DE19503961A1 - Zylinderblock für flüssigkeitsgekühlten Motor - Google Patents
Zylinderblock für flüssigkeitsgekühlten MotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock für einen flüssig
keitsgekühlten Motor, und mehr im einzelnen die Zirkulation
einer Kühlflüssigkeit in einem Zylinderblock.
Die Kühlung eines flüssigkeitsgekühlten Mehrzylindermotors
wird im allgemeinen durchgeführt durch Bilden eines Kühlwas
sermantels außerhalb der Zylinderwände, die den Zylinder bil
den, und Zirkulieren einer Kühlflüssigkeit durch einen zwi
schen diesen Wänden gebildeten Kühlkanal.
In einem Zylinderblock, der durch einen kleinen Abstand ge
trennte zylindrische Motorzylinder umfaßt, bekannt als siame
sischer Zylinderblock, sind benachbarte Zylinderwände mitein
ander verbunden, und so werden Vertiefungen oder Rinnen in
dem Kühlkanal an den Seiten der Verbindungen gebildet.
Ein horizontaler Schnitt des Kühlflüssigkeits-Zirkulationska
nals erscheint daher als eine Mehrzahl von Bögen, die durch
die Ausbauchung der Zylinder gebildet werden, wobei diese Bö
gen durch Vertiefungen verbunden sind. Bei den Punkten, wo
diese Vertiefungen gelegen sind, ist der Kühlflüssigkeitska
nal unter einem spitzen Winkel gebogen, und da diese Biegun
gen das glatte Strömen der Kühlflüssigkeit behindern, sind
sie vom Standpunkt der Wärmeabstrahlung unerwünscht. Fig. 16
zeigt die Verteilung der Kühlflüssigkeits-Strömungsmenge oder
-geschwindigkeit und die Verteilung der Wärmeübertragungsge
schwindigkeit unter diesen Bedingungen. Es ist ersichtlich,
daß dort, wo die Vertiefungen 6 gelegen sind, die Strömungs
geschwindigkeit der Kühlflüssigkeit kleiner ist und die Wär
meübertragungsgeschwindigkeit ebenfalls kleiner ist.
Tokkai Hei 4-136461, veröffentlicht durch das japanische Pa
tentamt in 1992, schlägt vor, die Breite des Kühlwasserman
tels bei der Mitte entlang seiner Länge zu vermindern, um auf
diese Weise die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit
durch die Vertiefungen zu erhöhen.
In diesem Fall variiert jedoch der Querschnittsbereich des
Kühlwassermantels stark, was erhöhten Widerstand gegen die
Flüssigkeitsströmung und eine erhöhte Belastung der die Kühl
flüssigkeit zirkulierenden Wasserpumpe verursacht.
Da der Zylinderblock im allgemeinen aus einer Gußeisenkon
struktion besteht, wird außerdem die Dicke des Einsatzes, der
während dem Gießprozeß zum Bilden des Kanals verwendet wird,
kleiner an Punkten, bei denen der Querschnitt des Kanals eine
große Veränderung erfährt. Die Festigkeit des Einsatzes neigt
daher dazu, unzureichend zu sein, und macht das Gießen
schwierig.
Das Hauptziel der Erfindung besteht deshalb darin, das Zylin
derkühlungsverhalten zu verbessern, ohne wesentliche Änderun
gen an der Kanalquerschnittsfläche vorzunehmen.
Um das genannte Ziel zu erreichen, schafft die Erfindung
einen flüssigkeitsgekühlten Motorzylinderblock mit einer
Mehrzahl von Zylindern, die in Reihe angeordnet sind, wobei
die Zylinder gebildet werden durch Zylinderwände, bei denen
benachbarte Zylinderwände miteinander verbunden sind, und mit
einem Kühlwassermantel, der durch eine Kühlwassermantelwand
gebildet wird, welche den äußeren Umkreis der Zylinderwände
derart überdeckt, daß ein Kanal für Kühlflüssigkeit gebildet
wird durch die Kühlwassermantelwand und die Zylinderwände in
der zu den Achsen der Zylinder senkrechten Richtung. Der Zy
linderblock umfaßt ferner eine Führungsrippe, die wirksam bei
der Seite des Zentrums eines Zylinders innerhalb des Kanals
so vorgesehen ist, daß sie einen Strom der Kühlflüssigkeit
vertikal aufteilt. Die Führungsrippe umfaßt zwei Führungs
glieder, die sich in Aufwärts- und Abwärtsrichtung von ihren
Stromaufenden erstrecken, welche in einer im wesentlichen
zentralen Position in der vertikalen Breite des Kanals gele
gen sind.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Führungsrippe eine
V-Gestalt auf, deren Spitze durch die Stromaufenden der Füh
rungsglieder gebildet wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist die Führungs
rippe eine Bogengestalt auf, wobei die Zentren des Bogens
durch die Stromaufenden der Führungsglieder gebildet werden.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Füh
rungsrippe in einem einstückigen Aufbau mit der Kühlwasser
mantelwand ausgebildet, und es besteht ein Zwischenraum zwi
schen der Führungsrippe und der Zylinderwand.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist zwischen
den Stromaufenden der Führungsglieder eine Öffnung vorgese
hen, durch die Kühlflüssigkeit passieren kann.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung sind die Füh
rungsglieder zu einer Bogengestalt in der Aufwärts- und Ab
wärtsrichtung gebogen.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Zylin
derblock durch Gießen gebildet, ein Schlackenabstichloch ist
in der Kühlwassermantelwand vorgesehen, und eine Führungs
rippe ist in einem einstückigen Aufbau ausgebildet mit einem
Stöpsel, der das Loch abdichtet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines Zy
linderblocks gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine horizontale Schnittansicht des Zylinderblocks;
Fig. 3 eine Schnittansicht des Zylinderblocks entlang der
Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht des Zylinderblocks entlang der
Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Teiles eines Kühlflüssigkeitskanals gemäß dem Er
findung, welche die Strömungsgeschwindigkeitsver
teilung und die Wärmeübertragungsgeschwindigkeits
verteilung der Kühlflüssigkeit zeigt;
Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht, welche aber die
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und die Wärme
übertragungsgeschwindigkeitsverteilung der Kühl
flüssigkeit zeigt, wenn eine kleinere Führungsrippe
verwendet wird;
Fig. 7 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht, welche aber die
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und die Wärme
übertragungsgeschwindigkeitsverteilung der Kühl
flüssigkeit mit einer bogenförmigen Führungsrippe
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Zylinderblocks gemäß
einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine Schnittansicht des Zylinderblocks entlang der
Linie 9-9 in Fig. 8;
Fig. 10 eine Schnittansicht eines Zylinderblocks gemäß
einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines Stöpsels und
einer Führungsrippe gemäß der vierten Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 12 eine Schnittansicht eines Zylinderblocks gemäß
einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 13 eine vertikale Schnittansicht des Zylinderblocks;
Fig. 14 eine Seitenansicht einer Führungsrippe gemäß der
fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15 eine Seitenansicht einer Führungsrippe gemäß einer
sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 16 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Teiles eines herkömmlichen Kühlflüssigkeitskanals,
welche die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und
die Wärmeübertragungsgeschwindigkeitsverteilung der
Kühlflüssigkeit zeigt; und
Fig. 17 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Teiles eines anderen herkömmlichen Kühlflüssig
keitskanals, welche die Strömungsgeschwindigkeits
verteilung und die Wärmeübertragungsgeschwindig
keitsverteilung der Kühlflüssigkeit zeigt.
Wie in Fig. 2 der Zeichnung gezeigt, ist ein Zylinderblock 1
mit vier Zylindern versehen, die in Reihe angeordnet und in
kleinen Abständen voneinander beabstandet sind. Eine Zylin
derwand 2, die jeden Zylinder bildet, weist eine zylindrische
Gestalt auf. Um die Gesamtlänge so weit wie möglich zu ver
mindern, ist die Zylinderwand 2 jedes Zylinders mit dem be
nachbarten Zylinder so verbunden, daß ein "siamesischer" Zy
linderblock gebildet wird. Eine Vertiefung 6, welche in
Gestalt einer vertikalen Auskehlung oder Rinne geformt ist,
wird außerhalb einer Verbindungsstelle 7 zwischen jeder Zy
linderwand 2 und einer benachbarten Zylinderwand 2 gebildet.
Der Zylinderblock 1 umfaßt einen Kühlwassermantel 3, der eine
Kühlflüssigkeit um jede Zylinderwand 2 herum zirkuliert. Der
Kühlwassermantel 3 weist eine Wand 4 im wesentlichen parallel
zu der Zylinderwand 2 auf, wobei ein Kanal zum Zirkulieren
von Kühlflüssigkeit zwischen der Wand 4 und der Zylinderwand
2 gebildet wird. Der Vertikalschnitt dieses Kanals nimmt da
her aufgrund der Ausbauchung der durch die Vertiefungen 6
verbundenen Zylinderwände 2 die Form von Bögen an.
Der Kühlwassermantel 3 umfaßt einen Einlaß 5 und einen Auslaß
9, wie in Fig. 3 gezeigt, und in Fig. 1 gezeigte Führungs
rippen 10 sind innerhalb des Kanals des Kühlwassermantels 3
vorgesehen. Die Führungsrippen 10 sind neben dem mittleren
Teil des Zylinders gelegen und weisen einen V-förmigen Quer
schnitt auf, wobei die Spitze, bei der die beiden Seiten 12,
13 des "V" einander treffen, ein Stromaufende 11 bilden, und
die Enden der beiden Seiten 12, 13 Stromabenden 12a, 13a bil
den. Die Führungsrippen 10 sind in einem einstückigen Aufbau
mit der Zylinderwand 2 und der Wand 4 gegossen.
Kühlflüssigkeit von einer nicht gezeigten Wasserpumpe strömt
von dem Einlaß 5 aus in den Kühlwassermantel 3, wird außer
halb des Zylinderblocks 1 von dem Auslaß 9 abgegeben über den
Kanal zwischen der Zylinderwand 2 und der Wand 4, und wird
über einen nicht gezeigten Kühler rezirkuliert.
Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, wird der Kühlflüssig
keitsstrom in dem Kühlwassermantel 3 durch die Führungsrippen
10 aufgeteilt in einen oberen Teil und einen unteren Teil,
wobei die beiden Stromteile sich in der Nähe der Vertiefungen
6 vereinigen und ein Teil des Stromes ein Paar Wirbelbecken
zwischen den Führungsrippen 10 und den Vertiefungen 6 bildet.
Fig. 5a zeigt Simulationsdaten, welche die Strömungsge
schwindigkeit von Kühlflüssigkeit analysieren, die in dem
Kühlwassermantel 3 strömt. Aus den Daten ist zu ersehen, daß
aufgrund der Wirbelbeckenströmung, die in der Kühlflüssigkeit
durch die Führungsrippen 10 verursacht wird, die Strömungsge
schwindigkeit der in den Vertiefungen 6 strömenden Kühlflüs
sigkeit erhöht wird.
Fig. 5b zeigt Simulationsdaten, welche die Wärmeübertra
gungsgeschwindigkeit innerhalb des Kühlwassermantels 3 analy
sieren. Aus den Daten ist zu ersehen, daß die Wärmeabstrah
lung von den Vertiefungen 6 zu der Kühlflüssigkeit durch Vor
sehen der Führungsrippen 10 gefördert wird. Diese Zunahme ab
gestrahlter Wärme von den Vertiefungen 6 zu der Kühlflüssig
keit verhindert, daß die Temperatur der Verbindungsstellen 7
der Zylinderwände 2 über die anderer Teile steigt, und macht
die Temperaturverteilung der Zylinderwände 2 gleichförmig.
Die Fig. 6a und 6b zeigen Simulationsdaten, welche die
Strömungsgeschwindigkeit und die Wärmeübertragungsgeschwin
digkeit analysieren in dem Fall, in dem die Führungsrippen 10
kleiner ausgeführt sind. Für die Strömungsgeschwindigkeit und
die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit in den oberen und unte
ren Teilen der Vertiefungen 6 besteht die Neigung, aufgrund
der geringeren Größe der Führungsrippen 10 abzunehmen.
In dem Zylinderblock 1 gemäß der Erfindung ist die in Fig. 4
gezeigte Kanalweite L₁ des Kühlwassermantels 3 nicht in der
Mitte entlang seiner Länge vermindert. Daher besteht kein er
höhter Strömungswiderstand, keine Notwendigkeit, die Dicke
des Einsatzes, der den Kühlwassermantel 3 während dem Gießen
des Zylinderblocks 1 bildet, örtlich zu vermindern, folglich
keine Spannungskonzentration in einem Teil des Einsatzes wäh
rend dem Gießen.
Die Fig. 7a und 7b zeigen eine zweite Ausführungsform der
Erfindung, die bogenförmige Führungsrippen 17 verwendet. Ge
mäß dieser Ausführungsform wird ebenfalls eine Wirbelbecken
strömung in der gekühlten Flüssigkeit verursacht, und da die
Strömungsgeschwindigkeit der gekühlten Flüssigkeit in den
Vertiefungen 6 erhöht ist, wird die Wärmeabstrahlung aus den
Vertiefungen 6 gefördert.
Fig. 17 zeigt Simulationsdaten, welche die Strömungsge
schwindigkeit und die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit für
Führungsrippen 18 analysieren, die in der Gestalt von Säulen
anders als in der Erfindung geformt sind. In diesem Fall
zeigt sich, daß die Strömungsgeschwindigkeit der durch die
Vertiefungen 6 strömenden Kühlflüssigkeit nicht erhöht wird,
da keine Wirbelbeckenströmung durch die Führungsrippen 18 in
der Kühlflüssigkeit verursacht wird, und die Wärmeabstrahlung
von den Vertiefungen 6 zu der Kühlflüssigkeit nicht verbes
sert wird. Eine Konstruktion, in der säulenförmige Glieder in
dem Kühlwassermantel vorgesehen sind, ist offenbart in Jikkai
Sho 56-101442, veröffentlicht vom Japanischen Patentamt in
1981, obwohl diese Konstruktion nicht dafür vorgesehen ist,
die Wärmeabstrahlung zu verbessern, sondern Vibration zu ver
meiden.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine dritte Ausführungsform der
Erfindung. Hier sind V-förmige Führungsrippen 20 nur mit der
Kühlwassermantelwand 4 verbunden, wobei Zwischenräume 21 zwi
schen den Führungsrippen 20 und den Zylinderwänden 2 vorgese
hen sind. Aufgrund dieses Aufbaus werden die Zylinderwände 2,
die zu den Führungsrippen 20 hinweisen, während dem Gießen
nicht zu sehr gekühlt, so daß das Gießen des Zylinderblocks 1
leichter gemacht wird.
Die Fig. 10 und 11 zeigen eine vierte Ausführungsform der
Erfindung, wobei sie eine Führungsrippe 27 in einem Stöpsel
26 zum Abdichten eines Schlackenabstichlochs 25 in der Wand 4
des Kühlwassermantels 3 zeigen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Führungsrippe 27 vorge
sehen werden, ohne eine Abwandlung an dem Einsatz vorzuneh
men, der zum Bilden des Kühlwassermantels 3 verwendet wird.
Die Fig. 12 bis 14 zeigen eine fünfte Ausführungsform der
Erfindung. In dieser Ausführungsform gezeigte Führungsrippen
30 weisen eine Gestalt auf, bei der die Stromaufkante der
Führungsrippen 10 in der ersten Ausführungsform abgeschnitten
worden ist. Anders ausgedrückt bestehen die Führungsrippen 30
aus einer oberen Seite 32 und einer unteren Seite 33, die in
der Aufwärts- bzw. Abwärtsrichtung geneigt sind, und die sym
metrisch angeordnet sind, wobei eine Öffnung 31 in der Strom
aufkante beibehalten wird. Die obere Seite 32 und die untere
Seite 33 sind mit der Zylinderwand 2 sowie mit der Wand 4 des
Kühlwassermantels 3 verbunden und werden in einem einstücki
gen Aufbau mit dem Zylinderblock 1 gegossen.
Gemäß dieser Ausführungsform strömt Kühlflüssigkeit durch die
Öffnung 31 in dem Mittelteil der Führungsrippe 30, also ist
eine geringere Veränderung in der Querschnittsfläche des
Kühlwassermantels 3 vorhanden. Anders ausgedrückt ist, wie in
Fig. 14 gezeigt, die Breite des Strömungsweges vermindert
durch die Breite des oberen Seite 32 und der unteren Seite
33, wo die Führungsrippen 30 vorgesehen sind, im Vergleich zu
der Breite A₁, wo die Führungsrippen 30 nicht vorgesehen
sind. Die Breite bei dem Stromaufende beträgt A₂+A₃+A₄, bei
dem Stromabende dagegen A₅+A₆+A₇, welche beide nicht sehr
verschieden sind von A₁. Folglich besteht keine große Verän
derung in der Querschnittsfläche des Kühlwassermantels 3, und
der Widerstand gegen die Strömung von Kühlflüssigkeit wird
klein gehalten.
Fig. 15 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung,
die Führungsrippen 40 verwendet, welche durch Biegen der obe
ren Seite 42 und der unteren Seite 43 zu einer Bogengestalt
geformt sind. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Kühl
flüssigkeit eine stärkere Strömungsgeschwindigkeitskomponente
in der Aufwärts/Abwärtsrichtung auf entlang der oberen Seite
42 und der unteren Seite 43, wie durch den Pfeil in der Figur
gezeigt. Eine starke Wirbelbeckenwirkung wird deshalb hinter
den Führungsrippen 40 erzeugt, das heißt in der Nähe der Ver
tiefungen 6.
Claims (7)
1. Flüssigkeitsgekühlter Motorzylinderblock (1) mit einer
Mehrzahl von Zylindern, die in Reihe angeordnet sind, wobei
die Zylinder gebildet werden durch Zylinderwände (2), bei
denen benachbarte Zylinderwände (2) miteinander verbunden
sind, und mit einem Kühlwassermantel (3), der durch eine
Kühlwassermantelwand (4) gebildet wird, welche den äußeren
Umkreis der Zylinderwände (2) derart überdeckt, daß ein Kanal
für Kühlflüssigkeit gebildet wird durch die Kühlwassermantel
wand (4) und die Zylinderwände (2) in der zu den Achsen der
Zylinder senkrechten Richtung, gekennzeichnet durch
eine Führungsrippe (10, 17, 20, 27, 31, 40), die wirksam bei
der Seite des Zentrums eines Zylinders innerhalb des Kanals
so vorgesehen ist, daß sie einen Strom der Kühlflüssigkeit
vertikal aufteilt, wobei die Führungsrippe (10, 17, 20, 27, 31,
40) zwei Führungsglieder (12, 13, 32, 33, 42, 43) umfaßt, die sich
in Aufwärts- und Abwärtsrichtung von ihren Stromaufenden er
strecken, welche in einer im wesentlichen zentralen Position
in der vertikalen Breite des Kanals gelegen sind.
2. Motorzylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Führungsrippe (10) eine V-Gestalt aufweist, wo
bei die Spitze (11) durch die Stromaufenden der Führungsrip
pen (12, 13) gebildet wird.
3. Motorzylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Führungsrippe (17) eine Bogengestalt aufweist,
wobei die Zentren des Bogens durch die Stromaufenden der Füh
rungsrippen (12, 13) gebildet werden.
4. Motorzylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Führungsrippe (20) in einem einstückigen Aufbau
mit der Kühlwassermantelwand (4) ausgebildet ist und ein Zwi
schenraum (21) zwischen der Führungsrippe (20) und der Zylin
derwand (2) vorhanden ist.
5. Motorzylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß eine Öffnung (31) zwischen den Stromaufenden der
Führungsglieder (32, 33) vorgesehen ist, durch die Kühlflüs
sigkeit passieren kann.
6. Motorzylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Führungsglieder (42, 43) zu einer Bogengestalt in
der Aufwärts- und Abwärtsrichtung gebogen sind.
7. Motorzylinderblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Zylinderblock (1) durch Gießen gebildet ist, ein
Schlackenabstichloch (25) in der Kühlwassermantelwand (4)
vorgesehen ist und eine Führungsrippe (27) in einem einstüc
kigen Aufbau ausgebildet ist mit einem Stöpsel (26), der das
Loch (25) abdichtet.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120901 |