AT517117B1

AT517117B1 - Flüssigkeitsgekühlte brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT517117B1
Application number: ATA50390/2015A
Authority: AT
Inventors: Dipl Ing Pramberger Harald; Berger Robert
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2017-03-15
Also published as: AT517117A1; EP3295007A1; US20180135554A1; US10544751B2; WO2016179618A1; CN107949695B; CN107949695A; EP3295007B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit zumindest einem einen Kühlmantel (1) aufweisenden Zylinderblock mit mehreren Zylindern (2), wobei der Kühlmantel (1) einen einem Kurbelraum zugewandten Boden (3) und eine einer Zylinderkopfdichtebene (4a) zugewandte Decke (4) aufweist und der Boden (3) - in einer Seitenansicht auf den Zylinderblock betrachtet - einen wellenartigen Verlauf aufweist, wobei - jeweils in Richtung der Zylinderachse (9) gemessen – ein erster Abstand (H1) im Bereich zumindest einer ersten Motorquerebene (8) zwischen zwei benachbarten Zylindern (2) größer ist als ein zweiter Abstand (H2) des Bodens (3) des Kühlmantels (1) von der Decke (4) im Bereich zumindest einer die Zylinderachse (9) beinhaltenden zweiten Motorquerebene (10). Um Zylinderverformungen zu minimieren wird vorgeschlagen, dass der Boden (3) des Kühlmantels (1) im Bereich der ersten Motorquerebene (8) zumindest einen in einer ersten Bezugsebene (ε1) angeordneten ebenen ersten Abschnitt (12) aufweist, wobei vorzugsweise die erste Bezugsebene (ε1) parallel zur Zylinderkopfdichtebene (4a) des Zylinderblockes ausgebildet ist. Damit ist - ausgehend von diesem ebenen Abschnitt - im Bereich zwischen den Schrauben der Boden (3) im freien Zylinderlaufbuchsenbereich (Zylinderrohr zwischen den Schraubenbutzen) dachförmig ausgeführt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit zumindest einem einen Kühlmantel aufweisenden Zylinderblock mit mehreren Zylindern, wobei der Kühlmantel einen einem Kurbelraum zugewandten Boden und eine einer Zylinderkopfdichtebene zugewandte Decke aufweist und der Boden - in einer Seitenansicht auf den Zylinderblock betrachtet - einen wellenartigen Verlauf aufweist, wobei - jeweils in Richtung der Zylinderachse gemessen - ein erster Abstand im Bereich zumindest einer ersten Motorquerebene zwischen zwei benachbarten Zylindern größer ist als ein zweiter Abstand des Bodens des Kühlmantels von der Decke im Bereich zumindest einer die Zylinderachse beinhaltenden zweiten Motorquerebene, wobei der Boden des Kühlmantels im Bereich der ersten Motorquerebene zumindest einen in einer ersten Bezugsebene angeordneten ebenen ersten Abschnitt aufweist und zwischen zumindest einer ersten Motorquerebene und einer zweiten Motorquerebene zumindest einen ebenen zweiten Abschnitt aufweist, welcher in einer zweiten Bezugsebene angeordnet ist, die einerseits geneigt zur ersten Motorquerebene und zweiten Motorquerebene, und andererseits normal zu einer durch die Zylinderachsen aufgespannten Motorlängsebene angeordnet ist.

[0002] Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen die Wassermäntel zur Büchsenkühlung im Zylinderblock sich über die gesamte Höhe der Zylinderlaufbuchse erstreckend auszuführen. Dies ermöglicht eine vollständige Büchsenkühlung bei nur geringem Büchsenverzug aufgrund thermischer Effekte während der Verbrennung. Da der Boden des Kühlmantels dabei in relativ großer Entfernung von der Zylinderkopfdichtebene angeordnet ist, haben Zylinderkopfschrauben hier keinen negativen Einfluss auf die Zylinderlaufbüchse. Außerdem weisen derartige Brennkraftmaschinenkeine keine direkte Anbindung der Gewindebereiche der Zylinderkopfschrauben an die Zylinderlaufbuchse auf.

[0003] Um strengen Emissionsgesetzen zu genügen, werden Kühlmäntel von Zylinderblöcken mit möglichst geringem Volumen ausgeführt, wodurch die Aufheizzeit der Brennkraftmaschinen verkürzt werden kann. Die Kühlmäntel enden dabei -von der Zylinderkopfebene aus gemessen - bereits im Bereich zwischen halbem und ganzem Kolbenhub. Damit wird erreicht, dass der Bereich der Zylinderlaufbuchse ausreichend gekühlt wird, in welchem der Wärmeeintrag durch Verbrennung des Gasgemisches erfolgt. Die sich ausbildenden höheren Wandtemperaturen in thermisch unkritischen und daher nicht gekühlten Bereichen der Zylinderlaufbuchse ermöglichen außerdem eine Reduktion der Kolbenreibung. Die kleineren Kühlmäntel wirken sich auch positiv auf das Gewicht der Brennkraftmaschine aus.

[0004] In konventioneller Weise eben ausgeführte Böden der Kühlmäntel von Zylinderblöcken führen zu folgenden Problemen: Aufgrund der Lasteinleitung der Zylinderkopfschrauben in den Zylinderblock im Laufbereich der Kolben kommt es zu Büchsenverzug und Festigkeitsproblemen. Die Lasteinleitung der Schraubenkräfte führt zu lokalen Spannungskonzentrationen im Boden des Kühlmantels. Aufgrund des unterschiedlichen Temperaturgradienten entlang der Längsachse der Zylinderlaufbuchse und der Anordnung des Bodens des Kühlmantels im Laufbereich des Kolbens kommt es zu einer mechanischen und thermischen Einschnürung der Laufbuchse, was zu einem Verzug der Laufbuchse und zu Belastbarkeitsproblemen führt. Um dieses Problem zu lösen ist es bekannt, den Boden des Kühlmantels strukturiert auszuführen. Beispielhaft zeigt die US 5,080,049 A einen derartigen Zylinderblock, bei dem der Boden des Kühlmantels auf einer Längsseite einen wellenartigen Verlauf aufweist, wobei der Abstand des Bodens des Kühlmantels von der Zylinderkopfdichtebene im Bereich der Zylinderkopfschraubenachsen am geringsten ist.

[0005] Die WO 95/21323 A zeigt eine ähnliche Lösung. Sie offenbart ein Kühlsystem einer Zweitakt- Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die von einem Kühlmantel umgeben sind. Der Boden des Kühlmantels ist wellenartig gestaltet und steht im Bereich der Motorquerebene zwischen zwei Zylindern über U-förmige Zweigpassagen und vertikale Kanalabschnitte mit einem unteren Kühlmittelsammler in Strömungsverbindung.

[0006] Nachteilig daran ist insbesondere, dass bei längsdurchströmten Kühlmänteln, wo schon bei der Kühlmittelzuleitung der halbe Massenstrom in den Zylinderkopf geleitet wird, eine ausreichende Kühlung aller Zylinder im Bereich des Zylinderblocks nicht zufriedenstellend sichergestellt werden kann. Der strukturierte Boden des Kühlmantels beeinflusst die Kühlmittelströmung und verhindert ein optimales und ausreichendes adäquates Kühlen der vom Kühlmittelzufluss am weitesten entfernten Zylinder.

[0007] Es wurde bereits versucht, diese Probleme durch möglichst flachwellig strukturierte Kühlmantelböden zu beheben, um Strömungsabrisse zu verhindern. Beispielhaft sei dazu auf die DE 38 03 105 C2 verwiesen, wo am Boden des Kühlmantels halbzylindrische Vorsprünge vorgesehen sind, die in Bereichen zwischen einander benachbarten Zylindern liegen. Allerdings ergeben sich dadurch wieder die Probleme der problematischen Lasteinleitung durch die Zylinderkopfschrauben bzw. der thermischen Einschnürung durch zu abrupte Temperaturgradienten entlang der Büchsenlängsachse.

[0008] Die EP 1 066 459 B2 zeigt eine Lösung, bei der der Boden des Kühlmantels des Zylinderblocks gekrümmt mit aufeinanderfolgenden Erhöhungen und dazwischen liegenden Senken ausgeführt ist, wobei der Verlauf des Bodens im Querschnitt insbesondere eine Sinus- oder Kosinuskurve darstellt. Dadurch soll sich eine laminare Strömung des Kühlmediums über die gesamte Längserstreckung des Blockkühlmantels ergeben, um einen optimalen Abtransport der Wärmeenergie ohne turbulenzbedingte Verlustleistungen zu erreichen.

[0009] Nachteilig ist hier insbesondere, dass es nach wie vor zu einer ungünstigen Krafteinleitung durch die Zylinderkopfschrauben kommt. Die stetig steigenden Anforderungen an die Rundheit der Zylinderbuchsen zur Reibungsreduktion sowie die Randbedingung hinsichtlich Leichtbau und zunehmender Leistungsdichte können mit den bestehenden Lösungen nur unzureichend erfüllt werden.

[0010] Die US 5,080,049 A beschreibt einen Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Zylinder von einem Kühlmantel umgeben sind. Der Kühlmantel weist auf einer Längsseite des Zylinderblockes einen wellenartigen Verlauf auf, wobei der Abstand des Bodens des Kühlmantels von der Zylinderkopfdichtebene im Bereich einer die Zylinderkopfschraubenachsen beinhaltenden ersten Motorquerebene geringer ist, als im Bereich einer die Zylinderachse beinhaltenden zweiten Motorquerebene.

[0011] Eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem ähnlich geformten Kühlmantel ist auch aus der AT 504 983 B1 bekannt.

[0012] Die JP 2005-337140 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, welche von einem Kühlmantel umgeben sind, der in einer Seitenansicht auf den Zylinderblock betrachtet - einen wellenartigen Verlauf aufweist. Dabei ist der Boden von der Decke des Kühlmantels in einem Bereich einer zwischen zwei Zylindern angeordneten ersten Motorquerebene weiter beabstandet, als in einem Bereich einer die Zylinderachse beinhaltenden zweiten Motorquerebene. Der Boden des Kühlmantels weist sowohl im Bereich der ersten Motorquerebene als auch im Bereich der zweiten Motorquerebene jeweils einen ebenen Abschnitt auf. Die ebenen Abschnitte der ersten und zweiten Motorquerebenen sind über einen weiteren geneigten ebenen Abschnitt verbunden, welcher zur ersten und zweiten Motorquerebene, sowie zu einer durch die Zylinderachsen aufgespannten Motorlängsebene geneigt ausgebildet ist.

[0013] In der DE 10 2008 013 813 A1 wird ein ähnliches Zylinderkurbelgehäuse gezeigt.

[0014] Weiters ist aus der CN 2 751 151 Y ein Kühlmantel für ein Kurbelgehäuse bekannt, dessen Boden - in einer Seitenansicht betrachtet - wellenartig geformt ist. Der Kühlmantel weist dabei im Bereich einer die Zylinderachse beinhaltenden ersten Motorquerebene einen geringeren Abstand von der Zylinderkopfdichtebene auf, als im Bereich einer zweiten Motorquerebene zwischen zwei Zylindern. Dadurch soll die Kühlung von thermisch hochbelasteten Bereichen verbessert werden.

[0015] Nachteilig ist allerdings auch hier, dass im Bereich der Zylinderkopfschrauben hohe mechanische Belastungen auftreten, was im Extremfall zu Rissbildungen führen kann. Insbesondere im Bereich der Randzylinder kann es zu relativ großen Zylinderverformungen kommen.

[0016] Durch die immer höheren spezifischen Leistungen der Brennkraftmaschinen wird das Kühlproblem im Zylinderblockbereich zusätzlich verschärft. Insbesondere der Bereich zwischen den Zylindern ist thermisch besonders stark belastet.

[0017] Die thermischen Ausdehnungen führen verstärkt zu Buchsenverformungen höherer Ordnungen, 4-te und 6-te, was bei niedrig belasteten Motoren kaum auftritt. Durch die Anwendung von Querstromkonzepten, die für eine ebenfalls nötige verbesserte Kühlung des Zylinderkopfes entwickelt wurde, kann die Durchströmung des Zylinderblockes leicht so gesteuert werden, dass eine ausreichende Wärmeabfuhr bei von der Kühlmittelzufuhr am entferntesten angeordneten Zylinder sichergestellt wird. Dadurch wird es möglich den Boden des Kühlmantels im Zylinderblock stärker zu strukturieren ohne auf die Strömung entlang des Bodens Rücksicht nehmen zu müssen.

[0018] Aufgabe der Erfindung ist es, die folgenden Nachteile des kurzen Kühlmantels, sowohl bei geradem als auch flach wellenförmigem Verlauf, zu vermeiden, nämlich: [0019] · die relativ konzentrierte Einschnürung der Zylinderlaufbuchse im Bereich der höchs ten Kolbengeschwindigkeiten, im kalten und speziell im warmen Zustand; [0020] · die konzentrierte Lasteinleitung der Schraubenkräfte in die Zylinderrohre, was Buch senverformungen höherer Ordnungen horizontal und starker Gradienten vertikal hervorruft, sowie Festigkeitsprobleme verursachen kann.

[0021] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die zweite Bezugsebene mit der ersten Bezugsebene einen Winkel von etwa 15° bis 50° einschließt und der ebene erste Abschnitt beidseits einer ersten Motorquerebene erlaufend ausgebildet ist, wobei der Boden des Kühlmantels vom ebenen ersten Abschnitt ausgehend in dem genannten Winkelbereich in Richtung der Zylinderkopfdichtfläche bis etwa zur Zylindermitte bzw. der zweiten Motorquerebene ansteigt und dann unter gleicher Neigung bis zum nächsten, ebenen ersten Abschnitt im benachbarten Bereich der ersten Motorquerebene zwischen zwei Zylindern abfällt. Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der die erste Bezugsebene parallel zur Zylinderkopfdichtebene des Zylinderblockes ausgebildet ist.

[0022] Mit anderen Worten wird also der Boden vom ebenen Abschnitt zwischen den Zylindern steil nach oben verlaufend ausgebildet bzw. wird ausgehend von einem ebenen Abschnitt im Bereich zwischen den Schrauben der Boden im freien Zylinderlaufbuchsenbereich (Zylinderrohr zwischen den Schraubenbutzen) dachförmig ausgeführt. Der Kühlmantel kann dabei im Zylinderblock nach oben offen ausgebildet sein, wobei Zylinderkopfdichtung und Zylinderkopf eine Decke bilden. Alternativ kann auch eine einer Zylinderkopfdichtebene zugewandte Decke im Zylinderblock integriert sein. Anwendung findet dieses Design bei Zylinderblöcken mit moderaten Temperaturen und Temperaturverformungen, aber kritischer mechanischer Festigkeit und Zylinderrohrverformung, wie etwa Aluminium-Open-Deck-Konstruktionen mit relativ tiefem Kühlmantel.

[0023] Die Erfindung geht aus von einem strukturierten Boden für einen Kühlmantel eines Zylinderblocks, der vom Bereich zwischen den Zylindern zur Zylindermitte hin aufsteigend in Richtung der Zylinderkopfdichtfläche ausgeführt ist. Der Boden verläuft damit im Bereich zwischen den Zylindern mit größerem Abstand zur Zylinderkopfdichtfläche als in Zylindermitte.

[0024] Die Erfindung besteht also aus einem strukturierten Boden für den Kühlmantel des Zylinderblocks, der vom Bereich zwischen den Zylindern zur Zylindermitte hin stark aufsteigend in Richtung der Zylinderkopfdichtfläche ausgeführt ist, deutlich steiler als es bei existierenden Zylinderblöcken konstruiert wurde. Der Boden verläuft damit im Bereich zwischen den Zylindern mit wesentlich größerem Abstand zur Zylinderkopfdichtfläche als in Zylindermitte.

[0025] I m ersten Abschnitt, also dem Bereich zwischen den Zylindern, wo sich die Zylinderkopfschraubenbohrungen befinden, ist der Boden im Wesentlichen - das heißt unter Berücksichti gung von fertigungsbedingten Ungenauigkeiten - parallel zur Zylinderkopfdichtfläche und damit eben ausgeführt. Der ebene Bereich des ebenen ersten Abschnitts erstreckt sich dabei in Richtung einer parallel zur Kurbelwelle verlaufenden Motorlängsachse gemessen im Wesentlichen über eine Länge von mindestens dem Durchmesser einer Zylinderkopfschraube bis maximal dem Durchmesser bzw. der Breite eines Zylinderkopfschraubenbutzens des Zylinderkopfes.

[0026] Das bedeutet beispielsweise bei Verwendung einer M10-Zylinderkopfschraube etwa 20 mm Butzendurchmesser. Grundsätzlich ist besagte Längserstreckung des ebenen ersten Abschnitts unabhängig davon, ob oberhalb des ebenen ersten Abschnitts tatsächlich eine Zylinderkopfschraube angeordnet ist oder nicht.

[0027] In einer Ausführung der Erfindung kann beispielsweise der ebene erste Abschnitt - in Richtung einer parallel zur Kurbelwelle verlaufenden Motorlängsachse gemessen - eine Länge zwischen 0,2 bis 0,5 des Bohrungsradius eines angrenzenden Zylinders aufweisen. Der erste Abschnitt beträgt damit beispielsweise 20 - 50 Prozent des Bohrungsradius eines angrenzenden Zylinders.

[0028] Der ebene zweite Abschnitt kann in einer praktischen Ausführung der Erfindung - in Richtung der Motorlängsachse gemessen - beispielsweise eine zweite Länge zwischen 0,3 bis 0,6 des Bohrungsradius eines angrenzenden Zylinders aufweisen. Der zweite Abschnitt beträgt damit beispielsweise 30 - 60 Prozent des Bohrungsradius eines angrenzenden Zylinders.

[0029] Besonders geringe Verformungen der Zylinder lassen sich erzielen, wenn die zweite Bezugsebene mit der ersten Bezugsebene einen Winkel von etwa 30° bis 45° einschließt.

[0030] Um eine homogene mechanische und thermische Belastung im Zylinderblock zu erreichen, sieht die Erfindung weiters vor, dass zumindest zwei zweite Abschnitte symmetrisch in Bezug zur ersten Motorquerebene und/oder zweiten Motorquerebene angeordnet sind.

[0031] Vom ebenen ersten Abschnitt ausgehend steigt der Boden des Kühlmantels des Zylinderblocks somit in dem genannten Winkelbereich in Richtung der Zylinderkopfdichtfläche bis etwa zur Zylindermitte an und fällt dann unter gleicher Neigung ab bis zum nächsten, ebenen ersten Abschnitt im benachbarten Zwischen bereich zwischen zwei Zylindern.

[0032] Die Übergänge zwischen den ebenen ersten Abschnitten und den ansteigenden ebenen zweiten Abschnitten sind gusstechnisch verrundet und mit einem ersten Übergangsradius ausgeführt. Beim Übergang zwischen einem steil ansteigenden zweiten Abschnitt und einem anschließenden abfallenden zweiten Abschnitt ist ein zweiter Übergangsradius vorgesehen, welcher groß genug ist, damit es zu keinen Spannungskonzentrationen kommt. Mit Ausnahme dieser ersten und zweiten Übergangsradien zwischen den ersten und zweiten Abschnitten kann der Boden im Wesentlichen eben, also krümmungslos verlaufen.

[0033] Weiters kann im Rahmen der Erfindung der Kühlmantel drei verschiedene Höhen aufweisen, wobei ein dritter Abstand des Bodens von der Decke in zumindest einem stirnseitigen Bereich des Kühlmantels - vorzugsweise im Bereich einer durch die Zylinderachsen aufgespannten Motorlängsebene - geringer ist als der erste Abstand. Um im stirnseitigen Bereich des Zylinderblocks einerseits eine gute Wärmeabfuhr zu erreichen und andererseits möglichst geringe mechanische und thermische Spannungen zu erzeugen, ist es vorteilhaft, wenn der dritte Abstand größer ist als der zweite Abstand.

[0034] Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich vom ebenen ersten Abschnitt in einer Richtung normal zur Längsachse des Zylinderblocks ein günstiger, abgerundeter Bereich, der fertigungstechnisch günstig ist, und darüber hinaus eine gute Krafteinleitung der Zylinderkopfschrauben ermöglicht.

[0035] Durch den ebenen Bodenbereich bei den Schraubenbutzen kann ein Teil der Schraubenkräfte direkt in den steifen Buchsenzwickelbereich geleitet werden.

[0036] Gleichzeitig wird ein größtmöglicher Abstand der Schrauben bzw. deren Gewinde vom Boden des Kühlmantels des Zylinderblocks ermöglicht.

[0037] Durch den daran anschließenden stark geneigten, aber nicht gekrümmten Boden, wird der andere Teil der Schraubenkräfte in den Boden und nicht direkt in die Zylinderlaufbuchse eingeleitet.

[0038] Dadurch kommt es zu einer Entlastung des Bodens des Kühlmantels, da die Krafteinleitung in die schrägen Flankenbereiche unterhalb der zweiten Abschnitte des Bodens umgelenkt wird.

[0039] Der Boden des Kühlmantels beschreibt einen Lastkegel und erlaubt damit eine Lasteinleitung von den Schraubenbutzen in die Zylinderlaufbuchse ohne Kraftumleitung und damit mit größtmöglicher Gleichförmigkeit in einen größtmöglichen Laufbuchsenbereich. Dadurch wird der negative Einfluss eines niedrigen Kühlmantels auf den mechanischen Verzug der Zylinderlaufbuchse minimiert.

[0040] Damit wird die Zylinderlaufbuchsenverformung durch Schraubenkräfte im Vergleich zu bestehenden Designlösungen verringert.

[0041] Durch den konstant ansteigenden Verlauf des Bodens des Kühlmantels wird der Effekt der Einschnürung der Zylinderlaufbuchsen mit größtmöglicher Gleichmäßigkeit über die Höhe verteilt. Auch die Kühlwirkung des Kühlmantels wird über einen größtmöglichen Bereich entlang der Zylinderlaufbuchsenachse verteilt. Dadurch wird auch der negative Einfluss eines niedrigen Kühlmantels auf den vertikalen Verzug der Zylinderlaufbuchse und die thermische Einschnürung der Zylinderlaufbuchses minimiert.

[0042] Durch die Erfindung wird die Einschnürung der Zylinderlaufbuchse durch den deutlich erhöhten Niveauunterschied des Bodens im Vergleich zu bestehenden Designkonzepten auf Grund einer Verteilung über eine größere Laufbuchsenhöhe entscheidend verringert. Entlang des Bodens kann sich keine ausgeprägte Kühlmittelströmung durch die Strukturierung ausbilden. Der dadurch lokal schlechtere Wärmeübergang führt zu leicht höheren Temperaturen in dem konzeptbedingt kühlsten Bereich der Zylinderlaufbuchse und verringert damit weiter die Einschnürung. (Unterhalb des Kühlmantels liegt die Wandtemperatur näher bei der höheren Öltemperatur als bei der niedrigeren Kühlmitteltemperatur des unteren Kühlmantels.) [0043] Die leichte Erhöhung der Wandtemperatur im kühlsten Zylinderlaufbuchsenbereich hat darüber hinaus auch einen positiven Effekt auf die Kolben- und Kolbenringreibung, da die hydrodynamische Reibung auf Grund der temperaturbedingt geringeren Viskosität abnimmt.

[0044] Für die globale Kühlung des Zylinderblocks hat die Strömung im unteren Kühlmantel keinen entscheidenden Einfluss, da das aus dem Stand der Technik bekannte Querstromkonzept, welches für die Zylinderkopfkühlung bei hochbelasteten Motoren eingesetzt wird, eine gute Strömung im oberen Kühlmantel und zwischen den Zylindern bei Stegkühlung sicherstellt.

[0045] Durch die Erfindung ist auch im Zwischenzylinderbereich ein relativ großer, tiefreichender Strömungsquerschnitt ausgebildet, welcher zusammen mit dem ebenen Boden eine große Oberfläche für den Wärmeübergang bereitstellt. Dadurch kann auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten ausreichende Wärmeabfuhr erfolgen.

[0046] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen [0047] Fig. 1 einen Kühlmantel eines erfindungsgemäßen Zylinderblocks in einer Schräg ansicht, [0048] Fig. 2 den Kühlmantel in einer Seitenansicht, [0049] Fig. 3 den Kühlmantel in einer Draufsicht, und [0050] Fig. 4 einen Kühlmantel eines erfindungsgemäßen Zylinderblocks in einer stirnseiti gen Ansicht.

[0051] Die Figuren zeigen einen Zylinderlaufbuchsen umgebenden Kühlmantel 1 eines nicht weiter dargestellten Zylinderblockes einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern 2. Der Boden 3 des Kühlmantels 1 ist - wie in Fig. 1 und 2 ersichtlich - wellenartig geformt, sodass der Abstand H des Bodens 3 von einer Decke 4 des Kühlmantels 1, in Richtung einer Längsachse 5 des Zylinderblockes betrachtet, zu - und abnimmt. Die Decke 4 befindet sich dabei im Bereich einer Zylinderkopfdichtebene 4a des Zylinderblocks. Die Längsachse 5 wird beispielsweise durch eine nicht weiterdargestellte Kurbelwelle oder eine Parallele dazu gebildet. Im Detail ist ein erster Abstand H-i im Bereich einer zwischen zwei Zylindern 2 - beispielsweise durch die Achsen 6 der Zylinderkopfschraubenbohrungen 7 für die Zylinderkopfschrauben - verlaufenden ersten Motorquerebene 8 größer, als ein zweiter Abstand H2 im Bereich einer jeweils ein Zylinderachse 9 beinhaltenden zweiten Motorquerebene 10.

[0052] Weiters ist jeweils im stirnseitigen (also nach außen gewandten) Bereich 1a, 1b der Randzylinder - insbesondere im Bereich einer durch die Zylinderachsen 9 aufgespannten Motorlängsebene 11 - ein dritter Abstand H3 zwischen dem Boden 3 und der Decke 4 des Kühlmantels 1 geringer als der erste Abstand H-ι, größer als der zweite Abstand H2. Der dritte Abstand H3 zwischen der Decke 4 und dem Boden 3 beträgt im stirnseitigen Beriech 8 der Stirnseite 1a, 1b beispielsweise etwa 50 bis 80 Prozent des ersten Abstandes Hi zwischen der Decke 3 und dem Boden 2 im Bereich der ersten Motorquerebene 8. Dadurch werden in diesen Bereichen lediglich geringe mechanische und thermische Spannungen erzeugt.

[0053] Gemäß der Erfindung weist der Boden 3 des Kühlmantels 1 im Bereich der ersten Motorquerebene 8 zumindest einen in einer ersten Bezugsebene ti angeordneten ebenen ersten Abschnitt 12 beidseits der ersten Motorquerebene 8 verlaufend auf, wobei die erste Bezugsebene ε·ι parallel zur Zylinderkopfdichtebene 4a des Zylinderblockes ausgebildet ist. Die erste Länge L-i des ersten Abschnittes 12 liegt im Idealfall zwischen den Durchmesser d einer Zylinderkopfschraubenbohrung 6 und dem Durchmesser bzw. der Breite eines Zylinderkopfschraubenbutzens. Im Ausführungsbeispiel weist der ebene erste Abschnitt 12 eine erste Länge L-i auf, welche zwischen 0,2 bis 0,5 (bzw. 20 - 50 Prozent) des Bohrungsradius R eines angrenzenden Zylinders 2 liegt.

[0054] Zwischen der ersten Motorquerebene 8 und der zweiten Motorquerebene 10 weist der Boden 3 zumindest einen ebenen zweiten Abschnitt 13 auf, welcher in einer zweiten Bezugsebene ε2 angeordnet ist, die einerseits geneigt zur ersten Motorquerebene 8 und zur zweiten Motorquerebene 10 und andererseits normal zur durch die Zylinderachsen 9 aufgespannten Motorlängsebene 11 angeordnet ist. Der ebene zweite Abschnitt 13 weist - in Richtung der Motorlängsachse 5 gemessen - eine zweite Länge L2 zwischen 0,3 bis 0,6 (bzw. 30 - 60 Prozent) des Bohrungsradius R eines angrenzenden Zylinders 2 auf. Die zweite Bezugsebene ε2 schließt mit der ersten Bezugsebene ε-ι einen Winkel α von etwa 15° bis 50°, vorzugsweise etwa 30° bis 45°, ein.

[0055] Vom ebenen ersten Abschnitt 12 ausgehend steigt der Boden 3 des Kühlmantels 1 des Zylinderblocks - in Fig. 2 betrachtet - somit in dem genannten Winkelbereich α in Richtung der Zylinderkopfdichtfläche 4a bis etwa zur Zylindermitte bzw. der zweiten Motorquerebene 10 Zylindermitte an und fällt dann unter gleicher Neigung ab bis zum nächsten, ebenen ersten Abschnitt 12 im benachbarten Bereich der ersten Motorquerebene 8 zwischen zwei Zylindern 2.

[0056] Die Übergänge zwischen den ebenen ersten Abschnitten 12 und den ansteigenden ebenen zweiten Abschnitten 13 sind gusstechnisch verrundet und mit einem ersten Übergangsradius η ausgeführt. Beim Übergang im Bereich der zweiten Motorquerebene 10 zwischen einem steil ansteigenden zweiten Abschnitt 13 und einem anschließenden abfallenden zweiten Abschnitt 13 ist ein zweiter Übergangsradius r2 vorgesehen, welcher groß genug ist, damit es zu keinen Strömungsabrissen oder Turbulenzen in der Kühlmittelströmung des Kühlmantels 1 kommt. Bis auf die ersten Übergangsradien r-ι und zweiten Übergangsradien r2 zwischen den ersten Abschnitten 12 und zweiten Abschnitten 13 verläuft der Boden 3 im Wesentlichen ohne jegliche Krümmungen, also eben.

[0057] Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ergibt sich vom ebenen ersten Abschnitt 12 ausgehend in einer Richtung normal zur Längsachse 5 des Zylinderblocks ein abgerundeter Bereich, der fertigungstechnisch günstig gestaltet ist und eine gute Krafteinleitung der

Zylinderkopfschrauben in den Zylinderblock erlaubt. Gleichzeitig wird ein größtmöglicher Abstand der Zylinderkopfschraubenbohrungen 7 vom Boden 3 des Kühlmantels 1 des Zylinderblocks ermöglicht. Dadurch kommt es zu einer Entlastung des Bodens 3 des Kühlmantels 1, da die Krafteinleitung in die schrägen Flankenbereiche unterhalb der zweiten Abschnitte 13 des Bodens 3 umgelenkt wird. Der Boden 3 des Kühlmantels 1 beschreibt einen Lastkegel und erlaubt damit eine Lasteinleitung von den Schraubenbutzen in die Zylinderlaufbuchse ohne Kraftumleitung und damit mit größtmöglicher Gleichförmigkeit in den größtmöglichen Bereich der Zylinderlaufbuchse. Dadurch wird der negative Einfluss eines niedrigen Kühlmantels auf den mechanischen Verzug der Zylinderlaufbuchse minimiert.

[0058] Durch den konstant ansteigenden Verlauf des Bodens 3 des Kühlmantels 1 wird der Effekt der Einschnürung der Zylinderlaufbuchsen mit größtmöglicher Gleichmäßigkeit über die Höhe verteilt. Ebenso wird kann die Kühlwirkung des Kühlmantels 1 über einen größtmöglichen Bereich entlang der Zylinderlaufbuchsenachse verteilt werden. Dadurch wird auch der negative Einfluss eines niedrigen Kühlmantels auf den vertikalen Verzug der Zylinderlaufbuchse und die thermische Einschnürung der Zylinderlaufbuchse minimiert.

[0059] Durch die V- bzw. A-Form des Bodens 3 des Kühlmantels im Bereich der zweiten Motorquerebene 10 kann eine eventuell vorhandene, an der Außenwand des Zylinderblockes in Richtung der Zylinderachse verlaufende Versteifungsrippe, welche auch als Akustikrippe bezeichnet wird, besser in die Zylinderblockstruktur eingebaut werden und somit der Verzug der Zylinderlaufbuchse vermindert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit zumindest einem einen Kühlmantel (1) aufweisenden Zylinderblock mit mehreren Zylindern (2), wobei der Kühlmantel (1) einen einem Kurbelraum zugewandten Boden (3) und eine einer Zylinderkopfdichtebene (4a) zugewandte Decke (4) aufweist und der Boden (3) - in einer Seitenansicht auf den Zylinderblock betrachtet - einen wellenartigen Verlauf aufweist, wobei - jeweils in Richtung der Zylinderachse (9) gemessen - ein erster Abstand (hb) im Bereich zumindest einer ersten Motorquerebene (8) zwischen zwei benachbarten Zylindern (2) größer ist als ein zweiter Abstand (H2) des Bodens (3) des Kühlmantels (1) von der Decke (4) im Bereich zumindest einer die Zylinderachse (9) beinhaltenden zweiten Motorquerebene (10), wobei der Boden (3) des Kühlmantels (1) im Bereich der ersten Motorquerebene (8) zumindest einen in einer ersten Bezugsebene (ε-ι) angeordneten ebenen ersten Abschnitt (12) aufweist und zwischen zumindest einer ersten Motorquerebene (8) und einer zweiten Motorquerebene (9) zumindest einen ebenen zweiten Abschnitt (13) aufweist, welcher in einer zweiten Bezugsebene (ε2) angeordnet ist, die einerseits geneigt zur ersten Motorquerebene (8) und zweiten Motorquerebene (10), und andererseits normal zu einer durch die Zylinderachsen (9) aufgespannten Motorlängsebene (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bezugsebene (ε2) mit der ersten Bezugsebene (ε-ι) einen Winkel (a) von etwa 15° bis 50° einschließt und der ebene erste Abschnitt (12) beidseits einer ersten Motorquerebene (8) verlaufend ausgebildet ist, wobei der Boden (3) des Kühlmantels (1) vom ebenen ersten Abschnitt (12) ausgehend in dem genannten Winkelbereich in Richtung der Zylinderkopfdichtfläche (4a) bis etwa zur Zylindermitte bzw. der zweiten Motorquerebene (10) ansteigt und dann unter gleicher Neigung bis zum nächsten, ebenen ersten Abschnitt (12) im benachbarten Bereich der ersten Motorquerebene (8) zwischen zwei Zylindern (2) abfällt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bezugsebene (ε-ι) parallel zur Zylinderkopfdichtebene (4a) des Zylinderblockes ausgebildet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ebene erste Abschnitt (12) - in Richtung einer parallel zur Kurbelwelle verlaufenden Motorlängsachse (5) gemessen - eine Länge (L-ι) aufweist, welche mindestens dem Durchmesser (d) einer Zylinderkopfschraubenbohrung (7) entspricht.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ebene erste Abschnitt (12) - in Richtung einer parallel zur Kurbelwelle verlaufenden Motorlängsachse (5) gemessen - eine erste Länge (L-ι) aufweist, welche maximal dem Durchmesser bzw. der Breite eines Zylinderkopfschraubenbutzens des Zylinderblocks entspricht.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ebene zweite Abschnitt (13) - in Richtung der Motorlängsachse (5) gemessen - eine zweite Länge (L2) zwischen 0,3 bis 0,6 des Bohrungsradius (R) eines angrenzenden Zylinders (2) aufweist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bezugsebene (ε2) mit der ersten Bezugsebene (ε-ι) einen Winkel (a) von etwa 30° bis 45°, einschließt.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei zweite Abschnitte (13) symmetrisch in Bezug zur ersten Motorquerebene (8) und/oder zweiten Motorquerebene (10) angeordnet sind.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (1) zumindest drei verschiedene Abstände (Η-ι, H2, H3) zwischen Boden (3) und Decke (4) aufweist, wobei ein dritter Abstand (H3) des Bodens (3) von der Decke (4) in zumindest einem stirnseitigen Bereich (1a, 1b) des Kühlmantels (1) - vorzugsweise im Bereich einer durch die Zylinderachsen (9) aufgespannten Motorlängsebene (11) - geringer ist als der erste Abstand (Hi).
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abstand (H3) größer ist als der zweite Abstand (H2). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen