DE69206756T2

DE69206756T2 - Brennkraftmaschine mit verbessertem Kühlkreislauf

Info

Publication number: DE69206756T2
Application number: DE69206756T
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Goetti; Hans Rudolf Jenni; Urs Wenger
Original assignee: SMH Management Services AG
Current assignee: Swatch Group Management Services AG
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-17
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2012-10-18
Also published as: CA2081804A1; ES2083643T3; DE69206756D1; FR2683263A1; FR2683263B1; US5357910A; CA2081804C; EP0539815B1; JPH05215009A; JP3366673B2; EP0539815A1; ATE131577T1

Description

Die vorliegende Erfindung hat einen Brennkraftmotor zum Gegenstand, dessen verbesserter Kühlflüssigkeitskreislauf ermöglicht, in Richtung optimaler Funktionsbedingungen zu tendieren unter daraus resultierender sehr deutlicher Herabsetzung des Anteils an Schadstoffen in dem Abgas.
Um den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern und den verschmutzenden Charakter von Brennstoffmotoren zu verringern, hat sich die Forschung gleichzeitig in Richtung Verbesserung der internen Funktion des Motors wie auch in Richtung der Behandlung von Abgasen orientiert, hauptsächlich durch thermische oder katalytische Nachverbrennung. Um einen geringen Gehalt an Schadstoffen zu erhalten, ist es sehr häufig erforderlich, auf zwei Typen der Verbesserung in der gleichen technischen Realisierung zurückzugreifen.
Die vorliegende Erfindung gehört zur ersten Kategorie von Verbesserungen, indem auf dem Niveau der Kühlflüssigkeitszirkulation eingewirkt wird: Um einen optimalen thermischen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es nämlich wichtig, eine gleichmäßige Betriebstemperatur an jedem Punkt des Motors aufrechtzuerhalten. Bei den gegenwärtig bekannten Motoren jedoch und insbesondere auf Reihenzylindermotoren zirkuliert die Kühlflüssigkeit parallel zur Kurbelwellenachse und, allgemeiner ausgedrückt, in der Ausfluchtung der Zylinder in dem Raum, der sich zwischen den Zylindern und dem Zylinderblock befindet (Fig. 1 und 2). Unabhängig von den vorgesehenen Verbesserungen (Beschleunigung, Überdruck, Kühlflüssigkeitszusammensetzung usw.) gibt es immer einen Temperaturgradienten zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Kühlflüssigkeit und demgemäß eine Temperatur in der Verbrennungskammer des ersten Zylinders, die abweicht von jener des letzten Zylinders. Da darüberhinaus die Kühlflüssigkeit nicht immer den gleichen Strömungsquerschnitt hat, werden notwendigerweise zwischen dem Zylinderblock und den Zylindern Tubulenzzonen erzeugt, welche Quellen heißer Punkte sind, die nachteilige für die optimale Funktion des Motors sind.
Das Dokument FR 2 323 020 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung, bei der die Kühlflüssigkeit eingelassen und danach abgeführt wird in einer Richtung, die generell senkrecht ist zur Ausfluchtungsebene der Zylinder, deren ringförmige Ausnehmung um jede Zylinderbüchse jedoch mittels mindestens einer Rippe abgeschottet ist, die mit einer Kommunikationsöffnung versehen ist, vorgesehen zum Erzeugen einer Turbulenz des Kühlfluids in Höhe des Sitzes des Auslaßventils.
Gemäß der Erfindung hat man die vorgenannten Nachteile dank den Merkmalen des Anspruchs 1 beheben können und unter Realisierung eines Zylinderblocks und seines Zylinderkopfes einerseits derart, daß die Kühlflüssigkeit senkrecht zur Ausfluchtungsebene des Zylinder zirkuliert, wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen sich auf derselben Seite des Motors - vorzugsweise auf der Einlaßseite - befinden, wobei die Auslaßöffnungen ferner einen kleineren Querschnitt aufweisen als die Einlaßöffnungen, um einen leichten Überdruck zu erzeugen, und andererseits derart, daß die Kühlflüssigkeit um die Zylinder in einem Raum gleichförmigen Querschnitts zirkuliert, wobei der Ubergang von dem Zylinderblock zum Zylinderkopf über Schlote erfolgt, wobei jene, die zwischen dem Zylinderblock und dem Kragen des Schlots ausgearbeitet sind, einen Querschnitt haben, der auf der Einlaß-/Auslaßseite der Kühlflüssigkeit kleiner ist relativ zu jenen, die gegenüberliegen.
Die Verbesserungen gemäß der Erfindung finden Anwendung in allen Motortypen, unabhängig von dem Funktionsmodus, der Anzahl und der Anordnung von Zylindern, dem Hubraum oder dem verwendeten Kraftstoff.
Um die Erfindung besser zu verstehen und deutlicher ihre anderen Ziele, Charakteristiken, Details und Vorteile erkennen zu lassen, betrifft die nachstehende Beschreibung, die nur als nicht beschränkendes Beispiel zu verstehen ist, einen Viertakt-Zweizylinderreihenmotor mit nasser Zylinderbüchse von 250 cm³ und mit Benzin betrieben.
Es zeigen in den beigefügten Zeichnungen:
- die Fig. 1 und 2 das Prinzipschema der Kühlflüssigkeitszirkulation in einem herkömmlichen Motor;
- die Fig. 3 und 4 das Prinzipschema der Kühlflüssigkeitszirkulation in einem Motor gemäß der Erfindung;
- die Fig. 5 eine Frontansicht des vollständigen Motors in Richtung des Pfeiles V der Fig. 6;
- die Fig. 6 eine Seitenansicht des vollständigen Motors in Richtung des Pfeiles VI der Fig. 5;
- die Fig. 7 eine schematische perspektivische Explosionsansicht des Motors, beschränkt auf den Zylinderblock und die Zylinderbüchsen nach Linie VII-VII der Fig. 5;
- die Fig. 8 eine Draufsicht auf den Motorblock nach Linie VIII-VIII der Fig. 6, wobei die beiden Zylinderbüchsen in Höhe des Kragens geschnitten sind;
- die Fig. 9 den abgewinkelten Schnitt nach Linie IX-IX des Zylinderblocks und der Zylinderbüchse der Fig. 8 in dem unteren Teil und nach Linie XV-XC in dem oberen Teil;
- die Fig. 10 eine Ansicht von unten des Zylinderkopfes nach Linie X-X der Fig. 6 oder 11;
- die Fig. 11 eine Seitenansicht des Zylinderkopfes gemäß Pfeil XI-XI der Fig. 10;
- die Fig. 12 den Schnitt des Zylinderkopfes der Fig. 10 nach Linie XII-XII;
- die Fig. 13 einen abgewinkelten Schnitt der Fig. 11 nach Linie XIII-XIII;
- die Fig. 14 einen abgewinkelten Schnitt der Fig. 11 nach Linie XIV-XIV;
- die Fig. 15 schließlich durch Zusammenfügen der in Fig. 9 und 13 wiedergegebenen Schnitte die Zirkulation der Kühlflüssigkeit in dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf.
In allen vorstehend aufgezählten Figuren repräsentieren die horizontal unterbrochen schraffierten Partien die Kühlflüssigkeit und die Pfeile ohne Bezugszeichen die Zirkulationsrichtung dieser Flüssigkeit. Generell ist der Zylinderblock mit 1 bezeichnet und der Zylinderkopf mit 2. Die anderen Partien des Motors, die nicht direkt die Erfindung betreffen (Ölwanne, ölfilter, Kolben, Lenker, Riemenscheiben usw.) sind entweder nicht dargestellt oder nicht mit Bezugszeichen versehen.
Der Zylinderblock 1 und Zylinderkopf 2, in denen die Zirkulation der Kühlflüssigkeit erfolgt, sind mittels Montagestiften 26 positioniert, die in Löcher 38, eingearbeitet in den Zylinderkopf 1, eingreifen, und gefügt mittels entsprechender Mittel, wie Befestigungsschrauben, die in Löcher 20 eingreifen. In den Fig. 5 und 6 sind die Zufuhrleitung 3 und Auslaßleitung 5 der Kühlflüssigkeit gezeigt, welche Leitungen mittels Befestigungslaschen 8 und Schrauben 9 am Zylinderblock 1 festgelegt sind sowie durch eine Lasche 12 und eine Befestigungsschraube 13 an dem Zylinderkopf; die Pfeile repräsentieren den Haupteinlaß 4 der Kühlflüssigkeit und ihren Hauptauslaß 7.
Aus Fig. 6 ergibt sich gleichermaßen, daß die Leitungen 3 und 5 auf derselben Seite des Motors positioniert sind wie die Einlaßöffnungen 15 des Verbrennungsgemisches. In Fig. 6 ist auch gestrichelt die Einlaßöffnung 16 und Auslaßöffnung 18 der Kühlflüssigkeit wiedergegeben: Dies läßt entsprechend dem Prinzipschema 4 erkennen, daß die Auslaßöffnung einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als jener der Einlaßöffnung.
Die Fig. 7, die eine perspektivische Explosionsdarstellung wiedergibt, dient dazu, besser den Zirkulationsmodus des Wassers gemäß der Erfindung zu verstehen wie auch die Ansichten und Schnitte der folgenden Figuren. Neben den bereits beschriebenen Elementen dienen die Löcher 10 zur Befestigung der Laschen 8. Auf der ebenen Oberfläche des Zylinderblockes 1 erscheinen die Kommunikationsschlote zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf, wobei die Schlote 22 auf der Einlaß-/Auslaßseite der Kühlflüssigkeit einen Querschnitt haben, der kleiner ist als der von 24, die gegenüberliegen. Diese Differenz erscheint noch deutlicher in Fig. 8 oder in Fig. 10, wo die Kommunikationsöffnungen 23 und 25 wiedergegeben sind, die in den Zylinderkopf gegenüber den Schloten 22 und 24 des Zylinderblocks eingearbeitet ist. Diese Querschnittsdifferenz ermöglicht, die Zirkulation der Kühlflüssigkeit in die ringförmige Ausnehmung 34 zu zwingen, vor dem Durchtritt in die Zirkulationskanäle 36 des Zylinderkopfes.
Die Fig. 7 läßt auch erkennen, daß die Zylinderbüchsen 28, welche obere Krägen 30 und untere Krägen 31 besitzen, auf denen Abplattungen 32 und 33 vorgesehen sind, welche die Festlegung der Büchsen gegen Drehung ermöglichen.
Neben den bereits erwähnten Elementen ermöglichen die Fig. 8 und 9 das Verständnis der Kühlflüssigkeitszirkulation im Zylinderblock 1, ausgehend vom Einlaß 26 bis zu den Schloten 22 und 24, in Kommunikation mit den Löchern 23 bzw. 25 des Zylinderkopfes 2, der in Fig. 10 in Ansicht von unten dargestellt ist.
Die Fig. 10 zeigt auch die Zirkulationskanäle 36 der Kühlflüssigkeit zwischen den verschiedenen Partien, die in den Zylinderkopf eingearbeitet sind für die Ventilsitze 43 und die Kerzeneinsenkungen 44.
Die Fig. 11, die gestrichelt die Abgasöffnungen 40 erkennen läßt auf der Seite gegenüber den Auslaßöffnungen 18 der Kühlflüssigkeit, ermöglicht ein besseres Verständnis der Schnitte, die in Fig. 13 und 14 wiedergegeben sind, welche, vervollständigt durch den Schnitt der Fig. 12, die Zirkulation der Kühlflüssigkeit in den Kanälen 36 des Zylinderkopfes 2 illustrieren.
Schließlich zeigt die Fig. 15, konstituiert durch Zusammenfügen der Fig. 9 und 13, eine Synthese der vorstehenden detaillierten Erläuterungen, indem sie die Kühlflüssigkeitszirkulation im Zylinderblock 1 und dem Zylinderkopf 2 senkrecht zur Ausfluchtung der Zylinder, ausgehend von der Einlaßöffnung 16, durch die ringförmige Ausnehmung 34 der Zylinderbüchse 28, danach durch die Kommunikationsschlote 22-23 und 24-25 zum schließlichen Passieren in die Zirkulationskanäle 36 bis zur Auslaßöffnung 18 zeigt, die sich auf derselben Seite des Motors befindet wie die Einlaßöffnung 16, jedoch mit einem kleineren Durchmesser.
In diesem detaillierten Beispiel sind die Einlässe und Auslässe der Kühlflüssigkeit auf der Seite des Brennstoffgemischeinlasses angeordnet. Es ist gleichermaßen möglich, wobei man im Rahmen der Erfindung bleibt, einen Motor zu realisieren mit Kühlflüssigkeitseinlässen und -auslässen auf der Seite der Abgasrohre. Gleichermaßen bleibt es im Rahmen der Erfindung, daß es möglich ist, Motoren herzustellen mit mehr als zwei Zylindern und/oder einem Hubraum von mehr als 250 cm³ oder auch bei Zweitaktmotoren oder Motoren mit einem Brennstoff, der nicht Benzin ist.
Das Kühlsystem gemäß der Erfindung wird demgemäß in jedem Fall ermöglichen, einen Gewinn an Wirkungsgrad und/oder Brennstoffverbrauch zu erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erhält man den vorgenannten Gewinn wie auch eine Verringerung des Schadstoffanteils in den Abgasen, indem man den Motor mit konstanter Drehzahl drehen läßt.
Die Motoren gemäß der Erfindung, sei es als Hauptmotor oder als Hilfsmotor, finden ihre Anwendung in allen Typen von Maschinen, wie Kraftfahrzeugen, und beim Antrieb aller Arten von Maschinen, wie Pumpen oder Generatoren für elektrischen Strom.

Claims

1. Brennkraftmotor, der von einer unter leichtem Überdruck stehenden Flüssigkeit gekühlt ist, mit einem Zylinderblock (1), einem Zylinderkopf (2), mindestens zwei Zylindern und Mitteln für die Zirkulation der Kühlflüssigkeit zwischen Einlaßöffnungen (16) und Auslaßöffnungen (18), umfassend ringförmige Ausnehmungen (34) von benachbarten Zylindern, die miteinander kommunizieren und um jede Zylinderbüchse (28) ausgearbeitet sind, sowie Schlote (22, 24), die in den Zylinderblock eingearbeitet sind, in Kommunikation mit Schloten (23, 25), die in den Zylinderkopf eingearbeitet sind, welche Schlote (23, 25) ihrerseits in Kommunikation stehen mit Zirkulationskanälen (36), die in den Zylinderkopf bis zu den Auslaßöffnungen (18) eingearbeitet sind, angeordnet auf derselben Seite des Motors wie die Einlaßöffnung (16), wobei die Einlaßund Auslaßöffnungen (16, 18) ihre Achsen im wesentlichen in der Symmetrieebene jeder ringförmigen Ausnehmung (34) mit einem im wesentlichen konstanten Querschnitt auf der gesamten Höhe der Büchse (28) senkrecht zur Ausfluchtungsebene der Zylinder haben.

2. Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (18) der Kühlflüssigkeit einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als jener der Einlaßöffnungen (16).

3. Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlote der Kommunikation zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf (22, 23), angeordnet auf der Einlaß/Auslaßseite der Kühlflüssigkeit, einen Querschnitt besitzen, der kleiner ist als der der gegenüberliegenden Schlote (24, 25).

4. Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zylinderbüchse einen oberen Kragen (30) und einen unteren Kragen (31) besitzt, der sich radial nach außen erstreckt, und daß jeder Kragen eine Abflachtung (32 und 33) aufweist, die mit der entsprechenden Abflachung der benachbarten Büchse die Büchse gegen Drehung blockiert.