INTERNAL-COMBUSTION ENGINE WITH AT LEAST ONE LIQUID COOLED CYLINDER

Abstract: 1. An internal combustion engine having at least one oil-cooled cylinder (2') and a cylinder tube (2) inserted into the crank-case and resting thereon, a cooling chamber (8) being provided between the cylinder tube (2) and an outer housing (4), through which chamber oil is conveyed in the operation of the internal combustion engine and which chamber comprises an oil inflow (5) and an oil outflow (6), characterised in that at least a part of the cylinder tube (2) is provided with a cooling plate (3) formed as a heat transmission element which is laid upon the cylinder tube surface, which has no channels, ribs or grooves arranged on the cylinder tube (2), and is firmly connected with the cylinder tube surface by soldering or equivalently-acting technological methods.

Description: Brennkraftmaschine mit zumindest einem flu-ssigkeits gekuhlten Zylinder Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder, wobei zwischen Zylinderrohr und einem äusseren Gehäuse ein Kühlraum vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszufluss und einen Flüssigkeitsabfluss hat. In der DE-GM 498 613 wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern beschrieben, wobei hier das Motorschmieröl als Kühlflüssigkeit benutzt wird. Zwischen Zylinderrohr und Gehäuse befindet sich ein Kühlraum, durch den im Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Motor schmieröl gefördert wird und der sich in Richtung vom zylinderkopf zur Kubelwelle hin in Bezug auf die Zylinderrohrachse in radialer Richtung stetig mit dem Abstand zum Zylinderkopf vergrössert. Um die Kühlung des Zylinderrohrs zu verbessern, ist im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Zylinderrohrs zur Vergrösserung seiner Aussenfläche mit Umfangsnuten versehen. Dadurch ist der Wärmeübergang vom Zylinderrohr an das Kühlöl verbessert. Die Umfangsnuten müssen, da das Zylinderrohr aus einem besonders gehärtetem Stahl besteht, in speziellen Maschinen auf das Zylinderrohr gebracht werden. Dies ist ein schwieriger und zeitaufwendiger Vorgang, der besonders ausgebildetes Personal erfordert. Nachteilig an dieser Anordnung ist demnach der grosse bauliche Aufwand, der zudem noch nicht die erwünschte Ober flachenvergrösserung des Zylinderrohrs bewirkt. Aufgabe der Erfindung ist, ein in der industriellen Ölküh- lerfertigung hergestelltes Bauteil, welches einen guten Wärmekontakt und damit Wärmeübergang zwischen Zylinderrohr und Kühlflüssigkeit herstellt, mit baulich einfachen Mitteln, ohne Vergrösserung des Kühlraums, in die Brennkraftmaschine zu integrieren. Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Brennkraftmaschine durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Eine Kühllamelle ist hier allgemein als Oberbegriff verstanden, der nicht Rillen, Rippen oder Nuten beschreibt, sondern ein eigenes Wärmeübertragungselement darstellt, welches in den Kühlraum auf ein glattes oder verripptes Zylinderrohr aufgelegt wird. Dadurch, dass zumindest ein Teil des Zylinderrohrs mit einer Kühllamelle versehen ist, die mit der Zylinderrohrober fläche fest verbunden ist, wird die wärmeabgebende Oberfläche des Zylinderrohrs vergrossert. An diesen Stellen kann dadurch die Kühlflüssigkeit schneller Wärme aufnehmen, wodurch die Kühlung verbessert ist. Die feste Verbindung der Kühllamelle mit der Zylinderrohroberfläche kann durch Löten oder andere technologische Verfahren vorgenommen werden. Gemäss der Erfindung ist in einer Ausgestaltung die Zylinderrohroberfläche vollständig von der Kühllamelle bedeckt. Dadurch ist eine bessere Kühlung des gesamten Zylinderrohrs erreicht. Eine bessere Kühlung wird zusätzlich durch eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur der Kühllamelle erreicht. Füllt die Kühl lamelle den Kühlraum in Bezug auf das Zylinder rohr in radialer Richtung vollständig aus, muss die Kühllamelle mindestens einen den Flüssigkeitszufluss mit dem Flüssigkeitsabfluss verbindenden Kanal haben. In einer Ausführungsform haben der Kanal bzw. die Kanäle einen schraubenförmigen Verlauf um das Zylinderrohr. Vorteilhaft kann es sein, wenn der Kanal bzw. die Kanäle durch Offnun- gen in der Kühllamelle gebildet sind. In bevorzugter Ausführung hat die Struktur der Kühllamelle eine Wärmeübertragungsflächendichte von etwa 1500 bis 2000 m2/m3 und ist aus mäanderförmigen, periodisch geformten Streifenabschnitten derart gebildet, dass die Streifenabschnitte an den Längsseiten teilweise zusammenhängen und dass ausgehend von einem Streifenabschnitt alle übernächsten Streifenabschnitte identisch angeordnet sind und der darauffolgende und der vorhergehende Streifenabschnitt um jeweils einen Bruchteil der periodischen Struktur in die gleiche Richtung verschoben sind. Derartige Kühllamellen werden in der industriellen blküh- lerfertigung kostengünstig hergestellt. Die hohe Wärme übertragungsflächendichte bewirkt eine erhebliche Steigerung des übertragenen Wärmestroms und wird bei kleinen Abmessungen der Kühllamelle erreicht, so dass die gegebene Grösse des Kühlraums nicht vergrössert werden muss, d. h. bei vorgegebenem Zyl inder abstand können unverändert die maximal möglichen Zylinderbohrungen untergebracht werden. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen, die schematisch im Schnitt drei Ausführungsformen der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt: Fig. 1 im Schnitt einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Kühllamelle, die den Kühlraum vollständig ausfüllt, Fig. 2 im Schnitt einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einer Kühllamelle, die den Kühlraum in radialer Richtung vollständig ausfüllt bis auf je einen Spalt im Bereich des Flüssigkeitszufluss und -abfluss zwischen Kühllamelle und Gehäuse, Fig. 3 im Schnitt eine Ansicht auf eine Kühllamelle, Fig. 4 eine optimierte Kühllamelle a)in Draufsicht b) in Ansicht c) in perspektivischer Darstellung. Fig. 1 zeigt ein Zylinderrohr 2, welches in ein Gehäuse 4 eingelassen ist. Zwischen dem Zylinderrohr und dem Gehäuse befindet sich ein ringförmiger Kühlraum 8, der an seiner dem Zylinderkopf zugewandten Seite einen Kühlflüssigkeitszufluss 5 oder alternativ einen Kühlflüssigkeitsabfluss 6' und an seiner dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite einen Kühlflüssigkeitsabfluss 6 bzw. einen Kühlflüssigkeitszufluss 5' hat. Ein Bund 1 im oberen Bereich des Zylinderrohrs 2 bewirkt eine Versteifung desselben, fixiert die axiale Lage des Zylinderrohrs 2 im Gehäuse 4 und dichtet den Kühlraum 8 nach aussen ab. Der Kühlraum 8 ist bis auf einen als Kühlflüssigkeitszufuhr und als Kühlfüssigkeitsabfuhr dienenden Ringspalt 7, 7' mit einer Kühllamelle vollständig ausgefüllt. Als Kühlflüssigkeit ist in besonderer Ausführung das Motorschmier öl anzusehen, welches in dieser Anordnung den Kühlraum demnach in axialer Richtung durchströmt. Vorteilhafterweise ist die Kühllamelle 3 an der Zylinderrohroberfläche angelötet. Die Kühllamelle stellt durch ihre grosse Oberfläche einen guten Wärmeübergang zwischen Kühlflüssigkeit und Zylinderrohr her. Verstärkt wird die Kühlung noch, wenn die Kühllamelle die gesamte Zylinderrohroberfläche bedeckt und eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur hat. Ist der Kühlraum, wie in Fig. 1 zu sehen, in radialer Richtung vollständig mit der Kühllamelle ausgefüllt, muss die Kühllamelle mindestens einen den Flüssigkeitszufluss 5 mit dem Flüssigkeitsabfluss 6 verbindenden Kanal haben. Dieser Kanal bzw. die Kanänle können einen schraubenförmigen Verlauf (in Fig. 1 mit 10 angedeutet) um das Zylinderrohr herum haben oder, wie in Fig. 3 dargestellt, durch uffnungen 9 in der Kühllamelle gebildet sein. In Fig. 2 ist der Kühlraum 8 mit der Kühllamelle in radia ler Richtung vollständig ausgefüllt bis auf je einen Spalt 15 im Bereich des Flüssigkeitszufluss und -abfluss zwischen Kühllamelle und Gehäuse. Der Kühlmittelzufluss 5 ist zum Kühlmittelabfluss 6 um 180 versetzt auf gleicher Höhe im Gehäuse angeordnet und führt in den Bereich des Kühl raums 8, der nicht von der Kühllamelle 3 ausgefüllt ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Kühlflüssigkeit den Kühlraum und damit die Kühllamelle radial durchströmt. Die in Fig. 4 dargestellte optimierte Kühllamelle 3 ist aus einzelnen Streifenabschnitten 11, die z.B. aus Blech bestehen können, gebildet. Die Streifenabschnitte sind in ihrer Längsrichtung gleichmässig mäanderförmig gewellt, so dass ein in Ansicht (Fig. 4b) etwa sinusförmiger, abgeflachter Wellenzug in Form eines Rechtecksignals gebildet ist. Die Periode P dieses Wellenzuges wiederholt sich gleichmässig. An die Längsseite 12 eines ersten Streifenabschnitts schliesst mit seiner zugewandten Längsseite ein benachbarter Streifenabschnitt an, der in Längsrichtung um eine Viertelperiode (P/4) versetzt angeordnet ist. Es kann auch sinnvoll sein, wenn der obengenannte benachbarte Streifenabschnitt in Längsrichtung um einen anderen Bruch- teil der Periode versetzt angeordnet ist. Auf diese Weise bilden eine Vielzahl von Streifenabschnitten eine Kühl lamelle gemäss Fig. 4a, wobei - ausgehend von dem ersten Streifenabschnitt lla - jeder dritte (llc), fünfte (lle), siebente (llg) etc. Streifenabschnitt eine mit dem ersten Streifenabschnitt in Ansicht deckungsgleiche Lage haben, während die dazwischen angeordneten zweiten (leib), vierten (lld), sechsten (llf) etc. Streifenabschnitte deckungsgleich zueinander liegen und in diesem Beispiel um eine Viertelperiode (P/4) in Längsrichtung gegenüber den Streifenabschnitten lla, llc, Ile, llg etc. versetzt sind. Durch diesen Aufbau der Kühllamelle 3 sind Kanäle 13 gebildet, die in Strömungsrichtung 14 der Kühlflüssigkeit liegen. Dadurch ist der Strömungswiderstand für die Kühlflüssigkeit gering. Ausserdem wird durch die zahlreichen uffnungen und Verbindungen zwischen den Kanälen 13 eine gute Verwirbelung und Turbulenz innerhalb der Strömung der Kühlflüssigkeit erreicht. Zweckmässigerweise ist die Kühllamelle einteilig gefertigt, vorzugsweise durch Stanzen oder Walzen. Im Betrieb gemäss Fig. 1 wird die Kühlflüssigkeit, speziell das Motorschmieröl, über den Flüssigkeitszufluss 5 in den Ringkanal 7 gepumpt. Von dort aus fliesst es durch die Kühllamelle 3. Durch die dadurch vergrösserte Oberfläche des Zylinderrohrs 2 kann die Kühlflüssigkeit die Wärme besser aufnehmen und verlässt nach Durchlaufen der Kühllamellen über einen weiteren Ringkanal und den Flüssigkeitsabfluss 6 den Zylinder.

Claims: Patentansprüche 1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssig keitsgekühlten Zylinder (2'), wobei zwischen Zylinderrohr (2) und einem äusseren Gehäuse (4) ein Kühlraum (8) vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszufluss (5) und einen Flüssigkeitsabfluss (6) hat, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Zylinderrohrs mit einer Kühllamelle (3) versehen ist, die mit der Zylinderrohroberfläche fest verbunden ist. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllamelle (3) die gesamte Zylinderrohroberfläche bedeckt. 3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllamelle (3) eine die Kühlflüssigkeitsströmung in Turbulenz versetzende Struktur hat. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllamelle (3) den Kühlraum (8) in radialer Richtung vollständig ausfüllt und dass sich in der Kühllamelle mindestens ein den Flüssigkeitszufluss (5) mit dem Flüssigkeitsabfluss (6) verbindender Kanal befindet. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal bzw. die Kanäle einen schraubenförmigen Verlauf um das Zylinderrohr (2) herum bilden. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal bzw. die Kanäle durch Uffnungen (9) in den Kühllamellen (3) gebildet sind. 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Kühllamelle (3) eine Wärmeübertragungsflächendichte von etwa 1500 bis 2000 m2/m3 hat und aus mäanderförmigen, periodisch geformten Streifenabschnitten (11) derart besteht, dass die Streifenabschnitte an den Längsseiten (12) teilweise zusammenhängen und dass ausgehend von einem Streifenabschnitt alle übernächsten Streifenabschnitte identisch angeordnet sind und der darauffolgende und der vorhergehende Streifenabschnitt um jeweils einen Bruchteil der periodischen Struktur in die gleiche Richtung verschoben sind.

Inventors: LEUPOLD, GUNTER, LICHTBLAU, LEO, Leupold, Günter
Applicants: KLOCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: F02F1
IPC codes: F02F1, F01P9