9a, 9b) in the cylinder head (3) and the crankcase (2), in that the distributor part (5) is pressed by means of screws against a sealing surface (13) on the crankcase (2) and the cylinder head (3), and in that the sealing surface is slightly raised for better machinability.
An internal-combustion engine having a cylinder head and a crankcase according to claims 1 to 3, characterised in that short pipe lengths (11), provided with O-rings (12, 12b) for sealing, are provided at the transition of the oil inlet and outlet bores (7a, 7b and 9a, 9b) from the distributor part (5) to the cylinder head (3) or the crankcase (2), wherein the pipe lengths (11) are installed with a small amount of radial clearance in the transition bores (11a, 11b) to the oil inlet and outlet bores both in the cylinder head (3) and in the crankcase (2).