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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorkühlvorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Da die Leistungsabgabe von Verbrennungsmotoren zunimmt, nehmen auch die Kühlanforderungen entsprechend zu. Herkömmliche Kühlsysteme leiten eine Kühlmittelströmung von dem Zylinderblock zu dem Zylinderkopf und verwenden dabei eine Zylinderkopfdichtung. Es wurde jedoch festgestellt, dass einige Motoren mit einer hohen Leistungsabgabe eine zusätzliche Kühlung in speziellen Gebieten des Zylinderkopfes wie z. B. in der Nähe der Auslasskanäle, der Einspritzdüsen und der Ansaugkanäle benötigen. Ferner wurde festgestellt, dass herkömmliche Kühlsysteme darauf angewiesen sind, dass eine Zylinderkopfdichtung eine Kühlmittelströmung leitet, die nicht genug Kühlmittel zu den Auslasskanälen, den Einspritzdüsen und den Ansaugkanälen leiten kann, um Motoren mit einer hohen Leistungsabgabe ausreichend zu kühlen.
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Ferner ist aus der
DE 697 16 168 T2 ein Motor bekannt geworden, bei dem die Zylinderbohrungen beiderseits von separaten Kühlkammern beflankt sind. Die Kühlkammern stehen dabei über separate Kanäle mit dem Zylinderkopf in Fluidverbindung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Motorkühlvorrichtung anzugeben, bei der der Fluidaustausch zwischen Motorblock und Zylinderkopf möglichst nicht zu Lasten der Abdichtung zwischen diesen Bauteilen geht.
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Diese Aufgabe wird mit einer Motorkühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Vorrichtung verwendet eine Vielzahl von Düsen, die derart ausgestaltet ist, um Kühlmittel zu Bereichen mit einer hohen Temperatur zu leiten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Düsen in einen Zylinderkopf gegossen und sind derart ausgestaltet, dass sie Kühlmittel in spezielle Gebiete in der Nähe der Auslasskanäle, der Einspritzdüsen und der Ansaugkanäle leiten.
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Die Motorkühlvorrichtung umfasst einen Zylinderblock mit einem daran befestigten Zylinderkopf. Der Zylinderblock definiert einen hier auch als Einlasskanal bezeichneten Einlassdurchgang und einen Blockmantel in Fluidverbindung mit dem Einlassdurchgang. Der Zylinderkopf definiert einen unteren Zylinderkopfmantel in Fluidverbindung mit dem Blockmantel und einen oberen Zylinderkopfmantel in Fluidverbindung mit dem unteren Zylinderkopfmantel. Der untere Zylinderkopfmantel umfasst eine Vielzahl von Düsen, die derart ausgestaltet ist, dass sie ein Motorkühlmittel leitet und dadurch eine Kühlung an Abschnitten des Zylinderkopfes, bereitstellt.
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Die Motorkühlvorrichtung umfasst einen Zylinderblock mit einem daran befestigten Zylinderkopf. Der Zylinderblock definiert einen Einlassdurchgang und einen Blockmantel in Fluidverbindung mit dem Einlassdurchgang. Der Zylinderblock definiert einen unteren Zylinderkopfmantel in Fluidverbindung mit dem Blockmantel und einen oberen Zylinderkopfmantel in Fluidverbindung mit dem unteren Zylinderkopfmantel. Der untere Zylinderkopfmantel umfasst eine Vielzahl von Düsen, die derart ausgestaltet ist, dass sie ein Motorkühlmittel leitet und dadurch eine Kühlung an Abschnitten des Zylinderkopfes, die in der Nähe einer Vielzahl von Auslasskanälen, einer Vielzahl von Einspritzdüsenkanälen und einer Vielzahl von Ansaugkanälen angeordnet sind, bereitstellt.
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Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen einfach verständlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische, zum Teil aufgeschnittene, isometrische Darstellung eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine schematische isometrische Darstellung der linken Hälfte einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- 3 ist eine schematische Draufsicht eines unteren Zylinderkopfmantels der Kühlvorrichtung von 2.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 eine zum Teil aufgeschnittene Darstellung eines Motors 8 mit einem Zylinderblock 10 und einem Zylinderkopf 12. Der Zylinderblock 10 und der Zylinderkopf 12 definieren eine Kühlvorrichtung 14 (am besten in 2 gezeigt). Genauer gesagt definiert der Zylinderblock 10 einen Einlasskanal 16 und einen Blockmantel 18 der Kühlvorrichtung 14, und der Zylinderkopf 12 definiert einen unteren Zylinderkopfmantel 20 und einen oberen Zylinderkopfmantel 22 der Kühlvorrichtung 14. Die Veranschaulichungen der Kühlvorrichtung 14 mit dem Einlasskanal 16, dem Blockmantel 18, dem unteren Zylinderkopfmantel 20 und dem oberen Zylinderkopfmantel 22 wie in den 1 bis 3 gezeigt, sind Negative, die in Volllinie eine Reihe von Kanälen oder Hohlräumen darstellen, die in dem Motor 8 gebildet sind. Für die vorliegende Erfindung ist ein „Mantel“ ein Hohlraum oder ein Strömungsdurchgang, der geeignet ist, den Transport von Motorkühlmittel zu ermöglichen und dadurch den Motor 8 zu kühlen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Einlasskanal 16 und der Blockmantel 18 einteilig in den Zylinderblock 10 gegossen und der obere und untere Zylinderkopfmantel 20, 22 sind einteilig in den Zylinderkopf 12 gegossen.
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Bezug nehmend auf 2 ist die linke Hälfte der Kühlvorrichtung 14 gezeigt, wie sie auf die linke Hälfte eines Achtzylinder-Motors angewendet werden würde. Es sollte angemerkt werden, dass die Kühlvorrichtung 14 eine allgemein symmetrische rechte Hälfte (nicht gezeigt) umfasst, die auf die rechte Hälfte eines Achtzylinder-Motors angewendet wird, und die Kühlvorrichtung 14 kann auch derart angepasst sein, dass sie zu alternativen Motorkonfigurationen passt. Die linke und die rechte Hälfte der Kühlvorrichtung 14 arbeiten ähnlich, weshalb hierin nachfolgend nur die linke Hälfte der Kühlvorrichtung 14 beschrieben wird. Es sollte ebenfalls angemerkt werden, dass die Kühlvorrichtung 14 aus einer Vielzahl von Kanälen und Hohlräumen zusammengesetzt ist, die in dem Motor 8 (in 1 gezeigt) gebildet sind. Zur Illustration stellt 2 nur die Kanäle und Hohlräume der Kühlvorrichtung 14 dar, ohne den Rest des Motors 8 zu zeigen.
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Die in 2 gezeigte linke Hälfte des Blockmantels 18 ist aus vier allgemein zylindrischen Kammern 18A-18D zusammengesetzt, die derart ausgestaltet sind, dass sie den Zylinderblock 10 des Motors 8 kühlen und unter Druck gesetztes Kühlmittel zu dem unteren Zylinderkopfmantel 20 transportieren. Eine rechte Hälfte des Blockmantels 18 (nicht gezeigt) umfasst vier weitere allgemein zylindrische Kammern (nicht gezeigt). Jede der zylindrischen Kammern 18A-18D steht jeweils über Leitungen 24A-24D mit dem Einlasskanal 16 in Fluidverbindung. Die Leitungen 24A-24D sind vorzugsweise zylindrisch und besitzen einen gemeinsamen Durchmesser D.
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Der Einlasskanal 16 ist in Fluidverbindung mit den zylindrischen Kammern 18A-18D und mit einem Kühlmittelreservoir 26 angeordnet. Eine Pumpe 28 ist vorzugsweise implementiert, um Kühlmittel von dem Kühlmittelreservoir 26 zu dem Einlasskanal 16 zu transportieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nimmt eine Querschnittsfläche des Einlasskanals 16, wie z. B. durch den Schnitt A-A genommen, entlang der Länge des Einlasskanals 16 und in einer unterstromigen Richtung ab. Die verjüngte Geometrie des Einlasskanals 16 ist bevorzugt, um eine allgemein konstante Geschwindigkeit des zu jeder der zylindrischen Kammern 18A-18D transportierten Motorkühlmittels aufrechtzuerhalten.
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Bezug nehmend auf 3 ist der untere Zylinderkopfmantel 20 in größerem Detail gezeigt. Das unter Druck gesetzte Kühlmittel wird durch den unteren Zylinderkopfmantel 20 über eine Vielzahl von durch den Zylinderkopf 12 (in 1 gezeigt) definierte Düsen 30A-30D von dem Blockmantel 18 aufgenommen. Für die vorliegende Erfindung können die Ausdrücke Düse und Kanal wechselweise verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verjüngen sich die Düsen 30A-30D nach unten, sodass der Einlassdurchmesser größer ist als der Auslassdurchmesser und die Geschwindigkeit des aus den Düsen austretenden Fluids entsprechend erhöht ist. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass alternative Düsenausgestaltungen vorstellbar sind wie z. B. eine Düse mit einem konstanten Durchmesser. Die Düsen 30A-30D sind vorzugsweise einteilig in den Zylinderkopf 12 gegossen, die Düsen 30A-30D können jedoch alternativ maschinell gefertigt sein oder aus Einsätzen zusammengesetzt sein, die an dem Zylinderkopf montiert sind. Der Zylinderkopf 12 definiert auch eine Vielzahl von Auslasskanälen 32, eine Vielzahl von Einspritzdüsenkanälen 34 und eine Vielzahl von Ansaugkanälen 36.
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Der untere Zylinderkopfmantel 20 umfasst eine Vielzahl von Transportkanälen 38A-38D, die jeweils in Fluidverbindung mit einer entsprechenden der Düsen 30A-30D stehen. Die Transportkanäle 38A-38D sind jeweils mit einem der Hohlräume 40A-40D des Zylinderkopfmantels 20 verbunden. Die Transportkanäle 38A-38D sind jeweils zwischen zwei benachbarten Auslasskanälen 32 angeordnet. Jeder der Hohlräume 40A-40D umgibt teilweise einen Einspritzdüsenkanal 34 und ein benachbartes Paar Ansaugkanäle 36. Die Hohlräume 40A-40D definieren jeweils einen ersten, zweiten und dritten Strömungspfad F1, F2 bzw. F3. Die Strömungspfade F1 und F3 strömen knapp neben einem der Ansaugkanäle 36 und teilweise um diesen herum und der Strömungspfad F2 strömt zwischen zwei benachbarten Ansaugkanälen 36. Eine Vielzahl von Transportdurchgängen 42 ist in Fluidverbindung mit den Hohlräumen 40A-40D des unteren Zylinderkopfmantels 20 und dem oberen Zylinderkopfmantel 22 angeordnet.
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Nachdem oben stehend die Geometrie der Kühlvorrichtung 14 beschrieben wurde, erfolgt nun eine Beschreibung der Funktion der Kühlvorrichtung 14. Unter neuerlicher Bezugnahme auf 2 zieht die Pumpe 28 Kühlmittel aus dem Kühlmittelreservoir 26 und transportiert es zu dem Einlasskanal 16. Der Einlasskanal 16 transportiert Motorkühlmittel zu jeder der zylindrischen Kammern 18A-18D des Blockmantels 18. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Motorkühlmittel gleichmäßig auf jede der zylindrischen Kammern 18A-18D verteilt, sodass jede Kammer ungefähr 25 % der gesamten in den Einlasskanal 16 eintretenden Motorkühlmittelströmung empfängt. Die gleichmäßige Verteilung der Kühlmittelströmung kann durch Verstellen der verjüngten Geometrie des Einlasskanals 16 und/oder durch Ändern der Durchmesser der Leitungen 24A-24D aufrechterhalten werden.
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Das Motorkühlmittel strömt von jeder der Leitungen 24A-24D in eine der zylindrischen Kammern 18A-18D. Die zylindrischen Kammern 18A-18D sind um die Zylinderbohrungen (nicht gezeigt) herum und knapp neben diesen angeordnet, sodass das durch die zylindrischen Kammern 18A-18D transportierte Motorkühlmittel den Motor 8 kühlt, indem es Wärme speichert, die während einer Verbrennung und einer Kolben-Hin- und Herbewegung erzeugt wird. Das Motorkühlmittel in den zylindrischen Kammern 18A-18D des Blockmantels 18 wird zu dem unteren Zylinderkopfmantel 20 transportiert. Erfindungsgemäß wird Motorkühlmittel von dem Einlasskanal 16 über die Düsen 30A-30D (in 3 gezeigt) direkt zu dem unteren Zylinderkopfmantel 20 transportiert, sodass der Blockmantel 18 umgangen wird.
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Unter neuerlicher Bezugnahme auf 3 wird die Funktion des unteren Zylinderkopfmantels 20 hierin nachfolgend beschrieben. Es wurde festgestellt, dass bei einigen Motoren mit einer hohen Leistungsabgabe Abschnitte des Zylinderkopfes 12 (in 1 gezeigt), die in der Nähe der Auslasskanäle 32, der Einspritzdüsenkanäle 34 und/oder der Ansaugkanäle 36 angeordnet sind, überschüssige Wärme ansammeln können und bewirken, dass der Motor 8 (in 1 gezeigt) überhitzt. Die vorliegende Erfindung ist daher derart ausgestaltet, dass sie eine Kühlmittelströmung von dem Zylinderblock 10 (in 1 gezeigt) in den unteren Zylinderkopf 12 leitet, sodass diese Bereiche Motorkühlmittel aufnehmen. Das Motorkühlmittel wird von dem Zylinderblock 10 über die Düsen 30A-30D, die jeweils Motorkühlmittel von einer entsprechenden Kammer 18A-18D aufnehmen, zu dem Zylinderkopf 12 transportiert. Die Kühlmittelströmung durch den unteren Zylinderkopfmantel 20 wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die Düse 30A beschrieben, es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Düsen 30A-30D ähnlich arbeiten.
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Motorkühlmittel wird von der Düse 30A durch den Transportkanal 38A zu einem Einspritzdüsenkanal 34 und in den Hohlraum 40A transportiert. Da der Transportkanal 38A zwischen einem Paar benachbarter Auslasskanäle 32 und knapp neben diesen angeordnet ist, stellt das Motorkühlmittel, das durch den Transportkanal 38A strömt, eine Kühlung an einem Abschnitt des unteren Zylinderkopfes 12 (in 1 gezeigt) in der Nähe der benachbarten Auslasskanäle 32 bereit. Da sich der Hohlraum 40A knapp neben einem Einspritzdüsenkanal 34 befindet und diesen teilweise umgibt, stellen das Motorkühlmittel, das von dem Transportkanal 38A in den Hohlraum 40a strömt, wie auch das Kühlmittel, das durch den Hohlraum 40A strömt, eine Kühlung an einem Abschnitt des Zylinderkopfes 12 in der Nähe des Einspritzdüsenkanals 34 bereit. Der erste, der zweite und der dritte Strömungspfad F1, F2 und F3 des Hohlraumes 40A sind geeignet, eine Kühlung an einem Abschnitt des Zylinderkopfes 12 in der Nähe eines Paares benachbarter Ansaugkanäle 36 bereitzustellen. Genauer gesagt, wie in 3 gezeigt, leiten die Strömungspfade F1 und F3 Motorkühlmittel und stellen dadurch eine Kühlung an einem Abschnitt des Zylinderkopfes 12 bereit, der in der Nähe eines von einem der benachbarten Ansaugkanäle 36 angeordnet ist. Der Strömungspfad F2 leitet Motorkühlmittel und stellt dadurch eine Kühlung an einem Abschnitt des Zylinderkopfes 12 bereit, der zwischen den benachbarten Ansaugkanälen 36 angeordnet ist.
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Das Motorkühlmittel wird von dem unteren Zylinderkopfmantel 20 über die Transportdurchgänge 42 zu dem oberen Zylinderkopfmantel 22 (in 2 gezeigt) transportiert. Genauer gesagt leiten die Strömungspfade F1, F2 und F3 Kühlmittel von dem unteren Zylinderkopfmantel 20 durch die Transportdurchgänge 42 und in den oberen Zylinderkopfmantel 22. Wenn Kühlmittel durch den oberen Zylinderkopfmantel 22 strömt, wird ein Abschnitt des Zylinderkopfes 12 (in 1 gezeigt), der in der Nähe des oberen Zylinderkopfmantels 22 angeordnet ist, gekühlt. Die Kühlmittelströmung wird von dem oberen Zylinderkopfmantel 22 und aus dem Motor 8 (in 1 gezeigt) heraustransportiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Motorkühlmittel von dem Mantel 22 aus dem Motor 8 heraustransportiert, durch einen Kühler (nicht gezeigt) geleitet, um gespeicherte Wärme abzuführen, und wird danach zu dem Kühlmittelreservoir 26 (in 2 gezeigt) zurücktransportiert.
