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Dokumentenidentifikation DE19739165C2 24.02.2000
Titel Brennkraftmaschine mit direkt gekühlter Zylinderbüchse
Anmelder AVL List GmbH, Graz, AT
Erfinder Melde-Tuczai, Helmut, Dipl.-Ing., Graz, AT;
Berger, Robert, (Ing.), Pacher, AT
Vertreter Stoffregen, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 63450 Hanau
DE-Anmeldedatum 06.09.1997
DE-Aktenzeichen 19739165
Offenlegungstag 12.03.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.02.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.02.2000
IPC-Hauptklasse F02F 1/16
IPC-Nebenklasse F02F 7/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einer nassen Zylinderlaufbüchse hin- und hergehenden Kolben pro Zylinder, bei der der im wesentlichen zylindrische äußere Mantel der Zylinderlaufbüchse zumindest teilweise mit dem Zylinderblock einen ringförmigen ersten Kühlraum einschließt und die in den Zylinderblock eingesetzte Zylinderlaufbüchse im Bereich der Zylinderkopfdichtfläche einen mit einer Auflagefläche auf einer entsprechenden Schulter des Zylinderblockes aufliegenden Bund aufweist, dessen Außenfläche zusammen mit einer entsprechenden Gegenfläche des Zylinderblockes einen ringförmigen zweiten Kühlraum ausbildet, wobei der erste und zweite Ringraum pro Zylinder miteinander strömungsverbunden sind und der zweite Kühlraum pro Zylinder mit einem Nebenwasseraustritt in den Zylinderkopf verbunden ist.

Bei einer Brennkraftmaschine tritt im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens die höchste thermische Beanspruchung für Kolbenringe und Zylinderlaufbüchsen auf. Zur Erhöhung der Wärmeabfuhr aus der Zylinderlaufbüchse im Bereich des Bundes sind einige konstruktive Maßnahmen bekannt.

So wird in der EP 356 227 A2 ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der im unteren Bereich der Zylinderlaufbüchsen ein für alle benachbarten Zylinder gemeinsamer Hauptkühlraum vorgesehen ist. Im Bereich des Bundes jeder Zylinderlaufbüchse weist der Zylinderblock einen eingeformten, den Bund jeder Zylinderlaufbüchse ringförmig umgebenden oberen Kühlraum auf, der über Durchtritte in der Zylinderkopfdichtung mit zylinderkopfseitigen Wasserräumen strömungsverbunden ist. Pro Zylinder ist jeder obere Wasserraum über gleichmäßig über den Mantelumfang der Zylinderlaufbüchse verteilt angeordnete Längskanäle mit dem Hauptwasserraum verbunden, wobei die Längskanäle durch eine Anzahl von an der Mantelaußenseite der Zylinderlaufbüchse angeordnete Längsrippen gebildet sind. Das bekannte System erfordert aufwendige Bearbeitungsschritte bei der Herstellung der Zylinderlaufbüchsen und des Zylinderblockes.

Weiters ist aus der US 4 523 555 A eine Zylinderlaufbüchse mit einem bis in den Bundbereich sich erstreckenden Kühlwassermantel bekannt, bei der allerdings der Bund der Büchse recht große dimensioniert sein muß, um die auftretenden Kräfte aufnehmen zu können.

Ferner ist es beispielsweise aus der US 4 050 421 A, der DE 37 42 611 A1 oder der WO 92/09801 bekannt, im Bund der Zylinderbüchse eine große Anzahl von Kühlkanälen anzuordnen, um eine ausreichende Kühlung der oberen Zylinderlaufbüchse zu erreichen. Die Fertigung derartiger Kühlkanäle in der Zylinderlaufbüchse ist allerdings ebenfalls mit einem hohen Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer im Bund optimal dimensionierten nassen Zylinderlaufbüchse ohne aufwendige Bearbeitungsschritte bei der Herstellung die Kühlung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der zweite Kühlraum durch eine ringförmige Vertiefung an einer an den Zylinderblock grenzenden Außenfläche des Bundes und die Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlraum durch jeweils einen Verbindungskanal pro Zylinder mit definiertem Querschnitt gebildet ist, wobei - im Grundriß betrachtet - der Verbindungskanal diametral dem Nebenwasseraustritt gegenüberliegend angeordnet ist.

Dadurch, daß nur eine einzige Strömungsverbindung zwischen dem ersten und zweiten Kühlraum vorgesehen ist, kann der Durchfluß genau dosiert und gesteuert werden. Die Kühlung des Bundes erfolgt dabei im Nebenstrom zur Hauptkühlung der Zylinderbüchse, wobei die Kühlflüssigkeit im Nebenstrom durch den Druckabfall zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf transportiert wird. Dieser Druckabfall wird durch eine geeignete Abstimmung des Nebenaustrittsquerschnittes, beispielsweise eine Durchtrittsöffnung in der Zylinderkopfdichtung oder im Zylinderkopfboden oder im Oberflansch des Zylinderblockes optimiert. Es ist somit möglich, im Bereich des oberen Totpunktes mehr Wärme abzuführen als weiter unten, was auch eine höhere Position der Kolbenringe ermöglicht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß die ringförmige Vertiefung im Mantelbereich des Bundes angeordnet ist. Genauso ist es allerdings möglich, die ringförmige Vertiefung im Bereich der Auflagefläche des Bundes anzuordnen. Derartige Vertiefungen in den Zylinderlaufbüchsen sind leicht durch spanabhebende Herstellungsschritte fertigbar und erfordern keine Eingriffe in die Struktur des Zylinderblockes.

Die Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlraum kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Eine einfache erfindungsgemäße Variante sieht vor, daß der Verbindungskanal durch eine Bohrung im Zylinderblock im Bereich der Schulter gebildet ist.

Diese Anordnung bietet insbesondere bei einer im Bereich der Auflagefläche angeordneten Vertiefung den Vorteil, daß keine weiteren Veränderungen der Zylinderlaufbüchse notwendig sind. Zusätzlich oder anstelle dieser Ausbildung kann vorgesehen sein, daß der Verbindungskanal durch eine im wesentlichen in Büchsenlängsrichtung verlaufende Bohrung im Bund im Bereich der Auflagefläche gebildet ist. Herstellungstechnisch besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verbindungskanal durch eine radiale zum Mantel des Bundes hin auslaufende Nut im Bereich der Auflagefläche gebildet ist und der Bund im Bereich der Auflagefläche gegenüber dem Zylinderblock radial freigestellt ist. Ebenfalls einfach herstellbar ist es, wenn der Verbindungskanal durch einen zum Mantel auslaufenden Einstich zwischen Auflagefläche und Vertiefung im Bereich der Auflagefläche des Bundes gebildet ist. Diese beiden Ausbildungen haben den Vorteil, daß im Motorblock keine weiteren Maßnahmen zur Realisierung des Verbindungskanales getroffen werden müssen.

Eine gleichmäßige Kühlung aller Zylinder wird dadurch erreicht, daß der erste Kühlraum pro Zylinder einen Wassereintritt aufweist, welcher - im Grundriß betrachtet - dem Verbindungskanal diametral gegenüberliegt.

Weiters hat es sich zur Erzielung einer ausgezeichneten Kühlwirkung als vorteilhaft herausgestellt, wenn der erste Kühlraum pro Zylinder einen Wasseraustritt aufweist, welcher vorzugsweise auf der gleichen Seite wie der Verbindungskanal im Bezug auf eine durch die Zylinderachsen aufgespannte Motorlängsebene liegt.

Die Kühlung des Bundes kann weiters dadurch verbessert werden, daß im zweiten Kühlraum mindestens eine, vorzugsweise einstückig mit der Zylinderlaufbüchse ausgebildete, ringförmige Kühlrippe vorgesehen ist, wodurch die Kühlfläche am Bund der Zylinderlaufbüchse vergrößert wird.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß der Bund im Anschluß an die Zylinderkopfdichtfläche eine umlaufende Preßsitzfläche aufweist, die mit einer entsprechenden Preßsitzfläche im Zylinderblock zusammenwirkt. Der Preßsitz im Bereich des Bundes zwischen Zylinderlaufbüchse und Zylinderblock gewährleistet eine sichere Abdichtung, wodurch zusätzliche Dichtmaßnahmen zwischen dem Bund der Zylinderlaufbüchse und dem Zylinderblock entfallen können.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zylinderblock der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante,

Fig. 2 und Fig. 3 ein Detail aus Fig. 1,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Zylinderlaufbüchse in einer Ausführungsform,

Fig. 5 eine Zylinderlaufbüchse gemäß der Erfindung in einer anderen Ausführungsform im Längsschnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 6,

Fig. 5a ein Detail aus Fig. 5,

Fig. 6 diese Zylinderlaufbüchse in einer Seitenansicht,

Fig. 7 eine Schrägansicht dieser Zylinderlaufbüchse,

Fig. 7a ein Detail aus Fig. 7, und

Fig. 8 eine weitere Ausbildungsvariante der Erfindung in einer Detailansicht entsprechend Fig. 3.

Funktionsgleiche Teile sind in den Varianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Zylinderblock 1 ist die erfindungsgemäße Zylinderlaufbüchse 2 mit der Preßsitzfläche 18' eingepreßt. Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist zwischen der Mantelfläche 3 der Zylinderkopfbüchse 2 und dem Zylinderblock 1 ein erster, ringförmiger Kühlraum 4 ausgebildet, der in seinem unteren Bereich seitlich einen Wassereintritt 5 und einen Wasseraustritt 6 pro Zylinder in den Zylinderkopf 17 aufweist. Der Übersicht halber ist Fig. 1 ohne einen in der Zylinderlaufbüchse hin- und hergehenden Kolben gezeichnet. Angrenzend an die Zylinderkopfdichtung 7 ist die Zylinderlaufbüchse 2 im Preßsitzbereich 18 mit einem Bund 8 ausgebildet, der mit einer Auflagefläche 9 auf einer entsprechend geformten Schulter 10 des Zylinderblockes 1 aufliegt. Zwischen der Außenfläche 11 des Bundes 8 und dem Zylinderblock 1 ist ein ringförmiger zweiter Kühlraum 12 vorgesehen, der durch eine ringförmige Vertiefung 13 in der Außenfläche 11 des Bundes 8 gebildet ist. In der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsvariante ist die Vertiefung 13 im Mantelbereich 14 des Bundes 8 angeordnet. In der in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsvariante wird der zweite Kühlraum 12 durch eine Vertiefung 15 in der Auflagefläche 9 des Bundes 8 gebildet.

Der zweite Kühlraum 12 steht über einen Nebenwasseraustritt 16 mit nicht weiter dargestellten Wasserräumen des Zylinderkopfes 17 in Strömungsverbindung.

Im an die Zylinderkopfdichtung 7 angrenzenden Bereich ist der Mantel 14 des Bundes 8 als flüssigkeitsdichte Preßsitzfläche 18 gegenüber dem Zylinderblock 1 ausgebildet.

Wie in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, weist die ringförmige Vertiefung 13 zur Vergrößerung der mit dem Kühlmedium benetzten Oberfläche ringförmige Kühlrippen 19 und 20 auf. Die untere Kühlrippe 20 grenzt an den Auflagebereich 21 mit der Auflagefläche 9 des Bundes, wobei die Kühlrippe 20 einen kleineren Durchmesser aufweist als der Bund 8 in seinem Auflagebereich 21.

Zur Strömungsverbindung zwischen dem ersten Kühlraum 4 und dem zweiten Kühlraum 12 ist an der dem Nebenwasseraustritt 16 bezüglich einer durch die Zylinderachsen 1' aufgespannten Motorlängsebene 1'' gegenüberliegenden Seite der Zylinderlaufbüchse 2 pro Zylinder ein Verbindungskanal 22 vorgesehen. Dieser Verbindungskanal 22 ist - wie in Fig. 3 ersichtlich - durch eine radiale, zur Mantelfläche 14 des Bundes 8 auslaufende Nut 23 in der Auflagefläche 9 des Auflagebereiches 21 gebildet, wodurch ein im wesentlichen durch die Vertiefung 15 bzw. die radiale Freistellung 24 zwischen der unteren Kühlrippe 20 und dem Zylinderblock 1 definierter rechteckiger Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht. Das Kühlmedium kann somit aus dem ersten Kühlraum 4 über einen Leckspalt 25 zwischen Zylinderblock 1 und Zylinderlaufbüchse 2 und dem Verbindungskanal 22 in den ringförmigen zweiten Kühlraum 12 einströmen und gelangt über den Nebenwasseraustritt 16 mit einem definierten Austrittsquerschnitt, der beispielsweise durch eine Durchtrittsbohrung in der Zylinderkopfdichtung 7 gebildet sein kann, in die nicht weiter dargestellten Wasserräume des Zylinderkopfes 17.

Unterschiedlich zu den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführung ist in der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsvariante nur eine Kühlrippe 19 vorgesehen. Der Auflagebereich 21 ist zwischen der Auflagefläche 9 und der Vertiefung 13 durch einen durch einen Einstich gebildeten Verbindungskanal 22 durchbrochen.

Reicht der Querschnitt des Leckspaltes 25 zwischen Zylinderblock 1 und Zylinderlaufbüchse 2 für die erforderliche Kühlwassermenge nicht aus, so kann im Bereich der Schulter 10 eine Bohrung 26 mit definiertem Querschnitt, analog zu Fig. 8, geformt sein. Es ist auch möglich, den Verbindungskanal 22 durch eine oder mehrere Bohrungen in Bund 8 im Bereich der Auflagefläche 9 zu bilden, um eine Strömungsverbindung zum zweiten Kühlraum 12 zu schaffen.

In dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel wird der zweite Kühlraum 12 durch eine in die Auflagefläche 8 eingeformte ringförmige Vertiefung 15 gebildet. Die Vertiefung 15 ist dabei über eine Bohrung 26 mit dem ersten Kühlraum 4 verbunden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Ausführungsvarianten mit jener aus Fig. 8 zu kombinieren und zweite Kühlräume, sowohl im Bereich des Mantels, als auch im Bereich der Auflagefläche, vorzusehen.


Anspruch[de]
  1. 1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einer nassen Zylinderlaufbüchse (2) hin- und hergehenden Kolben pro Zylinder, bei der der im wesentlichen zylindrische äußere Mantel (3) der Zylinderlaufbüchse (2) zumindest teilweise mit dem Zylinderblock (1) einen ringförmigen ersten Kühlraum (4) einschließt und die in den Zylinderblock (1) eingesetzte Zylinderlaufbüchse (2) im Bereich der Zylinderkopfdichtfläche (7) einen mit einer Auflagefläche (9) auf einer entsprechenden Schulter (10) des Zylinderblockes (1) aufliegenden Bund (8) aufweist, dessen Außenfläche (11) zusammen mit einer entsprechenden Gegenfläche des Zylinderblockes (1) einen ringförmigen zweiten Kühlraum (12) ausbildet, wobei der erste (4) und zweite Ringraum (12) pro Zylinder miteinander strömungsverbunden sind und der zweite Kühlraum (12) pro Zylinder mit einem Nebenwasseraustritt (16) in den Zylinderkopf (17) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühlraum (12) durch eine ringförmige Vertiefung (13, 15) an einer an den Zylinderblock (1) grenzenden Außenfläche (11) des Bundes (8) und die Strömungsverbindung zwischen dem ersten (4) und dem zweiten Kühlraum (12) durch jeweils einen Verbindungskanal (22) pro Zylinder mit definiertem Querschnitt gebildet ist, wobei - im Grundriß betrachtet - der Verbindungskanal (22) diametral dem Nebenwasseraustritt (16) gegenüberliegend angeordnet ist.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Vertiefung (13) im Mantelbereich (14) des Bundes (8) angeordnet ist.
  3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Vertiefung (15) im Bereich der Auflagefläche (9) des Bundes (8) angeordnet ist.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (13, 15) durch eine Bohrung (26) im Zylinderblock (1) im Bereich der Schulter (10) gebildet ist.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (22) durch eine im wesentlichen in Büchsenlängsrichtung verlaufende Bohrung (26) im Bund (8) im Bereich der Auflagefläche (9) gebildet ist.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (22) durch eine im wesentlichen radiale zum Mantel (3) des Bundes (8) hin auslaufende Nut (23) im Bereich der Auflagefläche (9) gebildet ist und der Bund (8) im Bereich der Auflagefläche (9) gegenüber dem Zylinderblock (1) radial freigestellt ist.
  7. 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (22) durch einen zum Mantel (3) auslaufenden Einstich zwischen Auflagefläche und Vertiefung im Bereich der Auflagefläche des Bundes gebildet ist.
  8. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlkanal (4) pro Zylinder einen Wassereintritt (5) aufweist, welcher - im Grundriß betrachtet - dem Verbindungskanal (22) diametral gegenüberliegt.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kühlraum (4) pro Zylinder einen Wasseraustritt (6) aufweist, welcher vorzugsweise auf der gleichen Seite wie der Verbindungskanal (22) im Bezug auf eine durch die Zylinderachsen (1') aufgespannte Motorlängsebene (1'') liegt.
  10. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Kühlraum (12) mindestens eine, vorzugsweise einstückig mit der Zylinderlaufbüchse (2) ausgebildete, ringförmige Kühlrippe (19, 20) vorgesehen ist.
  11. 11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (14) des Bundes (8) im Anschluß an die Zylinderkopfdichtfläche (7) eine umlaufende Preßsitzfläche (18') aufweist, die mit einer entsprechenden Preßsitzfläche (18') im Zylinderblock (1) zusammenwirkt.






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