EP1227236A2 - Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1227236A2
EP1227236A2 EP01130052A EP01130052A EP1227236A2 EP 1227236 A2 EP1227236 A2 EP 1227236A2 EP 01130052 A EP01130052 A EP 01130052A EP 01130052 A EP01130052 A EP 01130052A EP 1227236 A2 EP1227236 A2 EP 1227236A2
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EP
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flow
influencing element
cooling space
cooling
crankcase
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Rudolf Gibisch
Georg Malek
Armin Oetter
Axel Temmesfeld
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/048—Heat transfer

Definitions

  • the invention relates to a crankcase for a liquid-cooled reciprocating internal combustion engine, in which a cold room common to all cylinders is arranged and in which at least one flow-influencing element is provided is.
  • the invention is based on the German patent application DE 36 32 160 A1.
  • an internal combustion engine with a between the cylinder or cylinder liner and crankcase arranged cooling chamber, through which the Internal combustion engine coolant is conveyed, being in the cold room on the outside the turbulence plates pushed onto the cylinder or cylinder liner, flow-influencing elements are arranged.
  • This Turbulence plates have turbulators that are pierced and bulged individual sections of the turbulence plate are formed. Through these turbulence sheets is the heat transfer from the cylinder or the cylinder liner to the Coolant increased.
  • the object of the invention is to influence the coolant flow in a targeted manner to realize, in which the upper hot cylinder area is cooled more than that lower cold cylinder area.
  • the system proposed in the invention is advantageously characterized by a differentiated flow of coolant through two sub-areas in the crankcase.
  • the separation into a region with hot coolant and one with cold coolant is advantageously not defined by the plane of the cylinder head gasket.
  • the flow-influencing element divides these areas in the area of the upper ring reversal of the piston rings in order to ensure optimal heat dissipation.
  • the temperature in the cold rooms is set automatically by the current operating point of the internal combustion engine due to the temperature and pressure conditions and the size of the openings in the flow-influencing elements.
  • the need-based cooling achieves an advantage in the service life, in consumption and in the emissions of the internal combustion engine.
  • the flow influencing by the flow influencing is advantageous according to claim 2 Element even more controllable and a clamp assembly is through this geometry is easily possible.
  • Claim 3 again supports the advantages of Claim 2.
  • An embodiment according to claim 4 ensures freedom from maintenance during operation. Furthermore can be different with the different materials Generate advantageous component properties such. B. the realization of hard or elastic sub-areas.
  • An embodiment according to claim 6 allows simple assembly, for example as a pinching or plug-in solution.
  • a device according to claim 7 helps the flow-influencing element Places subject to high mechanical loads to prevent slipping due to flow resistance to secure.
  • a manufacture according to claim 8 offers simple and inexpensive manufacture as well as an inexpensive and simple assembly.
  • the invention is based on two preferred exemplary embodiments shown in a drawing.
  • Figure 1 shows a section through an open-deck crankcase 1, the centric runs through a cylinder 2 with a cylinder axis 2a. On both sides of the cylinder, Equidistant from the cylinder axis 2a, two cooling rooms 3, 3 'are in the Crankcase 1 arranged.
  • Open deck crankcase means the cold rooms 3, 3 'in the crankcase 1 compared to a cylinder head, not shown only closed by a cylinder head gasket 8 with coolant passage openings 9, 9 ' are.
  • the cylinder 2 On the opposite side of the cylinder head gasket the cylinder 2 in a crank chamber 10 of a reciprocating piston internal combustion engine, not shown.
  • Flow-influencing elements 4, 4 ' are located in the cooling rooms 3, 3' Openings 5, 5 '.
  • At the flow-influencing element 4 are three ribs 6, 6 ' formed.
  • the flow-influencing elements 4, 4 ' have partial areas a surface curvature 7, 7 '.
  • the coolant passage openings 9, 9 'in the cylinder head gasket 8 are arranged in the area of the cooling rooms 3, 3'.
  • the flow-influencing elements 4, 4 ' divide the cold rooms 3, 3' into upper ones Cold rooms 3a, 3'a and in lower cold rooms 3b, 3'b.
  • a pump delivers Coolant pump the coolant through an opening, not shown, into the upper one Coolant rooms 3a, 3'a.
  • the current operating conditions e.g. the load conditions of the reciprocating internal combustion engine
  • the load conditions of the reciprocating internal combustion engine is due to the prevailing Temperature and pressure conditions in the cold rooms 3, 3 'that Coolant through the openings 5, 5 'and the coolant passage openings 9, 9' from the upper coolant spaces 3a, 3'a into the lower coolant spaces 3b, 3'b and distributed in the cylinder head, not shown.
  • the coolant can at least in Partial areas also from the cylinder head through the coolant passage openings 9, 9 ' into the upper cold rooms 3a, 3'a and from there into the lower cold rooms 3b, 3'b are pressed.
  • one Element 4 ' is about 80% of the crankcase from the combustion chamber emitted amount of heat entered.
  • the openings 5, 5 'and the coolant passage openings 9, 9 ' are dimensioned such that there are in the lower cold rooms 3b, 3'b only a very weak flow and in the upper cold rooms 3a, 3'a a high flow velocity in the direction of the not shown Cylinder head adjusts.
  • the flow-influencing element 4 is shaped such that the ribs 6, 6 'additionally act as holding elements during assembly. They also take over also the task of directing the coolant around the cylinder 2. For additional Clamping the flow-influencing element 4 are surface curvatures 7, 7 'available. The areas of the surface curvature are elastic, can also be designed stiff.
  • Portions of the flow-influencing element 4 ' are on the cylinder side and crossed on the crankcase side, which also causes surface curvatures 7 'can be achieved. Here, too, they serve as an assembly aid during installation into the cooling space 3 ', the resilient effect of the surface curvature 7' is used to the flow-influencing element 4 'between the crankcase wall and to wedge the cylinder wall.
  • the cooling system both as a cooling system with a coolant circuit and as a split cooling system be carried out.
  • Split cooling system means the use of two separate coolant circuits for a reciprocating piston internal combustion engine. On Cooling circuit cools the crankcase 1, the coolant flow in turn the upper cold rooms 3a, 3'a and the lower cold rooms 3b, 3'b is divided and the coolant is also discharged again from the upper cold rooms 3a, 3'a. Another cooling circuit cools the cylinder head, not shown. At a Split cooling system is used to regulate the coolant temperature in each Flow area through two separate controllers.

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Abstract

Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine, in dem ein für alle Zylinder (2) gemeinsamer Kühlraum (3, 3') angeordnet ist und in dem mindestens ein strömungsbeeinflussendes Element (4, 4') vorgesehen ist, wobei das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') sich über mindestens die halbe Länge des Kühlraumes (3, 3') erstreckt und den Kühlraum (3, 3') zumindest in einem Teilbereich in einen oberen Kühlraum (3'a) und in einen unteren Kühlraum (3'b) aufteilt, wobei der obere Kühlraum (3'a) und der untere Kühlraum (3'b) durch Öffnungen in dem strömungsbeeinflussenden Element (4, 4') miteinander verbunden sind und dass das Kühlmittel in dem Kühlraum (4, 4') durch den oberen Kühlraum (3'a) eingeführt wird. Durch diese Anordnung ist es möglich die Zylinderwandungen bedarfsgerecht zu kühlen, was beim Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine zu einem geringeren Verbrauch und geringeren HC-Rohemissionen führt. Darüberhinaus ist das strömungsbeeinflussende Element einfach herstellbar, sowie einfach und kostengünstig im Kühlraum einbaubar. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine, in dem ein für alle Zylinder gemeinsamer Kühlraum angeordnet ist, und in dem mindestens ein strömungsbeeinflussendes Element vorgesehen ist.
Die Erfindung geht aus von der deutschen Offenlegungsschrift DE 36 32 160 A1. In dieser ist eine Brennkraftmaschine mit einem zwischen Zylinder bzw. Zylinderlaufbüchse und Kurbelgehäuse angeordnetem Kühlraum, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Kühlflüssigkeit gefördert wird, wobei im Kühlraum auf der Außenseite des Zylinders bzw der Zylinderlaufbüchse aufgeschobenen Turbulenzbleche, strömungsbeeinflussende Elemente, angeordnet sind, beschrieben. Diese Turbulenzbleche weisen Turbulatoren auf, die durch Einstechen und Auswölben einzelner Abschnitte des Turbulenzbleches geformt sind. Durch diese Turbulenzbleche ist der Wärmeübergang vom Zylinder bzw. der Zylinderlaufbüchse auf die Kühlflüssigkeit erhöht.
Bei dieser Anordnung ist es von Nachteil, dass keine gezielte Beeinflussung der Kühlmittelströmung über die Höhe des Zylinders vorgesehen ist, da ca. 80 % der an das Kurbelgehäuse vom Brennraum abgegebenen Wärmemenge oberhalb der oberen Ringumkehr der Kolbenringe eingetragen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gezielte Beeinflussung der Kühlmittelströmung zu realisieren, bei der der obere heiße Zylinderbereich stärker gekühlt wird als der untere kalte Zylinderbereich.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Das in der Erfindung vorgeschlagene System zeichnet sich vorteilhaft durch eine differenzierte Durchströmung von zwei Teilbereichen im Kurbelgehäuse mit Kühlmittel aus. Die Trennung in einen Bereich mit heißem Kühlmittel und einen mit kaltem Kühlmittel, wird bei dieser Anordnung vorteilhaft nicht durch die Ebene der Zylinderkopfdichtung definiert. Das strömungsbeeinflussende Element teilt diese Bereiche im Bereich der oberen Ringumkehr der Kolbenringe, um die optimale Wärmeabfuhr zu gewährleisten.
Die Temperatur in den Kühlräumen stellt sich selbstständig durch den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine aufgrund der Temperatur- und Druckverhältnisse sowie der Größe der Öffnungen in den strömungsbeeinflussenden Elementen ein. Durch die bedarfsgerechte Kühlung wird ein Vorteil in der Lebensdauer, im Verbrauch und in den Emissionen der Brennkraftmaschine erzielt.
Vorteilhaft nach Anspruch 2 ist die Strömungsbeeinflussung durch das strömungsbeeinflussende Element noch besser steuerbar und eine Klemmmontage wird durch diese Geometrie problemlos möglich.
Anspruch 3 unterstützt nochmals die Vorteile von Anspruch 2.
Eine Ausführung gemäß Anspruch 4 gewährleistet Wartungsfreiheit im Betrieb. Darüberhinaus lassen sich mit den unterschiedlichen Werkstoffen unterschiedliche vorteilhafte Bauteileigenschaften erzeugen, wie z. B. die Realisierung von harten oder elastischen Teilbereichen.
Aufgrund der Bauteilausführung gemäß Anspruch 5 wird beispielsweise einer Zerstörung des Bauteils durch Bruch wirkungsvoll entgegengewirkt. Darüberhinaus sind Klemmmontagen einfach zu realisieren.
Eine Ausführung gemäß Anspruch 6 gestattet eine einfache Montage, beispielsweise als Einklemm- bzw. Stecklösung.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 7 hilft das strömungsbeeinflussende Element an durch Strömungswiderstände mechanisch hoch belasteten Stellen gegen Verrutschen zu sichern.
Eine Fertigung nach Anspruch 8 bietet einfache und kostengünstige Herstellung sowie eine kostengünstige und einfache Montage.
Im Folgenden ist die Erfindung an Hand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen in einer Zeichnung dargestellt.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein open-deck Kurbelgehäuse 1, der zentrisch durch einen Zylinder 2 mit einer Zylinderachse 2a verläuft. Beidseitig vom Zylinder, äquidistant von der Zylinderachse 2a entfernt, sind zwei Kühlräume 3, 3' in das Kurbelgehäuse 1 angeordnet. Open deck Kurbelgehäuse bedeutet, dass die Kühlräume 3, 3' im Kurbelgehäuse 1 gegenüber einem nicht dargestellten Zylinderkopf nur durch eine Zylinderkopfdichtung 8 mit Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 9, 9' verschlossen sind. Auf der, der Zylinderkopfdichtung gegenüberliegenden Seite mündet der Zylinder 2 in einen Kurbelraum 10 einer nicht weiter dargestellten Hubkolben-Brennkraftmaschine.
In den Kühlräumen 3, 3' befinden sich strömungsbeeinflussende Elemente 4, 4' mit Öffnungen 5, 5'. An das strömungsbeeinflussende Element 4 sind drei Rippen 6, 6' angeformt. Ferner weisen die strömungsbeeinflussenden Elemente 4, 4' in Teilbereichen eine Oberflächenkrümmung 7, 7' auf. Die Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 9, 9' in der Zylinderkopfdichtung 8 sind im Bereich der Kühlräume 3, 3' angeordnet. Die strömungsbeeinflussenden Elemente 4, 4' teilen die Kühlräume 3, 3' in obere Kühlräume 3a, 3'a und in untere Kühlräume 3b, 3'b auf.
Die Rippe 6 sowie das strömungsbeeinflussende Element 4' sitzen in der Ebene der oberen Kolbenumkehr des hier nicht dargestellten Kolbens, der im Zylinder 2 in Richtung der Zylinderachse 2a auf und ab bewegt wird.
Bei Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine fördert eine hier nicht dargestellte Kühlmittelpumpe das Kühlmittel durch eine nicht dargestellte Öffnung in die oberen Kühlmittelräume 3a, 3'a. Entsprechend den aktuellen Betriebsbedingungen, wie z.B. der Lastverhältnisse der Hubkolben-Brennkraftmaschine, wird aufgrund der vorherrschenden Temperatur- und Druckverhältnisse in den Kühlräumen 3, 3' das Kühlmittel durch die Öffnungen 5, 5' und den Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 9, 9' von den oberen Kühlmittelräumen 3a, 3'a in die unteren Kühlmittelräume 3b, 3'b und in den nicht dargestellten Zylinderkopf verteilt. Abhängig von der Lage der nicht dargestellten Öffnung für die Kühlmittelzufuhr, kann das Kühlmittel zumindest in Teilbereichen auch vom Zylinderkopf durch die Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 9, 9' in die oberen Kühlräume 3a, 3'a und von dort weiter in die unteren Kühlräume 3b, 3'b gedrückt werden.
Im Bereich zwischen Zylinderkopfdichtung 8 und Rippe 6 bzw. dem strömungsbeeinflussenden Element 4' wird ca. 80 % der an das Kurbelgehäuse vom Brennraum abgegebenen Wärmemenge eingetragen. Die Öffnungen 5, 5' und die Kühlmitteldurchtrittsöffnungen 9, 9' sind derart dimensioniert, dass sich in den unteren Kühlräumen 3b, 3'b nur eine sehr schwache Strömung und in den oberen Kühlräumen 3a, 3'a eine große Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des nicht dargestellten Zylinderkopfes einstellt. Durch die korrekte Dimensionierung ist in Bereichen mit geringem Wärmemengeneintrag und in Bereichen mit großem Wärmemengeneintrag gleichermaßen eine homogene Temperaturverteilung in der Zylinderwandung in Richtung der Zylinderachse 2a gewährleistet.
Durch diese Art der Kühlung werden thermische Verzüge der Zylinderwandung weitestgehend vermieden. Weiter wird die Hubkolben-Brennkraftmaschine schnell aufgeheizt, wodurch Kraftstoffeinsparungen möglich sind und die Schadstoff-Rohemissionen, speziell von Kohlenwasserstoffen, in der Warmlaufphase minimiert sind.
Das strömungsbeeinflussende Element 4 ist derart ausgeformt, dass die Rippen 6, 6' bei der Montage zusätzlich als Halteelemente fungieren. Ferner übernehmen sie auch die Aufgabe, das Kühlmittel gezielt um den Zylinder 2 zu leiten. Zur zusätzlichen Klemmung des strömungsbeeinflussenden Elements 4 sind Oberflächenkrümmungen 7, 7' vorhanden. Die Bereiche der Oberflächenkrümmung sind elastisch, können jedoch auch steif ausgelegt sein. Die strömungsbeeinflussenden Elemente 4, 4' sind aus einer korrosionsfesten Aluminiumlegierung hergestellt, können jedoch in weiteren Ausführungsvarianten auch aus Kunststoff bzw. Metallkunststoffverbänden hergestellt werden.
Teilbereiche des strömungsbeeinflussenden Elements 4' sind zylinderseitig und kurbelgehäuseseitig gegeneinander verschränkt, wodurch ebenfalls Oberflächenkrümmungen 7' erzielt werden. Auch hier dienen diese als Montagehilfe beim Einbau in den Kühlraum 3', wobei die federnde Wirkung der Oberflächenkrümmung 7' ausgenutzt wird, um das strömungsbeeinflussende Element 4' zwischen Kurbelgehäusewandung und Zylinderwandung zu verkeilen.
Durch den Einsatz eines strömungsbeeinflussenden Elements 4, 4' kann das Kühlsystem sowohl als Kühlsystem mit einem Kühlmittelkreislauf, als auch als Split-Cooling-System ausgeführt werden. Split-Cooling-System bedeutet den Einsatz von zwei getrennten Kühlmittelkreisläufen für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine. Ein Kühlkreislauf kühlt das Kurbelgehäuse 1, wobei der Kühlmittelstrom wiederum auf die oberen Kühlräume 3a, 3'a und die unteren Kühlräume 3b, 3'b aufgeteilt wird und das Kühlmittel ebenfalls aus den oberen Kühlräumen 3a, 3'a wieder abgeführt wird. Ein weiterer Kühlkreislauf kühlt den nicht dargestellten Zylinderkopf. Bei einem Split-Cooling-System erfolgt die Regelung der Kühlmitteltemperatur in jedem Durchströmungsbereich durch zwei getrennte Regler.
Bezugszeichenliste:
1
Kurbelgehäuse
2
Zylinder
2a
Zylinderachse
3, 3'
Kühlraum
3a, 3'a
oberer Kühlraum
3b, 3'b
unterer Kühlraum
4, 4'
strömungsbeeinflussendes Element
5, 5'
Öffnung
6, 6'
Rippe
7, 7'
Oberflächenkrümmung
8
Zylinderkopfdichtung
9, 9'
Kühlmitteldurchtrittsöffnung
10
Kurbelraum

Claims (8)

  1. Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine, in dem ein für alle Zylinder gemeinsamer Kühlraum angeordnet ist und in dem mindestens ein strömungsbeeinflussendes Element vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') sich über mindestens die halbe Länge des Kühlraumes (3, 3') erstreckt und den Kühlraum (3, 3') zumindest in einem Teilbereich in einen oberen Kühlraum (3'a) und einen unteren Kühlraum (3'b) aufteilt, wobei der obere Kühlraum (3'a) und der untere Kühlraum (3'b) durch Öffnungen in dem strömungsbeeinflussenden Element (4, 4') miteinander verbunden sind und dass das Kühlmittel in den Kühlraum (3, 3') durch den oberen Kühlraum (3'a) eingeführt wird.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass an das strömungsbeeinflussende Element zumindest eine Rippe (6, 6') anordbar ist.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') zumindest in Teilbereichen eine Oberflächenkrümmung (7, 7') aufweist.
  4. Kühlsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') aus einem korrosionsfesten Kunststoff und/oder Metall oder Kunststoff-Metallverbundwerkstoff gefertigt ist.
  5. Kühlsystem nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') zumindest in Teilbereichen elastisch verformbar ist.
  6. Kühlsystem nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') mit der Rippe (6, 6') in dem Kühlraum (3, 3') verklemmbar ist.
  7. Kühlsystem nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') in dem Kühlraum (3, 3') zusätzlich befestigbar ist.
  8. Kühlsystem nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsbeeinflussende Element (4, 4') einstückig ist.
EP01130052A 2001-01-20 2001-12-18 Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP1227236B1 (de)

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