WATER-COOLED CYLINDER LINER

Abstract: 1. A liquid-cooled cylinder liner (13) for an internal combustion engine, the liner being arranged to be cooled by an annular cooling chamber (9) disposed between it and the engine casing (12), in which, when the engine is in operation, liquid is fed through the cooling chamber which is provided with an inlet, an outlet (11) - both for the liquid - and with cooling fins (10) arranged on the liner's (13) outer surface, characterized in that the fins (10) completely encircle the liner (13) circumferentially, are arranged adjacently along the cylinder's axial direction and have openings (19) for the passage of the liquid therethrough, the openings being arranged so as to provide a labyrinth-like path for the cooling liquid, that the wall of the liner is a thin one, and in that the fins rest radially against and transmit the ignition pressure to the engine casing (12).

Description: Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr Die Erfindung bezieht sich auf ein flüssigkeitsgekUhltes zylinderrohr für eine Brennkraftmaschine gemass Oberbegriff des Anspruchs 1. In dem DE-GM 498 613 wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern beschrieben, wobei hier das Motorschmieröl als Kühlflüssigkeit benutzt wird. Zwischen Zylinder rohr und Motorgehäuse befindet sich ein ringförmiger Kühlraum, durch den im Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Motorschmieröl gefördert wird und der sich in Richtung vom Zylinderkopf zur Kurbelwelle 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 Vergrö sserung seiner Aussenfläche mit Kühlrippen versehen. Der Flüssigkeitszufluss und Flüssigkeitsabfluss erfolgt je weils über einen an den beiden Enden des Kühlraums befindlichen Ringkanal, der mit dem Kühlraum in Verbindung steht. Der Flüssigkeitszufluss und Flüssigkeitsabfluss mündet in den jeweiligen Ringkanal. Die Kühlflüssigkeit durchströmt den Kühlraum in Richtung der Zylinderachse vom Kurbelgehäuse aus gesehen in Richtung Zylinderkopf. Nachteilig an dieser Anordnung ist die nicht ausreichende Kühlung gerade des am Zylinderkopf anliegenden Zylinderrohrendes und die damit verbundene temperaturbedingte Aufweitung desselben. Dadurch werden Kolbenkippgeräusche, Schadstoffemissionen und hoherer Kraft- und Schmierstoffverbrauch verursacht. Aufgabe dieser Erfindung ist es, auch thermisch hochbelastete Zylinderrohre hinreichend zu kühlen, um dadurch die temperaturbedingte Aufweitung des zum Zylinderkopf zeigenden Zylinderrohrendes zu verhindern. Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemässen Zylinderrohr durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Unter Kühlrippen sind durchgehende Erhebungen in Form von Rippen oder Zacken gemeint, die das Zylinderrohr vollständig in Umfangsrichtung umgeben. Weiterhin werden in der folgenden Beschreibung die Begriffe wobei und 1unten1 verwendet. Oben heisst in Richtung Zylinderkopf, und unten in Richtung Kurbelgehäuse. Dadurch, dass das Zylinderrohr dünnwandig ausgebildet ist und die Kühlrippen zünddruckübertragend radial am Motorgehäuse anliegen, das Zylinderrohr vollständig umgeben und axiale Flüssigkeitsdurchtritte haben, ist eine temperaturbedingte Aufweitung des oberen Zylinderrohrendes sowohl durch den guten Wärmeübergang vom Zylinderrohr über die Kühlrippen an die Flüssigkeit als auch durch die Einspannung des dünnwandigen Zylinderrohrs durch das Motorgehäuse vermieden. Ein im Betrieb der Brennkraftmaschine zylindrisch bleibendes Zylinderrohr ermöglicht kleine Warmspiele des Zylinderkolbens. Dadurch werden Kolbenkippgeräu- sche, thermische Belastung von Zylinderrohr und Zylinderkolben, Durchblasemenge und schädlicher Raum minimiert wodurch sowohl Geräusch- und Schadstoffemissionen als auch Kraft- und Schmierstoffverbrauch gesenkt sind. Da der Zünddruck über die Kühlrippen an das Motorgehäuse weitergegeben wird, ist das Zylinder rohr dünnwandig hergestellt und hat damit einen geringeren Wärmeleitwiderstand als ein dickeres, den Zünddruck tragendes Zylinderrohr. Die Dünnwandigkeit des Zylinderrohrs bewirkt, dass nur ein kleiner Temperaturgradient im Zylinderrohr auftritt; d. h. es steht ein grosser Temperaturunterschied zwischen Zylinderrohraussenwand und Kühlflüssigkeit zur Verfügung, wodurch die abführbare Wärmemenge gegenüber dickeren Zylinder rohre gesteigert ist und gleichzeitig die Temperatur der Zylinderrohrinnenwand herabgesetzt wird. Aufgrund der geringeren Wärmekapazität des dünnen Zylinderrohrs mit den zünddruckübertragenden Kühlrippen kann ein Kracken des Kühlöls oder ein Verlacken der kühlölbespülten Seite des Zylinderrohrs nach Abstellen des Motors aus der Vollast vermieden werden. Weiterhin ermöglicht die geringe Wandstärke des Zylinderrohrs in Verbindung mit dem druckaufnehmenden Motor gehäuse Gewicht zu sparen und damit eine kostengünstigere Fertigung. Zweckmässigerweise ist als Flüssigkeitszufluss ein Ringkanal im Zylinderkopf angeordnet, der aus einer zum Kühlraum offenen Ringnut besteht, die über dem Kühlraum des Zylinderrohrs liegt und etwa dessen radiale Breite besitzt. Der Flüssigkeitsabfluss ist vorteilhafterweise an der dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite des Kühlraums angeordnet. Um eine möglichst gute KUhlung zu erreichen, sollten die Kühlrippen so dimensioniert sein, dass die Temperatur der Aussenseite des Zylinderrohrs bis zur Kühlrippenspitze in etwa auf die Temperatur der Kühlflüssigkeit abgesenkt ist. Als Kühlflüssigkeit eignet sich besonders gut das Motorschmieröl. Damit die Kühlflüssigkeit die anfallende Verbrennungswärme auch gut aufnimmt, ist es zweckmässig, wenn die Flüssigkeitsdurchtritte so angeordnet sind, dass sich für die Kühlflüssigkeit ein labyrinthartiger Weg ergibt. Durch eine geeignete Wahl des labyrinthartigen Weges können einzelne Abschnitte des Zylinderrohrs verstärkt gekühlt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Flüssigkeitsdurchtritte in allen Kühlrippen in Bezug auf die zylinderrohrachse zueinander deckungsgleich angeordnet. Die unterhalb des Zylinderkopfes liegende oberste Rühlrip- pe hat weniger Flüssigkeitsdurchtritte als die Kühlrippen der anderen Ebenen. Dadurch wird eine labyrinthartige Strömungsführung der Kühlflüssigkeit am Zylinderrohr erreicht und damit eine verbesserte Kühlung. Eine optimale Kühlung der obersten Kühlrippe wird erreicht, wenn die Kühlflüssigkeit durch Eintrittsöffnungen, die zwischen den Flüssigkeitsdurchtritten der obersten Kühlrippe angeordnet sind, aus dem Zylinderkopf in die Ringnut eintritt. Der oberste dem Zylinderkopf zugewandte Abschnitt des Zylinderrohrs bedarf der intensivsten Kühlung. Deswegen ist es sinnvoll, nur diesen Abschnitt des Kühlraums mit Kühlrippen zu versehen und im anderen Abschnitt bis auf in axialer Richtung verlaufende Kühlkanäle flüssigkeitsundurchlässiges, durckfestes Material anzuordnen. Erfindungsgemäss ist vorteilhafterweise das Zylinderrohr mit Presssitz im Motorgehäuse eingesetzt, um den Zylinderinnendruck auf das Motor gehäuse zu übertragen. Zweckmässigerweise hat das Zylinderrohr an der dem Zylinderkopf zugewandten Seite ein bundfreies Ende und stützt sich an dem dem Kurbelgehäuse zugewandten Ende axial auf dem Motorgehäuse ab. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen, die schematisch im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigt: Fig. 1 im Schnitt einen Teil einer Brennkraftmaschine mit einem zwischen Zylinderrohr und Motorgehause be findlichen ringförmigen Kühlraum, in dem Kühlrippen angeordnet sind, Fig. 2 im Schnitt einen Ausschnitt des Zylinderkopfes und des angrenzenden Zylinderrohrs mit radialen Kühl rippen, die zünddruckübertragend am Motorgehäuse anliegen, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Zylinderrohr mit Kühlrippen in Axialrichtung gesehen, Fig. 4 einen Schnitt durch dieses Zylinderrohr nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt durch dieses Zylinderrohr nach der Linie V-V in Fig. 3, Fig. 6 eine Abwicklung dieses Zylinderrohrs mit Kühlrippen mit einem Teil des angrenzenden Zylinderkopfes. Fig. 1 zeigt ein Zylinderrohr 13, das in ein Motorgehäuse 12 zweckmässigerweise mit Presssitz eingelassen ist und sich auf dem Motor gehäuse 12 an der dem Kurbelgehäuse 14 zugewandten Ende abstützt. Zwischen dem Zylinderrohr 13 und dem Motorgehäuse ist ein ringförmiger Kühlraum 9 angeordnet, der zum Zylinderkopf 16 hin offen ist und dort einen als Ringnut 7 ausgebildeten Flüssigkeitszufluss hat, während der Flüssigkeitsabfluss 11 durch einen Schlitz zwischen Zylinderrohr und Motorgehäuse gebildet ist, der von der Abstützung 24 des Zylinderrohrs auf dem Motorgehäuse bis zum Kurbelgehäuse 14 führt. Unterhalb der Abstützung 24 in Richtung Kurbelgehäuse 14 ist die Zylinderrohrwand dünner als oberhalb der Abstützung. Die Differenz ist gerade diejenige Dicke des Zylinderrohrs, mit der sich dieses auf dem Motorgehäuse abstützt. An der Aussenwand des Zylinderrohrs sind Kühlrippen 10 angeordnet, die den Kühlraum 9 in radialer Richtung vollständig durchragen und radial am Motorgehäuse 12 anliegen. Diese Kühlrippen übertragen den Zünddruck beim Verbrennungsvorgang auf das Motorgehäuse. Das Zylinderrohr allein ohne Kühlrippen ist so dünnwandig, dass es den Zünddruck in radialer Richtung nicht aushält, sehr wohl jedoch die axial wirkende Dichtkraft des Zylinderkopfes 16. Wie eben beschrieben, stützt sich das Zylinderrohr auf dem Motorgehäuse ab. Es kann zweckmässig sein, wenn die Abstützbreite gleich der Kühlrippenbreite ist. Beim Einbau wird das dünnwandige Zylinderrohr mit seinen Kühlrippen von der Zylinderkopfseite her in das Motorgehäuse eingesetzt. Es kann auch sinnvoll sein, wenn sich das Zylinderrohr 13 mit den Kühlrippen 10 mit seiner gesamten Wandstärke auf dem Motorgehäuse abstützt. Bei dieser Anordnung wird die Dichtkraft des Zylinderkopfes ohne Biegemomente ins Motorgehäuse geleitet. Dabei tritt eine Fuge im Zylinderrohr auf, die jedoch unterhalb des unteren Umkehrpunkts des untersten Kolbenrings 15 liegt. Bei beiden Varianten der Abstützung wird das Zylinder rohr erst nach dem Einschrumpfen ins Motorgehäuse 12 gehont. Wenn sich das Zylinderrohr mit den Kühlrippen mit seiner gesamten Wandstärke auf dem Motorgehäuse abstützt, werden beim Honen Zylinderrohr und Motor gehäuse gemeinsam bearbeitet. Oberhalb des Zylinderrohrs und des Motorgehäuses befindet sichoder Zylinderkopf 16, der auf dem Motorgehäuse aufsitzt. Die Abdichtung zwischen Zylinderkopf 16 und Zylinder rohr 13 wird durch metallische Berührung der zu dichtenden Teile mit einem geringfügigen Vorstehen des Zylinderrohrs erreicht. Die Öldichtung nach aussen geschieht durch eine Dichtung 8. In der Fluchtlinie der Zylinderrohrachse 23 ist im Zylinderkopf 16 ein nicht eingezeichnetes Auslassventil mit seinem Ventilsitz 4 und einer Bohrung für den Ventilschaft 2 angeordnet. Ein Auslasskanal 3 führt vom Ventilsitz 4 bis an den Rand des Zylinderkopfes 16. Zwei Räume 1, in denen Kühlflüssigkeit geleitet wird, umgeben den Auslasskanal 3. Im Zylinderkopfboden 25 sind Kanäle 5 angeordnet, die von der Aussenseite des Zylinderkopfes bis dicht an den Ventilsitz 4 führen. Durch einen Stopfen 6 sind diese Kanäle 5 nach aussen abgedichtet. Oberhalb des ringförmigen Kühlraums 9 im Zylinderrohr, der zum Zylinderkopf hin offen ist, befindet sich eine zum Kühlraum hin offene Ringnut 7 im Zylinderkopf. Diese Ringnut steht mit den Kanälen 5 an vier Stellen durch Eintrittsöffnungen 17 flüssigkeitstragend in Verbindung, die sich aus den Verschneidungen der Kanäle 5 mit der Ringnut 7 ergeben (siehe Beschreibung Fig. 3 bis 6). Fig. 2 zeigt im Ausschnitt vergrössert den Zylinderkopfboden 25 mit dem Kanal 5 und der Ringnut 7, die oberhalb des Kühlraums 9 im Zylinderkopf 16 angeordnet ist und die sich im Zylinderrohr befindlichen Kühlrippen 10. Der Kanal 5 ist flüssigkeitstragend an vier Stellen mittels Eintritts öffnungen 17 mit der Ringnut 7 verbunden, die wiederum zum Kühlraum 9 hin offen ist. Im Kühlraum sind die Kühlrippen des Zylinderrohrs angeordnet. Diese durchragen den Kühlraum vollständig und liegen radial am Motorgehäuse 12 an und haben Flüssigkeitsdurchtritte 19. Es ist zweckmässig, wenn die Kühlrippen so dimensioniert sind, dass die Temperatur der Aussenseite des Zylinderrohrs bis zur Kühlrippenspitze 22 in etwa auf die Temperatur der Kühlflüssigkeit abgesenkt ist. In den Fig. 3 bis 6 ist eine vorteilhafte Anordnung der Flüssigkeitsdurchtritte 19 in den Kühlrippen 10 gezeigt. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Zylinderrohr mit Kühlrippen in Axialrichtung gesehen, Fig. 4 einen Schnitt durch dieses Zylinderrohr nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3 und Fig. 6 eine Abwicklung dieses Zylinderrohrs mit einem Teil des angrenzenden Zylinderkopfes. An vier Stellen gleichmässig auf dem Umfang verteilt sind die Eintrittsöffnungen 17 angebracht. Es kann auch zweckmässig sein, mehr oder weniger Eintrittsöffnungen vorzusehen. Die oberste zum Zylinderkopf gewandte Kühlrippe hat vier Flüssigkeitsdurchtritte, die zwischen den Eintritts öffnungen liegen. Wenn eine andere Anzahl Eintrittsöffnungen vorhanden ist, so ist auch die Anzahl der Flüssigkeitsdurchtritte in der obersten Kühlrippe dementsprechend und zwar so, dass immer ein Flüssigkeitsdurchtritt zwischen den Eintrittsöffnungen angeordnet ist. Diese Flüssigkeitsdurchtritte verlaufen axial bis zu einem Abschnitt des Kühlraums, der mit flüssigkeitsundurchlässigem, druckfestem Material 20 ausgefüllt ist. Vorteilhafterweise ist nur ein dem Zylinderkopf zugewandter Abschnitt des Zylinderrohrs mit Kühlrippen versehen, während im anderen Abschnitt bis auf in axialer Richtung verlaufende Kühlkanäle 18 flüssigkeitsundurchlässiges, druckfestes Material 20 angeordnet ist. Neben den gerade beschriebenen sind noch vier weitere Kühlkanäle 18 vorhanden. Diese verbleibenden vier Kühlkanäle durchziehen ebenso das Material 20 und die Kühlrippen bis auf die oberste Kühlrippen und liegen in etwa unterhalb der Eintrittsöffnungen 17. Die Flüssigkeitsdurchtritte 19 sind so angeordnet, dass sich für die Flüssigkeit ein labyrinthartiger Weg ergibt. Sinnvoll ist es auch, wenn die Flüssigkeitsdurchtritte in allen Kühlrippenebenen in Bezug auf die Zylinderrohrachse 23 zueinander deckungsgleich liegen. Um den Flüssigkeitsverlauf einer erhöhten Kühlung des unterhalb des Zylinder kopfes liegenden Bereichs anzupassen, ist es notwendig, dass die in diesem Bereich liegende oberste Kühlrippe weniger Flüssigkeitsdurchtritte hat, als die Kühlrippen der anderen Ebenen. Im Betrieb der Brennkraftmaschine gelangt die Kühlfüssigkeit von den Kanälen 5 im Zylinderkopf 16 über die Eintrittsöffnungen 17 in die Ringnut 7, die zum ringförmigen Kühlraum 9 im Zylinderrohr 13 hin offen ist. Von dort aus fliesst die Kühl flüssigkeit durch die zwischen den Eintrittsöffnungen angeordneten Flüssigkeitsdurchtritte 19 der obersten Kühlrippe und danach entweder durch einen der unterhalb der Eintrittsöffnungen 17 liegenden axialen Kühlkanäle 18 oder durch einen zwischen den Eintrittsöffnungen angeordneten axialen Kühlkanäle in Richtung Kurbelgehäuse 14. Wenn die Kühlflüssigkeit den Abschnitt des Zylinderrohrs erreicht, der nicht mit Kühlrippen 10 versehen istv sondern mit flüssigkeitsundurchlässigem, druckfestem Material 20, so fliesst sie durch die axial verlaufenden Kühlkanäle, die dieses Material 20 durchziehen und die axial unterhalb der Eintrittsöffnungen 17 angeordnet sind, durch den Flüssigkeitsabfluss 11 in das Kurbelgeäuse 14 ab.

Claims: Patentansprüche 1. Flüssigkeitsgekühltes Zylinderrohr (13) für eine Brennkraftmaschine, wobei zwischen Zylinderrohr und dem Motorgehäuse (12) ein ringförmiger Kühlraum (9) vorgesehen ist, durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine Flüssigkeit gefördert wird und der einen Flüssigkeitszufluss und einen Flüssigkeitsabfluss (11) hat, und mit Kühlrippen (10), die an der Aussenfläche des Zylinderrohrs (13) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr (13) dünnwandig ausgebildet ist und die Kühlrippen (10) zünddruckübertragend radial am Motorgehäuse (12) anliegen, das Zylinderrohr vollständig umgeben und axiale Flüssigkeitsdurchtritte (19) haben. 2. Zylinderrohr nach Anspruch 1 mit einem als Ringkanal ausgebildeten Flüssigkeitszufluss, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal aus einer im Zy lindzerkopf angeordneten zum Kühlraum offenen Ringnut (7) besteht, die über dem Kühlraum (9) des Zylinderrohrs (13) liegt und etwa dessen radiale Breite besitzt. 3. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flüssigkeitsabfluss (11) an der dem Kurbelgehäuse (14) zugewandten Seite des Kühlraums (9) befindet. 4. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (10) so dimensioniert sind, dass die Temperatur der Aussenseite des Zylinderrohrs (13) bis zur Kühlrippenspitze (22) in etwa auf die Temperatur der Kühlflüssigkeit abgesenkt ist. 5. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsdurchtritte (19) so angeordnet sind, dass sich für die Kühlflüssigkeit ein labyrinthartiger Weg ergibt. 6. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsdurchtritte (19) in allen Kühlrippenebenen in Bezug auf die Zylinderrohrachse (23) zueinander deckungsgleich angeordnet sind. 7, Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unterhalb des zylinderkopfes (16) liegende oberste Kühlrippe weniger Flüssigkeitsdurchtritte (19) hat als die Kühlrippen der anderen Ebenen. 8. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit durch Ein trittsöffnungen (17) aus dem Zylinderkopf (16) in die Ringnut (7) eintritt und die Flüssigkeitsdurchtritte (19) der obersten Kühlrippe zwischen den Eintrittsöffnungen angeordnet sind. 9. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein dem Zylinderkopf (16) zugewandter Abschnitt des Zylinderrohrs (13) mit Kühlrippen (10) versehen ist und im anderen Abschnitt sich bis auf in axialer Richtung verlaufende Kühlkanäle (18) flüssigkeitsundurchlässiges, druckfestes Material (20) befindet. 10. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr (13) mit Presssitz im Motorgehäuse (12) eingesetzt ist. 11. Zylinderrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr (13) an der dem Zylinderkopf (16) zugewandten Seite ein bundfreies Ende hat und sich an dem dem Kurbelgehäuse (14) zugewandten Ende axial auf dem Motorgehäuse (12) abstützt.

Inventors: FINSTERWALDER, GERHARD
Applicants: KLOECKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: F02F1
IPC codes: F02F1