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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ein- oder Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
mit geteiltem Gußgehäuse und
einem Kühlmittelkreislauf
für ein flüssiges Kühlmedium,
wobei das Gußgehäuse aus zwei
verschraubbaren Gehäusehalbschalen
besteht, deren Teilungsebene in Kurbelwellen- und Zylinderachsenrichtung
verläuft
und in denen Aussparungen zur Aufnahme von separaten Zylinderlaufbuchsen und
separaten Zylinderköpfen
je Zylinder vorgesehen sind.
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Aus
der
EP 0883740 B1 ,
deren Inhalt vollumfänglich
zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird, ist eine
flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine
der eingangs genannten Art bekannt. Die in den geteilten Aussparungen
der Gehäusehalbschalen
aufgenommenen und mit den Zylinderlaufbuchsen stirnseitig dicht
verspannten Zylinderköpfe
werden auf ihrer radial äußeren Umfangfläche von
Kühlmittel
umspült.
Hierzu gelangt das flüssige
Kühlmittel über entsprechende
Kühlmittelkanäle des Kühlmittelkreislaufs
an den Außenumfang
der Zylinderlaufbuchsen und der Zylinderköpfe, die jeweils mittels einer
unteren bzw. oberen, die Zylinderlaufbuchse bzw. den Zylinderkopf
umlaufenden Ringdichtung gegen die Aussparungen der Gehäusehalbschalen
abgedichtet sind. Innerhalb des Zylinderkopfs sind ferner zu den
Ventilsitzen führende
Ein- und Auslaßkanäle ausgebildet,
die mit Ein- und Auslaßöffnungen
an die radial äußere Umfangsfläche des
Zylinderkopfs münden
und dort an entsprechende luftzuführende bzw. brenngasabführende Kanäle in den
Gehäusehalbschalen
angeschlossen sind. Die Ein- und Auslaßöffnungen sind mittels Ringdichtun gen
gegen die Aussparungen der Gehäusehalbschalen
abgedichtet, um ein Eindringen von Kühlmittel in die zu den Ventilsitzen
führenden
Ein- und Auslaßkanäle zu verhindern.
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Als
besonders problematisch hat sich bei derartigen Brennkraftmaschinen
mit geteiltem Gußgehäuse insbesondere
die Brenngas- und Kühlmittelabdichtung
zwischen Zylinderkopf, Zylinderlaufbuchse und den Aussparungen der
Gehäusehalbschalen erwiesen,
da keine besonders hohen Axialkräfte
auf das stirnseitig zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderkopf
vorgesehene Dichtelement aufgebracht werden können bzw. das Dichtelement
nicht auf Dauer der hohen Temperaturbelastung in diesem Bereich gewachsen
war.
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Während bei
der Brennkraftmaschine nach der
EP 0883740 B1 neben den Zylinderköpfen auch die
Zylinderlaufbuchsen innerhalb der Aussparungen der Gehäusehalbschalen
mit Kühlmittel
umspült
sind, ist aus der WO 02/10572 A1 eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine
bekannt, bei der die Zylinderlaufbuchsen innerhalb der Aussparungen
der Gehäusehalbschalen
mittels eines die Laufbuchsen umgebenden Ölfilms schwimmend gelagert
sind. Damit treffen im Übergangsbereich
zwischen Zylinderlaufbuchse und Zylinderkopf drei verschiedene Medien, nämlich das
die Laufbuchse umgebende Öl,
das den Zylinderkopf umströmende
Kühlmittel
und das ggfs. aus dem Brennraum austretende Brenngas, aufeinander.
Zur Abdichtung dieses kritischen Bereichs wurden verschiedene Vorschläge gemacht,
die allesamt eine den Zylinderkopf vollumfänglich umlaufende Ringdichtung
umfassen.
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Die
WO 02/10572 A1 beschreibt eine Zylinderdeckeldichtung, bei welcher
ein – innerhalb
des Zylinderkopfs von einer Stelle radial innerhalb der Ringdichtung
zum Auslaßkanal
führender – Drainagekanal
ein Abströmen
der ggfs. unter hohem Druck aus dem Brennraum austretenden heißen Brenngase
ermöglicht.
Dies entlastet die dem Zylinderkopf an dessen unteren Ende umlaufende
Ringdichtung, mit der das den Zylinderkopf umströmende Kühlmittel vom Übergangsbereich
zwischen Zylinderkopf und Zylinderdekkel ferngehalten wird. Doch
auch bei diesem Dichtungssystem kam es in der Praxis nach längerer Betriebsdauer
der Brennkraftmaschine – trotz der
verminderten Beanspruchung der Ringdichtung – immer wieder zu Kühlmittelleckagen,
insbesondere im Bereich der Trennebene der Gußgehäusehalbschalen.
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Ein
weiteres vorbekanntes Dichtungssystem für gattungsgemäße Brennkraftmaschinen
mit geteiltem Gußgehäuse sieht
eine unter Preßsitz
erfolgende Aufnahme eines Dichtungsbunds der Zylinderlaufbuchse
in einer umlaufenden Nut des Zylinderdeckels vor. Zur Abdichtung
des Zylinderkopfs und der Zylinderlaufbuchse gegen die Aussparungen
der Gehäusehalbschalen
ist ferner eine im Bereich des Dichtungsbunds um die Zylinderlaufbuchse
bzw. um den Zylinderkopf umlaufende Ringdichtung vorgesehen. Auch
damit konnte die Dichtigkeit der Brennkraftmaschine – insbesondere
im Bereich der Teilungsebene der Gehäusehalbschalen – nicht
mit der erforderlichen Zuverlässigkeit
auf Dauer sichergestellt werden.
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Ferner
ist aus der
DE 198
16 539 A1 ein selbstdichtender Deckelverschluss für Kolbenmaschinen
bekannt, bei der ein als Zylinderkopfsegment ausgebildeter Deckel
in ein einteiliges Gehäuse
eingeschoben wird. Hinweise auf die Art der Abdichtung der Wasserräume finden
sich nicht. Des Weiteren ist aus der
DE 27 181 62 A1 eine Zweitaktbrennkraftmaschine
bekannt, bei welcher ein aus einem Zylinderkopf und einer Zylinderlaufbuchse
bestehendes Bauteil in ein geteiltes Gehäuse eingesetzt wird. Auch hier
ist – ebenso
wie in der
FR 896 636 ,
die ebenfalls eine Brennkraftmaschine mit geteiltem Gussgehäuse betrifft – weder
die vorliegend maßgebliche
Problemstellung noch deren Lösung
erkannt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine so
zu verbessern, daß deren
Dichtheit mit einfachen und kostengün stigen Mitteln zuverlässig und
auf Dauer sichergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Dabei sind an jedem Zylinderkopf
wenigstens zwei an seine radial äußere Umfangfläche mündende und durch
den Zylinderkopf hindurch miteinander verbundene Wasserräume ausgebildet,
deren Mündungsöffnungen
vollständig
auf unterschiedlichen Seiten der Teilungsebene angeordnet, an den
Kühlmittelkreislauf
angeschlossen und durch einer Ringdichtung gegen die jeweilige Gehäusehalbschale
abgedichtet sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
werden die Zylinderköpfe
nicht mehr vollumfänglich
von Kühlmittel
umströmt.
Es sind vielmehr nur noch die mindestens zwei an dem jeweiligen
Zylinderkopf ausgebildeten Wasserräume über ihre Mündungsöffnungen an den Kühlmittelkreislauf
angeschlossen. Die Zylinderköpfe
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
sind nicht im Bereich der Teilungsebene des Gußgehäuses von Kühlmittel umströmt, da die – die Teilungsebene
durchstoßende – Verbindung
der auf verschiedenen Seiten der Teilungsebene des Gußgehäuses mündenden
Wasserräume
durch den Zylinderkopf hindurch erfolgt. Eine Kühlmittelleckage im Bereich
der Teilungsebene des Gußgehäuses kann
nicht mehr entstehen. Ferner grenzt das bevorzugt nur die Zylinderlaufbuchse
umgebende Öl
nicht mehr in Brennraumnähe
direkt an das den Zylinderkopf kühlende
Kühlmittel
an. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine
erweist sich zudem auch deshalb als äußerst vorteilhaft, da die die
Mündungsöffnungen
der Wasserräume
gegen die Aussparungen der Gehäusehalbschalen abdichtenden
Dichtungen verhältnismäßig weit
vom Brennraum beabstandet sein können
und damit nicht mehr besonders hitzeresistent ausgestaltet sein
müssen.
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Mittels
der am Außenumfang
der Zylinderköpfe
räumlich
begrenzten Wasserräume
und der durch die Zylinderköpfe
hindurch führenden
Verbindung können
die Zylinderköpfe
ausreichend gekühlt werden,
ohne hierfür
vollumfänglich
umspült
werden zu müssen.
Ferner kann auf die bisher erforderliche Abdichtung der Ein- und
Auslaßöffnungen
an der Mantelfläche
der Zylinderköpfe
verzichtet werden, da ein Kühlmitteleintritt
in diesem Bereich nicht mehr zu befürchten ist. Somit ist erfindungsgemäß ein zuverlässiges und
kostengünstiges
Dichtungssystem für eine
gattungsgemäße Brennkraftmaschine
realisiert.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind an den Zylinderköpfen einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
insgesamt vier Wasserräume
ausgebildet, von denen jeweils zwei mit ihren Mündungsöffnungen auf unterschiedlichen
Seiten der Teilungsebene des Gußgehäuses an die äußere Umfangfläche der
Zylinderköpfe
münden, wobei
die auf unterschiedlichen Seiten der Teilungsebene gelegenen Wasserräume jeweils
paarweise durch den Zylinderkopf hindurch miteinander verbunden
sind.
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Hiermit
kann für
eine besonders effektive Kühlung
des Zylinderkopfs gesorgt werden, insbesondere wenn der Verlauf
und/oder der Querschnitt der durch den Zylinderkopf führenden
Verbindungen an die in dem jeweiligen Bereich erforderliche Kühlleistung
angepaßt
wird.
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Hierzu
kann bevorzugt vorgesehen sein, daß diejeinge durch den Zylinderkopf
hindurch führende Verbindung,
die dem Auslaßkanal
näher benachbart verläuft, eine
größere Querschnittsfläche als
die andere(n) Verbindung(en) aufweist. Dies ist deshalb besonders
vorteilhaft, da die durch den Auslaßkanal vom Brennraum abgeführten Abgase
mit Temperaturen von bis zu ca. 650° C für eine wesentlich größere Erhitzung
des Zylinderkopfs sorgen, als die durch den Einlaßkanal dem
Brennraum zugeführte
Luft, die im Falle eines Turbomotors nur eine Temperatur von etwa
140° C bzw.
im Falle eines reinen Saugmotors nur eine Temperatur von ca. 30–40° C aufweist.
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Die
an den Zylinderköpfen
ausgebildeten und über
ihre Mündungsöffnungen
mit dem Kühlmittelkreislauf
verbundenen Wasserräume
sind bevorzugt als Vertiefungen der äußeren Umfangfläche des Zylinderkopfs
ausgebildet, womit sie im Falle gegossener Zylinderköpfe schon
mit dem Gußprozeß ausgeformt
werden können.
Bevorzugt verjüngen
sich die Wasserräume
hierzu von radial außen
nach radial innen.
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Die
Verbindung der auf verschiedenen Seiten der Teilungsebene angeordneten
Wasserräume ist
vorzugsweise als durch den Zylinderkopf geradlinig verlaufende Bohrung
ausgestaltet. Eine solche ist – nach
dem Gußprozeß – mit wenig
Aufwand und kostengünstig
herzustellen.
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Zur
Ausbildung einer größeren Querschnittsfläche der
Verbindung, z.B. im Bereich des Auslaßkanals, können vorteilhaft eine Bohrung
größeren Durchmessers
und/oder mehrere die beiden Wasserräume verbindende Bohrungen vorgesehen
sein.
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Zur
Aufnahme der die Mündungsöffnungen der
Wasserräume
gegen die Aussparungen der Gehäusehalbschalen
abdichtenden Ringdichtungen sind vorteilhaft umlaufende Nuten vorgesehen,
die entweder an der Umfangfläche
des Zylinderkopfs die Mündungsöffnung der
Wasserräume
umschließenden
oder an einer entsprechenden Stelle innerhalb der Aussparungen der
Gehäusehalbschalen
ausgebildet sind. Da sich die vorzugsweise gegossenen, separaten
Zylinderköpfe
einfacher nachbearbeiten lassen als die Gehäusehalbschalen, sind die Nuten für die Ringdichtungen
vorzugsweise an den Zylinderköpfen
auszubilden.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Dabei
zeigt:
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1 eine
Schnittdarstellung durch das zweigeteilte Gußgehäuse eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im
Bereich der Zylinderköpfe,
wobei der Schnitt gemäß Schnittebene
I-I durch den Zylinderkopf aus 2 verläuft und
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfs des Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine
nach 1.
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Das
in 1 in einem Teilquerschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
umfaßt
ein aus zwei Gehäusehalbschalen 1, 2 bestehendes Gußgehäuse, dessen
Teilungsebene T in Kurbelwellen- und Zylinderachsrichtung verläuft. Die
Gehäusehalbschalen 1, 2 sind
mit senkrecht zur Teilungsebene T verlaufenden – nicht dargestellten – Bolzen
miteinander verschraubt. In den Gehäusehalbschalen der dargestellten
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine sind
jeweils zwei Aussparungen 3, 4, 5, 6 zur
Aufnahme von separaten und baugleichen Zylinderköpfen 7, 8 und
separaten Zylinderlaufbuchsen 9 ausgebildet.
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2 zeigt
zur besseren Veranschauung einen solchen Zylinderkopf 7 zusammen
mit einer – nur teilweise
dargestellten – Zylinderlaufbuchse 9 in
perspektivischer Ansicht vor deren Einbau in die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Zur Abdichtung des Brennraums weist der Zylinderkopf 7 auf
seiner zum Brennraum weisenden Unterseite in deren Außenbereich
eine radial umlaufende Ringnut 10 auf, in der – nach axialer
Verpressung der Zylinderlaufbuchse 9 mit dem Zylinderkopf 7 gemäß Pfeil
J – ein
Dichtungsbund 11 der Zylinderlaufbuchse unter Bildung eines
Preßsitzes
aufgenommen ist.
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An
dem Zylinderkopf 7 sind – in Form von Vertiefungen
der äußeren Umfangfläche 12 – insgesamt
vier Wasserräume 13, 14, 15, 16 ausgebildet, von
denen jeweils zwei Wasserräume 13, 14,
bzw. 15, 16 mit ihren Mündungsöffnungen 17, 18 bzw. 19, 20 auf
unterschiedlichen Seiten der Teilungsebene T an die äußere Umfangfläche 12 des
Zylinderkopfs 7 münden.
Jeweils zwei der auf verschiedenen Seiten der Teilungsebene T des
Gußgehäuses mündenden Wasserräume 13, 15 bzw. 14, 16 sind
paarweise durch den Zylinderkopf 7 hindurch miteinander
verbunden. Hierzu verlaufen durch den Zylinderkopf 7 mehrere
die jeweiligen Wasserräume 13, 15 bzw. 14, 16 fluidleitend
miteinander verbindende Bohrungen 21, 22, 23 (siehe
hierzu auch 2).
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Die
Wasserräume 13–16 sind über ihre
Mündungsöffnungen 17–20 an
entsprechende Kühlmittelkanäle 24, 25, 26, 27 in
den Gehäusehalbschalen
angeschlossen und so mit dem Kühlmittelkreislauf
der Brennkraftmaschine verbunden. Die Mündungsöffnungen 17–20 der
Wasserräume 13–16 sind
jeweils separat durch eine die jeweilige Mündungsöffnung 17–20 umlaufende
Ringdichtung 28, 29, 30, 31 gegen
die Gehäusehalbschalen 1, 2 abgedichtet.
Die Ringdichtungen 28–31 sind
hierzu einerseits in entsprechenden Nuten 32, 33, 34, 35 am
Zylinderkopf 7 aufgenommen und liegen andererseits dichtend
gegen eine Dichtungsfläche
in den jeweiligen Aussparungen 3, 4 der Gehäusehalbschalen 1, 2 an.
Die Nuten 32–35 umlaufen
jeweils eine der Mündungsflächen 17–20 der
Wasserräume 13–16 an
der äußeren Umfangfläche 12 des
Zylinderkopfs 7.
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Die
mit den Wasserräumen 13–16 über ihre jeweiligen
Mündungsöffnungen
verbundenen Kühlmittelkanäle 24–27 sind
als Teil des Kühlmittelkreislaufs
auf der vom Zylinderkopf 7 abgewandten Seite an parallel
zu den Aussparungen 3, 4 in den Gehäusehalbschalen 1, 2 verlaufende
Kühlmittelleitungen 36, 37, 38, 39 angeschlossen.
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Das
in dem Kühlmittelkreislauf
der Brennkraftmaschine zirkulierende – durch eine nicht dargestellte
Kühlmittelpumpe
angetriebene – flüssige Kühlmittel
wird gemäß der Pfeile
A, C von den in 1 oben dargestellten Kühlmittelleitungen 38, 39 über die
Kühlmittelkanäle 26, 27 den
beiden Wasserräumen 15, 16 zugeführt und
strömt
dann durch die Durchgangsbohrungen 21, 22, 23 den
weiteren Wasserräumen 13, 14 zu,
von denen es gemäß der Pfeile B,
D über
die Kühlmittelkanäle 24, 25 und die
Kühlmittelleitungen 36, 37 wieder
dem Kühlmittelkreislauf zugeführt wird.
Dadurch daß die
Mündungsöffnungen 17–20 der
Wasserräume 13–16 inklusive
der die Mündungsöffnungen
umgebenden Ringdichtungen 28–31 jeweils vollständig auf
einer Seite der Trennebene T des Kurbelgehäuses angeordnet sind, umströmt kein
Kühlmittel
den Zylinderkopf 7 im Bereich der Trennebene der Gehäusehalbschalen 1, 2.
Eine Leckage in diesem Bereich ist somit ausgeschlossen.
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An
der äußeren Umfangfläche 12 des
Zylinderkopfs 7 findet sich ferner eine – einem
luftzuführenden
Kanal 40 in der ersten Gehäusehalbschale 1 zugewandte – Einlaßöffnung 41,
durch die die dem Brennraum zuzuführende Luft gemäß Pfeil
G in den im Zylinderkopf 7 ausgebildeten Einlaßkanal 42 und weiter
zur Ventilöffnung 43 an
der Unterseite des Zylinderkopfs 7 geleitet wird.
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Ferner
wird das durch die Ventilöffnung 44 aus
dem Brennraum abströmende
Brenngas über den
im Zylinderkopf ausgebildeten Auslaßkanal 45 gemäß Pfeil
H der Auslaßöffnung 46 zugeleitet,
von wo aus das Abgas in den an der Auslaßöffnung 46 angeschlossenen
brenngasabführenden
Kanal 47 der zweiten Gehäusehalbschale 2 abströmen kann.
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Für die – nicht
dargestellten – Ein-
und Auslaßventile
sind im Zylinderkopf 7 axiale Durchgangsbohrungen 48, 49 vorgesehen,
die brennraumseitig in die entsprechenden Ventilöffnungen 43, 44 mit
den Ventilsitzen münden.
Ferner weist der Zylinderkopf 7 eine weitere zum Brennraum
führende,
ggfs. abgestuft verlaufende Durchgangsbohrung 50 für die – ebenfalls
nicht dargestellte – Einspritzeinheit
auf.
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Die
beiden in der Zeichnung links dargestellten Wasserräume 13, 15 des
Zylinderkopfs sind durch zwei geradlinig verlaufende Bohrungen 21, 22 miteinander
verbunden. Diese Verbindung weist zur Kühlung des benachbart verlaufenden
Auslaßkanals 45 eine
größere Querschnittsfläche auf,
als die Verbindungsbohrung 23 der beiden anderen Wasserräume 14, 16 des
Zylinderkopfs, die näher
am Einlaßkanal 42 verlaufen.