WO2020011926A1 - Zylinderkopf und kurbelgehäuse für eine brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a cylinder head for mounting on a crankcase of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a correspondingly adapted crankcase for an internal combustion engine.
- a liquid-cooled internal combustion engine is known from EP 2 132 423 B1, which includes, among other things, a cylinder head and a crankcase.
- the cooling water is fed to the internal combustion engine via a coolant distributor bar and from there reaches a coolant inlet in the crankcase on the individual cylinders of the internal combustion engine.
- There the cooling water flow is divided into a first cooling water flow and a second cooling water flow.
- the first flow of cooling water flows from the coolant inlet in the crankcase first upward into the cylinder head and then leaves the cylinder head again through a coolant outlet located in the cylinder head.
- the second coolant flow flows from the coolant inlet in the crankcase first into a cooling jacket of the crankcase and then upwards into the cylinder head in order to then finally leave the cylinder head again through the coolant outlet located in the cylinder head.
- a disadvantage of this coolant guide is the fact that the cylinder head is partially cooled by cooling water that has previously been heated in the cooling jacket of the crankcase. Relatively high temperatures can therefore arise in the cylinder head during operation, which is undesirable. This applies in particular to the connecting web in the cylinder head between two adjacent exhaust bores in the cylinder head.
- the object of the invention is therefore to improve the cooling in such an internal combustion engine.
- the cylinder head according to the invention is used for mounting on a crankcase of an internal combustion engine, which is preferably a V-engine, ie a piston engine with a plurality of cylinders which are divided into two cylinder banks which are angled in a V-shape with respect to one another.
- the cylinder head according to the invention initially has a so-called fire deck on the underside of the cylinder head in order to separate the cylinder head from the crankcase of the internal combustion engine and the combustion chamber.
- the cylinder head according to the invention has a mounting surface on the underside of the cylinder head in order to mount the cylinder head on the crankcase of the internal combustion engine.
- coolant inlet in the mounting surface of the cylinder head in order to receive the coolant (for example cooling water) from the crankcase of the internal combustion engine.
- the coolant flows from the coolant inlet in the mounting surface of the cylinder head, up through a riser into the upper partial cooling chamber.
- the coolant then flows out of the upper part of the cooling space through a connecting channel in the intermediate deck down into the lower part of the cooling space.
- the cylinder head according to the invention essentially corresponds to the known cylinder head according to EP 2 132 423 B1 described at the outset.
- the cylinder head according to the invention differs from this known cylinder head in that the coolant outlet is also located in the mounting surface of the cylinder head, so that the coolant heated in the cylinder head flows down from the cylinder head through the coolant outlet into the crankcase.
- the cylinder head receives the cold coolant from the crankcase via the coolant inlet in the mounting surface of the cylinder head and then releases the heated coolant back to the crankcase via the coolant outlet in the mounting surface of the cylinder head. This enables a completely parallel coolant flow through the cylinder head on the one hand and through the crankcase on the other.
- the common coolant outlet from the cylinder head and crankcase in the known internal combustion engine according to EP 2 132 423 B1 described at the outset is located laterally in the cylinder head.
- the parallel coolant guide according to the invention enables a reduction in the pressure loss and in particular reduces the maximum temperature of the connecting web between the adjacent exhaust bores in the cylinder head. This reduces the tendency for web cracks to form in the cylinder head.
- the cylinder head contains a mounting hole which can accommodate, for example, an injector for injecting fuel or a spark plug.
- a mounting hole which can accommodate, for example, an injector for injecting fuel or a spark plug.
- Such mounting bores are known per se from the prior art and are also shown, for example, in the aforementioned patent EP 2 132 423 B1.
- This mounting hole in the cylinder head passes through the upper part of the cooling chamber, the intermediate deck, the lower part of the cooling chamber and the fire deck.
- the connecting channel provided according to the invention between the upper partial cooling space and the lower partial cooling space can laterally surround the mounting hole.
- the connecting channel between the upper partial cooling space and the lower partial cooling space can consist of several partial channels through which the coolant flows in parallel.
- the subchannels are preferably arranged distributed over the circumference of the mounting hole, preferably in an equidistant manner.
- the individual subchannels can have the same cross section. However, the subchannels preferably have different cross sections, the cross sections of the individual subchannels preferably being adapted such that an optimal cooling effect is achieved.
- a subchannel can be arranged in each valve web.
- the invention is not limited to a specific number with regard to the number of subchannels.
- the cylinder head has a plurality of (for example two) through bores for inlet ducts in order to fill the combustion chamber of the internal combustion engine before a combustion process. Furthermore, the cylinder head preferably has a plurality of (for example two) through bores for exhaust ports in order to empty the combustion chamber of the internal combustion engine after a combustion process.
- the internal combustion engine therefore preferably comprises two intake valves and two exhaust valves.
- the through holes for the inlet channels and the outlet channels are preferably arranged distributed around the mounting hole, in particular equidistant from the mounting hole and equidistant in the circumferential direction.
- the partial cooling space and the lower partial cooling space are then preferably each arranged in a central angular position between two adjacent through bores.
- crankcase according to the invention initially provides an upper mounting surface in accordance with the prior art in order to be able to connect the crankcase to the cylinder head.
- At least one cylinder for displaceably receiving a piston is located in the crankcase.
- a plurality of cylinders are preferably provided, for example 2, 4, 6, 8 or 12 cylinders, which can optionally be arranged in a row or in a V-shape.
- cooling jacket in the crankcase for the passage of the coolant, the cooling jacket providing the cylinder at least partially in the form of a jacket.
- first coolant bore for the passage of the coolant, as is also known from the patent EP 2 132 423 B1 already cited at the beginning.
- the crankcase according to the invention has a coolant inlet for supplying the cold coolant into the crankcase, the coolant inlet in the crankcase branching to the first coolant bore in the upper mounting surface on the one hand and to the cooling jacket on the other hand, so that the coolant flowing through the coolant inlet flows partly upwards into the cylinder head and partly into the cooling jacket of the crankcase.
- crankcase according to the invention has a coolant outlet in order to discharge the heated coolant from the crankcase.
- crankcase according to the invention corresponds to the known crankcase described in the introduction according to EP 2 132 423 B1.
- crankcase according to the invention is now characterized in that a second coolant bore is provided in the upper mounting surface of the crankcase in order to Take coolant out of the cylinder head again.
- the second coolant bore in the upper mounting surface of the crankcase thus serves to return the coolant heated in the cylinder head back into the crankcase.
- crankcase according to the invention is characterized in that the second coolant bore in the mounting surface is connected to the coolant outlet, so that the coolant heated in the cylinder head flows through the second coolant bore into the crankcase and leaves the crankcase through the coolant outlet.
- the heated coolant therefore does not leave the internal combustion engines through a coolant outlet in the cylinder head, but through a coolant outlet in the crankcase.
- crankcase according to the invention is characterized in that the coolant outlet is not arranged in the upper mounting surface of the crankcase, so that the heated coolant is not released into the cylinder head.
- the crankcase has a plurality of cylinders, each with a cooling jacket.
- a coolant distributor bar is preferably provided, which takes up the cold coolant from the coolant inlet and distributes it to the cooling jackets of the individual cylinders and to the cylinder head.
- a collecting channel is preferably provided in this case, which receives the heated coolant from the cooling jackets of the individual cylinders and from the cylinder head and leads it to the coolant outlet.
- FIG. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention
- FIG. 2 shows a cross-sectional view through an internal combustion engine according to the invention
- FIG 3 shows another cross-sectional view of the internal combustion engine according to Figure 2, as well
- FIG. 4 shows a cross-sectional view through the cylinder head in the area of an upper partial cooling space.
- Figure 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention to illustrate the coolant flows in the internal combustion engine.
- the internal combustion engine partially corresponds to the internal combustion engine according to the patent EP 2 132 423 B1 cited at the beginning, so that reference can be made to this earlier patent specification in terms of details.
- the internal combustion engine according to the invention has a cylinder head 1 and a crankcase 2, cooling water flowing in parallel through the cylinder head 1 on the one hand and through the crankcase 2 on the other hand for cooling the internal combustion engine, as will be described in detail below.
- the cylinder head 1 has a fire deck 3 on its underside, which forms a mounting surface 4 with its underside in order to mount the cylinder head 1 on the crankcase 2.
- the cylinder head 1 there are an upper partial cooling chamber 5 and a lower partial cooling chamber 6, which are separated from one another by an intermediate deck 7, a connecting channel 8 being located in the intermediate deck 7, which enables coolant to flow from the upper partial cooling chamber 5 into the lower partial cooling chamber 6 , as will be described in detail.
- a coolant inlet 9 for receiving cold cooling water from the crankcase 2 is located in the lower mounting surface 4 of the cylinder head 1.
- the cold cooling water then flows in the cylinder head 1, starting from the coolant inlet 9, first through a riser duct 10 into the upper partial cooling chamber 5 of the cylinder head 1. From there, the coolant then flows through the connecting channel 8 into the lower partial cooling space 6 of the cylinder head 1. The heated coolant then leaves the cylinder head 1 again through a coolant outlet 11, which is also located in the mounting surface 4 of the cylinder head 1. The cylinder head 1 thus receives the cold cooling water from the crankcase 2 and then releases the heated cooling water to the crankcase 2 again, which enables a parallel coolant flow through the cylinder head 1 on the one hand and through the crankcase 2 on the other.
- the crankcase 2 initially has a cylinder 12, in which a piston, not shown, is displaceably guided, as is well known from reciprocating piston engines.
- the cylinder 12 is surrounded in a ring by a cooling jacket 13 in order to cool the crankcase 2, in particular in the region of the cylinder 12.
- the cold coolant flows through a coolant inlet 14 into the crankcase 2. There, the coolant flow is divided into a first coolant flow and a second coolant flow.
- the first coolant flow initially flows upward from the coolant inlet 14 of the crankcase 2 and there it enters the cylinder head 1 through a coolant bore 15 in an upper mounting surface 16 of the crankcase 2.
- the second coolant flow flows from the coolant inlet 14 of the crankcase 2 into the cooling jacket 13 of the crankcase 2 in order to cool the cylinder 12.
- crankcase 2 in the upper mounting surface 16 has a further coolant bore 17 in order to return the coolant heated in the cylinder head 1 back into the crankcase 2.
- crankcase 2 comprises a coolant outlet 18 in order to discharge the coolant again from the internal combustion engine.
- the coolant flows through the cylinder head 1 on the one hand and the crankcase 2 on the other hand in parallel.
- This offers the advantage that neither the cylinder head 1 nor the crankcase 2 must be cooled by coolant that has previously been heated in the other component (cylinder head 1 or crankcase 2). This significantly improves the cooling of the internal combustion engine.
- FIGS. 2 and 3 show different sectional views of the internal combustion engine according to the invention described above, reference being made to the above description in order to avoid repetition.
- the cylinder head 1 has a mounting bore 19 coaxial with the cylinder 12, which can accommodate an injector or a spark plug, for example.
- the mounting hole 19 passes through the upper partial cooling chamber 5, the intermediate deck 7, the lower partial cooling chamber 6 and the fire deck 3.
- the connecting channel 8 between the upper partial cooling space 5 and the lower partial cooling space 6 here consists of several partial channels 8.1, 8.2 (cf. FIG. 4), which are arranged distributed around the mounting hole 19, namely equidistant from one another and equidistant from the one Mounting hole 19.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) und ein Kurbelgehäuse (2) einer Brennkraftmaschine mit einer Kühlmittelströmung, die parallel durch den Zylinderkopf (1) und das Kurbelgehäuse (2) verläuft.
Description
Zylinderkopf und Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf zur Montage auf einem Kurbelgehäuse einer Brenn- kraftmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechend angepasstes Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine.
Aus EP 2 132 423 B1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, die unter an- derem einen Zylinderkopf und ein Kurbelgehäuse umfasst. Das Kühlwasser wird der Brenn- kraftmaschine hierbei über eine Kühlmittelverteilerleiste zugeführt und gelangt von dort zu ei- nem Kühlmitteleintritt in dem Kurbelgehäuse an den einzelnen Zylindern der Brennkraftma- schine. Dort teilt sich der Kühlwasserstrom auf in einen ersten Kühlwasserstrom und einen zweiten Kühlwasserstrom. Der erste Kühlwasserstrom strömt vom Kühlmitteleintritt in dem Kurbelgehäuse zunächst nach oben in den Zylinderkopf und verlässt den Zylinderkopf dann wieder durch einen Kühlmittelaustritt, der sich in dem Zylinderkopf befindet. Der zweite Kühl- mittelstrom strömt dagegen vom Kühlmitteleintritt im Kurbelgehäuse zunächst in einen Kühl- mantel des Kurbelgehäuses und anschließend nach oben in den Zylinderkopf, um den Zylin derkopf dann schließlich wieder durch den Kühlmittelaustritt zu verlassen, der sich in dem Zylinderkopf befindet.
Nachteilig an dieser Kühlmittelführung ist die Tatsache, dass der Zylinderkopf teilweise durch Kühlwasser gekühlt wird, das zuvor bereits im Kühlmantel des Kurbelgehäuses erwärmt wurde. Im Zylinderkopf können deshalb im Betrieb relativ hohe Temperaturen entstehen, was unerwünscht ist. Dies gilt insbesondere für den Verbindungssteg im Zylinderkopf zwischen zwei benachbarten Auslassbohrungen im Zylinderkopf.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kühlung bei einer solchen Brennkraft- maschine zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 und ein entsprechend angepasstes Kurbelgehäuse gemäß Anspruch 5 gelöst.
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf dient zur Montage auf einem Kurbelgehäuse einer Brenn- kraftmaschine, wobei es sich vorzugsweise um einen V-Motor handelt, d. h. um einen Kolben- motor mit mehreren Zylindern, die auf zwei Zylinderbänke aufgeteilt sind, die V-förmig zueinander angewinkelt sind.
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein sogenanntes Feuerdeck an der Unterseite des Zylinderkopfs auf, um den Zylin- derkopf gegenüber dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und dem Brennraum abzu- trennen. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Zylinderkopf in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Montagefläche an der Unterseite des Zylinderkopfs auf, um den Zylinderkopf auf dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zu montieren.
In der Montagefläche des Zylinderkopfs befindet sich in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein Kühlmitteleintritt, um das Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine aufzunehmen.
In dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf befinden sich ein obererTeilkühlraum und ein unterer Teilkühlraum, die durch ein Zwischendeck voneinander getrennt sind.
Das Kühlmittel fließt hierbei von dem Kühlmitteleintritt in der Montagefläche des Zylinderkopfs ausgehend durch einen Steigkanal nach oben in den oberen Teilkühlraum. Anschließend fließt das Kühlmittel aus dem oberen Teilkühlraum durch einen Verbindungskanal in dem Zwischen- deck nach unten in den unteren Teilkühlraum.
Insoweit entspricht der erfindungsgemäße Zylinderkopf im Wesentlichen dem eingangs be- schriebenen bekannten Zylinderkopf gemäß EP 2 132 423 B1.
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf unterscheidet sich von diesem bekannten Zylinderkopf dadurch, dass sich der Kühlmittelaustritt ebenfalls in der Montagefläche des Zylinderkopfs be- findet, so dass das in dem Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel aus dem Zylinderkopf durch den Kühlmittelaustritt nach unten in das Kurbelgehäuse strömt. Der Zylinderkopf nimmt das kalte Kühlmittel also über den Kühlmitteleintritt in der Montagefläche des Zylinderkopfs aus dem Kurbelgehäuse auf und gibt das erwärmte Kühlmittel anschließend über den Kühlmittelaustritt in der Montagefläche des Zylinderkopfs wieder an das Kurbelgehäuse ab. Dadurch wird eine vollständig parallele Kühlmittelführung durch den Zylinderkopf einerseits und durch das Kur- belgehäuse andererseits ermöglicht. Im Gegensatz dazu befindet sich der gemeinsame Kühl- mittelaustritt von Zylinderkopf und Kurbelgehäuse bei der eingangs beschriebenen bekannten Brennkraftmaschine gemäß EP 2 132 423 B1 seitlich in dem Zylinderkopf.
Die erfindungsgemäße parallele Kühlmittelführung ermöglicht eine Reduktion des Druckver- lusts und reduziert insbesondere die maximale Temperatur des Verbindungsstegs zwischen den benachbarten Auslassbohrungen im Zylinderkopf. Dadurch wird die Neigung zur Stegriss- bildung im Zylinderkopf verringert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Zylinderkopf eine Monta- gebohrung, die beispielsweise einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff oder eine Zünd- kerze aufnehmen kann. Derartige Montagebohrungen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise auch in der vorstehend erwähnten Patentschrift EP 2 132 423 B1 dargestellt. Diese Montagebohrung geht in dem Zylinderkopf durch den oberen Teilkühlraum, das Zwischendeck, den unteren Teilkühlraum und das Feuerdeck hindurch. Der erfindungs- gemäß vorgesehene Verbindungskanal zwischen dem oberen Teilkühlraum und dem unteren Teilkühlraum kann die Montagebohrung seitlich umgeben.
Beispielsweise kann der Verbindungskanal zwischen dem oberen Teilkühlraum und dem un- teren Teilkühlraum aus mehreren Teilkanälen bestehen, die parallel von dem Kühlmittel durch- strömt werden. Hierbei werden die Teilkanäle vorzugsweise über den Umfang der Montage- bohrung verteilt angeordnet und zwar vorzugsweise äquidistant.
Die einzelnen Teilkanäle können hierbei den gleichen Querschnitt haben. Vorzugsweise ha- ben die Teilkanäle jedoch unterschiedliche Querschnitt, wobei die Querschnitte der einzelnen Teilkanäle vorzugsweise so angepasst sind, dass eine optimale Kühlwirkung erreicht wird.
Hinsichtlich der Anzahl der Teilkanäle bestehen verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann in jedem Ventilsteg jeweils ein Teilkanal angeordnet sein. Die Erfindung ist jedoch hin- sichtlich der Anzahl der Teilkanäle nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen weist der Zylinderkopf mehrere (z. B. zwei) Durch- gangsbohrungen für Einlasskanäle auf, um den Brennraum der Brennkraftmaschine vor einem Verbrennungsvorgang zu befüllen. Weiterhin weist der Zylinderkopf vorzugsweise mehrere (z. B. zwei) Durchgangsbohrungen für Auslasskanäle auf, um den Brennraum der Brennkraft- maschine nach einem Verbrennungsvorgang zu entleeren. Vorzugsweise umfasst die Brenn- kraftmaschine also zwei Einlassventile und zwei Auslassventile. Die Durchgangsbohrungen für die Einlasskanäle und die Auslasskanäle sind vorzugsweise um die Montagebohrung herum verteilt angeordnet, insbesondere äquidistant zu der Montagebohrung und äquidistant in Umfangsrichtung. Die einzelnen Teilkanäle des Verbindungskanals zwischen dem oberen
Teilkühlraum und dem unteren Teilkühlraum sind dann vorzugsweise jeweils in einer mittigen Winkellage zwischen zwei benachbarten Durchgangsbohrungen angeordnet.
Die vorstehende Beschreibung betrifft nur die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zylinder- kopfs. Die Erfindung beansprucht jedoch auch eigenständigen Schutz für ein entsprechend angepasstes Kurbelgehäuse.
So sieht das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine obere Montagefläche vor, um das Kurbelgehäuse mit dem Zylinderkopf ver- binden zu können.
In dem Kurbelgehäuse befindet sich mindestens ein Zylinder zur verschiebbaren Aufnahme eines Kolbens. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Zylinder vorgesehen, beispielsweise 2, 4, 6, 8 oder 12 Zylinder, die wahlweise reihenförmig oder V-förmig angeordnet sein können.
Darüber hinaus befindet sich in dem Kurbelgehäuse in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein Kühlmantel zur Durchleitung des Kühlmittels, wobei der Kühlmantel den Zylinder mindestens teilweise mantelförmig ergibt. In der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses befindet sich mindestens eine erste Kühl- mittelbohrung zur Durchleitung des Kühlmittels, wie es auch aus der bereits eingangs zitierten Patentschrift EP 2 132 423 B1 bekannt ist.
Weiterhin verfügt das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik über einen Kühlmitteleinlass zur Zuführung des kalten Kühlmittels in das Kurbel- gehäuse, wobei der Kühlmitteleinlass in dem Kurbelgehäuse verzweigt zu der ersten Kühlmit- telbohrung in der oberen Montagefläche einerseits und zu dem Kühlmantel andererseits, so dass das durch den Kühlmitteleinlass einströmende Kühlmittel teilweise nach oben in den Zy - linderkopf und teilweise in den Kühlmantel des Kurbelgehäuses strömt.
Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse einen Kühlmittelauslass auf, um das erwärmte Kühlmittel aus dem Kurbelgehäuse abzuführen.
Insoweit entspricht das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse dem eingangs beschriebenen be- kannten Kurbelgehäuse gemäß EP 2 132 423 B1.
Das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse zeichnet sich nun dadurch aus, dass in der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses eine zweite Kühlmittelbohrung vorgesehen ist, um das
Kühlmittel wieder aus dem Zylinderkopf aufzunehmen. Die zweite Kühlmittelbohrung in der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses dient also dazu, das in dem Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel wieder in das Kurbelgehäuse zurückzuführen.
Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse dadurch aus, dass die zweite Kühlmittelbohrung in der Montagefläche mit dem Kühlmittelauslass verbunden ist, so dass das in dem Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel durch die zweite Kühlmittelbohrung in das Kurbelgehäuse strömt und das Kurbelgehäuse durch den Kühlmittelauslass verlässt. Im Ge- gensatz zu der eingangs beschriebenen bekannten Brennkraftmaschine gemäß EP 2 132 423 B1 verlässt das erwärmte Kühlmittel die Brennkraftmaschinen also nicht über einen Kühlmit- telaustritt in dem Zylinderkopf, sondern durch einen Kühlmittelaustritt in dem Kurbelgehäuse.
Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Kurbelgehäuse dadurch aus, dass der Kühlmit- telaustritt nicht in der oberen Montagefläche des Kurbelgehäuses angeordnet ist, so dass das erwärmte Kühlmittel nicht in den Zylinderkopf abgegeben wird.
Dadurch wird - wie bereits vorstehend kurz erwähnt - erreicht, dass das Kühlmittel den Zylin- derkopf einerseits und das Kurbelgehäuse andererseits parallel durchströmt. Bei der erfin- dungsgemäßen Brennkraftmaschine werden also weder Zylinderkopf noch Kurbelgehäuse durch Kühlmittel gekühlt, das bereits zuvor in dem jeweils anderen Bauteil (Zylinderkopf bzw. Kurbelgehäuse) erwärmt wurde.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kurbelgehäuse mehrere Zy- linder mit jeweils einem Kühlmantel auf. Hierbei ist - wie bei EP 2 132 423 B1 - vorzugsweise eine Kühlmittelverteilerleiste vorgesehen, die das kalte Kühlmittel aus dem Kühlmitteleinlass aufnimmt und auf die Kühlmäntel der einzelnen Zylinder sowie auf den Zylinderkopf verteilt. Darüber hinaus ist hierbei vorzugsweise ein Sammelkanal vorgesehen, der das erwärmte Kühlmittel aus den Kühlmänteln der einzelnen Zylinder und aus dem Zylinderkopf aufnimmt und zu dem Kühlmittelauslass leitet.
Schließlich ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur eigenständigen Schutz beansprucht für den erfindungsgemäßen Zylinderkopf und das entsprechend angepasste erfindungsge- mäße Kurbelgehäuse. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Brennkraft- maschine mit einem solchen Zylinderkopf und einem erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich- net oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur
Verdeutlichung der Kühlmittelströme in der Brennkraftmaschine,
Figur 2 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
Figur 3 eine andere Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine gemäß Figur 2, sowie
Figur 4 eine Querschnittsansicht durch den Zylinderkopf im Bereich eines oberen Teilkühl- raums.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Verdeutlichung der Kühlmittelströme in der Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine stimmt teilweise mit der Brennkraftmaschine gemäß der eingangs zitierten Patentschrift EP 2 132 423 B1 überein, so dass hinsichtlich der Details auf diese frühere Patentschrift Be- zug genommen werden kann.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 1 und ein Kurbelgehäuse 2 auf, wobei zur Kühlung der Brennkraftmaschine Kühlwasser parallel durch den Zylinder- kopf 1 einerseits und durch das Kurbelgehäuse 2 andererseits strömt, wie noch detailliert be- schrieben wird.
Der Zylinderkopf 1 weist an seiner Unterseite ein Feuerdeck 3 auf, das mit seiner Unterseite eine Montagefläche 4 bildet, um den Zylinderkopf 1 auf dem Kurbelgehäuse 2 zu montieren.
In dem Zylinderkopf 1 befinden sich ein oberer Teilkühlraum 5 und ein unterer Teilkühlraum 6, die durch ein Zwischendeck 7 voneinander getrennt sind, wobei sich in dem Zwischendeck 7 ein Verbindungskanal 8 befindet, der eine Kühlmittelströmung aus dem oberen Teilkühlraum 5 in den unteren Teilkühlraum 6 ermöglicht, wie noch detailliert beschrieben wird.
In der unteren Montagefläche 4 des Zylinderkopfs 1 befindet sich ein Kühlmitteleintritt 9 zur Aufnahme von kaltem Kühlwasser aus dem Kurbelgehäuse 2.
Das kalte Kühlwasser strömt dann in dem Zylinderkopf 1 ausgehend von dem Kühlmittelein- tritt 9 zunächst durch einen Steigkanal 10 in den oberen Teilkühlraum 5 des Zylinderkopfs 1.
Von dort strömt das Kühlmittel dann durch den Verbindungskanal 8 in den unteren Teilkühl- raum 6 des Zylinderkopfs 1. Das erwärmte Kühlmittel verlässt den Zylinderkopf 1 dann wieder durch einen Kühlmittelaustritt 11 , der sich ebenfalls in der Montagefläche 4 des Zylinderkopfs 1 befindet. Der Zylinderkopf 1 nimmt also das kalte Kühlwasser von dem Kurbelgehäuse 2 auf und gibt das erwärmte Kühlwasser dann wieder an das Kurbelgehäuse 2 ab, was eine parallele Kühl mittelströmung durch den Zylinderkopf 1 einerseits und durch das Kurbelgehäuse 2 anderer- seits ermöglicht.
Das Kurbelgehäuse 2 weist zunächst einen Zylinder 12 auf, in dem ein nicht dargestellter Kol- ben verschiebbar geführt ist, wie es von Hubkolbenmotoren hinlänglich bekannt ist.
Der Zylinder 12 wird von einem Kühlmantel 13 ringförmig umgeben, um das Kurbelgehäuse 2 insbesondere im Bereich des Zylinders 12 zu kühlen.
Das kalte Kühlmittel strömt hierbei über einen Kühlmitteleinlass 14 in das Kurbelgehäuse 2. Dort teilt sich der Kühlmittelstrom auf in einen ersten Kühlmittelstrom und einen zweiten Kühl- mittelstrom.
Der erste Kühlmittelstrom strömt von dem Kühlmitteleinlass 14 des Kurbelgehäuses 2 ausge- hend zunächst nach oben und tritt dort durch eine Kühlmittelbohrung 15 in einer oberen Mon- tagefläche 16 des Kurbelgehäuses 2 in den Zylinderkopf 1 ein.
Der zweite Kühlmittelstrom strömt dagegen von dem Kühlmitteleinlass 14 des Kurbelgehäuses 2 ausgehend in den Kühlmantel 13 des Kurbelgehäuses 2, um den Zylinder 12 zu kühlen.
Darüber hinaus weist das Kurbelgehäuse 2 in der oberen Montagefläche 16 eine weitere Kühl mittelbohrung 17 auf, um das in dem Zylinderkopf 1 erwärmte Kühlmittel wieder in das Kurbel- gehäuse 2 zurückzuführen.
Schließlich umfasst das Kurbelgehäuse 2 einen Kühlmittelauslass 18, um das Kühlmittel wie- der aus der Brennkraftmaschine abzuführen.
Bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kühlmittelführung werden der Zylin- derkopf 1 einerseits und das Kurbelgehäuse 2 andererseits also parallel von dem Kühlmittel durchströmt. Dies bietet den Vorteil, dass weder der Zylinderkopf 1 noch das Kurbelgehäuse
2 von Kühlmittel gekühlt werden muss, das bereits zuvor in dem jeweils anderen Bauteil (Zy- linderkopf 1 bzw. Kurbelgehäuse 2) erwärmt wurde. Dadurch wird die Kühlung der Brennkraft- maschine wesentlich verbessert.
Die Figuren 2 und 3 zeigen verschiedene Schnittansichten der vorstehend beschriebenen er- findungsgemäßen Brennkraftmaschine, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Aus Figur 2 ist zusätzlich ersichtlich, dass der Zylinderkopf 1 koaxial zu dem Zylinder 12 eine Montagebohrung 19 aufweist, die beispielsweise einen Injektor oder eine Zündkerze aufneh- men kann. Die Montagebohrung 19 geht hierbei durch den oberen Teilkühlraum 5, das Zwischendeck 7, den unteren Teilkühlraum 6 und das Feuerdeck 3 hindurch.
Der Verbindungskanal 8 zwischen dem oberen Teilkühlraum 5 und dem unteren Teilkühl- raum 6 besteht hierbei aus mehreren Teilkanälen 8.1 , 8.2 (vgl. Fig. 4), die um die Montage- bohrung 19 herum verteilt angeordnet sind und zwar äquidistant zueinander und äquidistant zu der Montagebohrung 19.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbe- reich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen An- sprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung um- fasst auch verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.
Bezugszeichenliste
1 Zylinderkopf
2 Kurbelgehäuse
3 Feuerdeck
4 Montagefläche des Zylinderkopfs
5 Oberer Teilkühlraum im Zylinderkopf
6 Unterer Teilkühlraum im Zylinderkopf
7 Zwischendeck zwischen dem oberen und dem unteren Teilkühlraum
8 Verbindungskanal zwischen oberem und unterem Teilkühlraum 8.1 , 8.2 Teilkanal des Verbindungskanals
9 Kühlmitteleintritt des Zylinderkopfs
10 Steigkanal im Zylinderkopf
1 1 Kühlmittelaustritt des Zylinderkopfs
12 Zylinder
13 Kühlmantel des Kurbelgehäuses
14 Kühlmitteleinlass des Kurbelgehäuses
15 Kühlmittelbohrung in der Montagefläche des Kurbelgehäuses
16 Montagefläche des Kurbelgehäuses
17 Kühlmittelbohrung in der Montagefläche des Kurbelgehäuses 18 Kühlmittelauslass des Kurbelgehäuses
19 Montagebohrung für Injektor oder Zündkerze
Claims
1. Zylinderkopf (1 ) zur Montage auf einem Kurbelgehäuse (2) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines V-Motors, mit
a) einem Feuerdeck (3) an der Unterseite des Zylinderkopfs (1 ) zur Abtrennung des Zylin- derkopfs (1 ) gegenüber dem Kurbelgehäuse (2) der Brennkraftmaschine,
b) einer Montagefläche (4) an der Unterseite des Zylinderkopfs (1 ) zur Montage des Zylin- derkopfs (1 ) auf dem Kurbelgehäuse (2) der Brennkraftmaschine,
c) einem Kühlmitteleintritt (9) in der Montagefläche (4) des Zylinderkopfs (1 ) zur Aufnahme von Kühlmittel aus dem Kurbelgehäuse (2) der Brennkraftmaschine,
d) einem oberen Teilkühlraum (5) zur Durchleitung des Kühlmittels,
e) einem Steigkanal (10), der den Kühlmitteleintritt (9) in der Montagefläche (4) mit dem oberen Teilkühlraum (5) verbindet, so dass das Kühlmittel aus dem Kühlmitteleintritt (9) in der Montagefläche (4) zunächst in den oberen Teilkühlraum (5) strömt,
f) einem unteren Teilkühlraum (6) zur Durchleitung des Kühlmittels,
g) einem Zwischendeck (7), das den oberen Teilkühlraum (5) von dem unteren Teilkühl- raum (6) trennt,
h) einem Verbindungskanal (8; 8.1 , 8.2) in dem Zwischendeck (7), so dass das Kühlmittel durch den Verbindungskanal (8; 8.1 , 8.2) aus dem oberen Teilkühlraum (5) in den unte- ren Teilkühlraum (6) strömt, und
i) einem Kühlmittelaustritt (1 1 ) zur Abgabe des Kühlmittels nach dem Durchströmen des Zylinderkopfs (1 ),
dadurch gekennzeichnet,
j) dass der Kühlmittelaustritt (11 ) ebenfalls in der Montagefläche (4) des Zylinderkopfs (1 ) angeordnet ist, so dass das in dem Zylinderkopf (1 ) erwärmte Kühlmittel aus dem Zylin- derkopf (1 ) durch den Kühlmittelaustritt (11 ) nach unten in das Kurbelgehäuse (2) strömt.
2. Zylinderkopf (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Zylinderkopf (1 ) eine Montagebohrung (19) enthält zur Aufnahme einer Zünd- kerze oder eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brenn- kraftmaschine,
b) dass die Montagebohrung (19) durch den oberen Teilkühlraum (5), das Zwischendeck (7), den unteren Teilkühlraum (6) und das Feuerdeck (3) hindurchgeht, und
c) dass der Verbindungskanal (8; 8.1 , 8.2) zwischen dem oberen Teilkühlraum (5) und dem unteren Teilkühlraum (6) die Montagebohrung (19) umgibt.
3. Zylinderkopf (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Verbindungskanal (8; 8.1 , 8.2) aus mehreren Teilkanälen (8.1 , 8.2) besteht, die von dem Kühlmittel durchströmt werden, und
b) dass die Teilkanäle (8.1 , 8.2) über den Umfang der Montagebohrung (19) verteilt sind, insbesondere äquidistant.
4. Zylinderkopf (1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Zylinderkopf (1 ) mehrere, insbesondere zwei, Durchgangsbohrungen für Ein- lasskanäle aufweist, um den Brennraum der Brennkraftmaschine vor einem Verbren- nungsvorgang zu befüllen,
b) dass der Zylinderkopf (1 ) mehrere, insbesondere zwei, Durchgangsbohrungen für Aus- lasskanäle aufweist, um den Brennraum der Brennkraftmaschine nach einem Verbren- nungsvorgang zu entleeren,
c) dass die Durchgangsbohrungen für die Einlasskanäle und die Auslasskanäle um die Montagebohrung herum verteilt angeordnet sind, insbesondere äquidistant zu der Mon- tagebohrung und äquidistant in Umfangsrichtung,
d) dass die Teilkanäle (8.1 , 8.2) des Verbindungskanals (8; 8.1 , 8.2) jeweils in einer mittigen Winkellage zwischen zwei benachbarten Durchgangsbohrungen angeordnet sind.
5. Kurbelgehäuse (2) zur Montage unter einem Zylinderkopf (1 ) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines V-Motors, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit a) einer oberen Montagefläche (16) zur mechanischen Verbindung mit dem Zylinderkopf
(1 ),
b) mindestens einem Zylinder (12) zur verschiebbaren Aufnahme eines Kolbens, c) einem Kühlmantel (13) zur Durchleitung des Kühlmittels, wobei der Kühlmantel (13) den Zylinder (12) mindestens teilweise mantelförmig umgibt,
d) einer ersten Kühlmittelbohrung (15) in der oberen Montagefläche (16) zur Durchleitung des Kühlmittels zu dem Zylinderkopf (1 ),
e) einem Kühlmitteleinlass (14) zur Zuführung des Kühlmittels in das Kurbelgehäuse (2), wobei der Kühlmitteleinlass (14) verzweigt zu der ersten Kühlmittelbohrung (15) in der oberen Montagefläche (16) einerseits und zu dem Kühlmantel (13) andererseits, so dass
das durch den Kühlmitteleinlass (14) einströmende Kühlmittel teilweise in den Zylinder- kopf (1 ) und teilweise in den Kühlmantel (13) des Kurbelgehäuses (2) strömt, und f) einem Kühlmittelauslass (18) zur Abführung des Kühlmittels,
dadurch gekennzeichnet,
g) dass in der oberen Montagefläche (16) des Kurbelgehäuses (2) eine zweite Kühlmittel- bohrung (17) vorgesehen ist, um das Kühlmittel wieder aus dem Zylinderkopf (1 ) aufzu- nehmen,
h) dass die zweite Kühlmittelbohrung (17) in der oberen Montagefläche (16) mit dem Kühl- mittelauslass (18) verbunden ist, so dass das in dem Zylinderkopf (1 ) erwärmte Kühlmit- tel durch die zweite Kühlmittelbohrung (17) in das Kurbelgehäuse (2) strömt und das
Kurbelgehäuse (2) durch den Kühlmittelauslass (18) verlässt, und
i) dass der Kühlmittelauslass (18) nicht in der oberen Montagefläche (16) angeordnet ist, so dass das erwärmte Kühlmittel nicht in den Zylinderkopf (1 ) abgegeben wird.
6. Kurbelgehäuse (2) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
a) mehrere Zylinder (12) mit jeweils einem Kühlmantel (13),
b) eine Kühlmittelverteilerleiste, die das kalte Kühlmittel aus dem Kühlmitteleinlass auf- nimmt und auf die Kühlmäntel (13) der einzelnen Zylinder (12) sowie auf den Zylinder- kopf (1 ) verteilt, und
c) einen Sammelkanal, der das erwärmte Kühlmittel aus den Kühlmänteln (13) der einzel- nen Zylinder und aus dem Zylinderkopf (1 ) aufnimmt und zu dem Kühlmittelauslass (18) leitet.
7. Brennkraftmaschine, insbesondere als V-Motor, mit
a) einem Zylinderkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und
b) einem Kurbelgehäuse (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 6.
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