WO2014001181A1 - BRENNKRAFTMASCHINE, INSBESONDERE GROßDIESELMOTOR - Google Patents

BRENNKRAFTMASCHINE, INSBESONDERE GROßDIESELMOTOR Download PDF

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Gerhard Maier
Rene KÖGL
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Avl List Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular a large diesel engine, having at least one individual cylinder with a cylinder housing receiving a cylinder housing, and with at least one single cylinder head, wherein the cylinder liner is surrounded by at least one cooling jacket, which with at least one cooling space, is fluidly connected in the single cylinder head, the cylinder liner is surrounded by a first and a second cooling jacket, wherein the first cooling jacket is fluidly separated from the second cooling jacket within the cylinder housing.
  • a similar cooling system with a first cooling circuit for cooling the cylinder head and a second cooling circuit for cooling the cylinder block is known from EP 1 035 306 A2.
  • DE 10 2004 024 289 A1 describes a cooling system for a vehicle with a high-temperature circuit and a low-temperature circuit.
  • the high-temperature circuit is provided for cooling the internal combustion engine
  • the low-temperature circuit is used for cooling a charge air cooler and possibly an oil cooler.
  • JP 06-60745 U discloses an internal combustion engine having at least one cylinder with a cylinder housing receiving a cylinder housing, and with a cylinder head, wherein the cylinder liner is surrounded by a first and a second cooling jacket, wherein the first cooling jacket is fluidly connected to a cooling chamber in the cylinder head. The first cooling jacket is fluidly separated from the second cooling jacket within the cylinder housing.
  • Similar internal combustion engines are also known from JP 55-057614 A or JP 58-65927 A.
  • the object of the invention is to improve the heat dissipation in the area of the fire deck and the cylinder liner for large engines.
  • this is achieved in that the first cooling jacket with at least a first cooling space and the second cooling jacket with at least one second cooling space in the single cylinder head is fluidly connected.
  • the first cooling jacket is flow-connected via at least one, preferably annular, first flow passage within the cylinder housing with at least one, preferably annular, first cooling channel surrounding the land section of the cylinder liner.
  • the first cooling channel is preferably at least partially, preferably predominantly, disposed between the first cooling jacket and the single cylinder head.
  • the first cooling channel is flow-connected via at least one first transfer opening between the cylinder housing and the single cylinder head with the first cooling chamber in the single cylinder head.
  • the first cooling jacket may be partially formed by the cylinder housing surrounding the cylinder housing, partially by the cylinder liner itself, wherein preferably the second cooling jacket is formed by the single cylinder housing.
  • a particularly good cooling of the Feuerstegring Schemees results further when the second cooling jacket surrounds the first cooling channel substantially.
  • the second cooling jacket is flow-connected to at least one second cooling space in the single cylinder head via at least one preferably annular second overflow opening between cylinder housing and single cylinder head.
  • the second cooling dream preferably has at least one annular second cooling passage surrounding a valve seat ring and at least one axial connecting passage adjacent to a central component opening into the combustion chamber, preferably an injector, and radial connecting passages between the second and third cooling passages and leading to the second cooling passages or axial connecting passages radial connection holes in the fire deck of the single cylinder head, wherein preferably the components of the second cooling chamber, at least predominantly in a normal plane to the cylinder axis in the fire deck of the single cylinder head are arranged.
  • the axial connection channel is flow-connected with at least one partial cooling space arranged between the first and second cooling chambers in the single cylinder head, which preferably surrounds at least one inlet and / or outlet channel, wherein the partial cooling space is separated from the first cooling water space by an intermediate deck, and wherein the partial cooling space is flow-connected to the first cooling water space via at least one second flow transition in the intermediate deck.
  • annular gap is formed between the intermediate deck and the central component, or a sleeve receiving the central component, wherein an annular diaphragm is arranged in the annular gap, wherein preferably the annular aperture is firmly connected to the sleeve.
  • the panel may be formed as a metal or plastic panel.
  • the cooling system with the two cooling circuits is thus integrated into the castings of the cylinder housing or the single cylinder head.
  • the two cooling circuits can be operated at the same temperature.
  • the two cooling circuits have different temperature levels, wherein the first cooling circuit is designed as a high-temperature circuit and the second cooling circuit as a low-temperature circuit, wherein the low-temperature circuit has a lower temperature level than the high-temperature circuit.
  • the high-temperature circuit is formed by the first cooling circuit, which has an inlet temperature in the first coolant jacket of about 85 ° C.
  • the coolant flows around the cylinder liner in the upper region, in order to effect the cooling of the Feuerstegring Schemees and the piston ring portion in the region of the first Kolbenringnut sufficiently, and then flows through the first transfer opening in the first cooling chamber of the single cylinder head.
  • the second cooling circuit forms the low-temperature circuit, which is temperature-controlled so that the inlet temperature in the second cooling jacket is approximately at 50 ° to 70 ° C.
  • the coolant flows through the fire deck in the single cylinder head in a normal plane arranged substantially normal to the cylinder axis.
  • the cooling holes and cooling channels are arranged very close to the combustion chamber roof of the single cylinder head and also supply the valve seat rings of the intake and exhaust valves with coolant. The flow is directed to the center of the single cylinder head, is deflected in the injector sleeve by means of a diaphragm and then flows through the lower part of the cooling chamber of the single cylinder head in the opposite direction to the connecting holes radially outward.
  • the flows of the first cooling circuit and the second cooling circuit are brought together in a targeted manner in the region of the upper first cooling space and then exit together from the cylinder head at the opening to the water collecting line.
  • the coolant of the second cooling circuit can be removed from the first cooling circuit.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine according to the invention in a longitudinal section in a first embodiment
  • FIG. 2 shows this internal combustion engine in a meridian section
  • FIG. 3 shows an internal combustion engine according to the invention in a second embodiment in a meridian section
  • Fig. 4 shows this internal combustion engine in a section along the line IV-IV in Fig. 3;
  • Fig. 5 shows this internal combustion engine in a section along the line V-V in
  • Fig. 6 the cooling system of the internal combustion engine according to the invention.
  • the internal combustion engine has a plurality of individual cylinders 1, each individual cylinder 1 having a cylinder housing 2 and a cylinder liner 3.
  • the cylinder housing 2 is closed by a single cylinder head 4 upwards.
  • the cylinder liner 3 is surrounded by a first cooling jacket 5 and a second cooling jacket 6, wherein the first cooling jacket 5 and second cooling jacket 6 belong to different cooling circuits 31, 32 and are separated within the cylinder housing 2, so that the cooling media are supplied separately to the single cylinder head 4.
  • the first cooling jacket 5 starts from a first supply channel 5a of the first cooling circuit 31, the second cooling jacket 6 from a second supply channel 6a of the second cooling circuit 32.
  • the first cooling jacket 5 surrounds the cylinder liner 3 and is connected via an annular first flow transition 7 with an annular first cooling channel 8 and tangential Einfräsungen 9 or radial blind holes or radial through holes in the cylinder liner 3 for cooling the Feuerstegring Schemees 10 in flow communication.
  • annular first cooling channel 8 From the annular first cooling channel 8 is a transition channel 11 goes out, which via a first transfer opening 12 and a substantially parallel to the cylinder axis la formed riser 13 opens into the first cooling chamber 14.
  • the annular first channel region 8 is surrounded by the second cooling jacket 6, which is formed in the cylinder housing 2.
  • the second cooling jacket 6 is flow-connected via a second transfer passage 15 and at least one, for example, annular second transfer opening 16 between the cylinder housing 2 and the single cylinder head 4, as well as radial first connecting bores 17 with annular second cooling channels 18 for cooling the valve seat rings 43.
  • the second cooling channels 18 are connected via radial connecting channels 19 with at least one axial connecting channel 20, which is arranged in the direction of the cylinder axis la adjacent to a sleeve 21 for receiving a central component, for example an injection nozzle. Furthermore, the second cooling jacket 6 is connected via radial second connecting bores 22 with at least one axial connecting channel 20.
  • the second cooling channels 18 and the first and second connecting bores ments 17 and 22 are arranged substantially in a normal plane ⁇ in the fire deck 23 of the single cylinder head 4 and form together with the axial connecting channels 20 from the second cooling circuit 32 fed second cooling chamber 24.
  • the axial connecting channels 20 are connected to a lower partial cooling space 25, which is separated from the overlying first cooling space 14 by an intermediate deck 26.
  • the partial cooling space 25 communicates with the first cooling space 14 via a second flow passage 27.
  • the axial and radial connecting channels 19, 20 are preferably formed by bores.
  • annular gap 28 is formed, in which an annular aperture 29 is inserted from metal or plastic.
  • the panel 29 may be fixed to the sleeve 21, for example, welded or glued.
  • FIG. 6 schematically shows the coolant system 30 of the internal combustion engine.
  • the coolant system 30 has a first cooling circuit 31 and a second cooling circuit 32, the first cooling circuit 31 being designed as a high-temperature circuit HT and the second cooling circuit 32 as a low-temperature circuit NT.
  • a first coolant pump 33 in the second cooling circuit 32, a second coolant pump 34 is arranged in the first cooling circuit 31, a first coolant pump 33, in the second cooling circuit 32.
  • the coolant of the first cooling circuit 31 flows from the first coolant pump 33 to a first charge air cooler 35 designed as a high-temperature charge air cooler and passes from it into the first cooling jacket 5 of the cylinder housing 2.
  • the coolant of the second cooling circuit 32 is discharged from the second coolant pump 34 as Never - Conveyed the temperature of the intercooler second charge air cooler 36, from which it is supplied via the oil cooler 37 to the second cooling jacket 6.
  • the coolant flows through the cooling chambers of the cylinder housing 2 and the single cylinder head 4 in the manner described above, with the flows of the two cooling circuits 31, 32 unite in the single cylinder head 4 and leave the single cylinder head 4 via a common coolant manifold 38. Via a thermostatic valve 39, the coolant passes into a central system cooler 40. Downstream of the system cooler 40, the coolant flows are divided into the two partial flows of the first cooling circuit 31 and the second cooling circuit 32.
  • the cooling circuit 31 is operated at about 85 ° C (inlet temperature in the first cooling jacket 5), wherein the coolant flows around the cylinder liner 3 in the upper region around the Feuerstegring Scheme 10 and in the region of the first groove 9 of the Cool enough piston ring area. Thereafter, the coolant of the first cooling circuit 31 flows into the single cylinder head 4 in the region of the first transfer opening 12.
  • the second cooling circuit 32 is temperature controlled so that the inlet temperature in the second cooling jacket 6 in the range between 50 ° C to 70 ° C.
  • the coolant of the second cooling circuit 32 flows through the fire deck 23 of the single cylinder head 4 substantially in a normal plane ⁇ to the cylinder axis la.
  • the second cooling channels 18 and distributor bores 17 and 22 are arranged in the region of a normal plane ⁇ on the cylinder axis la near the combustion chamber roof of the single cylinder head 4 and cool the valve seat rings 43 of the inlet and outlet valves.
  • the flow is directed radially in the direction of the center of the single cylinder head 4, is deflected in the region of the sleeve 21 by means of the diaphragm 29 and flows through the lower part of the cooling chamber 25 in opposite directions to the manifold bores 17 and 22.
  • the flows of the first and second cooling circuits 31, 32 are targeted merged in the region of the upper first cooling chamber 14 and then pass together through the manifold 38 from the single cylinder head 4.
  • the second cooling circuit 32 can branch off from the low-temperature cooling circuit NT before it enters the second coolant jacket 6.
  • By arranging the mixing valve 41 between the first and second cooling circuits 31, 32 admixing of both cooling circuits 31, 32 is made possible. For example, with a cold engine or idling, hot water from the high-temperature circuit HT may be mixed into the low-temperature circuit NT.
  • the mixing valve 41 and the control valve 42 can be controlled depending on temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Großdieselmotor, mit zumindest einem ersten und einem zweiten Kühlkreis (31, 32), mit zumindest einem Einzelzylinder (1) mit einem eine Zylinderlaufbuchse (3) aufnehmenden Zylindergehäuse (2), sowie mit zumindest einem Einzelzylinderkopf (4), wobei die Zylinderlaufbuchse (3) von zumindest einem Kühlmantel (5, 6) umgeben ist, welcher mit zumindest einem Kühlraum (14), im Einzelzylinderkopf (4) strömungsverbunden ist, die Zylinderlaufbuchse (3) von einem ersten und einem zweiten Kühlmantel (5, 6) umgeben ist, wobei der erste Kühlmantel (5) vom zweiten Kühlmantel (6) innerhalb des Zylindergehäuses (2) strömungsmäßig getrennt ist. Um hohe Wirkungsgrade und niedrige Abgaswerte zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der erste Kühlmantel (5) mit zumindest einem ersten Kühlraum (14) und der zweite Kühlmantel (6) mit zumindest einem zweiten Kühlraum (24) im Einzelzylinderkopf (4) strömungsverbunden ist.

Description

Brennkraftmaschine, insbesondere Großdieselmotor
Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschine, insbesondere Großdieselmotor, mit zumindest einem ersten und einem zweiten Kühlkreis, mit zumindest einem Einzelzylinder mit einem eine Zylinderlaufbuchse aufnehmenden Zylindergehäuse, sowie mit zumindest einem Einzelzylinderkopf, wobei die Zylinderlaufbuchse von zumindest einem Kühlmantel umgeben ist, welcher mit zumindest einem Kühlraum, im Einzelzylinderkopf strömungsverbunden ist, die Zylinderlaufbuchse von einem ersten und einem zweiten Kühlmantel umgeben ist, wobei der erste Kühlmantel vom zweiten Kühlmantel innerhalb des Zylindergehäuses strömungsmäßig getrennt ist.
Aus der DE 10 2004 047 452 AI ist ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Kühlkreis eines Zylinderkopfes und einem zweiten Kühlkreis eines Motorblockes bekannt, die miteinander verbunden ist. Ein steuerbares Stellmittel zur Regulierung einer Aufteilung eines Kühlmittelstromes ist zwischen dem ersten und zweiten Kühlkreis vorhanden.
Ein ähnliches Kühlsystem mit einem ersten Kühlkreis zur Kühlung des Zylinderkopfes und einem zweiten Kühlkreis zur Kühlung des Zylinderblockes ist aus der EP 1 035 306 A2 bekannt.
Die DE 10 2004 024 289 AI beschreibt ein Kühlsystem für ein Fahrzeug mit einem Hochtemperaturkreislauf und einem Niedrigtemperaturkreislauf. Der Hochtemperaturkreislauf ist zur Kühlung der Brennkraftmaschine vorgesehen, der Niedrigtemperaturkreislauf dient zur Kühlung eines Ladeluftkühlers und ggf. eines Ölkühlers.
Auch aus der DE 10 2011 101 337 AI ist eine Kreislaufanordnung mit einem Niedrigtemperaturkreislauf zur Kühlung von Nebenaggregaten einer Brennkraftmaschine und einem Hochtemperaturkreislauf zur Kühlung der Brennkraftmaschine und weiterer Nebenaggregate bekannt.
Die JP 06-60745 U offenbart eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder mit einem eine Zylinderlaufbuchse aufnehmenden Zylindergehäuse, sowie mit einem Zylinderkopf, wobei die Zylinderlaufbuchse von einem ersten und einem zweiten Kühlmantel umgeben ist, wobei der erste Kühlmantel mit einem Kühlraum im Zylinderkopf strömungsverbunden ist. Der erste Kühlmantel ist vom zweiten Kühlmantel innerhalb des Zylindergehäuses strömungsmäßig getrennt. Ähnliche Brennkraftmaschinen sind auch aus der JP 55-057614 A oder der JP 58- 65927 A bekannt.
Des Weiteren ist es bekannt, bei Großmotoren für die Kühlung von Ventilsitzringen einen separaten Kühlkreis zu verwenden.
Basierend auf der Anforderung, heutige Großmotoren mit immer besseren Wirkungsgraden und niedrigeren Emissionen zu betreiben, ist es notwendig, die Mitteldruck- und Zünddruckpotentiale der Brennkraftmaschinen an die verbesserte Aufladetechnik (zweistufige Aufladung) anzupassen. Dies bedeutet, dass im Bereich der Zylinderlaufbuchse und des Feuerdecks des Zylinderkopfes mehr Wärme als bisher abgeführt werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei Großmotoren die Wärmeabfuhr im Bereich des Feuerdeckes und der Zylinderlaufbuchse zu verbessern .
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der erste Kühlmantel mit zumindest einem ersten Kühlraum und der zweite Kühlmantel mit zumindest einem zweiten Kühlraum im Einzelzylinderkopf strömungsverbunden ist.
Um eine effektive Kühlung des Feuerstegringes der Zylinderlaufbuchse zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der erste Kühlmantel über zumindest einen, vorzugsweise ringförmigen, ersten Strömungsübertritt innerhalb des Zylindergehäuses mit zumindest einem den Feuerstegbereich der Zylinderlaufbuchse umgebenden, vorzugsweise ringförmigen, ersten Kühlkanal strömungsverbunden ist. Der erste Kühlkanal ist bevorzugt zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, zwischen dem ersten Kühlmantel und dem Einzelzylinderkopf angeordnet. Dies ermöglicht eine hervorragende Kühlung des Zylinders im Feuerstegringbereich, insbesondere, wenn die Zylinderlaufbuchse zumindest eine vom ersten Kühlkanal aushegende radiale Sackbohrung, radiale Durchgangsbohrung oder vorzugsweise tangentiale Einfräsung aufweist.
Der erste Kühlkanal ist über zumindest eine erste Übertrittsöffnung zwischen Zylindergehäuse und Einzelzylinderkopf mit dem ersten Kühlraum im Einzelzylinderkopf strömungsverbunden.
Der erste Kühlmantel kann teilweise durch das die Zylinderlaufbuchse umgebende Zylindergehäuse, teilweise durch die Zylinderlaufbuchse selbst gebildet sein, wobei vorzugsweise der zweite Kühlmantel durch das Einzelzylindergehäuse gebildet ist. Eine besonders gute Kühlung des Feuerstegringbereiches ergibt sich weiters, wenn der zweite Kühlmantel den ersten Kühlkanal im Wesentlichen umgibt. Um unabhängig vom Zylindergehäuse den Bereich des Feuerdeckes des Einzelzylinderkopfes optimal zu kühlen, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Kühlmantel über zumindest eine vorzugsweise ringförmige zweite Überströmöffnung zwischen Zylindergehäuse und Einzelzylinderkopf mit zumindest einem zweiten Kühlraum im Einzelzylinderkopf strömungsverbunden ist.
Der zweite Kühltraum weist bevorzugt zumindest einen einen Ventilsitzring umgebenden ringförmigen zweiten Kühlkanal und zumindest einen axialen Verbindungskanal benachbart zu einem in den Brennraum mündenden zentralen Bauteil, vorzugsweise einen Injektor, sowie radiale Verbindungskanäle zwischen zweiten und dritten Kühlkanälen und zu den zweiten Kühlkanälen bzw. axialen Verbindungskanälen führende radiale Verbindungsbohrungen im Feuerdeck des Einzelzylinderkopfes auf, wobei vorzugsweise die Komponenten des zweiten Kühlraumes, zumindest überwiegend in einer Normalebene auf die Zylinderachse im Feuerdeck des Einzelzylinderkopfes angeordnet sind.
Weiter kann vorgesehen sein, der axiale Verbindungskanal mit zumindest einem zwischen erstem und zweitem Kühlraum angeordneten Teilkühlraum im Einzelzylinderkopf strömungsverbunden ist, welcher vorzugsweise zumindest einen Ein- lass- und/oder Auslasskanal umgibt, wobei der Teilkühlraum vom ersten Kühlwasserraum durch ein Zwischendeck getrennt ist, und wobei der Teilkühlraum über zumindest einen zweiten Strömungsübertritt im Zwischendeck mit dem ersten Kühlwasserraum strömungsverbunden ist.
Um eine genau definierte Wärmeabfuhr im Bereich des zentralen Bauteiles zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn zwischen Zwischendeck und zentralem Bauteil, bzw. einer den zentralen Bauteil aufnehmenden Hülse, ein Ringspalt ausgebildet ist, wobei im Ringspalt eine ringförmige Blende angeordnet ist, wobei vorzugsweise die ringförmige Blende fest mit der Hülse verbunden ist. Die Blende kann als Metall- oder Kunststoffblende ausgebildet sein.
Das Kühlsystem mit den zwei Kühlkreisen ist somit in die Gussteile des Zylindergehäuses bzw. des Einzelzylinderkopfes integriert.
Prinzipiell können die beiden Kühlkreise auf gleicher Temperatur betrieben werden.
Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn die zwei Kühlkreise unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen, wobei der erste Kühlkreis als Hochtemperaturkreislauf und der zweite Kühlkreis als Niedertemperaturkreislauf ausgebildet ist, wobei der Niedertemperaturkreis ein niedrigeres Temperaturniveau als der Hochtemperaturkreis aufweist. Der Hochtemperaturkreis wird dabei durch den ersten Kühlkreis gebildet, welcher eine Eintrittstemperatur in den ersten Kühlmittelmantel von etwa 85°C aufweist. Das Kühlmittel umströmt die Zylinderlaufbuchse im oberen Bereich, um die Kühlung des Feuerstegringbereiches und des Kolbenringbereiches im Bereich der ersten Kolbenringnut in ausreichender Weise zu bewirken, und strömt danach über die erste Übertrittöffnung in den ersten Kühlraum des Einzelzylinderkopfes.
Der zweite Kühlkreis bildet den Niedertemperaturkreis, welcher temperaturmäßig so geregelt wird, dass die Eintrittstemperatur in den zweiten Kühlmantel etwa bei 50° bis 70°C liegt. Das Kühlmittel durchströmt das Feuerdeck im Einzelzylinderkopf in einer im Wesentlichen normal zur Zylinderachse angeordneten Normalebene. Die Kühlbohrungen und Kühlkanäle sind dabei sehr nahe dem Brennraumdach des Einzelzylinderkopfes angeordnet und versorgen ebenfalls die Ventilsitzringe der Einlass- und Auslassventile mit Kühlmittel. Die Strömung ist zur Mitte des Einzelzylinderkopfes gerichtet, wird im Bereich der Injektorhülse mittels einer Blende umgelenkt und durchströmt danach den unteren Teilkühlraum des Einzelzylinderkopfes in gegenläufiger Richtung zu den Verbindungsbohrungen radial nach außen. Die Strömungen des ersten Kühlkreises und des zweiten Kühlkreises werden gezielt im Bereich des oberen ersten Kühlraumes zusammengeführt und treten dann gemeinsam an der Öffnung zur Wassersammelleitung aus dem Zylinderkopf aus. Das Kühlmittel des zweiten Kühlkreises kann dabei dem ersten Kühlkreis entnommen werden. Durch die Anordnung zumindest eines Mischventils zwischen dem ersten Kühlkreis und den zweiten Kühlkreis (vor Eintritt in die Kühlmäntel des Zylindergehäuses) wird ein Zumischen von beiden Kühlkreisen ermöglicht. Dadurch kann zum Beispiel bei kalter Brennkraftmaschine oder im Leerlauf warmes Wasser des ersten Kühlkreises dem zweiten Kühlkreis zugemischt werden, wobei das Mischventil temperaturabhängig gesteuert werden kann.
Dadurch, dass im Zylindergehäuse zwei getrennte Kühlkreise vorgesehen sind, und durch die zwei getrennten Kühlströmungsführungen im Einzelzylinderkopf, können Bereiche des Feuersteges, des Feuerdeckes und um die Ein- und Auslasskanäle im Einzelzylinderkopf separat und gezielt mit der jeweils optimalen Kühlmitteltemperatur gekühlt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante;
Fig. 2 diese Brennkraftmaschine in einem Meridianschnitt; Fig. 3 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante in einem Meridianschnitt;
Fig. 4 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig . 3;
Fig. 5 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in
Fig. 3; und
Fig. 6 das Kühlsystem der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine weist mehrere Einzelzylinder 1 auf, wobei jeder Einzelzylinder 1 ein Zylindergehäuse 2 und eine Zylinderlaufbuchse 3 aufweist. Das Zylindergehäuse 2 wird durch einen Einzelzylinderkopf 4 nach oben abgeschlossen.
Die Zylinderlaufbuchse 3 ist von einem ersten Kühlmantel 5 und einem zweiten Kühlmantel 6 umgeben, wobei erster Kühlmantel 5 und zweiter Kühlmantel 6 verschiedenen Kühlkreisen 31, 32 angehören und innerhalb des Zylindergehäuses 2 getrennt sind, so dass die Kühlmedien separat dem Einzelzylinderkopf 4 zugeführt werden. Der erste Kühlmantel 5 geht dabei von einem ersten Versorgungskanal 5a des ersten Kühlkreises 31, der zweite Kühlmantel 6 von einem zweiten Versorgungskanal 6a des zweiten Kühlkreises 32 aus. Der erste Kühlmantel 5 umgibt die Zylinderlaufbuchse 3 und steht über einen ringförmigen ersten Strömungsübertritt 7 mit einem ringförmigen ersten Kühlkanal 8 und tangentialen Einfräsungen 9 oder radialen Sackbohrungen oder radialen Durchgangsbohrungen in der Zylinderlaufbuchse 3 zur Kühlung des Feuerstegringbereiches 10 in Strömungsverbindung . Von dem ringförmigen ersten Kühlkanal 8 geht ein Übertrittskanal 11 aus, welcher über eine erste Übertrittsöffnung 12 und einen im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse la ausgebildeten Steigkanal 13 in den ersten Kühlraum 14 einmündet. Der ringförmige erste Kanalbereich 8 ist vom zweiten Kühlmantel 6 umgeben, welcher in das Zylindergehäuse 2 eingeformt ist. Der zweite Kühlmantel 6 ist über einen zweiten Übertrittkanal 15 und zumindest eine beispielsweise ringförmige zweite Übertrittsöffnung 16 zwischen Zylindergehäuse 2 und Einzelzylinderkopf 4, sowie radiale erste Verbindungsbohrungen 17 mit ringförmigen zweiten Kühlkanälen 18 zur Kühlung der Ventilsitzringe 43 strömungsverbunden. Die zweiten Kühlkanäle 18 sind über radiale Verbindungskanäle 19 mit zumindest einem axialen Verbindungskanal 20 verbunden, welcher in Richtung der Zylinderachse la benachbart zu einer Hülse 21 zur Aufnahme eines zentralen Bauteiles, beispielsweise einer Einspritzdüse, angeordnet ist. Weiters ist der zweite Kühlmantel 6 über radiale zweite Verbindungsbohrungen 22 mit zumindest einem axialen Verbindungskanal 20 verbunden. Die zweiten Kühlkanäle 18 sowie die ersten und zweiten Verbindungsboh- rungen 17 und 22 sind im Wesentlichen in einer Normalebene ε im Feuerdeck 23 des Einzelzylinderkopfes 4 angeordnet und bilden zusammen mit den axialen Verbindungskanälen 20 den vom zweiten Kühlkreis 32 gespeisten zweiten Kühlraum 24 aus.
Die axialen Verbindungskanäle 20 sind mit einem unteren Teilkühlraum 25 verbunden, welcher vom darüber liegenden ersten Kühlraum 14 durch ein Zwischendeck 26 getrennt ist. Der Teilkühlraum 25 steht über einen zweiten Strömungsübertritt 27 mit dem ersten Kühlraum 14 in Verbindung.
Die axialen und radialen Verbindungskanäle 19, 20 sind bevorzugt durch Bohrungen gebildet.
Zwischen dem Zwischendeck 26 und der Hülse 21 ist ein Ringspalt 28 ausgebildet, in welchem eine ringförmige Blende 29 aus Metall oder Kunststoff eingesetzt ist. Die Blende 29 kann fest mit der Hülse 21, beispielsweise verschweißt oder verklebt sein.
In Figur 6 ist schematisch das Kühlmittelsystem 30 der Brennkraftmaschine dargestellt. Das Kühlmittelsystem 30 weist einen ersten Kühlkreis 31 und einen zweiten Kühlkreis 32 auf, wobei der erste Kühlkreis 31 als Hochtemperaturkreis HT und der zweite Kühlkreis 32 als Niedertemperaturkreislauf NT ausgebildet ist. Im ersten Kühlkreis 31 ist eine erste Kühlmittelpumpe 33, im zweiten Kühlkreis 32 eine zweite Kühlmittelpumpe 34 angeordnet. Das Kühlmittel des ersten Kühlkreises 31 strömt von der ersten Kühlmittelpumpe 33 zu einem als Hochtempe- raturladeluftkühler ausgebildeten ersten Ladeluftkühler 35 und gelangt von diesem in den ersten Kühlmantel 5 des Zylindergehäuses 2. Das Kühlmittel des zweiten Kühlkreises 32 wird von der zweiten Kühlmittelpumpe 34 zum als Nie- dertemperaturladeluftkühler ausgebildeten zweiten Ladeluftkühler 36 gefördert, von welchem es über den Ölkühler 37 dem zweiten Kühlmantel 6 zugeführt wird . Das Kühlmittel durchströmt in der vorhin beschriebenen Weise die Kühlräume des Zylindergehäuses 2 und des Einzelzylinderkopfes 4, wobei sich die Strömungen der beiden Kühlkreise 31, 32 im Einzelzylinderkopf 4 vereinigen und über eine gemeinsame Kühlmittelsammelleitung 38 den Einzelzylinderkopf 4 wieder verlassen. Über ein Thermostatventil 39 gelangt das Kühlmittel in einen zentralen Anlagenkühler 40. Stromabwärts des Anlagenkühlers 40 werden die Kühlmittelströme in die beiden Teilströmungen des ersten Kühlkreises 31 und des zweiten Kühlkreises 32 aufgeteilt.
Der Kühlkreis 31 wird mit ca. 85°C (Eintrittstemperatur in den ersten Kühlmantel 5) betrieben, wobei das Kühlmittel die Zylinderlaufbuchse 3 im oberen Bereich umströmt um den Feuerstegringbereich 10 und im Bereich der ersten Nut 9 des Kolbenringbereiches ausreichend zu kühlen. Danach strömt das Kühlmittel des ersten Kühlkreises 31 im Bereich der ersten Übertrittsöffnung 12 in den Einzelzylinderkopf 4.
Der zweite Kühlkreis 32 wird temperaturmäßig so geregelt, dass die Eintrittstemperatur in den zweiten Kühlmantel 6 im Bereich zwischen 50°C bis 70°C liegt. Das Kühlmittel des zweiten Kühlkreises 32 durchströmt das Feuerdeck 23 des Einzelzylinderkopfes 4 im Wesentlichen in einer Normalebene ε auf die Zylinderachse la. Die zweiten Kühlkanäle 18 und Verteilerbohrungen 17 und 22 sind im Bereich einer Normalebene ε auf die Zylinderachse la nahe dem Brennraumdach des Einzelzylinderkopfes 4 angeordnet und kühlen die Ventilsitzringe 43 der Ein- und Auslassventile. Die Strömung ist radial in Richtung der Mitte des Einzelzylinderkopfes 4 gerichtet, wird im Bereich der Hülse 21 mittels der Blende 29 umgelenkt und durchströmt den unteren Teilkühlraum 25 gegenläufig zu den Verteilerbohrungen 17 und 22. Die Strömungen des ersten und zweiten Kühlkreises 31, 32 werden gezielt im Bereich des oberen ersten Kühlraumes 14 zusammengeführt und treten dann gemeinsam durch die Sammelleitung 38 aus dem Einzelzylinderkopf 4 aus. Der zweite Kühlkreis 32 kann dabei vom Niedertempe- raturkühlkreis NT vor dem Eintritt in den zweiten Kühlmittelmantel 6 abzweigen. Durch die Anordnung des Mischventils 41 zwischen dem ersten und zweiten Kühlkreis 31, 32 wird ein Zumischen von beiden Kühlkreisen 31, 32 ermöglicht. Zum Beispiel kann bei kalter Brennkraftmaschine oder im Leerlauf warmes Wasser aus dem Hochtemperaturkreislauf HT in den Niedertemperaturkreislauf NT zugemischt werden. Das Mischventil 41 und das Regelventil 42 können dabei temperaturabhängig gesteuert werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine, insbesondere Großdieselmotor, mit zumindest einem ersten und einem zweiten Kühlkreis (31, 32), mit zumindest einem Einzelzylinder (1) mit einem eine Zylinderlaufbuchse (3) aufnehmenden Zylindergehäuse (2), sowie mit zumindest einem Einzelzylinderkopf (4), wobei die Zylinderlaufbuchse (3) von zumindest einem Kühlmantel (5, 6) umgeben ist, welcher mit zumindest einem Kühlraum (14), im Einzelzylinderkopf (4) strömungsverbunden ist, die Zylinderlaufbuchse (3) von einem ersten und einem zweiten Kühlmantel (5, 6) umgeben ist, wobei der erste Kühlmantel (5) vom zweiten Kühlmantel (6) innerhalb des Zylindergehäuses (2) strömungsmäßig getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (5) mit zumindest einem ersten Kühlraum (14) und der zweite Kühlmantel (6) mit zumindest einem zweiten Kühlraum (24) im Einzelzylinderkopf (4) strömungsverbunden ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (5) über zumindest einen, vorzugsweise ringförmigen, ersten Strömungsübertritt (7) innerhalb des Zylindergehäuses (2) mit zumindest einem den Feuersteg bereich (10) der Zylinderlaufbuchse (3) umgebenden, vorzugsweise ringförmigen, ersten Kühlkanal (8) strömungsverbunden ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (8) zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, zwischen dem ersten Kühlmantel (5) und dem Einzelzylinderkopf (4) angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (3) zumindest eine vom ersten Kühlkanal (8) ausgehende radiale Sackbohrung Durchgangsbohrung oder - vorzugsweise tangentiale - Einfräsung (9) aufweist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (8) über zumindest eine erste Übertrittsöffnung (12) zwischen Zylindergehäuse (2) und Einzelzylinderkopf (4) mit dem ersten Kühlraum (14) im Einzelzylinderkopf (4) strömungsverbunden ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (5) teilweise vom Zylindergehäuse (2) und teilweise von der Zylinderlaufbuchse (3) gebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmantel (6) durch das Zylindergehäuse (2) gebildet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmantel (6) den ersten Kühlkanal (8) im Wesentlichen umgibt.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmantel (6) über zumindest eine vorzugsweise ringförmige zweite Überströmöffnung (16) zwischen Zylindergehäuse (2) und Einzelzylinderkopf (4) mit zumindest einem zweiten Kühlraum (24) im Einzelzylinderkopf (4) strömungsverbunden ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlraum (24) zumindest einen einen Ventilsitzring (43) umgebenden ringförmigen zweiten Kühlkanal (18) aufweist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlraum (24) zumindest einen vorzugsweise parallel zur Zylinderachse ( la) ausgebildeten axialen Verbindungskanal (20) aufweist, wobei vorzugsweise der axiale Verbindungskanal (20) benachbart zu einem in den Brennraum des Einzelzylinders (1) mündenden zentralen Bauteil, vorzugsweise einen Injektor, oder zu einer diesen aufnehmende Hülse (21) ausgebildet ist.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Verbindungskanal (20) über zumindest einen radialen Verbindungskanal (19) mit zumindest einem zweiten Kühlkanal (18) strömungsverbunden ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlraum (24) zumindest eine radiale Verbindungsbohrung (17, 22) im Feuerdeck (23) des Einzelzylinderkopfes (4) aufweist, wobei vorzugsweise zumindest eine Verbindungsbohrung (17, 22) in den zweiten Kühlkanal (18) oder den axialen Verbindungskanal (20) einmündet.
14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Element aus der Gruppe Verbindungsbohrung (17, 22), radialer Verbindungskanal (19) und zweiter Kühlkanal (18) in einer Normalebene (ε) auf die Zylinderachse ( la) im Feuerdeck (23) des Einzelzylinderkopfes (4) angeordnet ist.
15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Verbindungskanal (20) mit zumindest einem zwischen erstem und zweitem Kühlraum (14, 24) angeordneten Teilkühlraum
(25) im Einzelzylinderkopf (4) strömungsverbunden ist, welcher vorzugsweise zumindest einen Einlass- und/oder Auslasskanal umgibt.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkühlraum (25) vom ersten Kühlraum (14) durch ein Zwischendeck
(26) getrennt ist.
17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkühlraum (25) über zumindest einen zweiten Strömungsübertritt (27) im Zwischendeck (26) mit dem ersten Kühlraum (14) strömungsverbunden ist.
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zwischendeck (26) und zentralem Bauteil, bzw. einer den zentralen Bauteil aufnehmenden Hülse (21), ein Ringspalt (28) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise im Ringspalt (28) eine ringförmige Blende (29) angeordnet ist.
19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Blende (29) fest mit der Hülse (21) verbunden ist.
20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (29) durch einen Metall- oder Kunststoffring gebildet ist.
21. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass - vorzugsweise eingangsseitig - der erste Kühlmantel (5) mit dem ersten Kühlkreis (31) und der zweite Kühlmantel (6) mit dem zweiten Kühlkreis (32) verbunden ist.
22. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreis (31) als Hochtemperaturkreis (HT) und der zweite Kühlkreis (32) als Niedertemperaturkreis (NT) ausgebildet ist.
23. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Kühlkreis (31) eine erste Kühlmittelpumpe (33) und ein erster Ladeluftkühler (35) angeordnet ist, wobei der Niedertemperaturkreis (NT ein niedrigeres Temperaturniveau als der Hochtemperaturkreis (HT) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kühlkreis (32) eine zweite Kühlmittelpumpe (34) und ein zweiter Ladeluftkühler (36), vorzugsweise auch ein Ölkühler (37) angeordnet ist.
25. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kühlkreis (31, 32) vor dem Eintritt in den ersten oder zweiten Kühlmantel (5, 6) des Zylindergehäuses (2) über zumindest ein Bypass- oder Mischventil (41, 42) miteinander verbindbar sind .
26. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Medien des ersten und zweiten Kühlkreises (31, 32) innerhalb des Einzelzylinderkopfes (4) zusammengeführt sind .
27. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Kühlkreis (31, 32) stromabwärts eines Zentralkühlers (40) von einem gemeinsamen Kühlkreis abzweigen .
28. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Kühlkreis (31, 32) das gleiche Temperaturniveau vor dem Eintritt in den ersten bzw. zweiten Kühlmantel (5, 6) aufweisen.
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