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WO1999049201A1 - Brennkraftmaschine mit fluidkühlsystem - Google Patents

Brennkraftmaschine mit fluidkühlsystem Download PDF

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Publication number
WO1999049201A1
WO1999049201A1 PCT/EP1999/001045 EP9901045W WO9949201A1 WO 1999049201 A1 WO1999049201 A1 WO 1999049201A1 EP 9901045 W EP9901045 W EP 9901045W WO 9949201 A1 WO9949201 A1 WO 9949201A1
Authority
WO
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combustion engine
internal combustion
fluid
engine according
fluid channel
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/001045
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Heinemann
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7862069&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO1999049201(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Volkswagen Aktiengesellschaft filed Critical Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority to JP2000538142A priority Critical patent/JP4242068B2/ja
Priority to EP99906243A priority patent/EP1066459B2/de
Priority to DE59901459T priority patent/DE59901459D1/de
Priority to US09/646,997 priority patent/US6397792B1/en
Publication of WO1999049201A1 publication Critical patent/WO1999049201A1/de

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Classifications

    • 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
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0065—Shape of casings for other machine parts and purposes, e.g. utilisation purposes, safety
    • F02F7/007—Adaptations for cooling
    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/10—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling
    • F02F2001/104—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling using an open deck, i.e. the water jacket is open at the block top face
    • 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
    • F02F2001/106—Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for liquid cooling using a closed deck, i.e. the water jacket is not open at the block top face

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with at least one cylinder bank of cylinders arranged in series in at least one cylinder block and with at least one fluid cooling system assigned to a respective cylinder bank with at least one fluid channel formed in the cylinder block, which conducts fluid through the cylinder block as a water jacket adjacent to the cylinders for cooling them wherein the fluid channel in the cylinder block arranged between a cylinder head and a crankcase is delimited from a bottom on the crankcase side, according to the preamble of claim 1
  • a cooling water channel in the form of a water box in the cylinder block, through which water flows as a cooling medium and which surrounds the cylinders with a water jacket at high flow rate of the cooling water
  • the US-PS 4 455 972 describes a cylinder block with a water tank, wherein a wall extending in the flow direction divides the water tank into an upper and a lower section. Seen in the flow direction, the dividing wall is designed so that the upper section narrows , whereas the lower section widens.
  • this arrangement is complicated and leads through the additional wall to turbulent flows, which hinder the removal of thermal energy through the cooling water
  • a cooling system for a reciprocating piston internal combustion engine is known from EP 0 671 552 B1, an upper subchannel system assigned to the combustion chambers of the cylinders being open to a cylinder head and forming a uniform upper channel system with cooling fluid spaces in the cylinder head, the cooling fluid spaces located in the cylinder head being separated from the subchannel system in the cylinder block are supplied with cooling fluid through several passages distributed over a cylinder head base plate.
  • EP 0 752 524 A1 discloses a cooling water jacket in a cylinder block for cylinders of an internal combustion engine, a flow width narrowing in a step-like manner perpendicular to the flow direction of the coolant in the direction of a crankcase closing the cylinder block, ie from top to bottom.
  • these stages lead to undesirable turbulence in the water flow and accordingly hinder the cooling function of the flowing water.
  • EP 0 196 635 A2 describes an internal combustion engine with at least two liquid-cooled cylinders lying one behind the other, a flow cross section of a cooling space between the cylinder block wall and cylinder wall being larger on one side of a respective cylinder than on a correspondingly opposite side.
  • wide and narrow sections alternate from cylinder to cylinder.
  • this has the disadvantage that turbulences form in the coolant flow at corresponding transition points between wide and narrow sections, which accordingly restrict effective dissipation of thermal energy by the cooling water.
  • a cylinder block for an internal combustion engine is known from DE 32 47 663 C1, cooling water cavities in the cylinder block surrounding corresponding cylinders formed in the cylinder block.
  • a lower area of the cooling water cavities is partially filled by a heat-resistant plastic material.
  • the cylinder block can be subsequently adapted to different requirements with regard to the cooling conditions, but this is complex and cost-intensive.
  • the filled cooling water cavity only corresponds to a cavity that has already been manufactured correspondingly smaller during the manufacture of the cylinder block. Special fluidic conditions with regard to turbulent flows that separate at the bottom of the cooling water cavities, in particular when the cooling water flows at high speed, are not taken into account.
  • DE 24 17 925 C2 discloses a liquid-cooled multi-cylinder internal combustion engine, wherein an additional coolant chamber is provided separated from a water jacket surrounding the cylinders, which narrows horizontally in the direction of flow and opens downstream into the water jacket.
  • an additional coolant chamber is provided separated from a water jacket surrounding the cylinders, which narrows horizontally in the direction of flow and opens downstream into the water jacket.
  • DE-OS 2 058 094 describes a liquid-cooled multi-cylinder internal combustion engine with a cooling water channel which is cast into a cooling water chamber of a crankcase, is open towards a cylinder head and whose cross-section is continuously decreasing starting from a supply point for cooling water. This arrangement does not take into account either, that turbulent flows separate at the bottom of the cooling water cavities, especially at high flow rates of the cooling water.
  • DE 41 40 772 A1 discloses a device for cooling webs between cylinders of a cylinder block of an internal combustion engine. These webs are arranged between cylinders cast together at least in the area of a cylinder block of an internal combustion engine and have cooling channels. Especially when the flow enters and exits the cooling channels of the webs or out of them, however, there is a turbulent flow which affects the cooling function of the coolant.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an internal combustion engine of the type mentioned above, the disadvantages mentioned above being overcome and an optimized laminar flow of the cooling fluid over an entire length of a cooling channel in the cylinder block being achieved.
  • the bottom of the fluid channel is designed in the form of a curved plane.
  • the curved plane is expediently designed such that in the direction of flow of the fluid in the fluid channel, a plurality of successive ridges are formed with correspondingly intermediate sinks, the ridges and ridges preferably following one another cyclically.
  • a cylinder tube distortion during operation of the internal combustion engine is easier to control, since the water box formed by the fluid channel has a smaller expansion in the area of the cylinders.
  • a particularly good laminar flow over the entire length of the fluid channel in the cylinder block is achieved in that the plane in cross section is a continuously differentiable curve.
  • a particularly low-turbulence guidance of the fluid flow in the fluid channel is achieved in that the plane in cross section is a sine curve or cosine curve.
  • a more homogeneous flow with largely avoiding turbulence when fluid flows from fluid ducts arranged on both sides of the cylinder meet is achieved by the bottom at a downstream end of the fluid duct, at which the fluid ducts on both sides reunite, converging towards the cylinder head by a predetermined length extending elevation, which deflects the respective fluid flows of the two-sided channels in the upstream in the direction of the cylinder head before their confluence.
  • the fluid channel on the cylinder head side is closed by a cover (closed deck) or open, the latter variant advantageously having a fluid-conducting connection to a fluid system in the cylinder head in so-called.
  • cover closed deck
  • open deck construction realized.
  • a cooling fluid such as cooling water
  • the water tank or the fluid channel 10 is delimited by a bottom 16 in the figure below.
  • the bottom 16 is designed as a curved surface, the surface running in a cross-section along the flow direction 14 in a wave-like manner, representing a sine curve.
  • any other curvature with cyclically or non-cyclically successive mountains and valleys is possible according to the invention.
  • Seen in the direction of flow in this exemplary embodiment 16 wave crests 18 and wave troughs 20 follow one another alternately on the bottom.
  • the flow of the fluid thus follows this sine curve, with the formation of turbulence being largely avoided even at high flow velocities by guiding the flow on the floor in this way.
  • such a forced flow improves the distribution and mixing of the fluid in the water tank, so that better cooling with less amount of fluid is possible.
  • the curved surface of the base 16 is designed, for example, in such a way that 12 wave crests 18 essentially form in the cylinders. This achieves better controllability of a pipe warping of the cylinders 12 during the operation of the internal combustion engine by a geometry of the fluid around the cylinders 12 designed according to the distribution of the thermal energy on the cylinder walls.
  • This elevation 24 is designed such that it deflects the two-sided flows of the fluid in the direction of the cylinder head in the figure upward, so that the two partial flows flow into one another at a downstream end 26 of the elevation 24 without any particular eddies.
  • the increase 24 extends over a predetermined length in the direction of the cylinder head (in the figure in the upward direction). In a preferred embodiment, the elevation 24 rises over an entire height of the water tank to a parting plane between the cylinder block and the cylinder head.
  • the vortex-free or turbulence-free mixing at the upper end 26 of the elevation 24 arises from the fact that by diverting the partial flows on both sides, they have essentially rectified flow vectors. Furthermore, the increase realizes a targeted water supply to the cylinder head.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenistens einer Zylinderbank von in Reihe in wenigstens einem Zylinderblock angeordneten Zylindern (12) und mit wenigstens einem einer jeweiligen Zylinderbank zugeordneten Fluidkühlsystem mit wenigstens einem im Zylinderblock ausgebildeten Fluidkanal (10), welcher Fluid durch den Zylinderblock als Wassermantel benachbart zu den Zylindern (12) zu deren Kühlung leitet, wobei der Fluidkanal (10) im zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse angeordneten Zylinderblock kurbelgehäuseseitig von einem Boden (16) abgegrenzt ist. Hierbei ist der Boden (16) des Fluidkanals (10) in Form einer gekrümmten Ebene ausgebildet.

Description

Brennkraftmaschine mit Fluidkühlsystem
Die Erfindung betrifft eine Brenπkraftmaschine mit wenigstens einer Zylinderbaπk von in Reihe in wenigstens einem Zylinderbiock angeordneten Zylindern und mit wenigstens einem einer jeweiligen Zyiinderbank zugeordneten Fluidkühlsystem mit wenigstens einem im Zylinderbiock ausgebildeten Fluidkanal, welcher Fluid durch den Zylinderblock als Wassermantel benachbart zu den Zylindern zu deren Kühlung leitet wobei der Fluidkanal im zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbeigehause angeordneten Zylinderbiock kurbelgehauseseitig von einem Boden abgegrenzt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Zum Kuhlen von Zylindern einer Brennkraftmaschine ist es üblich im Zylinderbiock einen Kühlwasserkanal in Form eines Wasserkastens auszubilden, durch welchen Wasser als Kühlmedium strömt und der die Zylinder mit einem Wassermantel umgibt Hierbei ergibt sich jedoch das Problem von sich am Boden der Kuhlwasserhohlraume ablosender turbulenter Strömungen, insbesondere bei hoher Stromungsgeschwindigkeit des Kuhlwassers
Die US-PS 4 455 972 beschreibt einen Zylinderblock mit einem Wasserkasten, wobei eine sich in Stromungsrichtung erstreckende Wandung den Wasserkasten in einen oberen und einen unteren Abschnitt teilt In Stromungsrichtung gesehen ist dabei die teilende Wandung derart schräg verlaufend ausgebildet, daß sich der obere Abschnitt verengt, wogegen sich der untere Abschnitt verbreitert Dies Anordnung ist jedoch kompliziert und fuhrt durch die zusatzliche Wandung zu turbulenten Strömungen, welche einen Abtransport von Wärmeenergie durch das Kühlwasser behindern
Aus der EP 0 671 552 B1 ist ein Kuhlsystem für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt wobei ein oberes den Brennraumen der Zylinder zugeordnetes Teilkanalsystem zu einem Zylinderkopf hin offen ist und mit Kuhlflussigkeitsraumen im Zylinderkopf ein einheitliches oberes Kanalsystem bildet, wobei die im Zylinderkopf befindlichen Kuhlflussigkeitsraume vom Teilkanalsystem im Zylinderbiock durch mehrere über eine Zylinderkopfbodenplatte verteilte Durchlasse mit Kϋhlflussigkeit versorgt werden Auch hierbei ergeben sich jedoch erhebliche Nachteile durch zusätzliche Turbulenzen insbesondere an den Durchlassen an der Zylinderkoofbodenplatte Die EP 0 752 524 A1 offenbart einen Kühlwassermantel in einem Zylinderblock für Zylinder einer Brennkraftmaschine, wobei sich eine Strömungsbreite senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmittels in Richtung eines den Zylinderblock abschließenden Kurbelgehäuses, d.h. von oben nach unten, stufenartig verengt. Diese Stufen führen jedoch zu unerwünschten Turbulenzen im Wasserstrom und behindern entsprechend die Kühlfunktion des strömenden Wassers.
Die EP 0 196 635 A2 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei hintereinander liegenden flüssigkeitsgekühlten Zylindern, wobei ein Strömungsquerschnitt eines Kühlraumes zwischen Zylinderblockwandung und Zylinderwandung auf einer Seite eines jeweiligen Zylinder größer ist als auf einer entsprechend gegenüberliegenden Seite. In Strömungsrichtung wechseln sich breite und schmale Abschnitte von Zylinder zu Zylinder ab. Dies hat jedoch den Nachteil, daß sich an entsprechenden Übergangsstellen zwischen breiten und schmalen Abschnitten Turbulenzen in der Kühlflüssigkeitsströmung ausbilden, welche eine effektive Abfuhr von Wärmeenergie durch das Kühlwasser entsprechend einschränken.
Aus der DE 32 47 663 C1 ist ein Zylinderblock für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei Kuhlwasserhohlraume im Zylinderbiock entsprechende im Zylinderblock ausgebildete Zylinder umgeben. Ein unterer Bereich der Kuhlwasserhohlraume ist durch ein eingebrachtes, hitzebeständiges Kunststoffmaterial teilweise aufgefüllt. Dadurch ist zwar der Zylinderblock an unterschiedliche Anforderungen bzgl. der Kühlverhältnisse nachträglich entsprechend anpaßbar, jedoch ist dies Aufwendig und kostenintensiv. Ferner entspricht der aufgefüllte Kühlwasserhohlraum lediglich einem entsprechend bereits bei der Herstellung des Zylinderblockes kleiner gefertigten Hohlraum. Besondere strömungstechnische Verhältnisse bzgl. sich am Boden der Kuhlwasserhohlraume ablösender turbulenter Strömungen insbesondere bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers werden nicht berücksichtigt.
Die DE 24 17 925 C2 offenbart eine flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wobei abgetrennt von einem die Zylinder umgebenden Wassermantel eine zusätzliche Kühlmittelkammer vorgesehen ist, welche sich in Strömungsrichtung horizontal verengt und stromab in den Wassermantel mündet. Hierbei kommt es jedoch besonders im Bereich der Einmündung zu turbulenter Strömung durch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und - ektoren der zusammenfließenden Strömungen Diese Turbulenzen behindern jedoch einen Wärmeabtransport durch das Kuhlmedium.
Die DE-OS 2 058 094 beschreibt eine flüssigkeitsgekühlte mehrzylindπsche Brennkraftmaschine mit einem Kühlwasserkanal, der in einen Kühlwasserraum eines Kurbelgehäuses eingegossen ist, in Richtung auf einen Zyiinderkopf hin offen ist und dessen Querschnitt ausgehend von einer Zuführungsstelle für Kuhlwasser stetig abnimmt Auch diese Anordnung berücksichtigt nicht, daß sich am Boden der Kuhlwasserhohlraume insbesondere bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers turbulente Strömungen ablösen.
Aus der DE 41 40 772 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung von Stegen zwischen Zylindern eines Zylinderblockes einer Brennkraftmaschine bekannt Diese Stege sind zwischen zumindest im Bereich eines Zylinderblockes einer Brennkraftmaschine zusammengegossen Zylindern angeordnet und weisen Kuhlkanäle auf. Gerade beim Ein- und Austritt der Strömung in die Kühlkanäle der Stege hinein oder aus diesen heraus kommt es jedoch zu turbulenter Strömung, welche die Kühlfunktion des Kuhlmittels beeinträchtigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der obengenannten Art zur Verfugung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und eine optimierte laminare Strömung des Kühlfluids über eine gesamte Lange eines Kühlkanals im Zylinderbiock erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Boden des Fluidkanals in Form einer gekrümmten Ebene ausgebildet ist.
Dies hat den Vorteil, daß durch diese Ausbildung des Bodens des Fluidkanals eine hoher laminare Strömung mit optimalem Abtransport von Wärmeenergie ohne hohe Verlustleistungen für eine Fluidpumpe durch Turbulenzen im Fluidstrom zur Verfugung gestellt wird. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Fluidkühlsystem mit geringerem Gewicht und weniger benötigter Fluidmenge. Zweckmäßigerweise ist die gekrümmte Ebene derart ausgebildet, daß in Strömungsrichtung des Fluids im Fluidkanal mehrere aufeinanderfolgende Erhöhungen mit entsprechend dazwischen liegenden Senken ausgebildet sind, wobei bevorzugt die Erhöhungen und Senken zyklisch aufeinander folgen.
Ein Zylinderrohrverzug während des Betriebs der Brennkraftmaschine ist besser beherrschbar, da der durch den Fluidkanal gebildete Wasserkasten im Bereich der Zylinder eine geringere Ausdehnung aufweist.
Eine besonders gute laminare Strömung über die gesamte Länge des Fluidkanals im Zylinderblock erzielt man dadurch, daß die Ebene im Querschnitt eine stetig differenzierbare Kurve ist.
Eine besonders turbulenzarme Führung der Fluidströmung im Fluidkanal erzielt man dadurch, daß die Ebene im Querschnitt eine Sinuskurve oder Cosinuskurve ist.
Eine homogenere Strömung mit weitgehender Vermeidung von Turbulenzen beim Zusammentreffen von Fluidströmen aus beiderseitig der Zylinder angeordneten Fluidkanälen erzielt man dadurch, daß der Boden an einem stromabseitigen Ende des Fluidkanals, an dem sich die beiderseitigen Fluidkanäle wieder vereinigen, eine sich in Richtung Zylinderkopf um eine vorbestimmte Länge erstreckende Erhebung aufweist, welche die jeweiligen Fluidströme der beiderseitigen Kanäle in vor deren Zusammenfließen nach oben in Richtung Zylinderkopf ablenkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Fluidkanal zylinderkopfseitig von einer Decke verschlossen (closed deck) oder offen, wobei letztere Variante in vorteilhafter Weise eine fluidleitende Verbindung mit einem Fluidsystem im Zylinderkopf in sogn. "open deck"-Bauweise realisiert.
Eine besonders gut Kühlung und Wärmeenergieableitung erzielt man dadurch, daß das Fluid Wasser ist. Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung.
Diese zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines einen Fluidkanal 10 um Zylinder 12 einer ansonsten nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine bildenden Wasserkastens, durch den in Pfeilrichtung 14 ein kühlendes Fluid, wie beispielsweise Kühlwasser, strömt. Das Fluid umströmt die Zylinder 12 und kühlt dieses, indem das Fluid von den Zylinderwänden Wärmeenergie abtransportiert.
Der Wasserkasten bzw. der Fluidkanal 10 wird in der Fig. unten von einem Boden 16 begrenzt. Der Boden 16 ist als gekrümmte Fläche ausgebildet, wobei die Fläche in einem Querschnitt entlang der Strömungsshchtung 14 eine Sinuskurve darstellend wellenförmig verläuft. Es ist jedoch erfindungsgemäß jede andere Krümmung mit zyklisch oder nicht zyklisch aufeinander folgenden Bergen und Tälern möglich. In Strömungsrichtung gesehen folgen in dieser beispielhaften Ausführungsform am Boden 16 Wellenberge 18 und Wellentäler 20 abwechselnd aufeinander. Im Bereich des Bodens 16 folgt somit die Strömung des Fluids dieser Sinuskurve, wobei eine Bildung von Turbulenzen auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten durch eine derartige Führung der Strömung am Boden weitgehend vermieden ist. Ferner verbesserter eine derart gezwungene Strömung eine Verteilung und Durchmischung des Fluids im Wasserkasten, so daß eine bessere Kühlung mit weniger Fluidmenge möglich ist.
Die gekrümmte Fläche des Bodens 16 ist dabei beispielhaft derart ausgebildet, daß sich im wesentlichen bei den Zylindern 12 Wellenberge 18 ausbilden. Dies erzielt eine bessere Beherrschbarkeit eines Rohrverzugs der Zylinder 12 während des Betriebs der Brennkraftmaschine durch eine entsprechend der Verteilung der Wärmeenergie an den Zylinderwandungen ausgestaltete Umspülgeometrie des Fluids um die Zylinder 12 herum.
Es ist ferner vorteilhaft, zusätzlich der wellenartigen Ausbildung des Bodens 16 einen konischen Verlauf des Bodens 16 derart zu überlagern, daß sich der Wasserkasten bzw. der Fluidkanal 10 in Strömungsrichtung vertikal bzgl. der Fig. verjüngt. Dies erzielt zusätzlich eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit, so daß auch in Strömungsrichtung weiter hinten liegende Zylinder 12 durch das zwar bereits erwärmte, aber dafür schneller strömende Fluid in gleicher Weise gekühlt werden, wie die vorderen Zylinder 12. An einem stromabseitigen Ende 22 des Wasserkastens kommt der beidseits der Zylinder 12 strömende Fluidstrom wieder zusammen und verläßt den Zylinderblock in eine Rückführleitung zu einem Kühler oder strömt in einen obenliegenden Zylinderkopf. Zur Vermeidung von turbulenter Strömung in diesem Bereich ist erfindungsgemäß zusätzlich eine Erhöhung 24 vorgesehen, welche sich vom Boden 16 in Richtung Zylinderkopf erstreckt. Diese Erhöhung 24 ist derart ausgebildet, daß sie die beiderseitigen Strömungen des Fluids in Richtung Zylinderkopf in der Fig. nach oben umlenkt, so daß an einem stromabseitigen Ende 26 der Erhöhung 24 die beiden Teilströme ohne besondere Verwirbelungen ineinander strömen. Die Erhöhung 24 erstreckt sich dabei über eine vorbestimmte Länge in Richtung Zylinderkopf (in der Fig. in Richtung nach oben). In einer bevorzugten Ausführungsform erhebt sich die Erhöhung 24 über eine ganze Höhe des Wasserkastens bis zu einer Trennebene zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf.
Die Wirbel- bzw. turbulenzfreie Durchmischung am oberen Ende 26 der Erhöhung 24 kommt dadurch zustande, daß durch die Umlenkung der beiderseitigen Teilströme diese im wesentlichen gleichgerichtete Strömungsvektoren aufweisen. Ferner realisiert die Erhöhung eine gezielte Wasserzuführung an den Zylinderkopf.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Zylinderbank von in Reihe in wenigstens einem Zylinderblock angeordneten Zylindern (12) und mit wenigstens einem einer jeweiligen Zylinderbank zugeordneten Fluidkühlsystem mit wenigstens einem im Zylinderblock ausgebildeten Fluidkanal (10), welcher Fluid durch den Zylinderblock als Wassermantel benachbart zu den Zylindern (12) zu deren Kühlung leitet, wobei der Fluidkanal (10) im zwischen einem Zylinderkopf und einem Kurbelgehäuse angeordneten Zylinderblock kurbelgehäuseseitig von einem Boden (16) abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (16) des Fluidkanals (10) in Form einer gekrümmten Ebene ausgebildet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Ebene (16) derart ausgebildet ist, daß in Strömungsrichtung (14) des Fluids im Fluidkanal (10) mehrere aufeinanderfolgende Erhöhungen (18) mit entsprechend dazwischen liegenden Senken (20) ausgebildet sind.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (18) und Senken (20) zyklisch aufeinander folgen.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (18) im Bereich der Zylinder (12) angeordnet sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (16) im Querschnitt eine stetig differenzierbare Kurve ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (16) im Querschnitt eine Sinuskurve oder Cosinuskurve ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidkanal (10) beidseits der Zylinder (12) ausgebildet ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Boden (16) an einem stromabseitigen Ende (22) des Fluidkanals (10), an dem sich die beiderseitigen Fluidkanäle wieder vereinigen, eine sich in Richtung Zylinderkopf um eine vorbestimmte Länge erstreckende Erhebung (24) aufweist, welche die jeweiligen Fluidströme der beiderseitigen Kanäle vor deren Zusammenfließen nach oben in Richtung Zylinderkopf ablenkt.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Erhebung (24) bis zu einer Trennebene zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf erstreckt.
10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidkanal (10) zyiinderkopfseitig von einer Decke verschlossen oder offen ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasser ist.
12. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (16) des Fluidkanals (10) einen konischen Verlauf derart hat, daß sich der Fluidkanal in Strömungsrichtung vertikal verjungt.
PCT/EP1999/001045 1998-03-24 1999-02-17 Brennkraftmaschine mit fluidkühlsystem WO1999049201A1 (de)

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US09/646,997 US6397792B1 (en) 1998-03-24 1999-02-17 Internal combustion engine with a fluid cooling system

Applications Claiming Priority (2)

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DE19812831A DE19812831A1 (de) 1998-03-24 1998-03-24 Brennkraftmaschine mit Fluidkühlsystem
DE19812831.2 1998-03-24

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Family Applications (1)

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PCT/EP1999/001045 WO1999049201A1 (de) 1998-03-24 1999-02-17 Brennkraftmaschine mit fluidkühlsystem

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Country Link
US (1) US6397792B1 (de)
EP (1) EP1066459B2 (de)
JP (1) JP4242068B2 (de)
CN (1) CN1109191C (de)
DE (2) DE19812831A1 (de)
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WO (1) WO1999049201A1 (de)

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