本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的气缸曲轴箱。本发明尤其涉及一种具有第一气缸和至少一个第二气缸的气缸曲轴箱，所述第一气缸和至少一个第二气缸被单体式制造的气缸体包围并且通过共同的中间隔板相互分开。此外，本发明涉及一种具有这种气缸曲轴箱的内燃机。
背景技术：
在这种从实践已知的气缸曲轴箱中会在中间隔板的区域中出现较强的材料受热，尤其当仅设置一个单元式包围气缸曲轴箱的全部气缸的水冷套时。如果中间隔板所具有的温度明显高于气缸体其余部分的温度，那么气缸会产生不均匀的变形。这又导致了这样的缺点，即在活塞缸内布置在活塞上的活塞环的摩擦增大了。另一方面，发动机的机油消耗增加，因为活塞环使气缸内的燃烧室相对曲轴箱不那么高效地密封。
从DE 198 18 589 A1已知一种具有两个气缸运行套的内燃机，在这两个气缸运行套之间延伸有一个隔板。为了冷却隔板，在该内燃机中，在气缸运行套之间布置有上部的横向通道，其被冷却液体流过。冷却液体从横向通道从上侧流入曲折状或者说锯齿状的冷却通道，所述冷却通道分别仅在气缸运行套的一部分圆周上延伸，并且从上至下地流过这些冷却通道。这种内燃机的缺点是它不能在整个圆周上实现气缸运行套的均匀冷却。
DE3629671A1公开了一种具有液体冷却气缸运行套的内燃机，其中气缸运行套被螺旋冷却室围绕，该冷却室由在气缸运行套外侧布置的板壳形成。这样的冷却室可以简单地制造，但是由于不存在用于放置板壳的空间，所以不能与上述具有一体制造的中间隔板的气缸曲轴箱一起实施。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种根据权利要求1的前序部分所述的气缸曲轴箱，其容易制造，实现至少一个中间隔板的有效冷却以及整体上气缸的均匀冷却。
所述技术问题根据本发明通过权利要求1的特征来解决。结合从属权利要求描述了本发明的其他实施例和优点。
根据本发明的气缸曲轴箱包括第一气缸和至少一个第二气缸，所述第一气缸和至少一个第二气缸被一体式制造的气缸体包围并且通过共同的中间隔板彼此分开。在这种情况下，在一体式制造的气缸体中，第一冷却通道形成有沿圆周方向完全围绕第一气缸的螺旋区段。此外，在一体式制造的气缸体中，第二冷却通道形成有沿圆周方向完全围绕第二气缸的螺旋区段。利用根据本发明的气缸曲轴箱，特别是由于在圆周方向上完全围绕第一气缸和第二气缸的螺旋区段，可以特别有效且均匀地冷却围绕气缸的壁。一方面有利的是，第一冷却通道和第二冷却通道一体式构造在气缸体中。
至少两个冷却通道的一体式设计尤其可以通过使用合适的芯或中型3D打印的模制工艺来实现。
本发明的设计实现高功能可靠性，尤其在涉及不密封性、尤其是在涉及相邻元件的接缝区域中的不密封性的情况下，所述不密封性在由现有技术已知的由多个元件形成的冷却通道中由于制造技术(组装或制造误差)而出现，或者在运行期间(特别是由于内燃机运行期间的热和其他机械交替应力造成的损坏)而出现。
此外，在根据本发明的气缸曲轴箱中具有以下优点：在本发明的范畴中通过冷却通道在中间隔板的区域中合适的布局，也就是在两个气缸之间的壁部段的区域中，第一冷却通道和第二冷却通道都可以在两个气缸的方向上产生冷却效果。当在共同的中间隔板区域中的壁厚与其他壁部段相比(沿圆周方向观察)更小、并且中间隔板由于该原因比气缸曲轴箱的气缸的其他周边区域中的壁区段更快地加热时，上述布局尤其有利。
此外，根据本发明的气缸曲轴箱的中间隔板尽管壁厚总体上相对较小，但由于冷却通道的一体式构造相比于现有技术已知的解决方案(具有由多个元件形成的冷却通道和/或具有由板材形成的冷却通道)具有相对较高的抗弯刚度。由此可以形成明显更小的热变形，其对于活塞和气缸之间的很小的摩擦而言——并因此也对于较小的油耗和较小的燃料消耗——具有很大意义。利用根据本发明的气缸曲轴箱可以制造非常有效的往复式内燃机。就此方面也援引具有这种气缸曲轴箱的内燃机。
为了完整起见，应当指出的是，本发明不仅延伸到具有第一气缸和第二气缸的气缸曲轴箱，而且尤其还涉及具有(可选的)第三气缸，(可选的)第四气缸，(可选的)第五气缸，(可选的)第六气缸或(可选的)其他气缸的气缸曲轴箱，也即涉及具有三个、四个、五个、六个、八个或更多个气缸的气缸曲轴箱。相应地，也可以相应地设置多于一个的第一冷却通道和一个第二冷却通道，特别是为每个气缸设置一个冷却通道或至少一个冷却通道。
还应该注意的是，本发明还延伸到其中冷却通道的数量小于气缸的数量的气缸曲轴箱。例如，可仅对于在中间隔板中特别受到温度影响的某些气缸(例如，用于总共四个气缸中的两个气缸的两个冷却通道)提供冷却通道。或者，单独的冷却通道可以形成在气缸体中，以便冷却通道例如在不同区域(沿气缸的竖直方向看)中单独围绕两个或更多个气缸，使得一个冷却通道完全包围两个气缸(或更多气缸)。这尤其可以这样实现，即这样的冷却通道这样包围两个气缸，使得以在垂直方向上(即在气缸的轴向方向上)观察的方式形成(单次的或多次的)8字形的走向，其中“8”的每个部分圆环分别螺旋形构成。
在迄今为止具有三个或更多个气缸的气缸曲轴箱中——不管气缸的数量如何——也可以构造具有螺旋区段的第三冷却通道、具有螺旋区段的第四冷却通道、具有螺旋区段的第五冷却通道、具有螺旋区段的第六冷却通道和/或可选的具有螺旋区段的另外的冷却通道。
通过适当布置和设计相应的螺旋形冷却通道，气缸曲轴箱的所有中间隔板可以针对性地被特别冷却，从而在气缸的整个圆周上为每个气缸形成尽可能均匀的热分布。因此，可以避免或至少最小化不均匀的热变形。因此避免或减少了上述所导致的缺点。
对于具有三个或更多个气缸的气缸曲轴箱，上述和下面所描述的对于两个气缸示范性描述的特征能够——以所描述的组合或也可单独地、也就是独立于在实施例中所述的组合——仅在若干个中间隔板或气缸上实现或者也可以在所有中间隔板或气缸上实现。
在根据本发明的气缸曲轴箱的一个实际实施例中，第一冷却通道和(至少)第二冷却通道沿竖直方向观察至少部分重叠地布置在中间隔板的区域中。这意味着在第一冷却通道和第二冷却通道在垂直方向上的虚拟投影中产生重叠区域。当第一冷却通道具有距第一气缸较小的径向距离并且第二冷却通道具有与第二气缸相距较小的径向距离时，这具有的优点在于，第一冷却通道的冷却效果也能够很好地附加地朝向第二气缸发挥，并且第二冷却通道的冷却效果也可以很好地附加地朝向第一气缸发挥。
在这种背景下，还可以明确涉及这样的可能性，即在中间隔板的区域中第一冷却通道和第二冷却通道大部分重叠地布置，也就是在高度方向上观察具有至少50％，优选至少70％或至少80％的重叠。还明确地指出，在垂直方向上观察的中间隔板的区域中的第一冷却通道和第二冷却通道也可以被布置成上下完全重叠。在这种情况下，第一冷却通道和第二冷却通道在中间隔板的区域中(在此距离第一气缸和距离第二气缸的距离完全相同)朝向第一气缸和第二气缸发挥相似的或完全相同的冷却效果。
在根据本发明的气缸曲轴箱的另一实际实施例中，第一冷却通道和第二冷却通道至少在相应的螺旋区段中具有相同的几何形状。这具有的优点是，在通过成型方法制造根据本发明的具有多个气缸的本发明气缸曲轴箱中时，无论气缸的数量如何，针对每个冷却通道都可以使用相同的芯。使用相同芯的可能性也具有这样的优点，即在这种情况下可以基本排除芯的错误布置或混淆。这特别适用于通过另外的措施防止芯的错误布置的情况，例如因为用于第一冷却通道和至少第二冷却通道(以及可能的其他冷却通道)的入口部段全部布置在气缸曲轴箱的同一侧。
无论如何，为按照本发明的内燃机的多个或者全部冷却通道使用相同的几何形状具有设计上的优点，即实现了简单的可扩展性，也就是对于以一个或多个气缸扩展或缩小气缸曲轴箱的设计耗费是相对较小的。
当沿中间隔板的竖直方向观察的第一冷却通道和第二冷却通道以彼此相反的方向相叠布置时，获得了根据本发明的用于气缸曲轴箱的冷却效果的进一步的优点。在这种情况下，特别是当所有的冷却通道以相同的方向，优选从下到上流动时，经由冷却通道排出的热量分别沿不同方向通过共同的中间隔板引导。
具有上述特征的根据本发明的气缸曲轴箱可以由任何合适的材料制造，特别是灰铸铁材料或轻金属铸造材料。当气缸体由轻金属制成并在第一气缸以及至少第二气缸的内侧上布置各一个气缸运行套或气缸运行层时，能够实现特别的优点。在本发明范畴中的气缸运行套尤其理解为这样的套筒，所述套筒具有约2至3mm的壁厚，并且在制造气缸体时通过套筒在气缸体中模制而确定。同样可行的是，也可以将这种气缸运行套压入气缸体中或以任何其他方式和方法与气缸运行套连接。在本发明的范畴中的气缸运行层尤其理解为厚度小于1mm的、尤其具有0.1mm至1mm之间厚度的、优选具有约0.1mm至0.5mm的厚度的运行层。这种气缸运行层可以例如借助在根据本发明的气缸曲轴箱的气缸中的等离子涂层来施加。气缸曲轴箱与插入气缸内的气缸运行套或在气缸内施加的气缸运行层的组合具有这样的优点，即气缸曲轴箱总体上具有非常低的部件重量，因为它们具有良好的导热性能够在短时间后达到其运行温度，并且在中间隔板的区域中实现非常有效的并且尤其非常均匀的在圆周壁的区域中的气缸冷却。因此，在具有根据本发明的气缸曲轴箱的内燃机的运行中在气缸曲轴箱的气缸的整个圆周上实现均匀的温度分布，从而导致各个气缸运行面的相对较低的热变形。因此，具有根据本发明的曲轴箱的内燃机的油耗可以保持较低，因为活塞环由于仅很小的热变形而形成良好的密封效果。
出于同样的原因，活塞环的预应力可以保持得很小，在活塞与气缸之间的密封借助活塞环进行。相应地可以形成很小的摩擦，并且因此具有根据本发明的气缸曲轴箱的内燃机的燃料消耗很低。由于整体上基于较低的热变形而在活塞和气缸之间形成有效密封，所以具有根据本发明的气缸曲轴箱的内燃机的油耗低于现有技术中已知的气缸曲轴箱的内燃机的油耗。
从结构方面来看——尤其是为了减少用于冷却根据本发明的气缸曲轴箱所需的全部部件——优选的是，第一冷却通道的下端和第二冷却通道的下端通过水平延伸的冷却剂供给道相互连接。在这种情况下，两个冷却通道或更多冷却通道可以通过中央冷却剂供给道同时供应冷却剂。
在根据本发明的气缸曲轴箱的另一个实际实施例中，通向第一冷却通道的第一入口的横截面具有与通向第二冷却的第二入口的横截面不同的形状和/或尺寸。这样的设计——具有不同的形状和/或尺寸的入口——尤其可以被用于，单独的冷却通道尽管通过共同的冷却剂供应道供给(虽然入口与进入冷却剂供给道的输入管道的距离不同)也能被大致相同的冷却剂量流过。那么在此情况下冷却剂供给道内部的冷却剂的压力随着与入流口的间距的增大而降低。该效应尤其可以这样考量，尤其是通过在与通入冷却剂供给道的输入通道间距较小的入口区域中构造较小的和/或不同成型的流体横截面，并且在与通入冷却剂供给道的输入通道间距较大的入口区域中构造较大的通流横截面，所述形状和尺寸尤其这样适配，使得通过所有与冷却剂供给道流体连接的冷却通道形成大致相同的流体流量。
作为备选，也可以使用入口的形状和/或尺寸的变化，以便与流入开口的区域中的任何压力差无关地、在所有相关的气缸中实现尽可能均匀的热分布，以及对热变形进行有针对性的影响。
在根据本发明的气缸曲轴箱的另一实际实施例中，中间隔板在最小厚度区域内的厚度最大为15mm。在设置多个中间隔板的情况下，所有中间隔板的厚度优选为至多15mm。“最小厚度”是指两个气缸之间的最小材料厚度的区域，该区域用于在整体制造的气缸体中构成冷却通道。通常，当气缸彼此平行布置时，这种最小厚度在两个气缸之间的中间隔板的整个高度上延伸。在本声明的意义上，任何气缸运行套或气缸运行层均未涵盖中间隔板的厚度。具有这样厚度(至少部分地在两个气缸之间最大为15mm)的中间隔板是重量最小化的并且因此需要很高效的冷却，用于必要时、尤其在中间隔板的区域中与气缸的周围壁的其他区域相比不会(比该气缸的周围壁的其他区域)明显更快和更强地升温。因为在这种情况下，可能形成如上所述的不均匀的热变形，其导致的缺点是，具有这种气缸曲轴箱的内燃机将消耗大量的油和燃料，因为至少在一些运行阶段中活塞与气缸之间的充分密封仅能通过使用具有很高预紧力的活塞环实现。根据本发明的气缸曲柄轴箱的优点在于，它们允许在中间隔板的区域中仅具有非常小的壁厚的气缸体的制造，并且实现了很小的——或者如果不可避免的话——至少在圆周上实现相对均衡的热变形。
关于在中间隔板区域中的排热效率，已经证明有利的是，第一冷却通道的横截面和/或第二冷却通道的横截面在各自螺旋区段上具有保持相同的几何形状和尺寸。替代地或附加地，第一冷却通道的横截面和/或第二冷却通道的横截面可以具有在垂直方向上延伸的最大高度，该最大高度至少是最大宽度的两倍。在流体技术方面，开口具有连续的棱边形状，尤其具有至少部分构成的半径。在这方面特别可引用呈长孔形状的开口。这些形状、并且特别是长孔形状具有这样的优点，即流过冷却通道的冷却剂在螺旋状区段中由于作用所述冷却通道上的离心力而在更大的、指向气缸的表面区段上分布。由此实现特别有效的散热。
如已经提到的那样，本发明还涉及具有如上所述的任何气缸曲轴箱的内燃机。本发明尤其涉及一种具有气缸曲轴箱的内燃机，该气缸曲轴箱具有电动的、或其他与发动机转速脱耦的冷却剂泵，借助所述冷却机泵能够独立于发动机转速地控制流过冷却通道的冷却剂流。这具有这样的优点，即冷却剂流量可独立于发动机转速并因此独立于内燃机的当前运行状态而被控制。在这种情况下，尤其可以这样控制电动冷却剂泵，使得冷却剂的温度在达到额定运行温度之后保持近似恒定，其方式在于，根据热量从气缸排出的条件调整通过冷却通道的流体速度。
附图说明
下面结合附图描述本发明的其他实际的实施例。在附图中：
图1以透视图示出了具有四个气缸的按照本发明的气缸曲轴箱的中心纵切面，
图2示出了根据图1的本发明的气缸曲轴箱的中心纵剖面的侧视图，
图3仅以立体图示出了根据本发明的气缸曲轴箱的冷却通道，气缸曲轴箱具有示意性示出的内燃机的气缸盖、冷却剂储存器和冷却剂供给道，
图4按照图3中的箭头IV仅示出了图3中最右侧的冷却通道，
图5仅作为示例示出了来自图3中标记为V的图3区域的冷却通道的立体图，
图6示出图1和图2所示的气缸曲轴箱的冷却通道在螺栓区段中的横截面的放大图，
图7以立体图仅仅示出具有冷却剂容器、冷却剂供给道和顶侧收集道的冷却通道。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的具有第一气缸12a、第二气缸12b、第三气缸12c和第四气缸12d的气缸曲轴箱10。如图1所示，气缸曲轴箱10连同所有气缸12a、12b、12c、12d由整体制造的气缸体14构成，其中气缸12a、12b、12c、12d被气缸体14包围。在第一气缸12a和第二气缸12b之间、在第二气缸12b与第三气缸12c之间以及第三气缸12c与第四气缸12d之间形成中间隔板16，所述中间隔板将相邻的缸体12a、12b；12b、12c；12c、12d分别彼此分开。
特别是通过将图1与图2以及图3和图7相结合可以看出，在气缸体14中构成具有螺旋区段20a的第一冷却通道18a、具有螺旋区段20b的第二冷却通道18b、具有螺旋区段20c的第三冷却通道18c和具有螺旋区段20d的第四冷却通道18d。
从图1至图3和图7的比较中也可以看出，冷却通道18a、18b、18c、18d分别在圆周方向上多重完全围绕气缸12a，12b，12c，12d。在所示的实施例中，螺旋区段20a，20b，20c，20d各自在气缸12a，12b，12c，12d的整个高度h上延伸(见图2)，其中每个冷却通道18a，18b，18c，18d在高度h上沿圆周方向至少四次完全围绕配属于该冷却通道的气缸12a，12b，12c，12d。
冷却通道18a，18b，18c，18d在所示的实施例中全部构造有相同的几何形状。对于生产来说，特别是在使用芯的成型过程中，在这方面可以使用相同的芯。特别是砂芯，盐芯或其它芯，特别是所谓的损失芯，所述损失芯可以在通过成型工艺制造气缸曲轴箱的之后和/或期间以简单和成本有效的方式和方法从气缸体14移除。所述生产也可以是3D打印。
特别是在图1和2中可以清楚地看到，冷却通道18a，18b；18b，18c；18c，18d在中间隔板16的区域中、在气缸的竖直方向上非常靠近并且交替反向地上下叠置地布置。由于冷却通道18a，18b，18c，18d具有相同的几何形状，因此它们在中间隔板16的区域中分别反向地彼此叠置。这意味着，当从下向上流过在中间隔板中的所有通道时，在垂直方向上交替的冷却通道18a、18b；18b、18c；18c、18d以相反的圆周方向被流经，并且因此竖直方向上的热量分别在不同的圆周方向上“排出”。这有利于在各个气缸12a-12d的圆周上实现均匀的温度分布。
在该实施例中，冷却通道18a，18b，18c，18d被规则地构造和布置，使得在高度方向上在相邻冷却通道18a，18b；18b，18c；18c，18d之间分别产生大致相同的距离。由于多种原因，这导致在中间隔板16的区域中特别有效的冷却。一方面，热量从中间隔板16经由分别相邻上下相叠布置的冷却通道18a，18b；18b，18c；18c，18d沿不同的周向方向从中间隔板16排出。另一方面，与其他包围气缸12a，12b，12c，12d的圆周壁中的周边区域相比，在中间隔板16区域中形成了冷却通道18a，18b，18c，18d的更高密度。特别是在图1和2中可以看出，在中间隔板16的区域中的两个相邻冷却通道18a，18b；18b，18c；18c，18d之间的距离a；18b，18c；18c，18d小于相应的冷却通道18a，18b，18c，18c的高度hk。
图2还清楚地显示了冷却通道18a，18b；18b，18c；18c，18d在垂直方向上交替地上下叠置，并且在高度方向上完全重叠。
在所示实施例中，冷却通道18a，18b，18c，18d的宽度bK在螺旋区段20a，20b，20c，20d中大约为4mm。冷却通道18a，18b，18c，18d的高度hk在螺旋区段20a，20b，20c，20d中大约为11mm。
在所示实施例中，中间隔板16的宽度bZ为15mm。相应地由于冷却通道18a，18b，18c，18d分别在中间隔板16中居中地构成，因此在中间隔板16的区域中，冷却通道18a，18b，18c，18d的左侧和右侧分别保留约5.5mm的材料厚度。为了完整性需要指出的是，图1和2所示的气缸体由轻金属(这里是铝)制成。
在稍后的制造步骤中，在气缸12a，12b，12c，12d中分别敷设薄的气缸运行层(未示出)。特别地，气缸运行层具有至多1mm的厚度，优选地具有小于0.5mm的厚度，特别优选具有0.1mm至0.5mm的厚度。这种气缸运行层尤其可以借助等离子工艺来敷设。
备选地，还可以在气缸体14中设置气缸运行套(也未示出)，特别是通过插入到铸模中并且通过气缸运行套的外部封装与气缸曲轴箱10相连。
现在参考图3和图7解释如何通过未示出的泵输送冷却剂、特别是水或油通过冷却通道18a，18b，18c，18d，用于将热量从气缸体14排出。在所示的实施例中，设置了一个(可选的)冷却剂储存器22，其在水平方向上在从该储存器供应有冷却剂的所有气缸12a，12b，12c，12d的区域上延伸。通过通往冷却剂存储器22的流入区段24(参照图3)，流体从冷却剂循环回路流入冷却剂存储器22。在所示的实施例中，从冷却剂储存器22分支出供应通道26，冷却剂能够通过所述供应通道沿重力方向g向下到达用于冷却通道18a，18b，18c，18d的冷却剂供给道28。冷却剂供给道28在所示实施例中从供给通道26的接口位置30开始按照箭头40被通流。相应地，第四冷却通道18d从供给通道26的接口位置30出发到冷却剂供给道28的距离最短。从接口位置30到第三冷却通道18c的距离、到第二冷却通道18b的距离和到第一冷却通道18a的距离均大于到紧邻接口位置30分支出的第四冷却通道18d的距离。因此，与接口位置30的距离越大，冷却剂在通向冷却通道18a，18b，18c的入口区域中的压力越小。
为了实现通过冷却通道18a，18b，18c，18d的等大的流量，到第二冷却通道18b、到第三冷却通道18c和第四冷却通道18d的流入开口(未示出)分别这样缩细，使得经由冷却通道18a，18b，18c，18d部分节流的冷却剂流体导致冷却剂通过每个冷却通道18a，18b，18c，18d的流量大致相等。大致相等尤其是指体积流量偏差最多为10％，优选最多为5％，更优选最多为3％。
冷却剂从冷却剂供给道28开始根据箭头44a，44b，44c，44d(参见图3和图7)开始流入冷却通道18a，18b，18c，18d的螺旋区段20a，20b，20c，20d，向上直到上部的收集道32，该上部的收集道在图7中清晰可见。每个冷却通道18a，18b，18c，18d连通上部的收集道32。收集道32在外侧沿圆周完全围绕由第一气缸12a、第二气缸12b、第三气缸12c和第四气缸12d构成的单元(气缸单元)。此外，在每两个相邻的气缸12a，12b；12b，12c；12c，12d之间设置连接通道34，连接通道34在上部的收集道32的左半部和右半部之间建立流体连接。收集道32和连接通道34在此基本上按照箭头42被冷却剂流过。因此气缸12a，12b，12c，12d的上部区域被额外地进一步冷却。
在上部的收集道32中构成在图7中未示出的排出口36，流体可以通过该排出口、沿着箭头38的方向流向冷却回路(未示出)的冷却器(未示出)。在冷却回路中，冷却剂的温度可以根据需要被降低，以便随后再次将再冷却的冷却剂供应到冷却剂存储器22。
图6示出了在螺旋区段20a，20b，20c，20d的区域中剖切冷却通道18a，18b，18c，18d的横截面。可以看出，冷却通道18a，18b，18c，18d具有高度hK和宽度bK，其中几何形状在此钥匙孔形状地构造。因此，顶部轮廓和底部轮廓是半圆形的并且具有bK/2的半径。
在当前的说明书、附图和权利要求书中公开的本发明的特征既可以单独的、也可以组合式地实现本发明的各种实施例。考虑到本领域技术人员的知识，本发明可以在权利要求的范围内变化。
附图标记清单
10 气缸曲轴箱
12a-d 气缸
14 气缸体
16 中间隔板
18a-d 冷却通道
20a-d 螺旋区段
22 冷却剂存储器
24 流入区域
26 供应通道
28 冷却剂供给道
30 接口位置
32 收集道
34 连接通道
36 排出口
38 箭头(从收集道流出的方向)
40 箭头(冷却剂供给道中的流动方向)
42 箭头(收集道和连接通道中的流动方向)
44a-d 箭头(螺旋区段中的流动方向)
hK 冷却通道的高度
bK 冷却通道的宽度
bZ 中间隔板的宽度