EP2623759A1 - Brennkraftmaschine mit zumindest drei Zylindern - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an internal combustion engine with at least three cylinders having the features of the preamble of patent claim 1.
- an internal combustion engine having at least two cylinders is known.
- the internal combustion engine has an inlet and an outlet side for the charge exchange, as well as a web region between the cylinders.
- the cylinder head and / or the crankcase of the internal combustion engine have on the inlet side a first and on the outlet side a second coolant channel oriented substantially parallel to a longitudinal axis of the internal combustion engine.
- the proposed internal combustion engine is characterized in that the first coolant channel in the web region is conductively guided by at least one bore to the second coolant channel coolant.
- Object of the present invention is to show a measure, such as an internal combustion engine with at least three cylinders in the direction of its longitudinal axis uniformly, d. H. can be cooled with a low temperature difference from land area to land area.
- the embodiment according to the invention achieves an extremely uniform temperature distribution along the longitudinal axis of the internal combustion engine from land area to land area.
- the roof area of the cylinder head is also cooled very evenly and efficiently. This supports the warm-up of the internal combustion engine and thus leads to an optimized lubricant transfer by excellent heat transfer from the hot zones of the cylinder head in lubricant leading structures of the base engine, whereby the friction power (power loss) is advantageously significantly reduced, which in turn leads to a significant fuel economy during warm-up leads.
- the embodiment according to claim 4 is a particularly advantageous embodiment.
- the coolant supply can be reduced by the cylinder head or completely turned off during warm-up, which in particular for the warm-up of the engine, as already shown above, is advantageous.
- Fig. 1 schematically shows a vertical section through an internal combustion engine 1 according to the invention transversely to a longitudinal axis, not shown, with indicated by arrows coolant guide.
- the internal combustion engine 1 has at least three cylinders 2, 2 ', 2 ", shown in FIG Fig. 2 , arranged in a crankcase 12 in a row, on.
- the longitudinal axis is defined by the cylinders 2, 2 ', 2 "arranged in series (longitudinal axis) .
- the internal combustion engine 1 has a cylinder head 3 with an inlet 4 and an outlet 5, characterized by two directional arrows fresh combustion air into the cylinders 2, 2 ', 2 ", the exhaust gases are discharged on the outlet side 5 again.
- a web portion 6 is formed, which separates the cylinders 2, 2', 2" from each other.
- a first and a second, substantially parallel to the longitudinal axis of the internal combustion engine 1 aligned coolant channel 7, 8 are provided for a coolant.
- the first and the second coolant channels 7, 8 may also be formed together in the crankcase 12 or in the cylinder head 3 or in the crankcase 12 and in the cylinder head 3 or as separate, external coolant channels 7, 8.
- the first and the second coolant channel 7, 8 by at least one web bore 9, 9 ', in this case two V-holes per land area 6, leading coolant connected to each other.
- the cylinder head 3 can be traversed transversely and longitudinally to the longitudinal axis of the coolant, wherein more than 50% of the coolant flow through the cylinder head 3 transversely.
- coolant is conveyed from a coolant inlet channel 11 to the first coolant channel 7.
- the coolant as shown above, promoted by the cylinder head 3.
- the coolant flows through the web bores 9, 9 from the first coolant channel 7 to the second coolant channel 8. Starting from the second coolant channel 8, the coolant continues to flow to a coolant pump, not shown, of the internal combustion engine 1.
- the cylinder head of about 70% of the coolant is traversed transversely and about 30% longitudinally. So that according to the invention a uniform tempering of the internal combustion engine 1 takes place, the first coolant channel 7 is formed such that a flow cross section of the first coolant channel 7 becomes smaller in the flow direction of the coolant and a flow cross section of the second coolant channel 8 increases in the flow direction of the coolant. This is recognizable in Fig. 2 ,
- the first coolant channel 7 is arranged on the inlet side and the second coolant channel 8 on the outlet side.
- a mirrored arrangement is possible.
- the web bores 9, 9 ' are flowed through by the coolant from the inlet side 4 to the outlet side 5.
- the coolant from the inlet side 4 to the outlet side 5.
- a throttle element 10 may be provided for the coolant.
- the coolant flow through the cylinder head during the warm-up phase of the internal combustion engine 1 can be reduced completely or completely switched off, so that the fastest possible heating of the internal combustion engine 1 is possible.
- the internal friction of the internal combustion engine is significantly reduced, whereby the pollutant raw emissions lowered and the fuel consumption can be reduced.
- the inventive design of the coolant guide can also be provided for an internal combustion engine 1 of the V-type with two rows of cylinders.
- the outlet sides 5 of the two cylinder rows are preferably arranged within the V, ie between the cylinder heads 3.
- Fig. 2 shows a horizontal section through the internal combustion engine 1 with the schematically drawn, inventive coolant circuit.
- the coolant flows from the coolant inlet channel 11 into the first coolant channel 7 and from there mainly transversely through the cylinder head 3 and through the web bores 9, 9 '.
- the coolant is in this case conveyed into the second coolant channel 8 and from there further in the direction of the coolant pump, not shown.
- the rest of the coolant circuit is not considered here.
- the flow cross section of the first coolant channel 7 in the flow direction of the coolant becomes smaller and the flow cross section of the second coolant channel 8 larger in the flow direction of the coolant.
- This reduction or enlargement of the flow cross sections can be linear, or as in Fig. 2 shown, done in stages.
- the flow cross-section decreases or increases the flow cross-section of the first coolant channel 7 and the second coolant channel 8 corresponding to the four cylinders by 25%. With more or fewer cylinders for an internal combustion engine 1, however, this factor may differ according to the number of cylinders.
- the embodiment according to the invention thus ensures extremely homogeneous heating of the internal combustion engine 1.
- an optimized heating of the lubricant results from the heat transfer from hot zones of the cylinder head 3 into lubricant-carrying structures of the basic engine, which leads to a reduction in friction and thus fuel savings.
- All customer-relevant operating conditions, including the passenger compartment heating, are secured.
- secure component protection is achieved by directly addressing significant factors of internal combustion engine functional elements.
- the coolant flow rate through the cylinder head 3 is increased, in the form of a "cool head” and a "hot foot".
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest drei Zylindern mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 037 384 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern bekannt. Die Brennkraftmaschine weist eine Einlass- und eine Auslassseite für den Ladungswechsel, sowie einen Stegbereich zwischen den Zylindern auf. Der Zylinderkopf und/oder das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine weisen einlassseitig einen ersten und auslassseitig einen zweiten, weitgehend parallel zu einer Längsachse der Brennkraftmaschine ausgerichteten Kühlmittelkanal auf. Die vorgeschlagene Brennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelkanal im Stegbereich durch zumindest eine Bohrung mit dem zweiten Kühlmittelkanal Kühlmittel führend verbunden ist. - Durch die
DE 10 2005 037 384 A1 ist es zwar bekannt, wie der Stegbereich einer Brennkraftmaschine im Betrieb besonders gut gekühlt werden kann, jedoch offenbart diese Offenlegungsschrift nichts darüber, wie mehrere hintereinander in Reihe angeordnete Zylinder entlang der Längsachse der Brennkraftmaschine gleichmäßig, d. h. mit einer geringen Temperaturdifferenz von Stegbereich zu Stegbereich gekühlt werden können. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie eine Brennkraftmaschine mit zumindest drei Zylindern in Richtung ihrer Längsachse gleichmäßig, d. h. mit einer geringen Temperaturdifferenz von Stegbereich zu Stegbereich gekühlt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Pa- ' tentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine extrem gleichmäßige Temperaturverteilung entlang der Längsachse der Brennkraftmaschine von Stegbereich zu Stegbereich erzielt. Darüber hinaus wird der Dachbereich des Zylinderkopfes ebenfalls sehr gleichmäßig und effizient gekühlt. Dies unterstützt den Warmlauf der Brennkraftmaschine und führt somit zu einer optimierten Schmiermittelerwärmung durch einen hervorragenden Wärmetransfer aus den Heißzonen des Zylinderkopfes in Schmiermittel führende Strukturen des Grundmotors, wodurch die Reibleistung (Verlustleistung) in vorteilhafter Weise wesentlich reduziert wird, was wiederum zu einer deutlichen Kraftstoffersparnis im Warmlauf führt. - Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 hat sich in Versuchen als besonders vorteilhaft herausgestellt.
- Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 wird die größte Homogenisierung der Temperatur über die Längsachse der Brennkraftmaschine erzielt.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante.
- Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 kann während des Warmlaufes die Kühlmittelzufuhr durch den Zylinderkopf reduziert oder gänzlich ausgeschaltet werden, was insbesondere für den Warmlauf der Brennkraftmaschine, wie oben bereits dargestellt, von Vorteil ist.
- Die Ausführungsform gemäß der Patentansprüche 6 und 7 ist die Verwendung der Erfindung auch in einer Brennkraftmaschine der V-Bauart mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles.schematisch in zwei Figuren näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt schematisch einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine quer zu einer Längsachse, mit eingezeichneter Kühlmittelführung.
- Fig. 2
- zeigt schematisch einen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, mit eingezeichneter Kühlmittelführung.
- Im Folgenden gelten für gleiche Bauelemente in beiden Figuren die gleichen Bezugsziffern.
-
Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 quer zu einer nicht dargestellten Längsachse, mit durch Pfeile eingezeichneter Kühlmittelführung. Die Brennkraftmaschine 1 weist zumindest drei Zylinder 2, 2', 2", dargestellt inFig. 2 , in einem Kurbelgehäuse 12 in einer Reihe angeordnet, auf. Die Längsachse ist definiert durch die in Reihe (Längsachse) angeordneten Zylinder 2, 2', 2". Weiter weist die Brennkraftmaschine 1 einen Zylinderkopf 3 auf mit einer Einlass- 4 und einer Auslassseite 5, gekennzeichnet durch zwei Richtungspfeile. Auf der Einlassseite 4 strömt frische Verbrennungsluft in die Zylinder 2, 2', 2", die Abgase werden auf der Auslassseite 5 wieder abgeführt. Zwischen den Zylindern 2, 2', 2" ist jeweils vom Kurbelgehäuse 12 ein Stegbereich 6 ausgebildet, der die Zylinder 2, 2', 2" voneinander trennt. - Für das Kurbelgehäuse 12 sind ein erster und ein zweiter, weitgehend parallel zu der Längsachse der Brennkraftmaschine 1 ausgerichteter Kühlmittelkanal 7, 8 für ein Kühlmittel vorgesehen. In weiteren Ausführungsbeispielen können der erste und der zweite Kühlmittelkanal 7, 8 auch im Kurbelgehäuse 12 oder im Zylinderkopf 3 oder im Kurbelgehäuse 12 und im Zylinderkopf 3 gemeinsam oder auch als separate, außenliegende Kühlmittelkanäle 7, 8 ausgebildet sein. Weiter sind der erste und der zweite Kühlmittelkanal 7, 8 durch zumindest eine Stegbohrung 9, 9', im vorliegenden Fall zwei V-Bohrungen je Stegbereich 6, miteinander Kühlmittel führend verbunden.
- Desweiteren ist der Zylinderkopf 3 quer und längs zur Längsachse von dem Kühlmittel durchströmbar, wobei mehr als 50% des Kühlmittels den Zylinderkopf 3 quer durchströmen. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird Kühlmittel von einem Kühlmittelzulaufkanal 11 zum ersten Kühlmittelkanal 7 gefördert. Ausgehend vom ersten Kühlmittelkanal 7 wird das Kühlmittel, wie oben dargestellt, durch den Zylinderkopf 3 gefördert.
- Darüber hinaus strömt das Kühlmittel durch die Stegbohrungen 9, 9 vom ersten Kühlmittelkanal 7 zum zweiten Kühlmittelkanal 8. Ausgehend vom zweiten Kühlmittelkanal 8 strömt das Kühlmittel weiter zu einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine 1.
- In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Zylinderkopf von ca. 70% des Kühlmittels quer und zu ca. 30% längs durchströmt. Damit erfindungsgemäß eine gleichmäßige Temperierung der Brennkraftmaschine 1 erfolgt, ist der erste Kühlmittelkanal 7 derart ausgeformt, dass ein Strömungsquerschnitt des ersten Kühlmittelkanals 7 in Strömungsrichtung des Kühlmittels kleiner und ein Strömungsquerschnitt des zweiten Kühlmittelkanals 8 in Strömungsrichtung des Kühlmittels größer wird. Erkennbar ist dies in
Fig. 2 . - Desweiteren ist in diesem Ausführungsbeispiel der erste Kühlmittelkanal 7 einlassseitig und der zweite Kühlmittelkanal 8 auslassseitig angeordnet. Auch eine gespiegelte Anordnung ist möglich.
- Weiter kann durch die Stegbohrung 9, 9' und durch den Zylinderkopf 3 mindestens 50 % des insgesamt geförderten Kühlmittels quer zur Längsachse gefördert werden.
- In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Stegbohrungen 9, 9' von dem Kühlmittel von der Einlassseite 4 zur Auslassseite 5 durchströmt. Hierdurch wird eine äußerst homogene Temperierung der Brennkraftmaschine erzielt. Auch eine gegenläufige Durchströmung mit Kühlmittel ist möglich, jedoch nicht ganz so effizient.
- Desweiteren kann beispielsweise an dem Kühlmittelzulaufkanal 11, auf alle Fälle in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach der Kühlmittelpumpe und vor dem ersten Kühlmittelkanal 7, ein Drosselelement 10 für das Kühlmittel vorgesehen werden. Mit Hilfe dieses Drosselelementes 10 kann der Kühlmittelfluss durch den Zylinderkopf während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 1 reduziert öder vollständig abgeschaltet werden, so dass eine schnellstmögliche Erwärmung der Brennkraftmaschine 1 möglich ist. Durch diese Maßnahme wird die innere Reibung der Brennkraftmaschine deutlich reduziert, wodurch die Schadstoffrohemissionen gesenkt und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden.
- Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlmittelführung auch für eine Brennkraftmaschine 1 der V-Bauart mit zwei Zylinderreihen vorgesehen werden. Bevorzugt sind in diesem Ausführungsbeispiel die Auslassseiten 5 der zwei Zylinderreihen innerhalb des V, d. h. zwischen den Zylinderköpfen 3 angeordnet.
-
Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch die Brennkraftmaschine 1 mit dem schematisch eingezeichneten, erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf. Wie bereits beschrieben, strömt das Kühlmittel vom Kühlmittelzulaufkanal 11 in den ersten Kühlmittelkanal 7 und von dort hauptsächlich quer durch den Zylinderkopf 3 sowie durch die Stegbohrungen 9, 9'. Das Kühlmittel wird hierbei in den zweiten Kühlmittelkanal 8 gefördert und von dort weiter in Richtung der nicht dargestellten Kühlmittelpumpe. Der restliche Kühlmittelkreislauf wird hierbei nicht betrachtet. - Erfindungsgemäß wird der Strömungsquerschnitt des ersten Kühlmittelkanals 7 in Strömungsrichtung des Kühlmittels kleiner und der Strömungsquerschnitt des zweiten Kühlmittelkanals 8 in Strömungsrichtung des Kühlmittels größer. Diese Verringerung bzw. Vergrößerung der Strömungsquerschnitte kann linear, oder wie in
Fig. 2 dargestellt, in Stufen erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert sich der Strömungsquerschnitt bzw. vergrößert sich der Strömungsquerschnitt des ersten Kühlmittelkanals 7 und des zweiten Kühlmittelkanals 8 entsprechend der vier Zylinder um jeweils 25%. Bei mehr oder weniger Zylindern für eine Brennkraftmaschine 1 kann dieser Faktor jedoch entsprechend der Zylinderzahl abweichen. - Weiter weist die in den
Fig. 1 und2 dargestellte Brennkraftmaschine 1 je Steg 6 zwei Stegbohrungen 9, 9' auf, in anderen Ausführungsbeispielen kann auch nur eine einzige Stegbohrung 9 je Steg 6 vorgesehen sein. Anstelle einer Stegbohrung 9, 9' kann beispielsweise auch ein Schlitz vorgesehen werden. - Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird somit eine äußerst homogene Erwärmung der Brennkraftmaschine 1 gewährleistet. Während des Warmlaufes der Brennkraftmaschine 1 ergibt sich eine optimierte Schmiermittelerwärmung durch den Wärmetransfer aus Heißzonen des Zylinderkopfes 3 in schmiermittelführende Strukturen des Grundmotors, was zu einer Reibleistungsreduzierung und somit Kraftstoffersparnis führt. Weiter wird mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein bisher nicht genutztes Wärmepotential ausgereizt. Es werden alle kundenrelevanten Betriebszustände inklusive der Fahrgastraumheizung abgesichert. Weiter wird ein sicherer Bauteilschutz durch direktes Ansprechen signifikanter Faktoren der brennkraftmaschineninternen Funktionselemente erreicht. Schließlich wird der Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf 3 erhöht, in der Form, dass ein "kühler Kopf" und ein "heißer Fuß" vorliegen.
-
- 1.
- Brennkraftmaschine
- 2, 2', 2"
- Zylinder
- 3.
- Zylinderkopf
- 4.
- Einlassseite
- 5.
- Auslassseite
- 6.
- Stegbereich
- 7.
- erster Kühlmittelkanal
- 8.
- zweiter Kühlmittelkanal
- 9, 9'
- Stegbohrung
- 10.
- Drosselelement
- 11.
- Kühlmittelzulaufkanal
- 12.
- Kurbelgehäuse
Claims (7)
- Brennkraftmaschine (1) mit zumindest drei Zylindern (2, 2', 2") in Reihe in einem Kurbelgehäuse (12) und mit einem Zylinderkopf (3) mit einer Einlass- (4) und einer Auslassseite (5), sowie jeweils einem Stegbereich (6) zwischen den Zylindern (2, 2', 2"), wobei für den Zylinderkopf (3) und/oder das Kurbelgehäuse (12) ein erster und ein zweiter, weitgehend parallel zu einer Längsachse (1') der Brennkraftmaschine (1) angeordneter Kühlmittelkanal (7, 8) für ein Kühlmittel vorgesehen ist, wobei der erste und der zweite Kühlmittelkanal (7, 8) durch zumindest eine Stegbohrung (9, 9') mit einander Kühlmittel führend verbunden sind und wobei der Zylinderkopf (3) weitgehend quer und teilweise längs zur Längsachse (1') von dem Kühlmittel durchströmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt des ersten Kühlmittelkanals (7) in Strömungsrichtung des Kühlmittels kleiner und ein Strömungsquerschnitt des zweiten Kühlmittelkanals (8) in Strömungsrichtung des Kühlmittels größer wird. - Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelkanal (7) einlassseitig und der zweite Kühlmittelkanal (8) auslassseitig angeordnet ist. - Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stegbohrung (9, 9') und durch den Zylinderkopf (3) mindestens 50% des insgesamt geförderten Kühlmittels quer zur Längsachse (1') förderbar ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stegbohrung (9, 9') von dem Kühlmittel von der Einlassseite (4) zur Auslassseite (5) durchströmbar ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem Kühlmittelzufluss zu dem Zylinderkopf (3) ein Drosselelement (10) für das Kühlmittel vorgesehen ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) eine Brennkraftmaschine der V-Bauart mit zwei Zylinderreihen ist. - Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassseiten (5) der zwei Zylinderreihen im V angeordnet sind.
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