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EP0632190A1 - Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen - Google Patents

Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen Download PDF

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Publication number
EP0632190A1
EP0632190A1 EP94108066A EP94108066A EP0632190A1 EP 0632190 A1 EP0632190 A1 EP 0632190A1 EP 94108066 A EP94108066 A EP 94108066A EP 94108066 A EP94108066 A EP 94108066A EP 0632190 A1 EP0632190 A1 EP 0632190A1
Authority
EP
European Patent Office
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combustion engine
internal combustion
cooling water
channel
engine according
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Application number
EP94108066A
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English (en)
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Inventor
Albrecht Reustle
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Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
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    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
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    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
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    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F02N19/04—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with two rows of cylinders according to the preamble of claim 1.
  • Transversely running, inserted pipes lead into these longitudinal channels, which lead the entire cooling water flow to the cylinder heads, which are flowed through from bottom to top in the cross flow and then lead the heated water via external lines to a cooler.
  • the cooling water jacket of the cylinders is not flowed through and cools due to the thermosiphon effect.
  • the invention has for its object to improve an internal combustion engine with two rows of cylinders to the effect that the cooling water flow is largely integrated into housing parts of the internal combustion engine and at the same time effective cooling is achieved.
  • the cooling water of the two rows of cylinders can advantageously be removed via a single separate line arranged between a water / air heat exchanger and the internal combustion engine if the cooling water flows of the discharge channels are connected to one another via a transverse channel arranged in the upper wall. If this transverse channel is arranged adjacent to the end face of the internal combustion engine carrying the cooling water pump, the cooling water is first led from this end face along the supply channels in the direction of the opposite end face and from there back to the first end face for optimum cooling.
  • the arrangement of a section of the connecting channel between the cooling water pump and the other row of cylinders in an oil pan of the internal combustion engine additionally uses the space available and required there and avoids a complicated and complex connection. Additional advantages arise from the fact that this section can be designed as a heat exchanger tube, which is used for heating or cooling the lubricating oil in the oil pan and for this purpose has cooling fins on its outer surface. A separate oil cooler can therefore be omitted. Furthermore, in the case of a vertically split crankcase of the internal combustion engine, water passage through the parting plane of the crankcase is avoided by using such a tube.
  • the arrangement of the feed channels adjacent to the parting planes between the cylinder block and the cylinder head makes it possible to allocate the cooling water flow to the cooling jacket or the cylinder head with simple and short first or second connections with a calibrated passage cross section.
  • the channels guiding the cooling water flow can be integrated into the housing parts of the internal combustion engine in a particularly simple manner if they are cast in directly during manufacture. As a modification, pipes can be cast in.
  • An internal combustion engine with two rows of cylinders and a V-angle of 180 ° has a crankcase with two halves 1, 2 which are separated vertically along a division plane E - E and which comprise cylinder blocks 3, 4.
  • a longitudinal axis A runs in this plane E-E, which is also the axis of rotation of a crankshaft, not shown.
  • This is connected via connecting rods 5 to pistons 6, which move in a horizontal plane H - H.
  • Each cylinder bank is assigned a cylinder head 7 which is placed on a crankcase half 1, 2 in a parting plane T-T.
  • the heads 7 each have inlet and outlet channels 8 and 9 controlled by gas exchange valves, not shown.
  • the cylinders of each row of cylinders have cooling water jackets 10 and the heads 7 have cooling water channels 11.
  • a recess 13 for receiving a cooling water pump, not shown, is arranged on one end of the cylinder block 3.
  • This conveys cooling water to the cylinder rows 1, 2 via two outflow openings 14, one of these outflow openings 14 being designed as an inlet opening 15 into a feed channel 16 and the other being formed in a downward-directed outflow flange 17.
  • Both rows of cylinders have feed channels 16 arranged adjacent to the parting planes T - T below and parallel to the longitudinal axis A in a lower wall 18, 19. These channels 16 are connected to the cooling water jackets 10 and second connections 21 to the channels 11 via calibrated first connections 20 provided with a defined cross section.
  • the feed channel 16 of the row of cylinders lying at a distance from the cooling water pump is connected to the outflow flange 17 by means of a connecting channel 22.
  • a section 23 of this channel 22 is designed as a heat exchanger tube 24 and runs with cooling ribs 25 on its outer jacket in an oil pan 26 of the internal combustion engine.
  • the tube 24 bridges the division plane E-E and is connected to a further section 27 of the connecting channel 22 formed in the lower wall 19.
  • the feed and discharge channels 16 and 30, the transverse channel 31 and the section 27 of the connecting channel 22 are cast into the walls 18, 19, 28, 29.
  • the cooling water pump conveys a cooling water flow along the directional arrows drawn in via the inlet opening 15 or the connecting channel 22 into the supply channels 16, from which the water flow from the end face 12 along the axis A according to the cross sections of the connections 20 and 21 to the Cooling jackets 10 and the cylinder heads 7 is divided.
  • the heads 7 are traversed in cross flow and the heated partial flows are fed to the discharge channels 30.
  • the water flows back to the transverse channel 31 located adjacent the end face 12 and to its outflow connection 32.
  • the water flowing through the heat exchanger tube 24 heats the oil sump indicated by an oil level line S, so that the internal combustion engine reaches its operating temperature more quickly and as a result the pollutant emission is reduced. Due to the larger heat storage capacity of water compared to oil, the ribbing is arranged lying in the oil to achieve the best possible heat transfer. During continuous operation of the internal combustion engine, the oil reaches a higher temperature than the water flowing through the pipe 24, so that the oil is cooled.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Eine Brennkraftmaschine mit zwei gegenüberliegend angeordneten Zylinderreihen weist zur Vermeidung von außenliegenden, kühlwasserführenden Leitungen integrierte Kanäle zur Zu- und Abfuhr des Kühlwassers zu den Kühlmänteln und den Zylinderköpfen auf. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • In dem SAE Technical Paper Nr. 890471, 1989 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine offenbart, deren Wasserpumpe frontseitig radial zur Kurbelwelle versetzt an den Zylinderblock einer Zylinderreihe geflanscht ist. Diese Pumpe fördert Kühlwasser in die gegenüberliegende Zylinderreihe über einen unterhalb der Kurbelwelle in eines der Kurbelwellenlager eingegossenen Verbindungskanal.
    Die Kühlmäntel der in Open-Deck-Bauweise ausgeführten Kurbelgehäusehälften sind durch eine horizontale Wand hälftig geteilt, so daß das Kühlwasser zunächst die unten liegende Hälfte, anschließend im Querstrom U-förmig die Zylinderköpfe und dann die oben liegende Hälfte der Kühlmäntel durchströmt. Abschließend wird das Kühlwasser über je einen Abströmstutzen der Zylinderreihen in eine separate Sammelleitung geführt, welche an den Wasserkühler der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
  • Aus US-PS-2914045 ist eine zweireihige Brennkraftmaschine mit horizontaler Zylinderanordnung bekannt, deren Kurbelgehäuse einstückig gegossen ist und einen nach unten offenen, U-förmigen Kurbelraum aufweist. Zur Versteifung der unten liegenden Öffnung des Kurbelgehäuses und zur Führung von Kühlwasser sind benachbart dieser Öffnung sich in Längsrichtung der Kurbelwelle erstreckende, wasserführende Längskanäle eingegossen. Sirnseitig des Kurbelgehäuses ist ein Wasserpumpengehäuse angeflanscht, in welchem ein auf der Kurbelwelle angeordnetes Pumpenrad läuft und welches Kühlwasser in die beiden Längskanäle leitet. In diese Längskanäle münden quer verlaufende, eingesetzte Rohre, welche den gesamten Kühlwasserstrom zu den Zylinderköpfen führen, welche im Querstrom von unten nach oben durchströmt werden und anschließend das erhitzte Wasser über externe Leitungen zu einem Kühler führen. Der Kühlwassermantel der Zylinder ist nicht durchströmt und kühlt durch Thermosyphoneffekt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen dahingehend zu verbessern, daß der Kühlwasserstrom weitestgehend integriert in Gehäuseteilen der Brennkraftmaschine geführt ist und gleichzeitig eine effektive Kühlung erzielt wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Wenn bei einer zweireihigen Brennkraftmaschine benachbart der zwischen Zylinderköpfen und Zylinderblöcken liegenden Trennebene unterhalb bzw. oberhalb der Längsachse der Kurbelwelle parallel dazu verlaufende Zuführ- bzw. Abführkanäle für Kühlwasser in einer unteren bzw. oberen Wandung der Zylinderreihe angeordnet sind, so entfallen durch die in die Wandungen integrierte Anordnung separate Leitungen und der damit vorhandene Aufwand bezüglich Montage, Herstellung und Anzahl der Bauteile. Die Anordnung der Zu- und Abführkanäle benachbart der Trennebene gewährleistet eine effektive Kühlung, da das Kühlwasser in unmittelbarer Nähe des Brennraumes zugeführt wird, Kühlmantel und Zylinderkopf durchströmt und danach auf kürzestem und direktem Weg abgeführt wird.
  • Die Abfuhr des Kühlwassers beider Zylinderreihen kann in vorteilhafter Weise über eine einzige separate, zwischen einem Wasser/Luftwärmetauscher und der Brennkraftmaschine angeordneten Leitung erfolgen, wenn die Kühlwasserströme der Abführkanäle über einen in der oberen Wandung angeordneten Querkanal miteinander verbunden sind.
    Ist dieser Querkanal benachbart der die Kühlwasserpumpe tragenden Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet, so wird das Kühlwasser zwecks optimaler Kühlung zunächst von dieser Stirnseite aus entlang der Zuführkanäle in Richtung auf die gegenüberliegende Stirnseite und von dort zurück zur ersten Stirnseite geführt.
  • Die Anordnung einer Eintrittsöffnung von einem der Zuführkanäle in einer die Kühlwasserpumpe aufnehmenden Vertiefung ermöglicht für diese eine Zylinderreihe einen unmittelbaren Wassereintritt von der Pumpe in diesen Kanal ohne zusätzliche Verbindungen.
  • Die Anordnung von einem Abschnitt des Verbindungskanales zwischen Kühlwasserpumpe und der anderen Zylinderreihe in einer Ölwanne der Brennkraftmaschine nutzt den dort vorhandenen und erforderlichen Bauraum zusätzlich aus und vermeidet eine komplizierte und aufwendige Verbindung. Zusätzliche Vorteile entstehen dadurch, daß dieser Abschnitt als Wärmetauscherrohr ausgebildet sein kann, welches zum Aufwärmen bzw. Abkühlen des in der Ölwanne befindlichen Schmieröles dient und hierfür auf seiner Außenfläche Kühlrippen aufweist. Ein separater Ölkühler kann somit entfallen. Weiterhin ist bei einem vertikal geteilten Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine durch die Verwendung eines solchen Rohres ein Wasserdurchtritt über die Trennebene des Kurbelgehäuses vermieden.
  • Durch die Anordnung der Zuführkanäle benachbart der Trennebenen zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf ist es möglich, mit einfach und kurz gestalteten ersten bzw. zweiten Verbindungen mit kalibriertem Durchtrittsquerschnitt den Kühlwasserstrom dem Kühlmantel bzw. dem Zylinderkopf zuzuteilen.
  • In besonders einfacher Weise lassen sich die den Kühlwasserstrom führenden Kanäle in die Gehäuseteile der Brennkraftmaschine integrieren, wenn diese bei der Herstellung direkt eingegossen werden. In Abwandlung dazu können Rohre eingegossen sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig.1
    schematisch einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine direkt benachbart einer ihrer Stirnseiten und
    Fig. 2
    einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1.
  • Eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen und einem V-Winkel von 180° Grad weist ein vertikal entlang einer Teilungsebene E - E getrenntes Kurbelgehäuse mit zwei Hälften 1, 2 auf, welche Zylinderblöcke 3, 4 umfassen. In dieser Ebene E - E verläuft eine Längsachse A, die zugleich Rotationsachse einer nicht gezeigten Kurbelwelle ist. Diese ist über Pleuel 5 mit Kolben 6 verbunden, welche sich in einer horizontalen Ebene H - H bewegen. Jeder Zylinderreihe ist ein Zylinderkopf 7 zugeordnet, welcher in einer Trennebene T- T auf eine Kurbelgehäusehälfte 1, 2 aufgesetzt ist. Die Köpfe 7 weisen jeweils von nicht gezeigten Gaswechselventilen beherrschte Einlaß- und Auslaßkanäle 8 und 9 auf.
    Die Zylinder jeder Zylinderreihe weisen Kühlwassermäntel 10 und die Köpfe 7 Kühlwasserkanäle 11 auf.
  • An einer Stirnseite 12 ist an dem einen Zylinderblock 3 eine Vertiefung 13 zur Aufnahme einer nicht gezeigten Kühlwasserpumpe angeordnet. Diese fördert über zwei Abströmöffnungen 14 Kühlwasser zu den Zylinderreihen 1, 2, wobei eine dieser Abströmöffnungen 14 als Eintrittsöffnung 15 in einen Zuführkanal 16 ausgebildet ist und die andere in einem abwärts gerichteten Abströmflansch 17 ausgebildet ist.
    Beide Zylinderreihen weisen benachbart der Trennebenen T - T unterhalb und parallel zur Längsachse A verlaufend in einer unteren Wandung 18, 19 angeordnete Zuführkanäle 16 auf. Diese Kanäle 16 stehen über kalibrierte, mit definiertem Querschnitt versehene erste Verbindungen 20 mit den Kühlwassermänteln 10 und zweite Verbindungen 21 mit den Kanälen 11 in Verbindung.
  • Der Zuführkanal 16 der beabstandet zur Kühlwasserpumpe liegenden Zylinderreihe ist mittels eines Verbindungskanales 22 an den Abströmflansch 17 angeschlossen. Ein Abschnitt 23 dieses Kanales 22 ist als Wärmetauscherrohr 24 ausgebildet und verläuft mit Kühlrippen 25 auf seinem Außenmantel versehen in einer Ölwanne 26 der Brennkraftmaschine. Das Rohr 24 überbrückt die Teilungsebene E - E und ist an einen weiteren, in der unteren Wandung 19 ausgebildeten Abschnitt 27 des Verbindungskanales 22 angeschlossen.
  • Parallel zur Längsachse A verlaufend sind in oberen Wandungen 28, 29 der Kurbelgehäusehälften 1, 2 dementsprechende Abführkanäle 30 angeordnet, die mit den Kühlmänteln 10 und den Kanälen 11 der Zylinderköpfe 7 verbunden sind. Benachbart der Stirnseite 12 ist ein als Querkanal 31 ausgebildeter Sammelkanal in den Wandungen 28, 29 angeordnet, welcher über einen Abströmstutzen 32 mit einem nicht gezeigten Wasser/Luftwärmetauscher verbunden ist.
  • Die Zuführ- und Abführkanäle 16 und 30, der Querkanal 31 und der Abschnitt 27 des Verbindungskanales 22 sind in die Wandungen 18, 19, 28, 29 eingegossen.
  • Im Betrieb der Brennkraftmaschine fördert die Kühlwasserpumpe entlang der eingezeichneten Richtungspfeile einen Kühlwasserstrom über die Eintrittsöffnung 15 bzw. den Verbindungskanal 22 in die Zuführkanäle 16, von welchen der Wasserstrom von der Stirnseite 12 aus entlang der Achse A gemäß der Querschnitte der Verbindungen 20 und 21 auf die Kühlmäntel 10 und die Zylinderköpfe 7 aufgeteilt wird. Die Köpfe 7 werden im Querstrom durchflossen und die erwärmten Teilströme den Abführkanälen 30 zugeführt. In diesen Abführkanälen 30 strömt das Wasser zurück bis zu dem benachbart der Stirnseite 12 liegenden Querkanal 31 und zu dessen Abströmstutzen 32.
  • In der Warmlaufphase nach dem Kaltstart erwärmt das durch das Wärmetauscherrohr 24 strömende Wasser den durch eine Ölstandslinie S angedeuteten Ölsumpf, so daß die Brennkraftmaschine schneller ihre Betriebstemperatur erreicht und infolge dessen die Schadstoffemission verringert ist. Aufgrund der größeren Wärmespeicherkapazität von Wasser im Vergleich zu Öl ist die Verrippung zur Erzielung eines möglichst guten Wärmeüberganges im Öl liegend angeordnet.
    Im Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine erreicht das Öl eine höhere Temperatur als das durch das Rohr 24 strömende Wasser, so daß das Öl gekühlt wird.

Claims (8)

  1. Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen,
    einer stirnseitig eines Zylinderblockes (3) einer Zylinderreihe angeordneten Kühlwasserpumpe,
    einem unterhalb einer Längsachse (A) der Kurbelwelle von der Pumpe zu der anderen Zylinderreihe führenden Verbindungskanal (22), und mit Kühlwassermänteln (10) und im Querstrom durchströmten Zylinderköpfen (7), wobei von den Zylinderreihen abströmendes Kühlwasser von einem oberhalb der Längsachse (A) angeordneten Sammelkanal aufgenommen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß benachbart einer Trennebene (T - T) zwischen Zylinderblöcken (3, 4) und Zylinderköpfen (7) liegend unterhalb und parallel zur Längsachse (A) verlaufend ein Zuführkanal (16) für Kühlwasser in einer unteren Wandung (18, 19) jeder Zylinderreihe (1, 2) angeordnet ist,
    und daß parallel dazu verlaufend in einer oberen Wandung (28, 29) dementsprechende Abführkanäle (30) angeordnet sind.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführkanäle (30) über einen in der oberen Wandung (28, 29) benachbart einer Stirnseite (12) der Brennkraftmaschine angeordneten, als Querkanal (31) ausgebildeten Sammelkanal miteinander verbunden sind.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintrittsöffnung (15) eines Zuführkanales (16) in einer die Kühlwasserpumpe aufnehmenden Vertiefung (13) des einen Zylinderblockes (3) angeordnet ist.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (22) abschnittsweise in einer Ölwanne (26) der Brennkraftmaschine verlaufend angeordnet ist.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zuführkanal (16) mit ersten bzw. zweiten Verbindungen (20 bzw. 21) versehen mit dem Kühlmantel (10) bzw. dem Zylinderkopf (7) verbunden ist.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (16), die Abführkanäle (30), der Querkanal (31) und abschnittsweise der Verbindungskanal (22) in die Wandungen (18, 19, 28, 29) eingegossen sind.
  7. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 6 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Ölwanne (26) verlaufende Abschnitt (23) als Wärmetauscherrohr (24) ausgebildet ist, welches auf seinem Außenmantel Kühlrippen (25) trägt.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querkanal (31) benachbart der die Kühlwasserpumpe tragenden Stirnseite (12) angeordnet ist.
EP94108066A 1993-07-02 1994-05-26 Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen Expired - Lifetime EP0632190B1 (de)

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DE4322030A DE4322030A1 (de) 1993-07-02 1993-07-02 Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen
DE4322030 1993-07-02

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EP0632190A1 true EP0632190A1 (de) 1995-01-04
EP0632190B1 EP0632190B1 (de) 1998-04-15

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EP94108066A Expired - Lifetime EP0632190B1 (de) 1993-07-02 1994-05-26 Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen

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US (1) US5487363A (de)
EP (1) EP0632190B1 (de)
JP (1) JP3645590B2 (de)
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DE (2) DE4322030A1 (de)

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