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Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderblock, welcher mit zumindest einem Zylinderkopf verbunden ist, mit zumindest einem ersten Kühlmantel im Zylinderblock und zumindest einem zweiten Kühlmantel im Zylinderkopf, wobei der erste und der zweite Kühlmantel in einem Kühlmittelkreis angeordnet und miteinander strömungsverbunden sind, sowie mit zumindest einem im Kühlmittelkreis angeordneten Stellglied, wobei das Stellglied durch eine Umschalteinrichtung gebildet ist, welche in einer ersten Schaltstellung einen Umgehungsströmungsweg für den ersten Kühlmantel sperrt und einen Kühlmitteleintritt des ersten Kühlmantels öffnet, so dass in der ersten Schaltstellung das gesamte Kühlmittel seriell durch beide Kühlmäntel geleitet wird, und welche in einer zweiten Schaltstellung den Kühlmitteleintritt des ersten Kühlmantels sperrt und den Umgehungsströmungsweg für den ersten Kühlmantel öffnet, so dass in der zweiten Schaltstellung das gesamte Kühlmittel unter Umgehung des ersten Kühlmantels nur durch den zweiten Kühlmantel geleitet wird.
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Die
DE 103 06 695 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreis, der eine erste Kühlleitung für ein Kurbelgehäuse und eine zweite Kühlleitung für einen Zylinderkopf aufweist. Der Kühlmittelkreis weist eine zur ersten Kühlleitung führende Zweigleitung auf, in welcher ein Absperrorgan angeordnet ist. Eine zweite Zweigleitung des Kühlmittelkreises ist parallel zur ersten Zweigleitung angeordnet und führt unter Umgehung des Absperrorgans zur ersten Kühlleitung. Bei geschlossenem Absperrorgan gelangt kein Kühlmittel in den Kühlmantel des Kurbelgehäuses, es wird lediglich der Kühlmantel des Zylinderkopfes durchströmt. Bei geöffnetem Absperrorgan hingegen tritt ein Teil des Kühlmittels in den Kühlmantel des Zylinderkopfes und ein anderer Teil in den Kühlmantel des Zylindergehäuses ein, wobei das Kühlmittel vom Kühlmantel des Kurbelgehäuses über in der Zylinderkopfdichtung vorgesehene Übergänge zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf in den Kühlmantel des Zylinderkopfes strömt, und wobei die Kühlmittelströme im Zylinderkopf zusammengefasst werden.
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Nachteilig ist, dass sich bei der
DE 103 06 695 A1 das Strömungsfeld im Kühlmantel des Zylinderkopfes und damit dessen Kühlbedingungen, insbesondere im Bereich des gesamten Feuerdecks, bei unterschiedlichen Stellungen des Absperrorgans ändert, weil sich die Zuströmverhältnisse - insbesondere die Strömungsrichtung und die Verteilung des Kühlmittels - wesentlich ändern.
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Die
DE 28 41 555 A1 offenbart eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf, wobei der Kühlmantel des Zylinderblockes mit dem Kühlmantel des Zylinderkopfes strömungsverbunden ist. Vor den Eintritten in die Kühlmäntel des Zylinderblockes und des Zylinderkopfes ist ein Steuerventil angeordnet, mit welchem zwischen paralleler und serieller Durchströmung der Kühlmäntel des Zylinderblockes und des Zylinderkopfes umgeschaltet werden kann. Eine ähnliche Anordnung ist auch aus den Druckschriften
DE 198 03 885 A1 bekannt.
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Die
WO 2012/004 340 A1 ist ein Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem an ein Feuerdeck grenzenden unteren Teilkühlraum und einem mit diesem über zumindest eine Überströmöffnung strömungsverbundenen oberen Teilkühlraum bekannt, wobei der untere und der obere Teilkühlraum durch eine Zwischendeck voneinander getrennt sind. Der obere Teilkühlraum ist mit dem unteren Teilkühlraum über einen im Wesentlichen in Richtung der Zylinderachse ausgerichteten Strömungskanal mit einer Strömungsöffnung im Feuerdeck strömungsverbunden, welche zum Kühlmantel des Zylindergehäuses führt.
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Aus der
DE 20 2012 104 300 U1 ist es bekannt, mehrere Umschalteinrichtungen zur Steuerung des Kühlmittelflusses zu den Zylindern einer Brennkraftmaschine vorzusehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine effiziente Kühlung des Zylinderkopfes zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass pro Zylinder eine Umschalteinrichtung ausgebildet ist, welche über jeweils zumindest einen Umgehungsströmungsweg pro Zylinder mit dem zweiten Kühlmantel verbindbar ist, und dass der zweite Kühlmantel des Zylinderkopfes einen oberen Teilkühlraum und einen unteren Teilkühlmantel aufweist, wobei der untere Teilkühlmantel zwischen dem oberen Teilkühlraum und einem Feuerdeck des Zylinderkopfes angeordnet ist, und wobei der obere Teilkühlraum über zumindest einen Verbindungskanal direkt mit dem ersten Kühlmantel des Zylinderblockes strömungsverbunden ist, und wobei oberer und unterer Teilkühlraum durch zumindest einen Übertritt miteinander strömungsverbunden sind.
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Unter gesamter Kühlmittelmenge ist hier die gesamte dem Zylinderblock zugeführten bzw. aus dem Zylinderkopf abgeführten Kühlmittelmenge - abzüglich einer über zumindest eine eventuelle Entgasungsöffnung direkt zwischen erstem und zweitem Kühlmantel entweichenden Kühlmittelmenge zu verstehen. Die durch die Entgasungsöffnung(en) abströmende Kühlmittelmenge beträgt etwa maximal 5 % der gesamten, dem Zylinderblock zugeführten bzw. aus dem Zylinderkopf abgeführten Kühlmittelmenge.
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Dadurch, dass das Kühlmittel in der ersten Schaltstellung den ersten und den zweiten Kühlraum nacheinander durchströmt, sind die Strömungsrichtungen in jedem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine gleich.
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Dies gilt auch in Zwischenstellungen der Umschalteinrichtung. In Zwischenstellungen der Umschalteinrichtung sind sowohl der Kühlmitteleintritt des ersten Kühlmantels als auch der Umgehungsströmungsweg des ersten Kühlmantels teilweise geöffnet, so dass ein Teil des Kühlmittels durch den ersten Kühlmantel und ein anderer Teil des Kühlmittels durch den Umgehungsströmungsweg unter Umgehung des ersten Kühlmantels geleitet wird. Das gesamte Kühlmittel strömt auch hier durch den zweiten Kühlmantel.
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In jeder Schaltstellung der Umschalteinrichtung ist der zweite Kühlmantel vom gesamten durch den Hauptzulauf zugeführten Kühlmittelstrom durchströmbar. In jeder Stellung der Umschalteinrichtung bildet sich das gleiche Strömungsfeld im zweiten Kühlmantel des Zylinderkopfes aus. Unabhängig von der Stellung der Umschalteinrichtung bleibt somit die Anströmung des Feuerdecks unverändert. Die gesamte Kühlmittelmenge strömt stets durch dieselben Zutritte und in derselben Mengenverteilung dem Feuerdeck zu.
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Die Kühlmittelmenge durch den ersten Kühlmantel des Zylinderblockes ist also lastabhängig variierbar, wobei in jedem Fall die - abzüglich des über eine eventuelle Entgasungsöffnung zwischen erstem und zweitem Kühlmantel entweichenden Kühlmittels - gesamte bzw. vollständige Kühlmittelmenge am Feuerdeck vorbei bzw. durch den an das Feuerdeck angrenzenden Teil des zweiten Kühlmantels geführt wird und erst nach Kühlung der Ventilbrücken abgeleitet wird.
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Um ein von der Schaltstellung unabhängiges Strömungsfeld im zweiten Kühlmantel zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Kühlmantel und dem zweiten Kühlmantel im Bereich zumindest einer Längsseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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Der Umgehungsströmungsweg ist zwischen der Umschalteinrichtung und dem zweiten Kühlmantel im Kühlkreis angeordnet. Ein Ventilraum der Umschalteinrichtung kann mit einem Hauptzulauf des Kühlkreises verbunden sein.
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Vorzugsweise ist zwischen der Umschalteinrichtung und dem ersten Kühlraum eine erste Verteilerleiste im Kühlkreis angeordnet. Weiters kann zwischen der Umschalteinrichtung und dem zweiten Kühlraum eine zweite Verteilerleiste im Kühlkreis angeordnet sein. Ein für alle Schaltstellungen einheitliches Strömungsfeld des Kühlmittels im zweiten Kühlraum kann erreicht werden, wenn der erste Kühlraum - vorzugsweise ausschließlich - über die zweite Verteilerleiste mit dem zweiten Kühlraum strömungsverbunden ist, wobei vorzugsweise der erste Kühlraum pro Zylinder über jeweils zumindest eine Strömungsverbindung mit der zweiten Verteilerleiste strömungsverbunden ist.
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Die erste und/oder Verteilerleiste können in den Zylinderblock integriert oder auch extern zu diesem ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn die zweite Verteilerleiste in den Zylinderkopf integriert ist. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise.
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Durch die Verteilerleisten kann mit einer einzigen Umschalteinrichtung die Kühlmittelströmung durch den ersten Kühlmantel aktiviert oder deaktiviert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die zweite Verteilerleiste Teil des oberen Teilkühlmantels ist. Oberer und unterer Teilkühlraum werden durch ein Zwischendeck voneinander getrennt. Als unterer Teilkühlraum wird dabei hier ein direkt an das Feuerdeck grenzender Teilkühlraum verstanden. Der obere Teilkühlraum schließt in Richtung der Zylinderachse an den unteren Teilkühlraum an, wobei zwischen den Teilkühlräumen ein durch den Injektorkanal für die Einspritzeinrichtung durchbrochenes Zwischendeck ausgebildet ist.
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Der obere Teilkühlraum des zweiten Kühlmantels kann dabei als Verteilerleiste/Sammler für das Feuerdeck fungieren. Der obere Teilkühlraum steht mit dem unteren Teilkühlraum über zumindest eine Strömungsverbindung beispielsweise im Bereich einer zentralen Einspritzeinrichtung in Verbindung. Das Kühlmittel strömt dabei vom ersten Kühlmantel des Zylinderblockes über den beispielsweise durch ein Verbindungsrohr gebildeten Verbindungskanal im Bereich einer Längsseite der Brennkraftmaschine in den oberen Teilkühlraum und strömt weiter in Querrichtung in Richtung der zentralen Einspritzeinrichtung, wo es durch den Übertritt im Zwischendeck in den unteren Teilkühlraum gelangt und in quer zur Motorlängsebene oder radial zur Zylinderachse angeordneten Strömungskanälen - thermisch kritische Bereiche des Feuerdeckes kühlend - nach außen strömt und zu einem Kühlmittelaustritt im Bereich einer Längsseite des Zylinderkopfes geleitet wird. Im Bereich des Übertrittes kann dabei auch die zentrale Einspritzeinrichtung gekühlt werden, wobei der Übertritt als Drossel ausgeführt und zur Optimierung der Anströmung des Feuerdecks dienen kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt durch einen Zylinder in einer die Zylinderachse beinhaltenden Querebene in einer ersten Ausführungsvariante in einer ersten Schaltstellung der Umschalteinrichtung;
- 2 diese Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt analog zu 1 in einer Zwischenstellung der Umschalteinrichtung;
- 3 diese Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt analog zu 1 in einer zweiten Schaltstellung der Umschalteinrichtung;
- 4 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt analog zu 1 in einer zweiten Ausführungsvariante in einer ersten Schaltstellung der Umschalteinrichtung;
- 5 diese Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt analog zu 4 in einer Zwischenstellung der Umschalteinrichtung;
- 6 diese Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt analog zu 4 in einer zweiten Schaltstellung der Umschalteinrichtung; und
- 7 eine Anordnung von Verteilerleisten in einer Seitenansicht dieser Brennkraftmaschine.
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Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die 1 bis 6 zeigen jeweils eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinderblock 2 und einem Zylinderkopf 3, wobei im Zylinderblock 2 ein erster Kühlmantel 4 und im Zylinderkopf 3 ein zweiter Kühlmantel 5 angeordnet sind. Im Bereich des Feuerdecks 6 ist der Zylinderkopf 3 mit dem Zylinderblock 2 verbunden, wobei zwischen Zylinderblock 2 und Zylinderkopf 3 eine Zylinderkopfdichtung 7 angeordnet ist. Die Zylinderachse ist mit Bezugszeichen 24 bezeichnet.
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Der erste Kühlmantel 4 und der zweite Kühlmantel 5 sind Teil eines nicht weiter dargestellten Kühlkreises für ein flüssiges Kühlmedium und miteinander strömungsverbunden. Im Kühlkreis ist ein durch eine Umschalteinrichtung 8 - beispielsweise eine Umschaltklappe - gebildetes Stellglied angeordnet, wobei in einen Ventilraum 9 ein Hauptzulauf 10 des Kühlkreises einmündet. Vom Ventilraum 9 geht ein Kühlmitteleintritt 11 des ersten Kühlmantels 4, sowie ein den ersten Kühlmantel 4 umgehender Umgehungsströmungsweg 12 aus, welcher - beispielsweise über einem Übertrittskanal 13 - zum zweiten Kühlmantel 5 im Zylinderkopf 3 führt. Die Strömungsverbindung zwischen dem Hauptzulauf 10 und dem Kühlmitteleintritt 11 einerseits und dem Umgehungsströmungsweg 12 andererseits wird durch die Umschalteinrichtung 8 gesteuert.
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Die Umschalteinrichtung 8 weist eine erste Schaltstellung A, eine zweite Schaltstellung B und zumindest eine Zwischenstellung C auf. In der ersten Schaltstellung A ist der Hauptzulauf 10 nur mit dem Kühlmitteleintritt 11 des ersten Kühlmantels 4 verbunden, die Strömungsverbindung zum Umgehungsströmungsweg 12 ist gesperrt. In der zweiten Schaltstellung B ist der Hauptzulauf 10 nur mit dem Umgehungsströmungsweg 12 strömungsverbunden, während der Kühlmitteleintritt 11 vom Hauptzulauf 10 getrennt ist. In der Zwischenstellung C ist der Hauptzulauf 10 sowohl mit dem Kühlmitteleintritt 11 als auch mit dem Umgehungsströmungsweg 12 strömungsverbunden, wobei durch die genaue Stellung der Umschalteinrichtung 8 die Aufteilung der Durchflüsse zum Kühlmitteleintritt 11 und zum Umgehungsströmungsweg 12 eingestellt werden kann.
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Die Strömung des Kühlmittels ist durch voll ausgezogene Pfeile S angedeutet. Strichlierte Pfeile zeigen deaktivierte Strömungswege an.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist der zweite Kühlmantel 5 einen oberen Teilkühlraum 5a und einen an das Feuerdeck 6 grenzenden unteren Teilkühlraum 5b auf. Zwischen oberem und unterem Teilkühlraum 5a, 5b ist ein Zwischendeck 14 angeordnet. Pro Zylinder Z ist eine zentrale Kraftstoffzuführeinrichtung 20 vorgesehen, welche in einer Injektorhülse 21 angeordnet ist. Im Bereich der Injektorhülse 21 weist das Zwischendeck 14 Übertritte 19 vom oberen Teilkühlraum 5a in den unteren Teilkühlraum 5b auf.
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In den Ausführungsbeispielen schließt an den Kühlmitteleintritt 11 eine in Längsrichtung der Brennkraftmaschine 1 im Zylinderblock 2 angeordnete erste Verteilerleiste 15 im Bereich einer ersten Längsseite 1a der Brennkraftmaschine 1 an, welche das Kühlmittel für den ersten Kühlmantel 4 in Längsrichtung gleichmäßig an die einzelnen Zylinder Z verteilt, wie schematisch in 7 angedeutet ist. Der Umgehungsströmungsweg 12 mündet in eine zweite Verteilerleiste 16, welche entweder im Zylinderblock 2 oder im Zylinderkopf 3 angeordnet sein kann. Alternativ ist es auch möglich, die Verteilerleisten 15, 16 als separate mit dem Zylinderblock 2 bzw. dem Zylinderkopf 3 verbundene Bauteile auszubilden. Die zweite Verteilerleiste 16 dient dazu, das Kühlmittel im zweiten Kühlmantel 5 in Längsrichtung zu verteilen, um eine gleichmäßige Wärmeabfuhr aus thermisch kritischen Bereichen des Zylinderkopfes 3 zu erreichen. Die zweite Verteilerleiste 16 kann darüber hinaus auch die Funktion einer Sammelleiste für pro Zylinder Z aus dem ersten Kühlmantel 4 strömendes Kühlmittel einnehmen. Die zweite Verteilerleiste 16 kann auch Teil des oberen Teilkühlraumes 5a sein.
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Das Kühlmittel wird im Bereich zumindest einer Längsseite 1a, 1b der Brennkraftmaschine 1 dem oberen Teilkühlraum 5a zugeführt und strömt gemäß den Pfeilen S radial bzw. quer in Richtung der Injektorhülse 21. Es gelangt durch die Übertritte 19 in den unteren Teilkühlraum 5b und wird hier in Radial- oder Querrichtung über thermisch kritische Bereiche des Feuerdecks 6 geführt. Nach Durchströmen des zweiten Kühlmantels 5 im Wesentlichen in Querrichtung der Brennkraftmaschine 1 verlässt das Kühlmittel den Zylinderkopf 3 durch einen Hauptablauf 17 im Bereich einer zweiten Längsseite 1b der Brennkraftmaschine 1 und wird eventuell über einen Wärmetauscher zu einer nicht weiter dargestellten Kühlmittelpumpe des Kühlkreises zurückgeführt.
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Zwischen erstem Kühlmantel 4 und dem zweiten Kühlmantel 5 kann eine, beispielsweise in der Zylinderkopfdichtung 7 angeordnete, Entgasungsöffnung 25 vorgesehen sein.
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Die Kühlmittelmenge durch den ersten Kühlmantel 4 des Zylinderblockes 2 ist also lastabhängig variierbar, wobei in jedem Fall die - abzüglich des über eine eventuelle Entgasungsöffnung 25 (siehe 1 bis 3) zwischen erstem Kühlmantel 4 und zweitem Kühlmantel 5 entweichenden Kühlmittels von maximal etwa 5% der gesamten durch den zweiten Kühlmantel 2 strömenden Menge an Kühlmittel - vollständige Kühlmittelmenge am Feuerdeck 6 vorbei bzw. durch den an das Feuerdeck 6 angrenzenden Teil des zweiten Kühlmantels 5 geführt und erst nach Kühlung der thermisch kritischen Bereiche des Feuerdecks 6 (beispielsweise der nicht weiter dargestellten Ventilbrücken) abgeleitet wird.
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Bei jeder der Ausführungen sind Hauptzulauf 10 und Hauptablauf 17 an verschiedenen Längsseiten 1a, 1b der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Es ist aber auch möglich, Hauptzulauf 10 und Hauptablauf 17 an der gleichen Längsseite 1a, 1b zu positionieren.
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Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsvariante, bei der sowohl die erste, als auch die zweite Verteilerleiste 16 im Zylinderblock 2 bzw. im Bereich der selben ersten Längsseite 1a des Zylinderblockes 2 angeordnet sind.
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1 zeigt dabei die Umschalteinrichtung 8 in ihrer ersten Schaltstellung A. Das Kühlmittel strömt entsprechend den Pfeilen S vom Hauptzulauf 10 in den Ventilraum 9 der Umschalteinrichtung 8 und wird von dieser über den Kühlmitteleintritt 11 zur ersten Verteilerleiste 15 geleitet, von welcher das Kühlmittel in den die Zylinder Z umgebenden ersten Kühlmantel 4 strömt. Nach dem Umströmen der Zylinder Z gelangt das Kühlmittel durch den Verbindungskanal 18 in die zweite Verteilerleiste 16, wo das Kühlmittel gesammelt und über zumindest einen Übertrittskanal 13 dem oberen Teilkühlraum 5a des zweiten Kühlmantels 5 im Zylinderkopf 3 zugeführt wird. Danach gelangt das Kühlmittel durch die Übertritte 19 in den unteren Teilkühlraum 5b und verlässt den zweiten Kühlmantel 5 durch den Hauptablauf 17. Wie durch die Pfeile S in 1 ersichtlich ist, werden erster und zweiter Kühlmantel 4, 5 hintereinander vom gesamten durch den Hauptzulauf 10 zugeführten Kühlmittel durchströmt.
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2 zeigt die Umschalteinrichtung 8 in einer Zwischenstellung C, wobei das Kühlmittel im Ventilraum 9 der Umschalteinrichtung 8 aufgeteilt wird. Ein erster Teil des Kühlmittels strömt nun - wie in der in 1 gezeigten Schaltstellung A - über die erste Verteilerleiste 15, den ersten Kühlmantel 4 und die zweite Verteilerleiste 16 in den zweiten Kühlmantel 5. Ein zweiter Teil gelangt direkt durch den Umgehungsströmungsweg 12 - unter Umgehung des ersten Kühlmantels 4 - in die zweite Verteilerleiste 16, wo er mit dem ersten Teil des Kühlmittels zusammenströmt und mit diesem gemeinsam in den zweiten Kühlmantel 5 geleitet wird. Die Durchströmung des oberen und unteren Teilkühlraumes 5a, 5b erfolgt wie in der Schaltstellung A.
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3 zeigt die Umschalteinrichtung 8 in einer zweiten Schaltstellung B, wobei der Kühlmitteleintritt 11 bzw. die erste Verteilerleiste 15 vom Hauptzulauf 10 getrennt, der Umgehungsströmungsweg 12 aber geöffnet ist. Das Kühlmittel strömt nun - unter Umgehung des ersten Kühlmantels 4 - direkt durch den Umgehungsströmungsweg 12 in die zweite Verteilerleiste 16 und wird für alle Zylinder Z gleichmäßig dem oberen Teilkühlraum 5a des zweiten Kühlmantels 5 zugeführt. Die Durchströmung der oberen und unteren Teilkühlräume 5a, 5b erfolgt wie in der Schaltstellung A. Um sich im stagnierenden Kühlmittelfluss des ersten Kühlmantels 4 angesammelte Luft aufgrund unvollständiger Befüllung des Wassersystems abführen zu können, kann beispielsweise in der Zylinderkopfdichtung 7 zumindest eine Entgasungsöffnung 25 vorgesehen sein, über welche Luft direkt in den zweiten Kühlmantel 5 gelangen kann.
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Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsvariante in verschiedenen Schaltstellungen der Umschalteinrichtung 8, bei der die erste Verteilerleiste 15 im Zylinderblock 2 im Bereich der ersten Längsseite 1a des Zylinderblockes 2 angeordnet sind.
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4 zeigt dabei die Umschalteinrichtung 8 in ihrer ersten Schaltstellung A. Das Kühlmittel strömt entsprechend den Pfeilen S vom Hauptzulauf 10 in den Ventilraum 9 der Umschalteinrichtung 8 und wird von dieser über den Kühlmitteleintritt 11 zur ersten Verteilerleiste 15 geleitet, von welcher das Kühlmittel in den die Zylinder Z umgebenden ersten Kühlmantel 4 strömt. Im Bereich der bezüglich der ersten Längsseite 1a gegenüberliegend angeordneten zweiten Längsseite 1b der Brennkraftmaschine 1 ist ein durch ein Verbindungsrohr 22 gebildeter Verbindungskanal 23 angeordnet, welcher den ersten Kühlmantel 4 mit dem oberen Teilkühlraum 5a des zweiten Kühlmantels 5 im Zylinderkopf 3 verbindet. Das Verbindungsrohr 22 ist dabei durch den unteren Teilkühlraum 5b geführt. Da der erste Kühlmantel 4 stets über den Verbindungskanal 23 mit dem zweiten Kühlmantel 5 strömungsverbunden ist, können bei dieser Ausführung eigene Entgasungsöffnungen entfallen, da im ersten Kühlmantel 4 eventuell angesammelte Luft aufgrund unvollständiger Befüllung des Wassersystems über den Verbindungskanal 23 in den zweiten Kühlmantel 5 abgeleitet werden kann.
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Nach Durchströmen des ersten Kühlmantels 4 in Querrichtung wird das Kühlmittel durch den Verbindungskanal 23 in den oberen Teilkühlraum 5a des zweiten Kühlmantels 5 geleitet, wo das Kühlmittel in radialer Richtung bzw. in Querrichtung zur zentralen Injektorhülse 21 geleitet wird. Danach gelangt das Kühlmittel durch die Übertritte 19 in den unteren Teilkühlraum 5b und wird radial bzw. in Querrichtung nach außen über thermisch kritische Bereiche des Feuerdecks 6 geleitet und verlässt den zweiten Kühlmantel 5 durch den Hauptablauf 17. Wie durch die Pfeile S in 4 ersichtlich ist, werden auch in dieser Ausführungsvariante erste und zweite Kühlmäntel 4, 5 hintereinander vom gesamten durch den Hauptzulauf 10 zugeführten Kühlmittel durchströmt.
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5 zeigt die Umschalteinrichtung 8 in einer Zwischenstellung C, wobei das Kühlmittel im Ventilraum 9 der Umschalteinrichtung 8 aufgeteilt wird. Ein erster Teil des Kühlmittels strömt nun - wie in der in 4 gezeigten Schaltstellung A - über die erste Verteilerleiste 15, den ersten Kühlmantel 4 und den Verbindungskanal 23 in den oberen Teilkühlraum 5a des zweiten Kühlmantels 5. Ein zweiter Teil gelangt direkt durch den Umgehungsströmungsweg 12 - unter Umgehung des ersten Kühlmantels 4 - in die im Zylinderkopf 3 angeordnete zweite Verteilerleiste 16, wo es mit dem ersten Teil des Kühlmittels zusammenströmt und mit diesem gemeinsam durch Übertritte 19 in den unteren Teilkühlraum 5b des zweiten Kühlmantel 5 geleitet wird. Die Durchströmung des oberen und unteren Teilkühlraumes 5a, 5b erfolgt wie in der in 4 dargestellten Schaltstellung A.
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6 zeigt die Umschalteinrichtung 8 in einer zweiten Schaltstellung B, wobei der Kühlmitteleintritt 11 bzw. die erste Verteilerleiste 15 vom Hauptzulauf 10 getrennt, der Umgehungsströmungsweg 12 aber geöffnet ist. Das Kühlmittel strömt nun - unter Umgehung des ersten Kühlmantels 4 - direkt durch den Umgehungsströmungsweg 12 in die zweite Verteilerleiste 16 und wird für alle Zylinder Z gleichmäßig dem oberen Teilkühlraum 5a des zweiten Kühlmantels 5 zugeführt. Die Durchströmung der oberen und unteren Teilkühlräume 5a, 5b erfolgt wie in der Schaltstellung A.
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In 7 ist in einer schematischen Seitenansicht der ersten und zweiten Verteilerleisten 15 und 16 der Kühlmittelstrom zur zweiten Verteilerleiste 16 in der zweiten Schaltstellung B der Umschalteinrichtung 8 dargestellt, wobei die Zylinder Z durch Rechtecke symbolisiert sind. Der Kühlmittelstrom strömt aus dem Hauptzulauf 10 - wie durch die Pfeile S angedeutet - in den Ventilraum 9 und wird durch die Umschalteinrichtung 8 zum Umgehungsströmungsweg 12 und weiter zur zweiten Verteilerleiste 16 geleitet. Die erste Verteilerleiste 15 ist in dieser Schaltstellung B vom Hauptzulauf 10 getrennt. Die zweite Verteilerleiste 16 kann im Zylinderblock 2 oder im Zylinderkopf 3 - als Teil des oberen Teilkühlraumes 5a - ausgebildet sein.
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In beiden Ausführungsbeispielen ist die Umschalteinrichtung 8 durch eine Umschaltklappe gebildet. Die Umschalteinrichtung 8 kann aber auch - mit äquivalenter Funktion - durch zwei einzelne Absperrventile realisiert werden, wobei je ein Absperrventil im Bereich des Kühlmitteleintrittes 11 und im Bereich des Umgehungsströmungsweges 12 angeordnet sein kann. Dadurch kann unter allen Betriebsbedingungen und Variationen des Volumenstromes des Zylinderblockes 2 zwischen 0 % im Warmlauf und 100 % im Volllastfall ein maximaler Volumenstrom durch den Zylinderkopf 3 ermöglicht werden. Dadurch ergibt sich eine besonders effiziente Kühlung des Zylinderkopfes 3. Der Zylinderkopf 3 fungiert somit als Sammelelement aller Teilvolumenströme.
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Besonders vorteilhaft ist die Kombination mit dem - in den 1 bis 6 dargestellten - zweigeteilten zweiten Kühlmantel 5 und sogenannten „Top-Down“-Kühlkonzepten, bei denen der Kühlmittelstrom vom oberen Teilkühlraum 5a in den unteren Teilkühlraum 5b erfolgt, weil im großen oberen Teilkühlraum 5a unterschiedliche Zuströmpositionen an der durch die Übertritte 19 gebildeten Engstelle im Zwischendeck 14 ausgeglichen werden und somit die Schaltstellungen der Umschalteinrichtung 8 praktisch keinen Einfluss auf die Kühlwirkung des Feuerdecks 6 haben. Der obere Teilkühlraum 5a des zweiten Kühlmantels 5 fungiert dabei als Verteilerleiste/Sammler für das Feuerdeck 6. Die als Drossel ausgeführten Übertritte 19 dienen zur Optimierung der Anströmung des Feuerdecks 6.
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Dessen ungeachtet kann der Gesamtvolumenstrom durch den Hauptzulauf 10 - beispielsweise durch eine regelbare Wasserpumpe oder durch andere Regelelemente - variierbar sein und sich an den jeweiligen Kühlbedarf an thermisch kritischen Stellen des Zylinderkopfes 3 orientieren.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinderblock
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Erster Kühlmantel
- 5
- Zweiter Kühlmantel
- 6
- Feuerdeck
- 7
- Zylinderkopfdichtung
- 8
- Umschalteinrichtung
- 9
- Ventilraum
- 10
- Hauptzulauf
- 11
- Kühlmitteleintritt
- 12
- Umgehungsströmungsweg
- 13
- Übertrittskanal
- 14
- Zwischendeck
- 15
- Erste Verteilerleiste
- 16
- Zweite Verteilerleiste
- 17
- Hauptablauf
- 18
- Verbindungskanal
- 19
- Übertritte
- 20
- Kraftstoffzuführeinrichtung
- 21
- Injektorhülse
- 22
- Verbindungsrohr
- 23
- Verbindungskanal
- 24
- Zylinderachse
- 25
- Entgasungsöffnung
- 1a
- Längsseite
- 1b
- Längsseite
- 5a
- Teilkühlraum
- 5b
- Teilkühlraum
- S
- Strömung
- A
- erste Schaltstellung
- B
- zweite Schaltstellung
- C
- Zwischenstellung
- Z
- Zylinder
