EP0637680A1 - Flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0637680A1
EP0637680A1 EP94110166A EP94110166A EP0637680A1 EP 0637680 A1 EP0637680 A1 EP 0637680A1 EP 94110166 A EP94110166 A EP 94110166A EP 94110166 A EP94110166 A EP 94110166A EP 0637680 A1 EP0637680 A1 EP 0637680A1
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return
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Diethardt Winter
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
Mercedes Benz AG
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    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
    • F02F7/0012—Crankcases of V-engines

Definitions

  • the invention relates to a liquid-cooled multi-cylinder internal combustion engine according to the features specified in the preamble of claim 1.
  • Such an internal combustion engine is known from DE 42 06 920 Cl.
  • four longitudinal channels for the cooling water flow mean a high construction cost.
  • the last coolant space of each row of cylinders is flowed through by about half of the total amount of coolant, and the coolant spaces of the second row of cylinders are flowed through by coolant which has already absorbed heat in one or two other coolant spaces. This results in very different cooling of the individual cylinders.
  • the object of the invention is to achieve better, in particular more uniform, cooling of the individual cylinders in a liquid-cooled multi-cylinder internal combustion engine of the type mentioned at the outset.
  • the internal combustion engine designed according to the invention requires a total of only three longitudinal channels for the supply and return of the coolant.
  • Each coolant chamber is connected directly to the inlet and to a return channel without part of the coolant flowing through more than one coolant chamber.
  • the inlet channel can be equipped with a fairly large cross section, so that the pressure drop in it is extremely low. All of these measures promote the uniform distribution of the coolant to the individual coolant spaces and thus their equally strong cooling.
  • the design of the internal combustion engine according to claim 2 promotes in particular the cooling of parts arranged deep between the two rows of cylinders, such as valve drive elements or fuel injection pumps.
  • the cooling liquid in its entirety can leave it on each end face of the internal combustion engine in order to be cooled itself or to take on a further cooling task, for example for a retarder, without opening or Closing an outlet opening any changes to the cooling system of the internal combustion engine itself must be made.
  • Claim 5 specifies a space-saving and, in particular, the casting design of the internal combustion engine housing, which does not further stress the position of the transverse channel.
  • the embodiment according to claim 7 enables a bypassing of parts arranged in the space between the rows of cylinders, such as valve drive members and fuel injection pumps, as well as a guidance of the connecting channels, which promotes the cooling of these parts particularly strongly.
  • An schematically illustrated internal combustion engine 1 has a first row of cylinders 2 and a second row of cylinders 3, which are arranged in a V-shape with respect to one another, each of which comprises three cylinders 4, 5, 6, and 7, 8, 9, 9.
  • the cylinders 4 to 9 are surrounded by coolant spaces 10 to 15, which are each separated from the adjacent coolant spaces by partitions 16 to 19. Openings 43 provided on the lower edge thereof allow the coolant to flow out into the adjacent coolant space without a cross flow taking place during normal operation due to the small pressure differences explained below.
  • the front end face of the internal combustion engine 1 is covered by an end cover 20 completed, which covers a liquid-cooled oil cooler 21.
  • Cooling liquid is supplied via this oil cooler 21 to an inlet channel 22 which lies deep in the V space between the two cylinder rows 2, 3 and forms part of the internal combustion engine housing.
  • a separate connecting channel 23 to 28 branches off from this laterally to each coolant space 10 to 15.
  • the pressure drop in the inlet channel 22 is extremely low because of its large cross-section, so that all coolant spaces 10 to 15 are supplied with coolant completely uniformly independently of one another.
  • valve drive elements or fuel injection pumps (not shown) arranged between the cylinder rows 2, 3 (not shown) can be effectively cooled and kept at a uniform temperature level.
  • the connecting channels 23 to 28 can be angled so that connecting channels (e.g. 23 and 27) leading to two mutually staggered coolant spaces (e.g. 10 and 14) in the two rows of cylinders 2, 3 on the same Branch the length of the inlet channel 22 from the latter. Because of the low pressure drop in the inlet channel 22, a possible greater resistance in the connecting channels 23 to 28 is of no importance.
  • the coolant After flowing through the coolant spaces 10, 11, 12 and the associated cylinder heads of the first row of cylinders 2, the coolant is in a return channel 29 arranged near the inside of this row of cylinders 2 and, accordingly, another part of the coolant after flowing through the coolant spaces 13, 14, 15 and of the associated cylinder heads of the second row 3 of cylinders arranged in a second, close to the inside of this second row of cylinders 3 Return channel 30 collected.
  • the two return channels 29, 30, which form an integrated component of the internal combustion engine housing, are connected to one another by an external transverse channel 31 in the end cover 20, which is arranged above the oil cooler 21 and hydraulically separated from it.
  • a connection 32 is provided, to which the cooling liquid, as indicated by the arrows 33, flows in the same direction in the return channels 29, 30 and in the transverse channel 31 and from which the cooling liquid is discharged from the internal combustion engine 1, for example into one not shown cooler for recooling the coolant.
  • a further unit is to be cooled, for example a retarder (not shown)
  • a further connection 34 is provided on an end of the one return channel 30 facing away from the transverse channel 31, to which, when the connection 32 is closed, the cooling liquid flows in the opposite direction to one another Return channels 29, 30, as indicated by the dashed arrows 35, flows out.
  • the opening 36 of the connecting channel 26 lies in the coolant space 13 of the cylinder 7 in its lower and middle area, in particular in order to maintain a necessary distance from the return channel 30 arranged next to the upper area of the cylinder 7.
  • a separating ring 37 is provided in the coolant space 13 approximately in the middle thereof, which is provided with a recess 44 in the region of the orifice opening 36 and is in particular made in one piece with the internal combustion engine housing and which Coolant space 13 separates into an upper annular space 38 and a lower annular space 39.
  • the orifice opening 36 Although the major part of the orifice opening 36 is in the region of the lower annular space 39, a relatively small amount of cooling liquid flows into it only when in the Separating ring 37 is provided with a small recess 40 located on the side remote from the mouth opening 36. This allows the coolant to be drained from the upper annular space 39 and from the cylinder head 42 and reduces the turbulence in the lower annular space 39. In particular, however, the inflow of cooling liquid through the recess 40 into the lower area of the upper annular space 38, which is remote from the orifice 36, results in a dead water area being created in this area K.
  • cooling liquid flows from the upper annular space 38 into a cooling space in the cylinder head 42 via an opening 45 which is on the side remote from the orifice opening 36.
  • openings 41, 46 are provided, from which a smaller amount of cooling liquid flows into the cooling space of the cylinder head 42 and directly into the return duct 30.
  • the return flow from the cooling chamber of the cylinder head 42 into the return duct 30 is denoted by 47.

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Abstract

Bei einer flüssigkeitsgekühlten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine in V-Form ist jeder Zylinder (4-9) von einem gesonderten Kühlflüssigkeitsraum (10-15) umgeben und sind ein Zulaufkanal (22) und zwei Rücklaufkanäle (29,30) an den Innenseiten der Zylinderreihen (2,3) zur Kühlflüssigkeitsführung vorgesehen. Um die Kühlung der einzelnen Zylinder (4-9) zu vergleichmäßigen, ist ein einziger Zulaufkanal (22) zwischen den beiden Zylinderreihen (2,3) angeordnet, der unmittelbar mit jedem einzelnen Kühlflüssigkeitsraum (10-15) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 42 06 920 Cl bekannt. Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine bedeuten vier Längskanäle für die Kühlwasserführung einen hohen Bauaufwand. Der letzte Kühlflüssigkeitsraum jeder Zylinderreihe wird von etwa der Hälfte der gesamten Kühlflüssigkeitsmenge durchströmt und die Kühlflüssigkeitsräume der zweiten Zylinderreihe werden von Kühlflüssigkeit durchströmt, die bereits in ein oder zwei anderen Kühlflüssigkeitsräumen Wärme aufgenommen hat. Daraus ergibt sich eine sehr unterschiedliche Kühlung der einzelnen Zylinder.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer flüssigkeitsgekühlten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit geringerem Bauaufwand eine bessere, insbesondere gleichmäßigere Kühlung der einzelnen Zylinder zu erreichen.
  • Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete Brennkraftmaschine benötigt für den Zu- und Rücklauf des Kühlmittels insgesamt nur drei Längskanäle. Jeder Kühlmittelraum ist unmittelbar an den Zulauf- und an einen Rücklaufkanal angeschlossen, ohne daß ein Teil des Kühlmittels mehr als einen Kühlmittelraum durchströmt. Der Zulaufkanal kann mit einem recht großen Querschnitt ausgestattet sein, so daß der Druckabfall in ihm äußerst gering ist. Alle diese Maßnahmen fördern die gleichmäßige Aufteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Kühlmittelräume und damit deren gleichstarke Kühlung.
  • Durch die Ausbildung der Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 2 wird insbesondere die Kühlung von tief zwischen den beiden Zylinderreihen angeordneten Teilen wie Ventilantriebsgliedern oder Kraftstoff-Einspritzpumpen gefördert.
  • Durch die Ausbildung der Brennkraftmaschine gemäß den Patentansprüchen 3 und 4 kann die Kühlflüssigkeit in ihrer Gesamtheit auf jeder Stirnseite der Brennkraftmaschine diese verlassen, um selber gekühlt zu werden oder eine weitere Kühlaufgabe, beispielsweise für einen Retarder, zu übernehmen, ohne daß bis auf das Öffnen oder Verschließen einer Austrittsöffnung irgendwelche Änderungen am Kühlsystem der Brennkraftmaschine selbst vorgenommen werden müssen.
  • Im Patentanspruch 5 ist eine platzsparende und insbesondere die gießtechnische Ausführung des Brennkraftmaschinengehäuses nicht weiter belastende Lage des Querkanals angegeben.
  • Im Patentanspruch 6 ist angegeben, wie die Kühlung im Kühlflüssigkeitsraum zumindest weitestgehend auf dessen oberen Bereich konzentriert werden kann, obwohl der Verbindungskanal zwischen dem Zulaufkanal und dem Kühlflüssigkeitsraum in dessen unteren und mittleren Bereich mündet, um einen ausreichenden Abstand des Verbindungskanals zum benachbarten Rücklaufkanal mit ausreichender Festigkeit des Brennkraftmaschinengehäuses in diesem Bereich zu erhalten.
  • Die Ausführung gemäß dem Patentanspruch 7 ermöglicht ein Umgehen von im Zwischenraum zwischen den Zylinderreihen angeordneten Teilen wie Ventilantriebsgliedern und Kraftstoffeinspritzpumpen sowie eine Führung der Verbindungskanäle, die die Kühlung dieser Teile besonders stark fördert.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig.1
    eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen in schematischer Darstellung und
    Fig. 2
    einen Querschnitt nach der Linie II-II durch die Brennkraftmaschine der Fig. 1 in schematischer Form.
  • Eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 hat eine erste Zylinderreihe 2 und eine zweite Zylinderreihe 3, die in V-Form zueinander angeordnet sind, von denen jede drei Zylinder 4,5,6 bzw. 7,8,9 umfaßt. Die Zylinder 4 bis 9 sind von Kühlflüssigkeitsräumen 10 bis 15 umgeben, die jeweils von den benachbarten Kühlflüssigkeitsräumen durch Trennwände 16 bis 19 getrennt sind. An deren unterem Rand vorgesehene Öffnungen 43 ermöglichen beim Ablassen der Kühlflüssigkeit ein Ausfließen in den benachbarten Kühlflüssigkeitsraum, ohne daß bei normalem Betrieb infolge der nachfolgend erläuterten geringen Druckunterschiede eine Querströmung stattfindet. Die vordere Stirnseite der Brennkraftmaschine 1 wird von einem Stirndeckel 20 abgeschlossen, der einen flüssigkeitsgekühlten Ölkühler 21 abdeckt. Über diesen Ölkühler 21 wird Kühlflüssigkeit einem tief im V-Raum zwischen den beiden Zylinderreihen 2,3 liegenden, einen Teil des Brennkraftmaschinengehäuses bildenden Zulaufkanal 22 zugeführt. Von diesem zweigt seitlich zu jedem Kühlflüssigkeitsraum 10 bis 15 ein gesonderter Verbindungskanal 23 bis 28 ab. Der Druckabfall im Zulaufkanal 22 ist wegen seines großen Querschnitts äußerst gering, so daß alle Kühlflüssigkeitsräume 10 bis 15 unabhängig voneinander völlig gleichmäßig mit Kühlflüssigkeit versorgt werden. Außerdem können mit Hilfe der im Zulaufkanal 22 und den Verbindungskanälen 23 bis 28 strömenden Kühlflüssigkeit zwischen den Zylinderreihen 2,3 angeordnete Ventilantriebsglieder oder Kraftstoff-Einspritzpumpen (nicht dargestellt) wirksam gekühlt und auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau gehalten werden.
  • Um derartige Maschinenteile zu umgehen, können die Verbindungskanäle 23 bis 28 abgewinckelt ausgeführt sein, so daß Verbindungskanäle (z.B. 23 und 27), die zu zwei zueinander versetzt angeordneten Kühlflüssigkeitsräumen (z.B. 10 und 14) in den beiden Zylinderreihen 2,3 führen, auf derselben Länge des Zulaufskanals 22 von diesem abzweigen. Wegen des geringen Druckabfalls im Zulaufkanal 22 ist ein möglicher größerer Widerstand in den Verbindungskanälen 23 bis 28 ohne Bedeutung.
  • Nach dem Durchströmen der Kühlflüssigkeitsräume 10,11,12 und der zugehörigen Zylinderköpfe der ersten Zylinderreihe 2 wird die Kühlflüssigkeit in einem nahe der Innenseite dieser Zylinderreihe 2 angeordneten Rücklaufkanal 29 und entsprechend ein anderer Teil der Kühlflüssigkeit nach dem Durchströmen der Kühlflüssigkeitsräume 13,14,15 und der zugehörigen Zylinderköpfe der zweiten Zylinderreihe 3 in einem zweiten, nahe der Innenseite dieser zweiten Zylinderreihe 3 angeordneten Rücklaufkanal 30 gesammelt. Die beiden einen integrierten Bestandteil des Brennkraftmaschinengehäuses bildenden Rücklaufkanäle 29,30 sind durch einen außenliegenden Querkanal 31 im Stirndeckel 20 miteinander verbunden, der oberhalb des Ölkühlers 21 und von diesem hydraulisch getrennt angeordnet ist. Am Querkanal 31 ist ein Anschluß 32 vorgesehen, zu dem die Kühlflüssigkeit, wie durch die Pfeile 33 angedeutet, gleichgerichtet in den Rücklaufkanälen 29,30 sowie im Querkanal 31 hinströmt und von dem aus die Kühlflüssigkeit aus der Brennkraftmaschine 1 ausgeleitet wird, beispielsweise in einen nicht dargestelltem Kühler zur Rückkühlung der Kühlflüssigkeit. Soll dagegen noch ein weiteres Aggregat gekühlt werden, beispielsweise ein nicht dargestellter Retarder, so ist an einem dem Querkanal 31 abgewandten Ende des einen Rücklaufkanals 30 ein weiterer Anschluß 34 vorgesehen, zu dem, bei verschlossenem Anschluß 32, die Kühlflüssigkeit bei zueinander entgegengesetzter Strömung in den Rücklaufkanälen 29,30, wie durch die gestrichelt dargestellten Pfeile 35 angedeutet, hinströmt.
  • Wie in Fig. 2 näher dargestellt, liegt die Mündungsöffnung 36 des Verbindungskanals 26 in den Kühlflüssigkeitsraum 13 des Zylinders 7 in dessen unteren und mittleren Bereich, insbesondere um einen notwendigen Abstand zum neben dem oberen Bereich des Zylinders 7 angeordneten Rücklaufkanal 30 einzuhalten. Um dennoch ausschließlich oder zumindest ganz überwiegend den oberen Teil des Zylinders 7 zu kühlen, ist im Kühlflüssigkeitsraum 13 etwa in dessen Mitte ein mit einer Ausnehmung 44 im Bereich der Mündungsöffnung 36 versehener Trennring 37 eingesetzt, der insbesondere mit dem Brennkraftmaschinengehäuse einteilig ausgeführt ist und der den Kühlflüssigkeitsraum 13 in einen oberen Ringraum 38 und einen unteren Ringraum 39 trennt. Obwohl der größte Teil der Mündungsöffnung 36 im Bereich des unteren Ringraumes 39 liegt, strömt in diesen nur dann eine verhältnismäßig kleine Menge Kühlflüssigkeit ein, wenn im Trennring 37 eine kleine, auf der der Mündungsöffnung 36 entlegenen Seite gelegene Ausnehmung 40 vorgesehen ist. Dadurch wird ein Ablassen der Kühlflüssigkeit aus dem oberen Ringraum 39 und aus dem Zylinderkopf 42 ermöglicht sowie die Turbulenz im unteren Ringraum 39 vermindert. Insbesondere wird jedoch durch das Einströmen von Kühlflüssigkeit durch die Ausnehmung 40 in den unteren, von der Mündungsöffnung 36 abgelegenen Bereich des oberen Ringraumes 38 erreicht, daß in diesen Bereich K ein Totwassergebiet entsteht. Der größte Teil der Kühlflüssigkeit fließt aus dem oberen Ringraum 38 in einen Kühlraum dem Zylinderkopfes 42 über eine Öffnung 45, die auf der der Mündungsöffnung 36 abgelegenen Seite liegt. Um ein Totwassergebiet im oberen, von der Öffnung 45 abgelegenen Bereich des oberen Ringraumes 38 zu vermeiden, sind Öffnungen 41,46 vorgesehen, von denen aus eine kleinere Menge Kühlflüssigkeit in den Kühlraum des Zylinderkopfes 42 und unmittelbar in den Rücklaufkanal 30 strömt. Der Rückfluß aus dem Kühlraum des Zylinderkopfes 42 in den Rücklaufkanal 30 ist mit 47 bezeichnet.

Claims (9)

  1. Flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Zylinderreihe, insbesondere in V-Anordnung, bei der jeder Zylinder von einem gesonderten Kühlflüssigkeitsraum umgeben ist und bei der ein Zulaufkanal zur Zuführung von Kühlflüssigkeit zu den einzelnen Kühlflüssigkeitsräumen und zwei Rücklaufkanäle an den Innenseiten der Zylinderreihen zur Rückführung der Kühlflüssigkeit von den einzelnen Kühlflüssigkeitsräumen vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nur ein einziger Zulaufkanal (22) vorgesehen ist, der im Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderreihen (2,3) angeordnet ist, und daß jeder Kühlflüssigkeitsraum (10 bis 15) unabhängig von einem anderen Kühlflüssigkeitsraum (10 bis 15) mit dem Zulaufkanal (22) verbunden ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Zulaufkanal (22) tiefer angeordnet ist als die beiden Rücklaufkanäle (29,30).
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden Rücklaufkanäle (29,30) an einer Stirnseite der Brennkraftmaschine (1) durch einen außen angebrachten Querkanal (31) miteinander verbunden sind, daß die Kühlflüssigkeit in den beiden Rücklaufkanälen (29,30) gleichgerichtet zum Querkanal (31) strömt und daß an diesem ein Anschluß (32) zum Ausleiten der Kühlflüssigkeit aus dem Brennkraftmaschinen-Gehäuse angeordnet ist.
  4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden Rücklaufkanäle (29,30) an einer Stirnseite der Brennkraftmaschine (1) durch einen außen angebrachten Querkanal (31) miteinander verbunden sind, daß die Kühlflüssigkeit in dem einen Rücklaufkanal (29) zum Querkanal (31) und im anderen Rücklaufkanal (30) vom Querkanal (31) weg zu einem an seinem dem Querkanal (31) abgewandten Ende angeordneten Anschluß (34) zum Zuleiten der Kühlflüssigkeit zu einem zu kühlenden Aggregat strömt.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Querkanal (31) innerhalb eines die Stirnseite der Brennkraftmaschine (1) abschließenden Stirndeckels (20) verläuft, der den unterhalb des Querkanals (31) liegenden Zulaufkanal (22) auf seiner Einströmseite stirnseitig abdeckt.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Verbindungskanal (23 bis 28) zwischen dem Zulaufkanal (22) und einem Kühlflüssigkeitsraum (10 bis 15) in diesen mit einer in seinem unteren und mittleren Bereich liegenden Mündungsöffnung (36) mündet, daß der Kühlflüssigkeitsraum (10 bis 15) durch einen im oberen Bereich der Mündungsöffnung (36) liegenden Trennring (37) in einen oberen Ringraum (38), der mit einem Kühlraum im zugehörigen Zylinderkopf (42) kühlflüssigkeitsmäßig in Verbindung steht,und in einen unteren Ringraum (39) geteilt ist, der gegenüber dem oberen Ringraum (38) zumindest weitgehend kühlflüssigkeitsmäßig getrennt ist.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verbindungskanäle (23 bis 28) abgewinkelt ausgebildet sind.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Trennring (37) auf der der Mündungsöffnung (36) abgelegenen Seite eine Ausnehmung (40) vorgesehen ist.
  9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im der Öffnung (45) zum Kühlraum des Zylinderkopfes (42) abgelegenen oberen Bereich des oberen Ringraumes (38) eine weitere Öffnung (41 bzw. 46) unmittelbar in den Rücklaufkanal (30) und/oder in den Zylinderkopf (42) vorgesehen ist.
EP94110166A 1993-08-04 1994-06-30 Flüssigkeitsgekühlte Mehrzylinder-Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0637680B1 (de)

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EP0637680A1 true EP0637680A1 (de) 1995-02-08
EP0637680B1 EP0637680B1 (de) 1996-11-27

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