[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einen Zylinder aufweisenden Kurbelgehäuse,
das von einem in Blockbauart ausgebildeten Gaswechselventile und Gaswechselkanäle
aufweisenden Zylinderkopf unter Einfügung einer Zylinderkopfdichtung abgedeckt ist,
wobei in den Zylindern je ein über ein Pleuel an einer in dem Kurbelgehäuse gelagerten
Kurbelwelle angelenkter Kolben bewegbar ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Kühlsystem
und ein Schmiersystem mit einer Ölpumpe aufweist, und das Kühlsystem zumindest einen
unteren, mit einem Zylinderkurbelgehäuseraum direkt zusammenwirkenden Zylinderkopfringkühlraum
und einen darüber liegenden Zylinderkopfkühlraum aufweist.
[0002] Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der
DE 203 16 124 U1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf auf, bei dem eine effektive
Kühlung auch bei hoher Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Dies
wird insbesondere dadurch erreicht, dass eine dritte Rückflussleitung für das Kühlmedium
angenähert parallel zu einer ersten und zweiten Rückflussleitung entlang der Zylinderkopfreihe
angeordnet ist.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einer hohen
Anzahl von Gleichteilen bereitzustellen, die für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke
auslegbar ist.
[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Kühlsystem der Brennkraftmaschine entweder
mit Wasser oder mit Öl beschickt wird. Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde,
dass eine ölgekühlte Brennkraftmaschine den Vorteil hat, dass nur ein einziger Betriebsstoff,
nämlich Öl, in der Brennkraftmaschine vorhanden ist und dieser Betriebsstoff für die
Kühlung und die Schmierung der Brennkraftmaschine herangezogen wird. Eine solche Brennkraftmaschine
hat den Vorteil, dass diese besonders kompakt mit integriertem Kühlsystem in Form
eines Ölkühlers und eines Gebläses konzipiert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist,
dass nur ein einziger Betriebsstoff überwacht und kontrolliert werden muss und beispielsweise
bei Einsatz in frostgefährdeten Gebieten keine besonderen Konservierungsmaßnahmen
bei Nichtgebrauch erforderlich sind. Eine wassergekühlte Brennkraftmaschine hat den
Vorteil, dass mit dem Kühlmittel Wasser infolge des niedrigeren Temperaturniveaus
als bei Öl eine effektivere Kühlung und damit eine niedrigere Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine möglich ist. Dies ist im Hinblick auf besondere Anforderungen an
einen geringen spezifischen Kraftstoffverbrauch und niedrige Abgasemissionen vorteilhaft.
Im Ergebnis muss je nach Einsatzzweck eine wassergekühlte Brennkraftmaschine oder
eine ölgekühlte Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen
ist es aber für einen Motorenhersteller nicht möglich, zwei vollkommen unterschiedlich
konstruierte Brennkraftmaschinen in einer Leistungsklasse bereitzustellen. Dieses
Problem löst die vorliegende Erfindung, indem das Kühlsystem einer Brennkraftmaschine
entweder mit Wasser oder mit Öl beschickt wird. Dabei ist die Brennkraftmaschine so
konstruiert, dass der Kurbelgehäusekühlraum, der Zylinderkopfringkühlraum und der
Zylinderkopfkühlraum bei beiden Kühlversionen gleich ausgebildet sind, während die
Kühlmittelzuführung und Kühlmittelabführung zu diesen Kühlräumen zumindest teilweise
gleich ausgebildet sind und gegebenenfalls nur unterschiedlich verschaltet sind. Dabei
werden für beide Kühlversionen das gleiche Kurbelgehäuse und der gleiche Zylinderkopf
verwendet, die unterschiedlich bearbeitet werden. Ebenfalls sind die Anbauteile bis
auf die kühlungsspezifischen Anbauteile bei beiden Brennkraftmaschinen gleich. Damit
ist für beide Kühlversionen eine höchstmögliche Anzahl von Gleichteilen erreicht,
so dass es im Ergebnis möglich ist, eine Brennkraftmaschine in einer Leistungsklasse
mit unterschiedlichen Kühlsystemen wirtschaftlich parallel zu fertigen.
[0005] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung
zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben
sind.
Es zeigen:
[0006]
- Fig. 1
- eine perspektivische Stirnansicht einer ölgekühlten Version der Brennkraftmaschine,
- Fig. 2
- eine perspektivische Stirnansicht einer wassergekühlten Ausführung der gleichen Brennkraftmaschine,
- Fig. 3a Fig. 3b
- perspektivische Ansichten des Ölkreislaufs der ölgekühlten Brennkraftmaschine und
- Fig. 4a Fig. 4b
- perspektivische Ansichten des Kühlkreislaufs der wassergekühlten Brennkraftmaschine.
[0007] Fig. 1 zeigt die ölgekühlte Ausführung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse 1 auf, in der eine Kurbelwelle drehbar
gelagert ist, an der in der beispielhaft ausgeführten Brennkraftmaschine vier Kolben
über Pleuel angelenkt sind, die in entsprechenden Zylindern bewegbar sind. Das Kurbelgehäuse
1 ist zylinderseitig von einem Zylinderkopf 2 und kurbelwellenseitig von einer Ölwanne
3 abgeschlossen. Der Zylinderkopf 2 ist wiederum von einem Ventildeckel 4 verschlossen
und seitlich sind an den Zylinderkopf 2 eine Frischgassammelleitung 5 und eine Abgassammelleitung
6 befestigt, die ihrerseits über einen Abgasturbolader 7 miteinander verschaltet sind.
Unterhalb des Abgasturbolader 7 ist ein Startermotor 8 angeordnet, dessen Starterritzel
mit einem an der Kurbelwelle befestigten Schwungrad in Verbindung gebracht werden
kann, wobei das Schwungrad in einem SAE-Flansch 9, an den beispielsweise ein Getriebe
befestigt werden kann, angeordnet ist. Auf der vorderen Stirnseite der Brennkraftmaschine
ist eine Abdeckvorrichtung 10 befestigt, hinter der ein Antrieb, beispielsweise in
Form eines Zahnriemens, für eine Nockenwelle angeordnet ist. Vor der Abdeckvorrichtung
10 ist eine Riemenscheibe 11 mit der Kurbelwelle verschraubt. In den bisher aufgeführten
Bauteilen unterscheidet sich die Fig. 2 dargestellte wassergekühlte Brennkraftmaschine
zumindest äußerlich nicht von der ölgekühlten Brennkraftmaschine. Seitlich neben dem
Zylinderkopf 2 bzw. dem Ventildeckel 4 ist bei der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1
ein Ölkühler 12 montiert, durch den von einem Gebläse 13 Kühlluft gefördert wird.
Dabei wird die Kühlluft zudem auch an den Zylinderkopf 2 vorbeigefördert und durch
Kanäle durch den Zylinderkopf 2 auch durch diesen hindurch und tritt auf der Gaswechselseite
im Bereich zwischen der Frischgassammelleitung 5 und der Abgassammelleitung 6 aus.
Das Gebläse 13 wird über einen Keilriemen 14 von der Riemenscheibe unter Einschaltung
einer Spannrolle 15 angetrieben.
[0008] Im Unterschied zu der ölgekühlten Brennkraftmaschine nach Fig. 1 treibt bei der wassergekühlten
Brennkraftmaschine gem. Fig. 2 der Keilriemen 14 eine Wasserpumpe 16 an, die stirnseitig
an dem Kurbelgehäuse 1 und/oder an dem Zylinderkopf 2 angeordnet ist. Gespannt wird
der Keilriemen 14 über eine Lichtmaschine 17, die bei der ölgekühlten Version in das
Gebläse 13 integriert ist.
[0009] Eine weitere Ausführung sieht die Übernahme von bei anderen Brennkraftmaschinen vorhandenen
Komponenten wie Wasserpumpe 16 und Kühlwasserthermostatgehäuse 18 vor. Damit diese
Komponenten ohne Änderungen eingebaut werden können, wird ein Adaptergehäuse 19 geschaffen.
Das Adaptergehäuse 19 erstreckt sich axial zwischen der Wasserpumpe 16 und dem Kühlwasserthermostatgehäuse
18. Als Nebenfunktion dient es zur Lichtmaschinenaufhängung und zum Abzweig eines
Teilstroms vom Kühlwasser zur Motorschmierölkühlerbeaufschlagung.
[0010] In den Fig. 3a und 3b ist der Kühlkreislauf der ölgekühlten Brennkraftmaschine zumindest
mit den wesentlichen Teilen wiedergegeben. Über einen Zugang 20 gelangt das Kühlmittel
in einen ersten Kurbelgehäusekühlraum 21 und wird von diesem in die übrigen Zylinderkurbelgehäusekühlräume
21 weitergeleitet. Von den Zylinderkurbelgehäusekühlräumen 21 gelangt das Öl über
Übergänge 22 in der Zylinderkopfdichtung in Zylinderkopfringkühlräume 23, wobei das
Öl zur intensiven Kühlung der thermisch hoch belasteten Bereiche durch entsprechende
Ausgestaltung der Kurbelgehäusekühlräume 21 und die Anordnung und Ausbildung der Übergänge
22 und der nachfolgend erläuterten Verbindungskanäle 24a, 24b in der Zylinderkopfdichtung
bezüglich der Fließrichtung und Fließmenge beeinflusst wird. Von dem vorderen endseitigen
Zylinderkopfringkühlraum 23 wird das Öl über die V-förmig angeordneten Verbindungskanäle
24a, 24b in einen Zylinderkopfkühlraum 28 und in Ölkanäle 25a, 25b geleitet, wobei
von dem Ölkanal 25b Stichkanäle 26 zur Schmierung der bewegten Teile des Ventiltriebs
abzweigen. Abgeleitet wird das Öl aus den Ölkanälen 25a, 25b über die Ableitkanäle
27a, 27b, 27c, 27d auf der gegenüberliegenden Zylinderkopfseite. Das Kühlmittel wird
aus dem Zylinderkopfkühlraum 28 auf der zu den Verbindungskanälen gegenüberliegenden
Zylinderkopfseite über eine Abführleitung 29 abgeleitet. Die Abführleitung 29 ist
über eine Querleitung 30 mit den Ableitkanälen 27a, 27b, 27c, 27d verbunden und das
abgeleitete Kühlmittel wird über eine Thermostateinrichtung 31 entweder in einen Wärmetauscher
oder wieder direkt in den Kühlkreislauf beziehungsweise Ölkreislauf geleitet. Der
hintere Kurbelgehäusekühlraum 21 ist über eine Stichleitung 32 ebenfalls mit der Abführleitung
29 verschaltet.
[0011] In den Fig. 4a und 4b ist der wassergekühlte Kühlkreislauf in den wesentlichen Teilen
dargestellt, wobei zur besseren Übersichtlichkeit der Kühlkreislauf bzw. dessen Komponenten
im Bereich der Trennebene Kurbelgehäuse - Zylinderkopf, wie schon in den Fig. 3a und
3b, beabstandet voneinander dargestellt sind.
[0012] Von der nicht dargestellten Wasserpumpe gelangt das Kühlmittel Wasser über einen
stirnseitigen Zugang 21 in den ersten Kurbelgehäusekühlraum 21 und wird von diesem
in die übrigen Kurbelgehäusekühlräume 21 weitergeleitet.
[0013] Von den Zylinderkurbelgehäusekühlräumen 21 gelangt das Wasser über Übergänge 22 in
der Zylinderkopfdichtung in die Zylinderkopfringkühlräume 23. Das Wasser wird zur
intensiven Kühlung der thermisch hoch belasteten Bereiche durch entsprechende Ausgestaltung
der Kurbelgehäusekühlräume 21 und die Anordnung und Ausbildung der Übergänge 22 in
der Zylinderkopfdichtung bezüglich der Fließrichtung und Fließmenge beeinflusst.
[0014] Von dem Zylinderkopfringkühlraum 21 gelangt das Wasser im Wesentlichen über die Übertrittsöffnungen
33 (1x pro Zylinder) und insbesondere zur guten Durchströmung des Zylinderkopfkühlraums
28 vorhandene V-förmig aufsteigende Verbindungskanäle 24a und 24b in den Zylinderkopfkühlraum
28, aus dem es nach Durchströmung desselben zylinderkopfstirnseitig über die Öffnungen
34 und 35 in Richtung eines Kühlwasserthermostatgehäuses 36. Alternativ kann die Öffnung
34 auch entfallen und der Austritt an einer direkt benachbarten Kernlocköffnung 36
auf der Zylinderlängswand, die in Verlängerung zu der Austrittsöffnung 35 angeordnet
ist, austreten.
[0015] Der Wasserkanal 25c, der identisch zu dem Ölkanal 26b ist, wird über Zuleitkanäle
24e und 24f, die den Ableitkanälen 24a und 24c entsprechen und hier mit dem Kurbelgehäusekühlraum
21 in Wirkverbindung stehen, mit Wasser versorgt.
[0016] Der Wasserkanal 26c erfüllt in Ergänzung zu dem hier nicht dargestellten Ölkanal
25b (Figuren 3a und 3b) die Funktion der Ventilschaftkühlung und er entlüftet das
Kühlsystem dergestalt, dass das über eine Austrittsöffnung 35 oberhalb der Öffnung
34 abgeleitete Wasser in Richtung Kühlwasserthermostat fließt.
[0017] Von der Wasserpumpe wird eine Wassermenge von beispielsweise 50 Liter pro Minute
in den Zugang 20a gefördert. Zusätzlich wird eine Wassermenge von beispielsweise 10
Liter pro Minute in eine nicht dargestellte Ölkühlerleitung gefördert, die entlang
den Kurbelgehäusekühlräumen 21 verläuft und einen an der Brennkraftmaschine integrierten
Ölkühler beschickt. Von dem Ölkühler wird das Wasser über den Zylinderkopfkühlraum
28 dem Kühlwasserthermostat zugeführt.
[0018] In alternativer Ausgestaltung kann der Zylinderkopfkühlraum 28 flächendeckend über
dem Zylinderkopfbodenbereich angeordnet sein. In dieser Ausführung hat der Zylinderkopfkühlraum
28 also die größtmögliche Kühlfläche, die nur durch die entsprechenden Durchtritte
für die Gaswechselventile beziehungsweise Gaswechselkanäle sowie sonstigen Durchtritte
wie beispielsweise für die Stoßstangen zur Betätigung der Gaswechselventile durchbrochen
ist. Die Halterung für den Gießkern kann unverändert wie bei der meanderförmigen Ausbildung
ausgestaltet sein, wobei es ausreichend ist, auf den gegenüberliegenden Zylinderkopflängsseiten
Kernlochöffnungen 36 vorzusehen.
[0019] Weiterhin kann der Zylinderkopfkühlraum 28 einteilig mit dem Zylinderkopfringkühlraum
23 ausgeführt. Bei dieser Ausgestaltung sind die beiden Kühlräume so weit wie möglich
einteilig ausgebildet und dies hat insbesondere bei der Herstellung Vorteile, indem
keine weiteren Verbindungskanäle eingearbeitet werden müssen.
[0020] Bezugszeichen
- 1
- Kurbelgehäuse
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Ölwanne
- 4
- Ventildeckel
- 5
- Frischgassammelleitung
- 6
- Abgassammelleitung
- 7
- Abgasturbolader
- 8
- Startermotor
- 9
- SAE-Flansch
- 10
- Abdeckvorrichtung
- 11
- Riemenscheibe
- 12
- Ölkühler
- 13
- Gebläse
- 14
- Keilriemen
- 15
- Spannrolle
- 16
- Wasserpumpe
- 17
- Lichtmaschine
- 18
- Kühlwasserthermostatgehäuse
- 19
- Adaptergehäuse
- 20, 20a
- Zugang
- 21
- Kurbelgehäusekühlraum
- 22
- Übergang
- 23
- Zylinderkopfringkühlraum
- 24a, 24b
- Verbindungskanal
- 25a, 25b
- Ölkanal
- 25c
- Wasserkanal
- 26
- Stichkanal
- 27a, 27b, 27c, 27d
- Ableitkanal
- 27e, 27f
- Zuleitkanal
- 28
- Zylinderkopfkühlraum
- 29
- Abführleitung
- 30
- Querleitung
- 31
- Thermostateinrichtung
- 32
- Stichleitung
- 33
- Übertrittsöffnung
- 34
- Öffnung
- 35
- Austrittsöffnung
- 36
- Kernlochöffnung
1. Brennkraftmaschine mit einen Zylinder aufweisenden Kurbelgehäuse, das von einem in
Blockbauart ausgebildeten Gaswechselventile und Gaswechselkanäle aufweisenden Zylinderkopf
unter Einfügung einer Zylinderkopfdichtung abgedeckt ist, wobei in den Zylindern je
ein über ein Pleuel an einer in dem Kurbelgehäuse gelagerten Kurbelwelle angelenkter
Kolben bewegbar ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Kühlsystem und ein Schmiersystem
mit einer Ölpumpe aufweist, und das Kühlsystem zumindest einen unteren, mit einem
Zylinderkurbelgehäuseraum direkt zusammenwirkenden Zylinderkopfringkühlraum und einen
darüber liegenden Zylinderkopfkühlraum aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem entweder mit Wasser oder Öl beschickt wird.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäusekühlraum (21), der Zylinderkopfringkühlraum (23) und der Zylinderkopfkühlraum
(28) bei beiden Kühlversionen gleich ausgebildet sind, während die Kühlmittelzuführungen
und Kühlmittelabführungen zumindest teilweise gleich ausgeführt sind und gegebenenfalls
unterschiedlich verschaltet sind.
3. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass für beide Kühlversionen das gleiche Kurbelgehäuse (1) und der gleiche Zylinderkopf
(2) verwendet werden, die unterschiedlich bearbeitet werden.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anbauteile bis auf die kühlungsspezifischen Anbauteile bei beiden Brennkraftmaschinen
gleich sind.