AT515220B1 - Zylinderblock einer Verbrennungskraftmaschine in Monoblock - Bauweise und Gießform zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Ein Zylinderblock einer flüssigkeitsgekühlten mit mehreren von einem gemeinsamen Kühlmantel umgebenen Zylindern hat zwischen dem Kühlmantel (7) und den einzeln umströmten Zylindern einen ersten Kühlwasserraum (6) und über den Zylindern (4,5) einen mit diesem strömungsverbundenen zweiten Kühlwasserraum (19). Um eine reichliche und gleichmäßige Kühlung der Zylinderwände (4) zu erreichen, ist an den Längsseiten des Kühlmantels (7) ein Verteilerkanal (10) und ein Sammelkanal (11) angebracht, weist der den Verteilerkanal (10) vom ersten Kühlwasserraum (6) trennende Kühlmantel (7) den einzelnen Zylindern (4,5) zugeordnete erste Öffnungen (24) auf, und steht der Sammelkanal (11) über eine Reihe von zweiten Öffnungen (28) mit dem zweiten darüber angeordneten Kühlwasserraum (19) in Verbindung.

Description

Beschreibung

ZYLINDERBLOCK EINER FLÜSSIGKEITSGEKÜHLTEN VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINEIN MONOBLOCK - BAUWEISE UND GIESSFORM ZU DESSEN HERSTELLUNG

GEGENSTAND

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungs¬kraftmaschine in Monoblock - Bauweise mit mehreren in Reihe angeordneten und von einemgemeinsamen Kühlmantel umgebenen Zylindern, wobei zwischen dem Kühlmantel und deneinzeln umströmten Zylindern ein erster Kühlwasserraum gebildet ist und über den Zylindern einzweiter Kühlwasserraum angeordnet und mit dem ersten Kühlwasserraum strömungsverbundenist, wobei an den Längsseiten des Kühlmantels in Längsrichtung an einer Seite ein Verteilerka¬nal und an der anderen Seite ein Sammelkanal angebracht ist, welche Kanäle jeweils einenAnschluss für einen äußeren Kühlkreislauf aufweisen.

[0002] Bei derartigen Verbrennungskraftmaschinen ist der Zylinderblock mit dem Zylinderkopfeinstückig. Bei dieser Bauweise ist der Einbau von Zylinderbüchsen nicht möglich. Sie erlaubtaber besonders intensive Kühlung und ist daher für Motoren hoher Leistungsdichte geeignet.Bei Motoren mit mehreren Zylindern in Reihe ist möglichst gleich intensive Kühlung aller Zylin¬der erwünscht, aber schwierig zu erreichen.

STAND DER TECHNIK

[0003] Die DE 40 33 623 C1 handelt von einem Otto-Motor, dessen Block aus mehreren mitei¬nander verschweißten Teilen und miteinander verbundenen Zylindern besteht. Verteilerkanalund Sammelkanal sind nicht mit verlorenem Kern gegossene enge Kanäle und reichen überdiesnicht über die ganze Höhe des Zylinders. Die einzelnen Zylinder sind nicht rundum umströmt.Wie das Kühlwasser in die Kopfregion von dieser hinunter in den Sammelkanal gelangt, ist nichtgeoffenbart.

[0004] Die JP H05-19542 U betrifft nur die Kühlung des Zylinderkopfes. Das Kühlwasser strömtvom Verteilerkanal hinauf in den Kühlwasserraum des Zylinderkopfes und dann wieder hinunterin den Sammelkanal 21. Verteilerkanal und Sammelkanal sind nach dem Guss am Motorblockbefestigte eigene Teile. Eine Kühlung der Zylinderwände ist nicht erkennbar.

[0005] Bei dem aus der JP H05-66219 U bekannten Motor ist beiderseits der Zylinderreihe einVerteilkanal 29,30 angeschraubt, von denen jeweils das Kühlwasser auf die Zylinderwändegerichtet in den ersten Kühlraum strömt. Wegen ihrer Verbindung sind die Zylinder nicht rundumumströmt, und auch das nur in ihrem oberen Bereich. Ein Sammelkanal ist nicht vorhanden,weil das Kühlwasser in den zweiten Kühlraum im Zylinderkopf aufsteigt und aus diesem durcheinen Stutzen abfließt.

[0006] Die DE 10 2009 023 530 A1 handelt wohl von einem Zylinderblock, jedoch ist nur derGusskern für den Zylinderblock dargestellt. Demnach sind Verteilerkanal und Sammelkanal vongeringem Querschnitt und nicht auf Höhe der Zylinderwände, sondern darunter angeordnet.Vom Verteilerkanal strömt das Kühlwasser nur auf einer Seite entlang der Zwickel aufwärts inden linken Kühlraum.

[0007] In diesem sind die Zylinder zunächst nur auf einer Seite umströmt. Nach Durchlaufendes Zylinderkopfes gelangt das so weiter erwärmte Kühlwasser von oben in den rechten Kühl¬raum. Die Kühlung der Zylinder ist daher ungleich und unsymmetrisch.

PROBLEM/LÖSUNG

[0008] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteilen abzuhelfen und die Besonderhei¬ten der Monoblock - Bauweise für eine reichliche und gleichmäßige Kühlung zu nutzen, beimöglichst einfacher Fertigung.

[0009] Erfindungsgemäß wird das mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Anspruchserreicht. Von dem Verteilerkanal wird das Kühlwasser auf alle Zylinder hinsichtlich Geschwin¬digkeit, Druck und Temperatur, gleichmäßig verteilt. Dadurch, dass der Sammelkanal auf deranderen Seite des Zylinderblocks angeordnet ist, kein unerwünschter Wärmeübergang zwi¬schen den beiden Kanälen. Durch die Anbringung der Kanäle an gegenüberliegenden Seitenkönnen diese sich über die ganze Höhe des Zylinders erstrecken, sodass ein großer Strö¬mungsquerschnitt bei nur geringer Zunahme der Breite des Zylinderblocks realisiert werdenkann und die ersten Öffnungen in den Kühlwasserraum sehr tief angeordnet sein können.

[0010] Die ersten Öffnungen zwischen Verteilerkanal und Kühlwasserraum können groß di¬mensioniert und von beliebiger Form sein, weil sie beim Gießen des Zylinderblocks aus einemKernteil entstehen. Dadurch sind die einzelnen Zylinder rundum gleichmäßig umströmt.Dadurch, dass weiters der Sammelkanal über eine Reihe von zweiten Öffnungen mit dem zwei¬ten darüber angeordneten Kühlraum in Verbindung steht, ist auch die Strömung des Kühlwas¬sers im Kopfteil gleichmäßig.

[0011] In einer vorteilhaften Weiterbildung ragen die Zylinderwände zumindest stellenweiseüber den Zylinderboden hinaus in den zweiten Kühlwasserraum und ist zur Strömungsverbin¬dung des ersten Kühlwasserraumes mit dem zweiten Kühlwasserraum eine Anzahl horizontalerVerbindungsbohrungen vorgesehen.

[0012] In einer Variante sind die die Zylinderwände umgebenden ersten Kühlwasserräume vonoben angebohrt oder zumindest über einen Teil des Umfangs nach oben hin offen, sodassZylinderwände und Zylinderböden besonders intensiv gekühlt sind. Das Kühlwasser umströmtso die Zylinderwände rundum und vertikal aufwärts direkt in den zweiten Kühlwasserraumhinauf.

[0013] Es ist von Vorteil, wenn der Verteilerkanal und der Sammelkanal einen großen Strö¬mungsquerschnitt haben und nach oben bis zur Höhe des Zylinderbodens und weit nach untenreichen. So können die Kanäle der Außenkontur des Motorblocks angepasst werden, was auchgusstechnische Vorteile bringt. Durch die großen Querschnitte werden die Zylinderwände ohneWirbel, also mit minimalem Druckverlust, und hoher Geschwindigkeit an den Zylinderwändenentlang geführt, dadurch besonders hoher Wärmeübergangskoeffizient.

[0014] Vorzugsweise ist der zweite Kühlwasserraum oben von einer in Strömungsrichtungaufwärts geneigten Deckwand begrenzt und ist von Gasauslasskanälen durchsetzt. Weil dieZylinderwände rundum aufwärts umströmt sind, nimmt die strömende Menge im zweiten Kühl¬wasserraum nach der Seite des Sammelkanals hin zu. Die geneigte Deckwand bewirkt einendem entsprechend zunehmenden Strömungsquerschnitt. Die den zweiten Kühlwasserraumdurchsetzenden Gasauslasskanäle sind gut und zuletzt umströmt. So ist auch der besondersheiße Zylinderboden optimal gekühlt.

[0015] Vorzugsweise reicht der zweite Kühlwasserraum bis über den Sammelkanal und ist übereine Anzahl von zweiten Öffnungen in der Deckwand des Sammelraumes mit diesem strö¬mungsverbunden. So können die zweiten Öffnungen beim Guss hergestellt werden und es isteine ebene Außenwand möglich.

[0016] Die Erfindung handelt auch von einer Gießform, die die Herstellung eines erfindungs¬gemäßen Zylinderblocks mit nur geringem Mehraufwand ermöglicht. Dabei können die meistenKernteile einer Gießform für die Herstellung eines konventionellen Zylinderblockes ungeändertverwendet werden. Die erfindungsgemäßen Änderungen der betroffenen Kernteile bestehendarin, dass die dem Kühlwassermantel entsprechenden Kernteile über erste Kernhälse an einerSeite mit dem dem Verteilerkanal entsprechenden Kernteil und an der anderen Seite mit demdem Sammelkanal entsprechenden Kernteil verbunden beziehungsweise mit ihm einstückigsind, wobei die Kernhälse auf einer Seite den ersten Öffnungen entsprechen, durch die derVerteilerkanal mit dem Kühlwasserraum strömungsverbunden ist, und die Kernhälse auf deranderen Seite mittels Kernlochverschlüssen abgeschlossen sind. Auf diese Weise entstehendie ersten Öffnungen ohne jeglichen Mehraufwand, weil die Kernhälse für die Positionierung der

Kanäle sowieso erforderlich sind. Die Kernhälse müssen nicht zylindrisch sein, mit ihrer Konturkann die Anströmung der Zylinderwände optimiert werden.

[0017] Eine weitere erfindungsgemäße Abänderung besteht darin, dass der dem Sammelkanalentsprechende Kernteil über zweite Kernhälse mit dem dem zweiten Kühlwasserraum entspre¬chenden Kernteil in Verbindung steht, wobei die zweiten Kernhälse den zweiten Öffnungenentsprechen, durch die der zweiten Kühlwasserraum mit dem Sammelkanal strömungsverbun¬den ist. Die zweiten Kernhälse werden von der Trennebene der Gießform geschnitten.

FIGUREN

[0018] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines erfindungsgemäßenZylinderblocks und einer Gießform beschrieben und erläutert. Es stellen dar: [0019] Fig. 1: Einen Querschnitt nach l-l in Fig. 2 durch den Zylinderblock, [0020] Fig. 2: Einen Horizontalschnitt nach ll-ll in Fig. 1, [0021] Fig. 3: Die erfindungsgemäß abgeänderten Kernteile der Gießform, axonometrisch, [0022] Fig. 4: Einen Schnitt nach lll-lll der Fig. 3.

[0023] Fig. 5: Eine Variante zu Fig. 1.

BESCHREIBUNG

[0024] In Fig. 1 ist der Zylinderblock summarisch mit 1 bezeichnet. Er umfasst einen Zylinderteil2 und einen mit ihm einstückigen Kopfteil 3. Der Zylinderteil 2 umfasst eine Anzahl von jeweilsaus einer Zylinderwand 4 und einem Zylinderboden 5 bestehenden Zylindern. Die Zylinderwän¬de 4 sind gemeinsam von einem ersten Kühlwasserraum 6 rundum umspült, welcher (6) seiner¬seits von einem Kühlmantel 7 umgeben ist. Die Zylinderwände 4, der Kühlwasserraum 6 undder Kühlmantel 7 reichen an zumindest einer Stelle über den Zylinderboden 5 hinaus und bildendort jeweils eine Nase 8 mit horizontalen Austrittsöffnungen 9. Das Wort Kühlwasser steht hierfür jegliche Kühlflüssigkeit.

[0025] Der Kühlmantel 7 bildet die zylinderseitigen Seitenwände eines sich über die Länge desZylinderblocks 1 erstreckenden Kanals auf jeder Seite. Auf der in Fig. 1 rechten Seite ist einVerteilerkanal 10 und auf der anderen Seite ist ein Sammelkanal 11 gebildet. Beide Kanäle10,11 sind unten von einer Fußwand 12 begrenzt, welche die untere Region bildet, in der dieZylinderwände 4 in den Kühlmantel 7 übergehen. Die Fußwand bildet eine ebene Fläche, mitder der Zylinderblock auf einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse sitzt. Beide Kanäle 10,11sind oben, in der Höhe der Zylinderböden 5 von einer Plafondwand 14 begrenzt. In Fig. 1 sindZylinderböden 5 und Plafondwand 14 in derselben Ebene und miteinander einstückig. Nachaußen sind die beiden Kanäle jeweils von einer Seitenwand 15, 16 begrenzt. Der Verteilerkanal10 ist über eine Anzahl erster Öffnungen 24 mit dem ersten Kühlwasserraum 6 strömungsver¬bunden. Diese Öffnungen sind in Längsrichtung so verteilt, dass jeweils eine auf eine Zylinder¬wand gerichtet ist. Ihre Höhe ist ungefähr in der Mitte der Zylinderwände 4, oder etwas höheroder tiefer. Ihre Kontur kann von der Kreisform abweichen. Ihre Durchtrittsfläche kann vonZylinder zu Zylinder variieren. Das durch die Öffnungen 24 einströmende Kühlwasser umströmtdie Zylinderwände 4, strömt aufwärts und durch die Austrittsöffnungen 9 in einen darüber lie¬genden zweiten Kühlwasserraum 19. Dazu sind in die Nasen 8 durchgehende horizontale Boh¬rungen 17 eingebracht und mittels Kugeln 18 einseitig verschlossen. So können die Bohrungen17 am fertigen Gussstück von außen gebohrt werden. Letzteres wird in Zusammenschau mitFig. 2 deutlich.

[0026] Über den Zylinderböden 5 und der Plafondwand 14 erstreckt sich über alle Zylinder derzweite Kühlwasserraum 19. Er überragt den Sammelkanal 11 und ist seitlich von der Seiten¬wand 16 begrenzt. Oben ist er von einer Deckwand 20 begrenzt, welche von der Seite überdem Sammelkanal 11 abwärts geneigt bis zur Plafondwand 14 über dem Verteilerkanal 10reicht. Der zweite Kühlwasserraum 19 ist von Gaskanälen 21 (für Verbrennungsluft und Aus¬ puffgas) durchsetzt. In dem Raum 26 darüber befindet sich der nicht dargestellte Ventilmecha¬nismus. Die Plafondwand 14 ist über dem Sammelkanal 11 von einer Anzahl zweiter Öffnungen28 durchbrochen, die die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Kühlwasserraum 19 unddem Sammelkanal 11 hersteilen.

[0027] Im Kühlmantel 7 sind zwischen dem ersten Kühlwasserraum 6 und dem Sammelkanal11 gusstechnisch bedingte Öffnungen durch Kernlochverschlüsse 30 verschlossen. EbensolcheKernlochverschlüsse 31 sind in den Seitenwänden 15, 16 vorgesehen. An der Stirnseite desVerteilerkanals 10 und des Sammelkanals 11 sind Anschlüsse 22,23 für den Zulauf bezie¬hungsweise Ablauf des Kühlwassers, somit zur Verbindung mit dem nicht dargestellten äußerenKühlsystem (Umlaufpumpe, Wärmetauscher etc) vorgesehen.

[0028] Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die erfindungswesentlichen Kernteile für den Guss eines erfin-dungsgemäßen Zylinderblocks 1. Die übrigen Kernteile sind wie für Motoren in Monoblock -Bauweise ohne die erfindungsgemäßen Merkmale üblich. Der dem ersten Kühlwasserraum 6entsprechende Kernteil ist mit 40 bezeichnet. Er ist beiderseits über eine Anzahl Kernhälse 41mit dem dem Verteilerkanal 10 entsprechenden Kernteil 42 und dem dem Sammelkanal 11entsprechenden Kernteil 46 verbunden. Die Kernhälse 41 sind hier nur schematisch dargestellt.Sie können die Kernteile 40,42,46 einstückig verbinden oder in entsprechende Ausnehmungendes jeweils anderen Kernteiles eingeführte Zapfen sein.

[0029] Die Kernhälse 41 bilden beim Guss die ersten Öffnungen 24, die die Strömungsverbin-dung zwischen dem Verteilerkanal 10 und dem ersten Kühlwasserraum 6 hersteilen. An ihrenAußenseiten haben die Kernteile 42,46 Kernbutzen 43, die zwecks Positionierung in entspre¬chende Ausnehmungen eines nicht dargestellten Formkastens reichen. Die Innenkonturen 44der Kernteile 42,46 sind der Form den Zylinderwänden 4 entsprechenden Kernteile 40 ange¬passt, sodass der erste Kühlwasserraum 6 entlang den Zylinderwänden 4 ungefähr gleich dickist.

[0030] Der dem zweiten, oberen, Kühlwasserraum 19 entsprechende Kernteil 48 sitzt an derTrennebene 45 (siehe Fig. 4) auf den Kernteilen 40,46 auf, und zwar auf der Seite des Sam¬melkanals 11 mit zweiten Kernhälsen 49. Diesen (49) entsprechen nach dem Guss die zweitenÖffnungen 28 zur Verbindung der beiden Kühlwasserräume 6,19. Ausnehmungen 50 im Kern¬teil 48 und aufwärts gerichtete Lappen 51 am Kernteil 40 bilden beim Guss die Nasen 8. Derdem Zylinderinnenraum entsprechende Kernteil 52 ist strichpunktiert angedeutet. Die Trenn¬ebene 45 ist hier vereinfachend als ebene Fläche dargestellt, ist unter Umständen aber dreidi¬mensional.

[0031] Die Variante des erfindungsgemäßen Zylinderblocks in Fig. 5 unterscheidet sich von derAusführungsform der Fig. 1 in der Strömungsverbindung zwischen dem ersten Kühlwasserraum6 und dem zweiten Kühlwasserraum 19. Anstelle der Nasen 8 mit den horizontal gebohrtenEintrittsöffnungen 9 der Fig. 1 sind die Eintrittsöffnungen 9A hier vertikale Bohrungen 17A, dievon oben gebohrt und dann oben mittels Kugeln 18 A verschlossen sind.

[0032] In einer weiteren Variante ist anstelle der als Bohrungen 17A ausgebildeten Eintrittsöff¬nungen 9A zu jedem Zylinder ein Ringspalt 9B ausgebildet, was in Fig. 5 angedeutet ist. DerRingspalt 9B kann erstreckt sich über einen Teil des Umfangs oder sogar ganz rundum. DieDeckwand 20 braucht dann nicht durchbohrt zu werden und es sind keine Kugeln 18A erforder¬lich.

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. Zylinderblock einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschine in Monoblock - Bau¬weise mit mehreren in Reihe angeordneten und von einem gemeinsamen Kühlmantel um¬gebenen Zylindern, wobei zwischen dem Kühlmantel (7) und den einzeln umströmten Zy¬lindern ein erster Kühlwasserraum (6) gebildet ist, und über den Zylindern (4,5) ein zweiterKühlwasserraum (19) angeordnet und mit dem ersten Kühlwasserraum (6) strömungsver¬bunden ist, wobei an den Längsseiten des Kühlmantels (7) in Längsrichtung an einer Seiteein Verteilerkanal (10) und an der anderen Seite ein Sammelkanal (11) angebracht ist,welche Kanäle (10,11) jeweils einen Anschluss (22,23) für einen äußeren Kühlkreislaufaufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Verteilerkanal (10) und der Sammelkanal (11) mit dem Zylinderblock einstückig ge¬gossen sind und sich über die gesamte Höhe der Zylinder (4) erstrecken, b) der den Verteilerkanal (10) vom ersten Kühlwasserraum (6) trennende Kühlmantel (7)den einzelnen Zylindern (4,5) zugeordnete erste Öffnungen (24) aufweist, die auf dieden Längsseiten des Kühlmantels nächste Region der Zylinder (4) gerichtet sind, so-dass die Kühlflüssigkeit die Zylinder beiderseits umströmt, c) dass der Verteilerkanal (10) und der Sammelkanal (11) Kanäle mit großem Strö¬mungsquerschnitt sind und nach oben bis zur Höhe des Zylinderbodens (5) reichen. d) dass der Sammelkanal (11) über eine Reihe von zweiten vertikalen Öffnungen (28) inder Ebene des Zylinderbodens mit dem zweiten darüber angeordneten Kühlwasser¬raum (19) in Verbindung steht.
2. 2. Zylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderwände (4)zumindest stellenweise über den Zylinderboden (5) hinaus in den zweiten Kühlwasserraum(19) ragen und dass zur Strömungsverbindung des ersten Kühlwasserraumes (6) mit demzweiten Kühlwasserraum (19) eine Anzahl horizontaler Austrittsöffnungen (9) vorgesehenist.
3. 3. Zylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Zylinderwände (4)umgebenden erste Kühlwasserraum (6) zumindest über einen Teil des Umfangs (9B) nachoben hin offen ist.
4. 4. Zylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (10)und der Sammelkanal (11) oben in einer Plafondwand (14) enden, die mit den Zylinderbö¬den (5) koplanar ist.
5. 5. Zylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlwasser¬raum (19) oben von einer in Strömungsrichtung aufwärts geneigten Deckwand (20) be¬grenzt und von Gasauslasskanälen (21) durchsetzt ist.
6. 6. Zylinderblock nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlwasser¬raum (19) bis über den Sammelkanal (11) reicht und über eine Anzahl von zweiten Öffnun¬gen (28) in der Plafondwand (14) des Sammelraumes (11) mit diesem strömungsverbun¬den ist.
7. 7. Gießform für die Herstellung eines Zylinderblocks (1) mit einem einen Kühlwasserraum (6)umschließenden Kühlmantel (7), an dessen Längsseiten in Längsrichtung an einer Seiteein Verteilerkanal (10) und an der anderen Seite ein Sammelkanal (11) angeordnet ist,welche Gießform aus einem Formkasten und einer Anzahl von Kernteilen besteht,dadurch gekennzeichnet, dass der dem ersten Kühlwasserraum (6) entsprechende Kern¬teil (40) über erste Kernhälse (41) an einer Seite mit dem dem Verteilerkanal (10) entspre¬chenden Kernteil (42) und an der anderen Seite mit dem dem Sammelkanal (11) entspre¬chenden Kernteil (46) verbunden sind, wobei die ersten Kernhälse (41) auf einer Seite ers¬ten Öffnungen (24) entsprechen, durch die der Verteilerkanal (10) mit dem Kühlwasser¬raum (6) strömungsverbunden ist.
8. 8. Gießform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Sammelkanal (11)entsprechende Kernteil über zweite Kernhälse (49) mit dem dem zweiten Kühlwasserraum(19) entsprechenden Kernteil (48) in Verbindung steht, wobei die zweiten Kernhälse (49)den zweiten Öffnungen (28) entsprechen, durch die der zweiten Kühlwasserraum (19) mitdem Sammelkanal (11) strömungsverbunden ist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen