Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder (2'), wobei zwischen Zylinderrohr (2) und einem äußeren Gehäuse (4) ein Kühlraum (8) vorgesehen ist, derart, daß zumindest ein Teil des Zylinderrohrs mit einer Kühllamelle (3) versehen ist, die mit der Zylinderrohroberfläche fest verbunden ist.
Die Kühllamellen bewirken eine Oberflächenvergrößerung des Zylinderrohrs und damit eine verbesserte Kühlung und sind mit baulich einfachen Mitteln, ohne Veränderung des Kühlraums, in der Brennkraftmaschine zu integrieren (Fig. 1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder, wobei zwischen Zylinderrohr und einem äußeren Gehäuse ein Kühlraum vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszufluß und einen Flüssigkeitsabfluß hat.

[0002] In der DE-GM 498 613 wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern beschrieben, wobei hier das Motorschmieröl als Kühlflüssigkeit benutzt wird. Zwischen Zylinderrohr und Gehäuse befindet sich ein Kühlraum, durch den im Betriebszustand der Brennkraftmaschine das _Motorschmieröl gefördert wird und der sich in Richtung vom Zylinderkopf zur Kubelwelle hin in Bezug auf die Zylinderrohrachse in radialer Richtung stetig mit dem Abstand zum Zylinderkopf vergrößert. Um die Kühlung des Zylinderrohrs zu verbessern, ist im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Zylinderrohrs zur Vergrößerung seiner Außenfläche mit Umfangsnuten versehen. Dadurch ist der Wärmeübergang vom Zylinderrohr an das Kühlöl verbessert. Die Umfangsnuten müssen, da das Zylinderrohr aus einem besonders gehärtetem Stahl besteht, in speziellen Maschinen auf das Zylinderrohr gebracht werden. Dies ist ein schwieriger und zeitaufwendiger Vorgang, der besonders ausgebildetes Personal erfordert.

[0003] Nachteilig an dieser Anordnung ist demnach der große bauliche Aufwand, der zudem noch nicht die erwünschte Oberflächenvergrößerung des Zylinderrohrs bewirkt.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist, ein in der industriellen ölkühlerfertigung hergestelltes Bauteil, welches einen guten Wärmekontakt und damit Wärmeübergang zwischen Zylinderrohr und Kühlflüssigkeit herstellt, mit baulich einfachen Mitteln, ohne Vergrößerung des Kühlraums, in die Brennkraftmaschine zu integrieren.

[0005] Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

[0006] Eine Kühllamelle ist hier allgemein als Oberbegriff verstanden, der nicht Rillen, Rippen oder Nuten beschreibt, sondern ein eigenes Wärmeübertragungselement darstellt, welches in den Kühlraum auf ein glattes oder verripptes Zylinderrohr aufgelegt wird.

[0007] Dadurch, daß zumindest ein Teil des Zylinderrohrs mit einer Kühllamelle versehen ist, die mit der Zylinderrohroberfläche fest verbunden ist, wird die wärmeabgebende Oberfläche des zylinderrohrs vergrößert. An diesen Stellen kann dadurch die Kühlflüssigkeit schneller Wärme aufnehmen, wodurch die Kühlung verbessert ist. Die feste Verbindung der Kühllamelle mit der _Zylinderrohroberfläche kann durch Löten oder andere technologische Verfahren vorgenommen werden.

[0008] Gemäß der Erfindung ist in einer Ausgestaltung die Zylinderrohroberfläche vollständig von der Kühllamelle bedeckt. Dadurch ist eine bessere_-Kühlung des gesamten Zylinderrohrs erreicht.

[0009] Eine bessere Kühlung wird zusätzlich durch eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur der Kühllamelle erreicht.

[0010] Füllt die Kühllamelle den Kühlraum in Bezug auf das Zylinderrohr in radialer Richtung vollständig aus, muß die _Kühllamelle mindestens einen den Flüssigkeitszufluß mit dem Flüssigkeitsabfluß verbindenden Kanal haben. In einer Ausführungsform haben der Kanal bzw. die Kanäle einen schraubenförmigen Verlauf um das Zylinderrohr. Vorteilhaft kann es sein, wenn der Kanal bzw. die Kanäle durch Öffnungen in der Kühllamelle gebildet sind.

[0011] In bevorzugter Ausführung hat die Struktur der Kühllamelle eine Wärmeübertragungsflächendichte von etwa 1500 bis ₂₀₀₀ m²/m³ und ist aus mäanderförmigen, periodisch geformten Streifenabschnitten derart gebildet, daß die Streifenabschnitte an den Längsseiten teilweise zusammenhängen und daß ausgehend von einem Streifenabschnitt alle übernächsten Streifenabschnitte identisch angeordnet sind und der darauffolgende und der vorhergehende Streifenabschnitt um jeweils einen Bruchteil der periodischen Struktur in die gleiche Richtung verschoben sind.

[0012] Derartige Kühllamellen werden in der industriellen ölkühlerfertigung kostengünstig hergestellt. Die hohe Wärmeübertragungsflächendichte bewirkt eine erhebliche Steigerung des übertragenen Wärmestroms und wird bei kleinen Abmessungen der Kühllamelle erreicht, so daß die gegebene Größe des Kühlraums nicht vergrößert werden muß, d. h. bei vorgegebenem Zylinderabstand können unverändert die maximal möglichen Zylinderbohrungen untergebracht werden.

[0013] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen, die schematisch im Schnitt drei Ausführungsformen der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 im Schnitt einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Kühllamelle, die den Kühlraum vollständig ausfüllt,

Fig. 2 im Schnitt einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Kühllamelle, die den Kühlraum in radialer Richtung vollständig ausfüllt bis auf je einen Spalt im Bereich des Flüssigkeitszufluß und -abfluß zwischen Kühllamelle und Gehäuse,

Fig. 3 im Schnitt eine Ansicht auf eine Kühllamelle,

Fig. 4 eine optimierte Kühllamelle

a)in Draufsicht

b) in Ansicht

c) in perspektivischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein Zylinderrohr 2, welches in ein Gehäuse 4 eingelassen ist. Zwischen dem Zylinderrohr und dem Gehäuse befindet sich ein ringförmiger KÜhlraum 8, der an seiner dem Zylinderkopf zugewandten Seite einen Kühlflüssigkeitszufluß 5 oder alternativ einen Kühlflüssigkeitsabfluß 6' und an seiner dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite einen Kühlflüssigkeitsabfluß 6 bzw. einen Kuhlflüssigkeitszufluß 5' hat. Ein Bund 1 im oberen Bereich des Zylinderrohrs 2 bewirkt eine Versteifung desselben, fixiert die axiale Lage des Zylinderrohrs 2 im Gehäuse 4 und dichtet den Kühlraum 8 nach außen ab.

[0014] Der Kühlraum 8 ist bis auf einen als Kühlflüssigkeitszufuhr und als Kühlfüssigkeitsabfuhr dienenden Ringspalt 7, 7' mit einer Kühllamelle vollständig ausgefüllt. Als Kühlflüssigkeit ist in besonderer Ausführung das Motorschmieröl anzusehen, welches in dieser Anordnung den Kühlraum demnach in axialer Richtung durchströmt. Vorteilhafterweise ist die _Kühllamelle 3 an der Zylinderrohroberfläche angelötet. Die Kühllamelle stellt durch ihre große Oberfläche einen guten Wärmeübergang zwischen Kühlflüssigkeit und Zylinderrohr her.

[0015] Verstärkt wird die Kühlung noch, wenn die _Kühllamelle die gesamte _Zylinderrohroberfläche bedeckt und eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur hat.

[0016] Ist der Kühlraum, wie in Fig. 1 zu sehen, in radialer Richtung vollständig mit der Kühllamelle ausgefüllt, muß die _Kühllamelle mindestens einen den Flüssigkeitszufluß 5 mit dem Flüssigkeitsabfluß 6 verbindenden Kanal haben. Dieser Kanal bzw. die Kanänle können einen schraubenförmigen Verlauf (in Fig. 1 mit 10 angedeutet) um das Zylinderrohr herum haben oder, wie in Fig. 3 dargestellt, durch Öffnungen 9 in der Kühllamelle gebildet sein.

[0017] In Fig. 2 ist der Kühlraum 8 mit der Kühllamelle in radialer Richtung vollständig ausgefüllt bis auf je einen Spalt 15 im Bereich des Flüssigkeitszufluß und -abfluß zwischen Kühllamelle und Gehäuse. Der Kühlmittelzufluß 5 ist zum Kühlmittelabfluß 6 um 180 ⁰ versetzt auf gleicher Höhe im Gehäuse angeordnet und führt in den Bereich des Kühlraums 8, der nicht von der Kühllamelle 3 ausgefüllt ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Kühlflüssigkeit den Kühlraum und damit die Kühllamelle radial durchströmt. Die in Fig. 4 dargestellte optimierte Kühllamelle 3 ist aus einzelnen Streifenabschnitten 11, die z.B. aus Blech bestehen können, gebildet. Die Streifenabschnitte sind in ihrer Längsrichtung gleichmäßig mäanderförmig gewellt, so daß ein in Ansicht (Fig. 4b) etwa sinusförmiger, abgeflachter Wellenzug in Form eines Rechtecksignals gebildet ist. Die Periode P dieses Wellenzuges wiederholt sich gleichmäßig. An die Längsseite 12 eines ersten Streifenabschnitts schließt mit seiner zugewandten Längsseite ein benachbarter Streifenabschnitt an, der in Längsrichtung um eine Viertelperiode (P/4) versetzt angeordnet ist. Es kann auch sinnvoll sein, wenn der obengenannte benachbarte Streifenabschnitt in Längsrichtung um einen anderen Bruchteil der Periode versetzt angeordnet ist.

[0018] Auf diese Weise bilden eine Vielzahl von Streifenabschnitten eine Kühllamelle gemäß Fig. 4a, wobei - ausgehend von dem ersten Streifenabschnitt lla - jeder dritte (llc), fünfte (lle), siebente (llg) etc. Streifenabschnitt eine mit dem ersten Streifenabschnitt in Ansicht deckungsgleiche Lage haben, während die dazwischen angeordneten zweiten (llb), vierten (lld), sechsten (llf) etc. _Streifenab- schnitte deckungsgleich zueinander liegen und in diesem Beispiel um eine Viertelperiode (P/4) in Längsrichtung gegenüber den Streifenabschnitten lla, llc, lle, llg etc. versetzt sind.

[0019] Durch diesen Aufbau der Kühllamelle 3 sind Kanäle 13 gebildet, die in Strömungsrichtung 14 der Kühlflüssigkeit liegen. Dadurch ist der Strömungswiderstand für die Kühlflüssigkeit gering. Außerdem wird durch die zahlreichen Öffnungen und Verbindungen zwischen den Kanälen 13 eine gute Verwirbelung und Turbulenz innerhalb der Strömung der Kühlflüssigkeit erreicht.

[0020] Zweckmäßigerweise ist die Kühllamelle einteilig gefertigt, vorzugsweise durch Stanzen oder Walzen.

[0021] Im Betrieb gemäß Fig. 1 wird die Kühlflüssigkeit, speziell das Motorschmieröl, über den Flüssigkeitszufluß 5 in den Ringkanal 7 gepumpt. Von dort aus fließt es durch die _Kühllamelle 3. Durch die dadurch vergrößerte Oberfläche des Zylinderrohrs 2 kann die Kühlflüssigkeit die Wärme besser aufnehmen und verläßt nach Durchlaufen der Kühllamellen über einen weiteren Ringkanal und den Flüssigkeitsabfluß 6 den Zylinder.

Ansprüche

1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder (2'), wobei zwischen Zylinderrohr (2) und einem äußeren Gehäuse (4) ein Kühlraum (8) vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszufluß (5) und einen Flüssigkeitsabfluß (6) hat, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Zylinderrohrs mit einer Kühllamelle (3) versehen ist, die mit der Zylinderrohroberfläche fest verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühllamelle (3) die gesamte Zylinderrohroberfläche bedeckt.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühllamelle (3) eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur hat.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühllamelle (3) den Kühlraum (8) in radialer Richtung vollständig ausfüllt und daß sich in der _Kühllamelle mindestens ein den Flüssigkeitszufluß (5) mit dem Flüssigkeitsabfluß (6) verbindender Kanal befindet.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal bzw. die Kanäle einen schraubenförmigen Verlauf um das Zylinderrohr (2) herum bilden.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal bzw. die Kanäle durch Öffnungen (9) in den Kühllamellen (3) gebildet sind.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der Kühllamelle (3) eine Wärmeübertragungsflächendichte von etwa 1500 bis 2000 m²/m³ hat und aus mäanderförmigen, periodisch geformten Streifenabschnitten (11) derart besteht, daß die Streifenabschnitte an den Längsseiten (12) teilweise zusammenhängen und daß ausgehend von einem Streifenabschnitt alle übernächsten Streifenabschnitte identisch angeordnet sind und der darauffolgende und der vorhergehende Streifenabschnitt um jeweils einen Bruchteil der periodischen Struktur in die gleiche Richtung verschoben sind.

Zeichnung