WO2020107052A1 - Brennkraftmaschine mit einem kühlflüssigkeitsmantel - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem kühlflüssigkeitsmantel Download PDF

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WO2020107052A1
WO2020107052A1 PCT/AT2019/060409 AT2019060409W WO2020107052A1 WO 2020107052 A1 WO2020107052 A1 WO 2020107052A1 AT 2019060409 W AT2019060409 W AT 2019060409W WO 2020107052 A1 WO2020107052 A1 WO 2020107052A1
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WO
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coolant
jacket
internal combustion
combustion engine
section
Prior art date
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PCT/AT2019/060409
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Berger
Gerd Blaindorfer
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/14—Cylinders with means for directing, guiding or distributing liquid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/021—Cooling cylinders

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a coolant jacket which at least partially surrounds a cylinder arrangement between a cylinder head sealing plane and a crank chamber with at least two cylinders arranged side by side and is divided by a separation into a crank chamber-distant first jacket section and a second chamber section near the crank chamber, wherein the separation is formed by an insert element which is inserted into the coolant jacket, the insert element having a first leg and a second leg which extends at an angle with respect to the first leg.
  • DE 33 109 57 Al discloses a cylinder block with a water jacket, a partition wall sectioning the water jacket into an upper bore and a lower bore section.
  • the dividing wall rises continuously (i.e. runs obliquely in relation to a cylinder head sealing plane) and has openings via which the upper bore section is coupled to the lower bore section.
  • the production of a partition wall shaped in this way in the water jacket is complex and costly.
  • the connection between the upper and lower bore section causes uncontrolled flow crossings and prevents optimal cooling of the internal combustion engine that is tailored to the spatial requirements.
  • AT 15665 Ul discloses a cooling structure for an internal combustion engine with a coolant jacket around a cylinder arrangement, the coolant jacket being divided into an upper jacket section and a lower jacket section by a separation.
  • the partition is formed by a flat insert element which is inserted into the coolant jacket and rests on a circumferential shoulder between the lower and the upper jacket section.
  • a similar separation between a lower and an upper jacket section of a coolant jacket is known from the publication JP H 11294 254 A.
  • the publications JP 2018 105276 A, JP 2018 105275 A and EP 3279456 Al of fenbaren each have an insert element with a Y-shaped cross section for a cooling liquid jacket of an internal combustion engine, the insert element having a first leg and an angle relative to the first leg has inclined second leg.
  • the insert element separating an upper first jacket section from a lower second jacket section of the coolant liquid jacket has a circumferential web which supports the insert element on the bottom of the coolant jacket.
  • JP 2011 106388 A shows a further insert element with a complex geometry for the water jacket of a cylinder block, which separates an upper coolant space from a lower coolant space.
  • WO 2008/010584 Al, US 7,032,547 A and EP 3 239 507 Al each show a separation between a lower and an upper jacket section, which is supported by spacers on the bottom of the coolant jacket.
  • EP3239508 A1 discloses a spacer which is arranged between the walls of the coolant jacket by means of rubber elements.
  • WO 08/016127 A1 shows a partition element for a coolant jacket with a flexible lip element for sealing on an inner wall of the coolant jacket.
  • the object of the invention is therefore to provide an internal combustion engine with améflüs liquid jacket, which is easy to manufacture, and flows can be avoided with the leakage.
  • This object is achieved according to the invention with an internal combustion engine mentioned in the introduction in that in the first jacket section and / or in the second jacket section along the circumference at least one coolant lock is provided, the coolant lock separating two areas of a jacket section from one another, and preferably this Insert element has a substantially V-shaped cross section. Due to the coolant lock, short-circuit flows can be avoided and the coolant can flow around all cylinders if possible. Two regions of the first jacket section are advantageously separated from one another.
  • “Scope” is to be understood here as the scope of the coolant jacket, which at least partially extends around the cylinder arrangement. In other words, at least one coolant lock is provided along the course of the coolant jacket around the cylinder arrangement.
  • a defined cooling circuit can be created within a jacket section.
  • the coolant barrier (for example in the first or second jacket section) can be arranged between the inlet opening and the outlet opening for the cooling liquid in order to cause a (one-time) flow around the cylinder arrangement before the coolant leaves the jacket section again.
  • At least one coolant lock is arranged in the area of the coolant transfer, preferably directly adjacent to the coolant transfer.
  • a particularly good flow around all cylinders can be achieved if the cooling liquid inlet opens into the first jacket section on a first side of the coolant barrier facing away from the coolant transition, the coolant inlet advantageously being arranged directly adjacent to the coolant speed barrier on the first side of the coolant block.
  • the coolant transfer is expediently arranged on a second side of the coolant block facing away from the first side, preferably directly adjacent to the coolant block.
  • the coolant lock is formed by a partition element, which is preferably essentially parallel to the cylinder axis and / or extends over the entire height of the first jacket section.
  • the partition element is formed in one piece with the insert element, the partition element preferably being designed as a region of the insert element that is bent or bent by a bending process.
  • the measure according to the invention makes it possible to carry out the separation in the cooling liquid jacket only subsequently, that is to say after the cast part has been produced, by inserting the insert element.
  • the legs which are inclined with respect to one another have a clamping effect against opposing walls of the coolant jacket.
  • V-shaped cross-section jamming of the insert element is made possible, so that no further precautions for assembly are necessary.
  • V-shaped is understood in the context of the present invention to mean an essentially angular transition between the first and second leg, which can also have a rounding due to the production. A version with a U-shaped cross section in the broadest sense is therefore also possible.
  • An “upper” first jacket section is formed away from the crankcase or near the fire deck.
  • a “lower” second jacket section is arranged near the crankcase or away from the fire deck.
  • the first jacket section serves to cool the hot upper cylinder area, which is adjacent to the fire deck, and the second jacket section, for cooling the cooler lower cylinder area, which adjoins the crankcase.
  • coolant jacket is to be understood as the volume in which the coolant (in particular water, if appropriate with suitable additives) is located or in which it circulates during operation.
  • the coolant jacket is formed as a cavity, which surrounds the cylinder arrangement, in a cast part or block.
  • the insert element is preferably made in one piece and - preferably with the exception of the coolant transfer - has a closed (ring or "multi-ring") contour. The contour advantageously follows the course of the cylinder walls.
  • the coolant or Wasserman tel formed for example in the cylinder block is thus divided by the insert element into a lower and an upper area.
  • the coolant jacket can thus be formed in a one-piece cast core (cylinder block) as an "open deck" configuration.
  • the insert element takes on the function of a partition or a panel. From the separation, two coolant spaces can preferably be formed with different temperature levels. With the insert element according to the invention, separate cooling strategies for the first and second sections of the tel can thus be implemented very easily. Different temperature levels can be achieved in the cylinder head and in the cylinder block.
  • the two jacket sections are loaded by different temperature circuits at all.
  • the lower second jacket section and at least part of the upper first jacket section are formed in a preferably one-piece casting. This highlights the advantage of the insert particularly well.
  • the lower jacket section and at least part of the upper jacket section are formed in a cylinder block.
  • the cross section of the insert element is preferably convex with respect to the second jacket section or concave with respect to the first jacket section. This means that the two legs of the insert element open upwards.
  • the open side of the V-shaped cross section faces the fire deck or the cylinder head sealing plane, while the closed side or the tip of the "V" forming the cross section points in the direction of the crank chamber.
  • An embodiment variant of the invention provides that the first leg and the second leg span an angle between approximately 60 ° and 120 ° - preferably approximately 90 °. This enables the insertion element to be inserted into the coolant jacket from the side of the open fire deck or from the side of the cylinder head sealing plane.
  • a reference plane of the insert element formed by the intersection of the first and second legs is formed normally for the axial extension of the cylinders of the cylinder arrangement.
  • the reference plane defined by the insert element is oriented perpendicular to a longitudinal axis of the cylinder. Since the height of the respective jacket section remains constant along the entire order, whereby the temperature gradients running in the axial direction are taken into account and uniform heat dissipation is achieved by the coolant flowing in particular in the first jacket section remote from the crank space.
  • the coolant jacket preferably has at least one coolant inlet and at least one coolant outlet, the first jacket section having the coolant inlet, preferably adjacent to or in the region of a cylinder head sealing plane of the internal combustion engine and / or the second jacket section having the coolant outlet. This allows the coolant to be directed to the area near the cylinder head with the higher thermal load and then to the part that is close to the crankcase, which requires less cooling.
  • first jacket section and the second jacket section are connected to one another in terms of flow via a coolant transfer, which is preferably formed by the insert element.
  • the first jacket section can have the coolant inlet, which is preferably in the area of the cylinder head sealing plane - that is, close to the fire deck or adjacent to the fire deck - of the internal combustion engine is arranged.
  • the second jacket section advantageously has a coolant outlet which is arranged in the region of a narrow side of the cylinder. The coolant enters the first jacket section via the coolant, flows through the coolant transfer in the insert element into the second jacket section and leaves the second jacket section through the coolant outlet.
  • a Coolant enters the coolant jacket in the area of the first outer cylinder and a coolant outlet emerges from the coolant jacket in the area of the second outer cylinder.
  • the insert element is preferably made of a material with at least one of the following properties: non-metallic material; Material with an insulating effect that thermally insulates the first jacket section from the second jacket section; elastic material, in particular spring steel or plastic or a composite material.
  • the insert element can therefore also be made of a different material than the cast part forming the cylinder block.
  • the insertion element consists of an elastic material, for example spring steel or sheet metal.
  • a composite material that is to say steel and rubber or plastic and rubber, can also advantageously be used, it being possible, for example, for the composite materials to be arranged in layers.
  • the insert element is formed from a - for example non-metallic - material with low thermal conductivity (or low thermal conductivity coefficient) than the cylinder block, so that the insert element not only seals the upper and lower casing sections against each other but also thermally insulated from each other.
  • the insert element can be made of plastic or also of ceramic - for example of an elastic ceramic based on a titanium carbide compound.
  • the insert element can rest or be constrained in the coolant jacket on or between corresponding structures.
  • the insert element could be fixed or forced between the walls of the coolant jacket.
  • the insert element can be glued to a structure.
  • the insert element can also be exchangeable.
  • An embodiment variant of the invention provides that at least one support element is arranged in the second jacket section, on which the insert element lies, or which is firmly connected to the insert element.
  • the support element can be formed in one piece with the insert element.
  • the insert element is supported in the second jacket section - for example on the bottom of the second jacket section - via the support element.
  • a coolant jacket is cast in the cylinder block, which has a narrower diameter in a region facing away from the cylinder head than near the cylinder head, so that at the transition between these diameters result in a paragraph.
  • the transition between the area facing away from the cylinder head and the area close to the cylinder head is preferably designed as a preferably circumferential shoulder.
  • the insert element (screen or partition) is inserted, which spatially divides the coolant jacket of the cylinder block into an upper first and a lower second jacket section.
  • the insert element thus lies at least partially on the heel.
  • the shoulder may be integrally formed in the casting or cylinder block in which the coolant jacket is formed. No further structures or measures are required here for the support or positioning of the insert element.
  • the cross section of the second jacket section is advantageously smaller than the cross section of the first jacket section. If the transition between the lower and upper jacket section is abrupt and not running, a paragraph for the placement of the insert element automatically results.
  • the insert element not only divides the first and the second jacket section spatially, but also completely hydraulically separates them from one another, the insert element sealingly abutting the walls of the coolant jacket of the cylinder block.
  • the first jacket section is in this embodiment compared to the lower jacket section completely sealed.
  • the first jacket section and the second jacket section can each have a separate coolant inlet and / or coolant outlet. This enables areas of the cylinder block or cylinder head to be cooled independently of one another and to different degrees.
  • the first jacket section and the second jacket section can thus be charged separately with cooling water, which can originate from a common pump or from ge pumps.
  • the coolant can, for example, be sent further into the cylinder head on the inlet side, from there it can get back into the cylinder block on the outlet side and leave the cooling jacket through an outlet opening.
  • the lower, second jacket section is charged separately:
  • the coolant either flows in on one side and out on the opposite side, or the inlet and outlet openings are arranged next to one another, but a liquid barrier is provided in between, so that the coolant flows once after being supplied flows around the cylinder assembly and then runs again.
  • Other inlet and outlet solutions are also possible without restricting the inventive function.
  • two divided temperature levels or a divided cooling circuit - in a one-piece cast cylinder block but divided by the aperture-shaped insert element - can be achieved in a simple and inexpensive manner.
  • the coolant liquid jacket is designed in an open configuration on the cylinder head side.
  • the cylinder block and the coolant jacket executed in it are designed to be open on the side facing a cylinder head sealing plane and are therefore closed by the cylinder head gasket or the cylinder head when used as intended.
  • the upper first jacket section thus faces the cylinder head. Thanks to the open configuration, the insert can also be inserted without any problems. This can be done, for example, from above or from the side of the cylinder head before it is installed.
  • the upper jacket section can pass into a cooling volume formed in the cylinder head.
  • Show in it 1 shows a cylinder block of an internal combustion engine according to the invention in an axonometric representation
  • Figure 2 shows the cylinder block in a longitudinal section through a cylinder.
  • FIG. 3 shows an insertion element of the cooling structure of the cylinder head in an axonometric representation
  • Figure 5 shows the cylinder block in a section along the line V - V in Fig. 4.
  • Figure 6 shows the cylinder block in a section along the line VI - VI in Fig. 4.
  • Fig. 7 shows the cylinder block in a section along the line VII - VII in
  • Fig. 8 shows the cylinder block in a section along the line VIII - VIII in
  • Fig. 1 shows a cylinder block 1 of an internal combustion engine 2 with a cylinder arrangement 3 with a plurality of cylinders 4 arranged in series, the cylinder block 1 having a cooling structure 5 with a coolant jacket 6.
  • the cylinder block 1 may be integrally formed with a crank chamber 7 forming a bel housing 8 or be formed separately.
  • the coolant jacket 6 surrounds the cylinder 4 and is divided by a partition 9 into an upper first jacket section 10 and a lower second jacket section 11.
  • the partition 9 is formed by an insertion element 90 which is inserted into the cooling liquid jacket 6.
  • the coolant jacket 6 is formed in the embodiment shown in a cylinder head side, ie to a cylinder head sealing plane 12, open configuration ("open deck”) and cast together with the cylinder block 1.
  • the insert element 90 spatially separates the first jacket section 10 from the second jacket section 11, as shown in FIG. 2.
  • the insert element 90 has a V-shaped cross section with a first leg 91 and a second leg 92 angled therefrom, the first leg 91 and the second leg 92 - in the installed state - an angle ⁇ between approximately 60 ° and 120 ° - preferably span about 90 °.
  • the first leg 91 thus extends at an angle ⁇ relative to the second leg 92.
  • the extension of the insert element 90 in a radial direction with respect to the cylinder arrangement 3 is greater than in the installed state, so that there is a clamping effect against opposite walls of the Coolant jacket 6 results.
  • the insert element 90 can thus be mounted in the coolant jacket 6 simply and without special tools.
  • the insert element 90 is inserted into the coolant jacket 6, which is open at the top - that is, toward the cylinder head gasket plane 12 - such that the convex side - in particular an outer edge formed by the intersection of the two legs - faces the crank chamber.
  • the outer edge 93 of the insert element 90 is formed by the intersection of the two legs 91, 92.
  • a reference plane e of the insert element 90, which extends through the outer edge 93, is positioned essentially normal to the cylinder axis 4a.
  • the distance a (see FIG. 3) between the end edges 91a, 92a of the two legs 91, 92 of the insert element 90 in the disassembled state, that is to say not yet inserted into the coolant jacket 6, is somewhat larger than the greatest width b of the coolant jacket 6 (see Fig. 2), measured between two mutually facing walls 6a, 6b of the coolant jacket 6.
  • the coolant jacket 6 is out over its entire circumference and over its entire height with approximately the same width b.
  • the end edges 91a, 92a of the first leg 91 and the second leg 92 are elastically pressed against the walls 6a, 6b of the coolant jacket 6, whereby on the one hand the insert element 90 is elastically clamped between the walls 6a, 6b and is fixed. On the other hand, the end edges 91a, 92a elastically pressed against walls 6a, 6b separate and seal the first jacket section 10 from the second jacket section 11.
  • the insert element 90 is preferably made of an elastic material, for example of a non-metallic material or a material with low thermal conductivity , preferably plastic or ceramic, formed.
  • the insert member 90 is not closed in the circumferential direction, but has a coolant transfer 94, which - in the installed state - fluidly connects the first jacket section 10 of the cooling liquid jacket 6 to the second jacket section 11.
  • the coolant transfer 94 is formed by a recess in the insert element 90 or - as can be seen in FIG. 3 - by a bent section 95 of the insert element 90.
  • the bent section 95 thus forms a normal to the reference plane e upward - that is, parallel to the cylinder axis 4a in the direction of the cylinder head sealing plane 12 - dividing wall element 97, which functions as a coolant lock 96, which separates two regions of the first Mantelab section 10 from each other.
  • the partition element 97 extends before given over the entire height 10 a of the first jacket section 10.
  • the cooling structure 5 has a coolant inlet 13 and a coolant outlet 14, which are formed in the cylinder block 1.
  • the coolant inlet 13 opens into the first jacket section 10 in the region of the cylinder head plane 12 and is arranged, for example, on a longitudinal side 1 a of the cylinder block 1 in the region of a first outer cylinder 41. This enables a rather compact configuration.
  • the coolant outlet 14 starts from the second jacket section 11 and is arranged in the region of a second outer cylinder 42, for example on a narrow side lb of the cylinder block 1. Coordinating the arrangements of the coolant inlet 13 and the coolant outlet 14 ensures that the cylinders 4 flow around as completely as possible and thus optimal heat dissipation.
  • the coolant inlet 13 opens into the first jacket section 10 on a first side 15 of the coolant lock 96 facing away from the coolant transfer 94, the coolant inlet 13 being arranged directly adjacent to the coolant lock 96 on the first side 15 of the coolant lock 96 is.
  • the coolant transfer 94 is arranged on a second side 16 of the coolant lock 96 facing away from the first side 15, directly adjacent to it.
  • a circumferential shoulder 99 is formed in the transition region between the first jacket section 10 and the second jacket section 11, on which the insert element 90 rests or rests.
  • the heel 99 can arise in that the cross section of the second jacket section 11 is smaller than the cross section of the first jacket section 10.
  • At least one or more support elements are arranged in the second jacket section 11, on which the insert element 90 lies, or which is firmly connected to the insert element 90.
  • the insert element 90 can be positioned in the correct position in the cooling liquid jacket 6 during assembly, since the support elements 98 are supported on the crank-side floor of the cooling liquid jacket 6.
  • the coolant flows according to the arrows S through the coolant inlet 13 into the upper first jacket section 10.
  • a short-circuit flow to the coolant transfer 94 is prevented by the coolant lock 96.
  • the coolant therefore flows according to the arrows S while flowing around all Zy cylinder 4 of the cylinder arrangement 3 in the circumferential direction along the first Mantelab section 10 to the coolant transfer 94 and further into the lower second jacket section 11 of the coolant jacket 6 (see Fig. 6).
  • the Coolant flow on, as indicated in Fig. 8 by the arrows S a portion on the short path and another on the long way in the second Mantelab section 11 flows around the cylinder 4 of the cylinder assembly 3 and the second jacket section 11 through the coolant outlet 14th leaves.
  • the entry of the coolant into the first jacket section 10 thus takes place near the cylinder head sealing plane 12 or near the hot zones of the cylinders 4, the exit in the lower second jacket section 11.
  • This has the advantage that the coolant at a relatively low temperature in the particularly hot ones Areas of the cylinder assembly 3 can still absorb a lot of heat and only then flows through the cooler or less critical areas.
  • the arrangements of the coolant inlet 13, the coolant outlet 14 and the coolant outlet 94 are coordinated in such a way that the inflow, transfer and exit of the coolant take place after the flow around the cylinders 4 is as complete as possible; ideally, the coolant inlet 13 and the coolant outlet 14 are arranged opposite one another in order to achieve a maximum flow.
  • a defined flow direction is predetermined by the coolant lock 96 through the partition element 97 integrated in the insert element 90.
  • the arrangement of the partition wall element 97 directly next to the coolant inlet 13 prevents quiet zones from forming in which the coolant stagnates. Because the coolant transfer 94 is provided in the second jacket section 11 directly next to the partition element 10, the coolant is forced to flow around the cylinders 4 completely, so that the best possible heat dissipation without pressure loss or without formation of stagnation zones is made possible.
  • the transition into the second jacket section 11 thus takes place approximately in the area of the coolant inlet 13 and thus practically opposite the coolant outlet 14, so that a practically complete flow around the cylinders 4 is also effected in the second jacket section 11.
  • the provision of the partition wall element 97 which is normal to the reference plane e enables a particularly simple manufacture of the coolant lock 96, since the insert element 90 is simply cut open and bent at one point.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Kühlflüssigkeitsmantel (6), der eine zwischen einer Zylinderkopfdichtebene (12) und einem Kurbelraum (7) angeordnete Zylinderanordnung (3) mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Zylindern (4) zumindest teilweise umgibt und durch eine Abtrennung (9) in einen kurbelraumfernen ersten Mantelabschnitt (10) und einen kurbelraumnahen zweiten Mantelabschnitt (11) unterteilt ist, wobei die Abtrennung (9) durch ein Einlegeelement (90) gebildet ist, das in den Kühlflüssigkeitsmantel (6) eingelegt ist, wobei das Einlegeelement (90) einen ersten Schenkel (91) und einen gegenüber dem ersten Schenkel (91) unter einem Winkel verlaufenden zweiten Schenkel (92) aufweist. Um eine Kühlstruktur (5) bereitzustellen, die einfach zu fertigen ist, und mit der Leckageströmungen vermieden werden können, ist vorgesehen, dass in dem ersten Mantelabschnitt (10) und/oder in dem zweiten Mantelabschnitt (11) entlang des Umfanges zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre (96) vorgesehen ist, wobei die Kühlflüssigkeitssperre (96) zwei Bereiche eines Mantelabschnittes (10, 11) voneinander trennt, und wobei vorzugsweise das Einlegeelement (90) einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist.

Description

Brennkraftmaschine mit einem Kühlflüssigkeitsmantel
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlflüssigkeitsmantel, der eine zwischen einer Zylinderkopfdichtebene und einem Kurbelraum angeord nete Zylinderanordnung mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Zylin dern zumindest teilweise umgibt und durch eine Abtrennung in einen kurbelraum fernen ersten Mantelabschnitt und einen kurbelraumnahen zweiten Mantelab schnitt unterteilt ist, wobei die Abtrennung durch ein Einlegeelement gebildet ist, das in den Kühlflüssigkeitsmantel eingelegt ist, wobei das Einlegeelement einen ersten Schenkel und einen gegenüber dem ersten Schenkel unter einem Winkel verlaufenden zweiten Schenkel aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, um Zylinderan ordnungen von Brennkraftmaschinen während des Betriebs effizient zu kühlen.
Beispielsweise offenbart die DE 33 109 57 Al einen Zylinderblock mit einem Was sermantel, wobei eine Trennwand den Wassermantel in einen oberen Bohrungs abschnitt und einen unteren Bohrungsabschnitt unterteilt. Die Trennwand steigt kontinuierlich an (das heißt verläuft in Relation zu einer Zylinderkopfdichtebene schräg) und weist Öffnungen auf, über die der obere Bohrungsabschnitt mit dem unteren Bohrungsabschnitt gekoppelt ist. Die Herstellung einer derart geformten Trennwand in dem Wassermantel ist aufwendig und kostspielig. Die Verbindung zwischen oberem und unterem Bohrungsabschnitt bewirkt unkontrollierte Strö mungsübertritte und verhindert eine optimale und auf die räumlichen Anforderun gen abgestellte Kühlung der Brennkraftmaschine.
Die AT 15665 Ul offenbart eine Kühlungsstruktur für eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlflüssigkeitsmantel um eine Zylinderanordnung, wobei der Kühlflüssig keitsmantel durch eine Abtrennung in einen oberen Mantelabschnitt und einen un teren Mantelabschnitt unterteilt ist. Die Abtrennung ist durch ein ebenes Einlege element gebildet, welches in den Kühlflüssigkeitsmantel eingelegt ist und auf einem umlaufenden Absatz zwischen dem unteren und dem oberen Mantelab schnitt aufliegt. Eine ähnliche Abtrennung zwischen einem unteren und einem obe ren Mantelabschnitt eines Kühlflüssigkeitsmantels ist aus der Veröffentlichung JP H 11294 254 A bekannt.
Die Druckschriften JP 2018 105276 A, JP 2018 105275 A und EP 3279456 Al of fenbaren jeweils ein Einlegeelement mit Y-förmigen Querschnitt für einen Kühl flüssigkeitsmantel einer Brennkraftmaschine, wobei das Einlegeelement einen ersten Schenkel und einen gegenüber dem ersten Schenkel untern einem Winkel geneigt verlaufenden zweiten Schenkel aufweist. Dabei weist das einen oberen ersten Mantelabschnitt von einem unteren zweiten Mantelabschnitt des Kühlflüs sigkeitsmantels trennende Einlegeelement einen umlaufenden Steg auf, welcher das Einlegeelement am Boden des Kühlflüssigkeitsmantels abstützt.
Die JP 2011 106388 A zeigt ein weiteres Einlegeelement mit komplexer Geometrie für den Wassermantel eines Zylinderblocks, welches einen oberen Kühlmittelraum von einem unteren Kühlmittelraum trennt.
Die WO 2008/010584 Al, US 7,032,547 A und die EP 3 239 507 Al zeigen jeweils eine Abtrennung zwischen einem unteren und einem oberen Mantelabschnitt, wel che über Abstandhalter am Boden des Kühlflüssigkeitsmantels abgestützt ist.
Die EP3239508 Al offenbart einen Abstandhalter, welcher über Gummielemente zwischen den Wänden des Kühlflüssigkeitsmantels angeordnet ist.
Die WO 08/016127 Al zeigt ein Trennwandelement für einen Kühlflüssigkeitsman tel mit einem flexiblen Lippenelement zur Abdichtung an einer inneren Wand des Kühlflüssigkeitsmantels.
Weitere Abtrennungen eines Kühlflüssigkeitsmantels zwischen einem unteren und einem oberen Mantelabschnitt sind aus den Veröffentlichungen JP 2000 345 838 A, JP 2005 315 118 A2, oder EP 1 930 564 Al bekannt.
Bekannte Abtrennungen haben den Nachteil eines relativ hohen Herstellungsauf wandes und/oder einer mangelhaften Trennung zwischen dem unteren und oberen Mantelabschnitt, sodass Leckageströmungen zwischen der Abtrennung und der Wand des Kühlflüssigkeitsmantels nicht ausgeschlossen werden können, welche die Kühlung nachteilig beeinflussen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlflüs sigkeitsmantel bereitzustellen, der einfach zu fertigen ist, und mit dem Leckage strömungen vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten Brennkraftmaschine erfindungs gemäß dadurch gelöst, dass in dem ersten Mantelabschnitt und/oder in dem zwei ten Mantelabschnitt entlang des Umfanges zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre vorgesehen ist, wobei die Kühlflüssigkeitssperre zwei Bereiche eines Mantelab schnittes voneinander trennt, und wobei vorzugsweise das Einlegeelement einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist. Durch die Kühlflüssigkeitssperre können Kurzschlussströmungen vermieden wer den und es kann erreicht werden, dass das Kühlmittel möglichst alle Zylinder um strömt. Günstigerweise werden dabei zwei Bereiche des ersten Mantelabschnitts voneinander getrennt.
Unter "Umfang" ist hier der Umfang des Kühlflüssigkeitsmantels, der sich zumin dest teilweise um die Zylinderanordnung erstreckt, zu verstehen. Mit anderen Wor ten ist also entlang des Verlaufes des Kühlflüssigkeitsmantels rund um die Zylin deranordnung zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre vorgesehen.
Dadurch kann ein definierter Kühlkreis innerhalb eines Mantelabschnittes geschaf fen werden. Beispielsweise kann die Kühlflüssigkeitssperre (zum Beispiel im ersten oder zweiten Mantelabschnitt) zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöff nung für die Kühlflüssigkeit angeordnet werden, um ein (einmaliges) Umströmen der Zylinderanordnung zu bewirken, bevor das Kühlmittel den Mantelabschnitt wieder verlässt.
Besonders günstig ist es, wenn zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre im Bereich des Kühlflüssigkeitsübertrittes, vorzugsweise direkt angrenzend an den Kühlflüs sigkeitsübertritt, angeordnet ist.
Eine besonders gute Umströmung aller Zylinder lässt sich erzielen, wenn der Kühl flüssigkeitseintritt auf einer dem Kühlflüssigkeitsübertritt abgewandten ersten Seite der Kühlflüssigkeitssperre in den ersten Mantelabschnitt einmündet, wobei günstigerweise der Kühlflüssigkeitseintritt direkt angrenzend an die Kühlflüssig keitssperre auf der ersten Seite der Kühlflüssigkeitssperre angeordnet ist. Der Kühlflüssigkeitsübertritt ist günstigerweise auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Kühlflüssigkeitssperre, vorzugsweise direkt angrenzend an die Kühlflüssigkeitssperre, angeordnet.
In einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeitssperre durch ein Trennwandelement gebildet ist, welches vorzugs weise im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse ausgebildet ist und/oder sich über die gesamte Höhe des ersten Mantelabschnittes erstreckt. Um Teile einzu sparen und Fertigung und Montage zu vereinfachen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Trennwandelement einteilig mit dem Einlegeelement ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Trennwandelement als durch einen Biegevorgang abge winkelter bzw. umgebogener Bereich des Einlegeelementes ausgebildet ist.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, die Abtrennung in dem Kühlflüssigkeitsmantel erst nachträglich, das heißt, nachdem der Gussteil gefertigt wurde, durch Einlegen des Einlegeelements durchzuführen. Insbesondere bewir- ken die in Bezug zueinander geneigten Schenkel im eingelegten Zustand des Ein- legeelements eine Klemmwirkung gegen einander gegenüberliegenden Wänden des Kühlflüssigkeitsmantels. Mit einem V-förmigen Querschnitt wird ein Verklem men des Einlegeelements ermöglicht, so dass keine weiteren Vorkehrungen zur Montage notwendig sind. Unter V-förmig wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein im Wesentlichen winkeliger Übergang zwischen erstem und zweitem Schenkel verstanden, der auch eine herstellungsbedingte Abrundung aufweisen kann. Auch eine Ausführung mit U-förmigem Querschnitt im weitesten Sinn ist daher möglich.
Ein "oberer" erster Mantelabschnitt ist dabei kurbelgehäusefern bzw. feuerdecknah ausgebildet. Ein "unterer" zweiter Mantelabschnitt ist dagegen kurbelgehäusenah bzw. feuerdeckfern angeordnet. Der erste Mantelabschnitt dient zur Kühlung des heißen oberen Zylinderbereichs, welcher dem Feuerdeck benachbart ist, und der zweite Mantelabschnitt zur Kühlung des kühleren unteren Zylinderbereichs, wel cher an den Kurbelraum grenzt.
Unter Kühlflüssigkeitsmantel ist in der vorliegenden Beschreibung jenes Volumen zu verstehen, in dem sich im Betrieb die Kühlflüssigkeit (insbesondere Wasser, gegebenenfalls mit geeigneten Zusätzen) befindet bzw. in dem sie zirkuliert. Der Kühlflüssigkeitsmantel ist als Hohlraum, der die Zylinderanordnung umgibt, in einem Gussteil bzw. Block gebildet. Bevorzugt ist das Einlegeelement einstückig ausgeführt und weist - vorzugsweise mit Ausnahme des Kühlflüssigkeitsübertrittes - eine geschlossene (ring- bzw. "mehrring"-artige) Kontur auf. Die Kontur folgt dabei vorteilhafterweise dem Verlauf der Zylinderwände.
Der zum Beispiel im Zylinderblock ausgebildete Kühlflüssigkeits- bzw. Wasserman tel wird somit durch das Einlegeelement in einen unteren und einen oberen Bereich aufgeteilt. Der Kühlflüssigkeitsmantel kann somit in einem einteiligen Gusskern (Zylinderblock) als "Open-Deck"-Konfiguration ausgebildet sein. Das Einlegeele ment übernimmt die Funktion einer Trennwand bzw. einer Blende. Durch die Ab trennung können zwei Kühlflüssigkeitsräume bevorzugt mit unterschiedlichen Temperaturniveaus ausgebildet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Einlegeele ment können somit separate Kühlstrategien für den ersten und den zweiten Man telabschnitt sehr einfach umgesetzt werden. Dabei können unterschiedliche Tem peraturniveaus im Zylinderkopf und im Zylinderblock erreicht werden. Während beispielsweise beim Aufwärmvorgang eine Kühlung im ersten Mantelabschnitt und damit nahe dem Zylinderkopf erfolgt, kann eine Durchströmung des zweiten Man telabschnittes noch unterdrückt werden, um ein rascheres Aufheizen des Zylinder blocks zu erreichen und damit die Reibung zu reduzieren. Es sind auch Varianten denkbar, wo die beiden Mantelabschnitte überhaupt von verschiedenen Tempera turkreisen beschickt werden. Um die Herstellung zu erleichtern ist es vorteilhaft, wenn der untere zweite Mantelabschnitt und zumindest ein Teil des oberen ersten Mantelabschnittes in einem vorzugsweise einteiligen Gussteil ausgebildet sind. Dies hebt den Vorteil des Einlegeteils besonders gut hervor. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der untere Mantelabschnitt und zumindest ein Teil des oberen Mantelabschnittes in einem Zylinderblock ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist der Querschnitt des Einlegeelements konvex in Bezug auf den zweiten Mantelabschnitt bzw. konkav in Bezug auf den ersten Mantelabschnitt aus gebildet. Dies bedeutet, dass die beiden Schenkel des Einlegeelementes sich nach oben öffnen. Mit anderen Worten ist in diesem Ausführungsbeispiel die offene Seite des V-förmigen Querschnitts dem Feuerdeck bzw. der Zylinderkopfdichtebene zu gewandt, während die geschlossene Seite bzw. die Spitze des den Querschnitt bil denden "V" in Richtung des Kurbelraums zeigt. Eine Ausführungsvariante der Er findung sieht vor, dass der erste Schenkel und der zweite Schenkel einen Winkel zwischen etwa 60° und 120° - vorzugsweise etwa 90° - aufspannen. Dies ermög licht es das Einlegeelement in den Kühlflüssigkeitsmantel von der Seite des offenen Feuerdecks bzw. von der Seite der Zylinderkopfdichtebene einzulegen. Vorzugs weise ist eine durch die Verschneidung des ersten und zweiten Schenkels gebildete Bezugsebene des Einlegeelements normal zur axialen Erstreckung der Zylinder der Zylinderanordnung ausgebildet. Mit anderen Worten ist die durch das Einlegeele ment definierte Bezugsebene senkrecht zu einer Zylinderlängsachse orientiert. Da durch bleibt die Höhe des jeweiligen Mantelabschnittes entlang des gesamten Um fanges konstant, wodurch dem in axialer Richtung verlaufenden Temperaturgradi enten Rechnung getragen und eine gleichmäßige Wärmeabfuhr durch das insbe sondere im kurbelraumfernen ersten Mantelabschnitt strömende Kühlmittel erzielt wird.
Vorzugsweise weist der Kühlflüssigkeitsmantel zumindest einen Kühlflüssigkeits eintritt und zumindest einen Kühlflüssigkeitsaustritt auf, wobei der erste Mantel abschnitt den Kühlflüssigkeitseintritt, vorzugsweise benachbart zu bzw. im Bereich einer Zylinderkopfdichtebene der Brennkraftmaschine aufweist und/oder der zweite Mantelabschnitt den Kühlflüssigkeitsaustritt aufweist. Damit lässt sich das Kühlmittel gezielt dem thermisch höher belasteten Bereich nahe der Zylinderkopf dichtebene zuführen und dann weiterleiten zum kurbelraumnahen Teil, der weni ger stark gekühlt werden muss.
In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Mantelabschnitt und der zweite Mantelabschnitt über einen - vorzugsweise durch das Einlegeelement gebildeten - Kühlflüssigkeitsübertritt miteinander strömungs verbunden sind. Der erste Mantelabschnitt kann dabei den Kühlflüssigkeitseintritt aufweisen, welcher vorzugsweise im Bereich des Zylinderkopfdichtebene - also nahe dem Feuerdeck bzw. angrenzend an das Feuerdeck - der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Vorteilhafterweise weist dabei der zweite Mantelabschnitt einen Kühlflüssigkeitsaustritt auf, welcher im Bereich einer Schmalseite der Zylinder anordnung angeordnet ist. Die Kühlflüssigkeit gelangt dabei über den Kühlmittel eintritt in den ersten Mantelabschnitt, strömt durch den Kühlflüssigkeitsübertritt im Einlegeelement in den zweiten Mantelabschnitt und verlässt den zweiten Man telabschnitt durch den Kühlflüssigkeitsaustritt.
Um bei einer Zylinderanordnung, die zumindest eine Zylinderreihe mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern aufweist, wobei ein erster äußerer Zylinder und ein zweiter äußerer Zylinder an unterschiedlichen Enden der Zylinderanordnung angeordnet sind, eine bestmögliche Wärmeabfuhr und gleichmäßige Kühlung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn ein Kühlflüssigkeitseintritt in den Kühlflüssig keitsmantel im Bereich des ersten äußeren Zylinders und ein Kühlflüssigkeitsaus tritt aus dem Kühlflüssigkeitsmantel im Bereich des zweiten äußeren Zylinders an geordnet ist.
Packagingmäßig - also in Bezug auf eine kompakte und raumsparende Anordnung - ist es hinsichtlich der anderen Komponenten der Brennkraftmaschine von Vorteil, wenn ein Kühlflüssigkeitseintritt in den Kühlflüssigkeitsmantel im Bereich einer Längsseite der Zylinderanordnung angeordnet ist. Des Weiteren ist es günstig, wenn ein Kühlflüssigkeitsaustritt aus dem Kühlflüssigkeitsmantel im Bereich einer Schmalseite der Zylinderanordnung angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das Einlegeelement aus einem Werkstoff mit zumindest einer der folgenden Eigenschaften gefertigt: Nichtmetallischer Werkstoff; Werkstoff mit iso lierender Wirkung, der den ersten Mantelabschnitt gegenüber dem zweiten Man telabschnitt thermisch isoliert; elastisches Material, insbesondere Federstahl oder Kunststoff oder ein Verbundmaterial. Das Einlegeelement kann also auch aus einem anderen Material gefertigt sein als der den Zylinderblock bildende Gussteil. Um ein einfaches Einlegen zu ermöglichen ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn das Einlegeelement aus einem elastischen Material, beispielsweise aus Federstahl oder Blech besteht. Günstigerweise kann auch ein Verbundmaterial, also aus Stahl und Gummi oder Kunststoff und Gummi verwendet werden, wobei zum Beispiel die Verbundmaterialien in Schichten angeordnet sein können.
Wenn eine thermische Trennung zwischen dem unteren und dem oberen Abschnitt erwünscht ist, ist es vorteilhaft, wenn das Einlegeelement aus einem - beispiels weise nichtmetallischen - Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit (bzw. geringem Wärmeleitkoeffizienten) gebildet ist, als der Zylinderblock, sodass das Einlegeele ment den oberen und unteren Mantelabschnitt nicht nur gegeneinander abdichtet, sondern auch thermisch voneinander isoliert. Beispielsweise kann das Einlegeele- ment aus Kunststoff oder aber auch aus Keramik - beispielsweise aus einer auf Titancarbid-Verbindung basierenden elastischen Keramik - bestehen.
Das Einlegeelement kann im Kühlflüssigkeitsmantel auf oder zwischen entspre chenden Strukturen aufliegen bzw. eingezwängt sein. Beispielsweise könnte das Einlegeelement zwischen den Wänden des Kühlflüssigkeitsmantels fixiert bzw. ein gezwängt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Einlegeelement an eine Struk tur angeklebt werden. Das Einlegeelement kann auch austauschbar sein.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass im zweiten Mantelabschnitt zumindest ein Stützelement angeordnet ist, auf welchem das Einlegeelement auf liegt, oder welches fest mit dem Einlegeelement verbunden ist. Insbesondere kann das Stützelement einstückig mit dem Einlegeelement ausgebildet sein. Über das Stützelement wird das Einlegeelement im zweiten Mantelabschnitt - beispielsweise am Boden des zweiten Mantelabschnittes - abgestützt.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Herstel lung in einer Open-Deck-Konfiguration ein Kühlflüssigkeitsmantel im Zylinderblock gegossen wird, der in einem vom Zylinderkopf abgewandten Bereich einen schmä leren Durchmesser aufweist als nahe dem Zylinderkopf, so dass sich am Übergang zwischen diesen Durchmessern ein Absatz ergibt. Vorzugsweise ist der Übergang zwischen dem vom Zylinderkopf abgewandten Bereich und dem dem Zylinderkopf naheliegenden Bereich als - vorzugsweise umlaufender - Absatz ausgeführt. Auf diesem Absatz wird das Einlegeelement (Blende bzw. Trennwand) eingelegt, das den Kühlflüssigkeitsmantels des Zylinderblocks räumlich in einen oberen ersten und einen unteren zweiten Mantelabschnitt teilt. Das Einlegeelement liegt somit zumindest teilweise auf dem Absatz auf. Der Absatz kann integral in dem Gussteil bzw. Zylinderblock geformt sein, in dem der Kühlflüssigkeitsmantel ausgebildet ist. Für die Auflage bzw. Positionierung des Einlageelementes sind hier keine weiteren Strukturen oder Maßnahmen erforderlich.
Günstigerweise ist der Querschnitt des zweiten Mantelabschnittes kleiner ist als der Querschnitt des ersten Mantelabschnittes. Wenn der Übertritt zwischen unte rem und oberen Mantelabschnitt abrupt und nicht verlaufend ausgeführt ist, ergibt sich automatisch ein Absatz für das Auflegen des Einlageelementes.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlegeelement den ersten und den zweiten Mantelabschnitt nicht nur räumlich teilt, sondern von einander vollständig hydraulisch trennt, wobei das Einlegeelement dichtend an den Wänden des Kühlflüssigkeitsmantels des Zylinderblocks anliegt. Der erste Mantel abschnitt ist in dieser Ausführung gegenüber dem unteren Mantelabschnitt also vollständig abgedichtet. Der erste Mantelabschnitt und der zweite Mantelabschnitt können dabei jeweils einen gesonderten Kühlflüssigkeitseintritt und/oder Kühlflüs sigkeitsaustritt aufweisen. Dadurch können Bereiche des Zylinderblockes bzw. Zy linderkopfes unabhängig voneinander und unterschiedlich stark gekühlt werden.
Dadurch können in den jeweiligen Mantelabschnitten - entsprechend den Erfor dernissen bzw. abgestimmt auf die Betriebsart und/oder -phase - unterschiedliche Kühlstrategien gefahren werden, wobei die strömungsmechanische Beeinflussung überhaupt wegfällt und die gegenseitige thermische Kopplung minimiert wird. Der erste Mantelabschnitt und der zweite Mantelabschnitt können somit separat mit Kühlwasser beschickt werden, das von einer gemeinsamen Pumpe oder von ge sonderten Pumpen stammen kann.
Vom oberen ersten Mantelabschnitt kann das Kühlmittel zum Beispiel einlassseitig weiter in den Zylinderkopf geschickt werden, kann von dort auslassseitig wieder zurück in den Zylinderblock gelangen und über eine Austrittsöffnung den Kühlflüs sigkeitsmantel verlassen. Der untere zweite Mantelabschnitt wird dabei separat beschickt: Hier strömt das Kühlmittel entweder auf einer Seite zu und auf der gegenüberliegenden Seite ab, oder es sind Zu- und Ablauföffnung nebeneinander angeordnet, wobei aber eine Flüssigkeitssperre dazwischen vorgesehen ist, so dass die Kühlflüssigkeit nach Zuführung einmal die Zylinderanordnung umströmt und dann wieder abläuft. Ohne Beschränkung der erfinderischen Funktion sind auch andere Zu- und Ablauflösungen möglich.
Im Grunde können mit der Erfindung auf einfache und kostengünstige Art und Weise zwei geteilte Temperaturniveaus bzw. ein geteilter Kühlkreis - in einem ein teilig gegossenen Zylinderblock, aber durch das blendenförmige Einlegeelement unterteilt - erreicht werden.
In den beschriebenen Varianten ist günstigerweise vorgesehen, dass der Kühlflüs sigkeitsmantel in einer zylinderkopfseitig offenen Konfiguration ausgebildet ist. Das bedeutet, dass der Zylinderblock und der darin ausgeführte Kühlflüssigkeits mantel auf der einer Zylinderkopfdichtebene zugewandten Seite offen ausgeführt ist und also bei bestimmungsgemäßer Verwendung durch die Zylinderkopfdichtung bzw. den Zylinderkopf verschlossen wird. Der obere erste Mantelabschnitt ist somit dem Zylinderkopf zugewandt. Durch die offene Konfiguration kann der Einlegeteil auch problemlos eingelegt werden. Dies kann zum Beispiel von oben bzw. von Seiten des Zylinderkopfes erfolgen, bevor dieser montiert wird. Der obere Mantel abschnitt kann in ein im Zylinderkopf ausgebildetes Kühlvolumen übergehen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von nicht einschränkenden Ausführungs beispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen Fig. 1 einen Zylinderblock einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer axonometrischen Darstellung;
Fig. 2 den Zylinderblock in einem Längsschnitt durch einen Zylinder;
Fig. 3 ein Einlegeelement der Kühlungsstruktur des Zylinderkopfes in einer axonometrischen Darstellung;
Fig. 4 den Zylinderblock in einer Draufsicht;
Fig. 5 den Zylinderblock in einem Schnitt gemäß der Linie V - V in Fig. 4;
Fig. 6 den Zylinderblock in einem Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig. 4;
Fig. 7 den Zylinderblock in einem Schnitt gemäß der Linie VII - VII in
Fig. 4; und
Fig. 8 den Zylinderblock in einem Schnitt gemäß der Linie VIII - VIII in
Fig. 7.
Fig. 1 zeigt einen Zylinderblock 1 einer Brennkraftmaschine 2 mit einer Zylinder anordnung 3 mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern 4, wobei der Zylin derblock 1 eine Kühlungsstruktur 5 mit einem Kühlflüssigkeitsmantel 6 aufweist. Der Zylinderblock 1 kann integral mit einem einen Kurbelraum 7 bildenden Kur belgehäuse 8 geformt oder separat dazu ausgebildet sein. Der Kühlflüssigkeits mantel 6 umgibt die Zylinder 4 und ist durch eine Abtrennung 9 in einen oberen ersten Mantelabschnitt 10 und einen unteren zweiten Mantelabschnitt 11 unter teilt. Die Abtrennung 9 wird durch ein Einlegeelement 90 gebildet, das in den Kühl flüssigkeitsmantel 6 eingelegt ist.
Der Kühlflüssigkeitsmantel 6 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer zy linderkopfseitig, also zu einer Zylinderkopfdichtebene 12 hin, offenen Konfigura tion ("open-deck") ausgebildet und zusammen mit dem Zylinderblock 1 gegossen.
Das Einlegeelement 90 trennt den ersten Mantelabschnitt 10 räumlich vom zweiten Mantelabschnitt 11, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Das Einlegeelement 90 weist dabei einen V-förmigen Querschnitt mit einem ersten Schenkel 91 und einem dazu ab gewinkelten zweiten Schenkel 92 auf, wobei der erste Schenkel 91 und der zweite Schenkel 92 - im eingebauten Zustand - einen Winkel ß zwischen etwa 60° und 120° - vorzugsweise etwa 90° - aufspannen. Der erste Schenkel 91 verläuft damit unter einem Winkel ß gegenüber dem zweiten Schenkel 92. Insbesondere ist im ausgebauten Zustand die Erstreckung des Einlegeelements 90 in einer radialen Richtung hinsichtlich der Zylinderanordnung 3 größer als im eingebauten Zustand, so dass sich eine Klemmwirkung gegen einander gegenüberliegende Wände des Kühlflüssigkeitsmantels 6 ergibt. Das Einlegeelement 90 kann so einfach und ohne Spezialwerkzeug im Kühlflüssigkeitsmantel 6 montiert werden.
Das Einlegeelement 90 wird dabei in den nach oben - also zur Zylinderkopfdicht ebene 12 hin - offenen Kühlflüssigkeitsmantel 6 so eingelegt, dass die konvexe Seite - insbesondere eine durch die Verschneidung der beiden Schenkel gebildete Außenkante - dem Kurbelraum zugewandt ist. Die Außenkante 93 des Einlegeele- mentes 90 ist durch die Verschneidung der beiden Schenkel 91, 92 gebildet. Eine Bezugsebene e des Einlegeelementes 90, die durch die Außenkante 93 verläuft, ist dabei im Wesentlichen normal zu der Zylinderachse 4a positioniert.
Günstigerweise ist der Anstand a (siehe Fig. 3) zwischen den Endkanten 91a, 92a der beiden Schenkel 91, 92 des Einlegeelementes 90 im demontierten, also noch nicht in den Kühlflüssigkeitsmantel 6 eingelegten Zustand etwas größer als die größte Breite b des Kühlflüssigkeitsmantels 6 (siehe Fig. 2), gemessen zwischen zwei einander zugewandten Wänden 6a, 6b des Kühlflüssigkeitsmantels 6. Im dar gestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühlflüssigkeitsmantel 6 über seinen gesam ten Umfang und über seine gesamte Höhe mit annähernd gleicher Breite b ausge führt. Beim Einsetzen des Einlegeelementes 90 in den Kühlflüssigkeitsmantel 6 werden die Endkanten 91a, 92a des ersten Schenkels 91 und des zweiten Schen kels 92 elastisch gegen die Wände 6a, 6b des Kühlflüssigkeitsmantels 6 gepresst, wodurch einerseits das Einlegeelement 90 elastisch zwischen den Wänden 6a, 6b eingeklemmt und fixiert wird. Andererseits bewirken die elastisch gegen Wände 6a, 6b gepressten Endkanten 91a, 92a eine Trennung und Abdichtung des ersten Mantelabschnitts 10 vom zweiten Mantelabschnitt 11. Das Einlegeelement 90 ist bevorzugt aus einem elastischem Material, beispielsweise aus einem nichtmetalli schen Werkstoff bzw. einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugs weise Kunststoff oder Keramik, gebildet.
Wie in Fig. 3 deutlich gezeigt ist, ist das Einlegeelement 90 in Umfangrichtung nicht geschlossen ausgeführt, sondern weist einen Kühlflüssigkeitsübertritt 94 auf, welcher - im eingebauten Zustand - den ersten Mantelabschnitt 10 des Kühlflüs sigkeitsmantels 6 mit dem zweiten Mantelabschnitt 11 strömungsverbindet. Der Kühlflüssigkeitsübertritt 94 ist dabei durch eine Ausnehmung im Einlegeelement 90, oder - wie aus Fig. 3 hervorgeht - durch einen umgebogenen Abschnitt 95 des Einlegeelementes 90 gebildet. Der umgebogene Abschnitt 95 bildet damit ein nor mal zur Bezugsebene e nach oben - also parallel zur Zylinderachse 4a in Richtung der Zylinderkopfdichtebene 12 wegstehendes - Trennwandelement 97, das als Kühlflüssigkeitssperre 96 fungiert, welche zwei Bereiche des ersten Mantelab schnitts 10 voneinander trennt. Das Trennwandelement 97 erstreckt sich bevor zugt über die gesamte Höhe 10a des ersten Mantelabschnittes 10. Die Kühlungsstruktur 5 weist im Ausführungsbeispiel einen Kühlflüssigkeitseintritt 13 und einen Kühlflüssigkeitsaustritt 14 auf, welche in den Zylinderblock 1 einge formt sind. Der Kühlflüssigkeitseintritt 13 mündet in den ersten Mantelabschnitt 10 im Bereich der Zylinderkopfebene 12 und ist beispielsweise an einer Längsseite la des Zylinderblocks 1 im Bereich eines ersten äußeren Zylinders 41 angeordnet. Dies ermöglicht eine recht kompakte Konfiguration. Der Kühlflüssigkeitsaustritt 14 geht vom zweiten Mantelabschnitt 11 aus und ist im Bereich eines zweiten äußeren Zylinders 42 beispielsweise an einer Schmalseite lb des Zylinderblocks 1 ange ordnet. Durch die Abstimmung der Anordnungen des Kühlflüssigkeitseintrittes 13 und des Kühlflüssigkeitsaustrittes 14 wird ein möglichst vollständiges Umströmen der Zylinder 4 und damit eine optimale Wärmeabfuhr sichergestellt.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, mündet der Kühlflüssigkeitseintritt 13 auf einer dem Kühlflüssigkeitsübertritt 94 abgewandten ersten Seite 15 der Kühlflüssigkeits sperre 96 in den ersten Mantelabschnitt 10 ein, wobei der Kühlflüssigkeitseintritt 13 direkt angrenzend an die Kühlflüssigkeitssperre 96 auf der ersten Seite 15 der Kühlflüssigkeitssperre 96 angeordnet ist. Der Kühlflüssigkeitsübertritt 94 ist auf einer der ersten Seite 15 abgewandten zweiten Seite 16 der Kühlflüssigkeitssperre 96 direkt angrenzend an diese angeordnet.
In einer durch strichlierte Linien in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass im Übergangsbereich zwischen dem ersten Mantelabschnitt 10 und dem zweiten Mantelabschnitt 11 ein umlaufender Absatz 99 ausgebildet ist, auf dem das Einlegeelement 90 auf- bzw. anliegt. Der Absatz 99 kann dabei dadurch entstehen, dass der Querschnitt des zweiten Mantelabschnittes 11 kleiner ist als der Querschnitt des ersten Mantelabschnittes 10.
In einer weiteren Ausführungsvariante, dargestellt durch strichlierte Elemente in Fig. 3, ist vorgesehen, dass im zweiten Mantelabschnitt 11 zumindest ein oder mehrere Stützelemente angeordnet sind, auf welchen das Einlegeelement 90 auf liegt, oder welches fest mit dem Einlegeelement 90 verbunden ist. Durch das Stützelement 98 kann bei der Montage das Einlegeelement 90 lagerichtig im Kühl flüssigkeitsmantel 6 positioniert werden, da sich die Stützelemente 98 am kurbel raumseitigen Boden des Kühlflüssigkeitsmantel 6 abstützen.
Die Kühlflüssigkeit strömt gemäß den Pfeilen S durch den Kühlflüssigkeitseintritt 13 in den oberen ersten Mantelabschnitt 10. Durch die Kühlflüssigkeitssperre 96 wird eine Kurzschlussströmung zum Kühlflüssigkeitsübertritt 94 verhindert. Das Kühlmittel strömt daher entsprechende den Pfeilen S unter Umströmung aller Zy linder 4 der Zylinderanordnung 3 in Umfangrichtung entlang des ersten Mantelab schnittes 10 zum Kühlflüssigkeitsübertritt 94 und weiter in den unteren zweiten Mantelabschnitt 11 des Kühlflüssigkeitsmantels 6 (siehe Fig. 6). Hier teilt sich der Kühlmittelstrom auf, wie in Fig. 8 durch die Pfeile S angedeutet ist, wobei ein Teil auf dem kurzen Weg und ein anderer auf dem langen Weg im zweiten Mantelab schnittes 11 die Zylinder 4 der Zylinderanordnung 3 umströmt und den zweiten Mantelabschnitt 11 durch den Kühlflüssigkeitsaustritt 14 verlässt.
Der Eintritt des Kühlmittels in den ersten Mantelabschnitt 10 erfolgt also nahe der Zylinderkopfdichtebene 12 bzw. nahe den heißen Zonen der Zylinder 4, der Austritt im unteren zweiten Mantelabschnitt 11. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlmittel bei relativ geringer Temperatur in den besonders heißen Bereichen der Zylinderanordnung 3 noch viel Wärme aufnehmen kann und erst danach die küh leren, bzw. weniger kritischen Bereiche durchströmt.
Die Anordnungen des Kühlflüssigkeitseintritts 13, des Kühlflüssigkeitsaustritts 14 und des Kühlflüssigkeitsübertritts 94 werden derart abgestimmt, dass Einströ mung, Übertritt und Austritt des Kühlmittels nach möglichst vollständiger Umströ mung der Zylinder 4 erfolgt; im Idealfall sind der Kühlmitteleintritt 13 und der Kühlmittelaustritt 14 einander gegenüberliegend angeordnet, um eine maximale Umströmung zu erreichen.
Durch die Kühlflüssigkeitssperre 96 wird eine definierte Strömungsrichtung durch das im Einlegeelement 90 integrierte Trennwandelement 97 vorgegeben. Durch das Anordnen des Trennwandelements 97 direkt neben dem Kühlmitteleintritt 13 wird verhindert, dass sich Ruhezonen bilden, in denen das Kühlmittel stagniert. Dadurch, dass der Kühlflüssigkeitsübertritt 94 in den zweiten Mantelabschnitt 11 direkt neben dem Trennwandelement 10 vorgesehen ist, wird das Kühlmittel ge zwungen, die Zylinder 4 einmal komplett zu umströmen, so dass eine bestmögliche Wärmeabfuhr ohne Druckverlust bzw. ohne Bildung von Stagnationszonen ermög licht wird. Der Übertritt in den zweiten Mantelabschnitt 11 erfolgt somit annähernd im Bereich des Kühlmitteleintritts 13 und damit praktisch gegenüberliegend dem Kühlmittelaustritt 14, so dass auch im zweiten Mantelabschnitt 11 eine praktisch vollständige Umströmung der Zylinder 4 bewirkt wird. Das Vorsehen des normal zur Bezugsebene e stehenden Trennwandelements 97 ermöglicht eine besonders einfache Fertigung der Kühlflüssigkeitssperre 96, da das Einlegeelement 90 einfach an einer Stelle aufgeschnitten und umgebogen wird.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine (2) mit einem Kühlflüssigkeitsmantel (6), der eine zwi schen einer Zylinderkopfdichtebene (12) und einem Kurbelraum (7) angeord nete Zylinderanordnung (3) mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Zylindern (4) zumindest teilweise umgibt und durch eine Abtrennung (9) in einen kurbelraumfernen ersten Mantelabschnitt (10) und einen kurbelraum nahen zweiten Mantelabschnitt (11) unterteilt ist, wobei die Abtrennung (9) durch ein Einlegeelement (90) gebildet ist, das in den Kühlflüssigkeitsmantel (6) eingelegt ist, wobei das Einlegeelement (90) einen ersten Schenkel (91) und einen gegenüber dem ersten Schenkel (91) unter einem Winkel verlau fenden zweiten Schenkel (92) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Mantelabschnitt (10) und/oder in dem zweiten Mantelabschnitt (11) entlang des Umfanges zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre (96) vor gesehen ist, wobei die Kühlflüssigkeitssperre (96) zwei Bereiche eines Man telabschnittes (10, 11) voneinander trennt, und wobei vorzugsweise das Ein legeelement (90) einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweist.
2. Brennkraftmaschine (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (91) und der zweite Schenkel (92) des Einlegeelements (90) einen Winkel (ß) zwischen etwa 60° und 120° - vorzugsweise etwa 90° - aufspannen.
3. Brennkraftmaschine (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Einlegeelements (90) konvex in Bezug auf den zwei ten Mantelabschnitt (11) ausgebildet ist.
4. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeitsmantel (6) zumindest einen Kühl flüssigkeitseintritt (13) und zumindest einen Kühlflüssigkeitsaustritt (14) auf weist, wobei der erste Mantelabschnitt (10) den Kühlflüssigkeitseintritt (13), vorzugsweise benachbart zu einer Zylinderkopfdichtebene (12) der Brenn kraftmaschine (2) aufweist und/oder der zweite Mantelabschnitt (11) den Kühlflüssigkeitsaustritt (14) aufweist.
5. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mantelabschnitt (10) und der zweite Mantel abschnitt (11) über einen - vorzugsweise durch das Einlegeelement (90) ge bildeten - Kühlflüssigkeitsübertritt (94) miteinander strömungsverbunden sind.
6. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kühlflüssigkeitssperre (96) im Bereich des Kühlflüssigkeitsübertrittes (94), vorzugsweise angrenzend an den Kühl flüssigkeitsübertritt (94), angeordnet ist.
7. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeitssperre (96) durch ein Trennwandele ment (97) gebildet ist, welches vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse (4a) ausgebildet ist und/oder sich über die gesamte Höhe (10a) des ersten Mantelabschnittes (10) erstreckt.
8. Brennkraftmaschine (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwandelement (97) einteilig mit dem Einlegeelement (90) ausgebil det ist, wobei vorzugsweise das Trennwandelement (97) als ein durch einen Biegevorgang umgebogener Abschnitt (95) des Einlegeelementes (90) aus gebildet ist.
9. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeitseintritt (13) auf einer dem Kühlflüs sigkeitsübertritt (94) abgewandten ersten Seite (15) der Kühlflüssigkeits sperre (96) in den ersten Mantelabschnitt (10) einmündet, wobei vorzugs weise der Kühlflüssigkeitseintritt (13) angrenzend an die Kühlflüssigkeits sperre (96) auf der ersten Seite (15) der Kühlflüssigkeitssperre (96) ange ordnet ist.
10. Brennkraftmaschine (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeitsübertritt (94) auf einer der ersten Seite (15) abgewandten zweiten Seite (16) der Kühlflüssigkeitssperre (96), vorzugsweise direkt an grenzend an die Kühlflüssigkeitssperre (96), angeordnet ist.
11. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Zylin deranordnung (3) zumindest eine Zylinderreihe aufweist, wobei ein erster äußerer Zylinder (4b) und ein zweiter äußerer Zylinder (4c) an unterschied lichen Enden der Zylinderreihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlflüssigkeitseintritt (13) in den Kühlflüssigkeitsmantel (6) im Be reich des ersten äußeren Zylinders (4b) und ein Kühlflüssigkeitsaustritt (14) aus dem Kühlflüssigkeitsmantel (6) im Bereich des zweiten äußeren Zylinders (4c) angeordnet sind.
12. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlflüssigkeitseintritt (13) in den Kühlflüssigkeits mantel (6) im Bereich einer Längsseite (3a) der Zylinderanordnung (3) an geordnet ist.
13. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlflüssigkeitsaustritt (14) aus dem Kühlflüssig keitsmantel (6) im Bereich einer Schmalseite (3b) der Zylinderanordnung (3) angeordnet ist.
14. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (90) aus einem Werkstoff mit zu mindest einer der folgenden Eigenschaften gefertigt ist: nichtmetallischer Werkstoff; Werkstoff mit isolierender Wirkung, der den ersten Mantelab schnitt (10) gegenüber dem zweiten Mantelabschnitt (11) thermisch isoliert; elastisches Material, insbesondere Federstahl oder Kunststoff oder ein Ver bundmaterial.
15. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Verschneidung des ersten Schenkels (91) und zweiten Schenkels (92) gebildete Bezugsebene (e) des Einlegeelements (90) normal zur axialen Erstreckung der Zylinder (10) der Zylinderanordnung (3) ausgebildet ist.
16. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen dem ersten Mantelab schnitt (10) und dem zweiten Mantelabschnitt (11) ein - vorzugsweise um laufender - Absatz (99) ausgebildet ist, auf der/dem das Einlegeelement (90) zumindest teilweise aufliegt.
17. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Mantelabschnitt (11) zumindest ein Stütz element (98) angeordnet ist, auf welchem das Einlegeelement (90) aufliegt, oder welches fest mit dem Einlegeelement (90) verbunden ist.
18. Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeitsmantel (6) in einer zylinderkopfsei tig offenen Konfiguration ausgebildet ist.
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