<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit separaten Kühlmitteleintritten für einen ersten Kühlmittelstrom in den Zylinderkopf und einen zweiten Kühlmittelstrom in den Zylinderblock, wobei der zweite Kühlmittelstrom stromaufwärts einer Kühlmittelpumpe vom ersten Kühlmittelstrom abzweigt und nach Durchströmen eines Kühlraumes im Zylinderblock wieder in den ersten Kühlmittelstrom einmündet.
Bei konventionellen Brennkraftmaschinen wird der Zylinderblock und der Zylinderkopf von der gleichen Kühlmittelmenge durchströmt. Die Anforderungen an die Kühlung der einzelnen Abschnitte der Brennkraftmaschine sind jedoch in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen unterschiedlich. So hat etwa die Temperatur der Zylinderlaufbüchsen einen erheblichen Einfluss auf die Reibung. Die Temperatur der einzelnen Wandabschnitte des Brennraums sind bestimmend für die Verbrennung und insbesonders für die Nox Emissionen. Die bekannte Kühlung kann zu einer Überkühlung des Zylinderblockes und/oder einer Unterkühlung des Zylinderkopfes führen.
Insbesondere im Bereich der Warmlaufphase wäre allerdings eine verminderte Kühlung des Zylinderblockes wünschenswert, um die Bildung von Kraftstoffilmen an den Zylinderwänden zu vermindern und die Schmierung sowie die Abgasqualität im Warmlaufbetrieb zu verbessern.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird der Zylinderkopf und der Zylinderblock durch parallele, unabhängige Kühlmittelströme durchströmt. Das Motorkühlsystem besteht dabei im wesentlichen aus einem ersten, den Zylinderkopf und den Kühlmittelkühler inkludierenden ersten Kreislauf und einem eigenen zweiten Kühlkreislauf zur Kühlung des Zylinderblockes. Die beiden Kreisläufe werden durch eine gemeinsame Wasserpumpe gespeist, wobei stromabwärts der Pumpe die Durchflussmengen für die beiden Kreisläufe über einen Durchflussmengenverteiler einstellbar sind. Sowohl die Pumpe als auch der Durchflussmengenverteiler werden von einer elektronischen Steuereinheit in Abhängigkeit der über Temperaturfühler gemessenen Zylinderkopf- und Zylinderblocktemperatur und anderen Betriebsgrössen angesteuert.
Durch die parallele Durchströmung des Zylinderblockes kann eine ungleiche Aufteilung der Kühlmittelströme auf Zylinderkopf und Zylinderblock erreicht werden.
Bei der bekannten Brennkraftmaschine kann zwar die Kühlleistung des Zylinderblockes und des Zylinderkopfes auf den jeweils optimalen Wert eingestellt werden, allerdings ist dafür wegen der notwendigen zahlreichen Sensoren, Stellglieder und der elektronischen Steuereinheit ein relativ hoher Aufwand verbunden.
<Desc/Clms Page number 2>
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und die Kühlung für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der zweite Kühlmittelstrom über mindestens eine Strömungsverbindung zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in den Wasserraum des Zylinderkopfes einmündet. Die Durchflussmengen im Zylinderblock und im Zylinderkopf können unabhängig voneinander, beispielsweise durch Dimensionierung der Kühlleitungen, eingestellt werden, wodurch unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen im Zylinderblock und im Zylinderkopf realisiert werden können. Über die Strömungsverbindungen strömt das Kühlwasser vom Zylinderblock in den Zylinderkopf und unterstützt die Kühlung des Zylinderkopfes.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn nur der Zylinderkopf zumindest einen Kühlmittelaustritt aufweist. Somit strömt das separat dem Zylinderblock zugeführte Kühlmittel zur Gänze in die Wasserräume des Zylinderkopfes und verlässt gemeinsam mit dem ersten Kühlmittelstrom den Zylinderkopf.
Die Aufteilung der Kühlmittelströme kann vorteilhafterweise dadurch erfolgen, dass im Strömungsweg für den zweiten Kühlmittelstrom zwischen der Abzweigung vom und der Einmündung in den ersten Kühlmittelstrom eine Einrichtung zur Einstellung des Kühlmitteldurchflusses vorgesehen ist, welche vorzugsweise durch eine Durchflussdrossel gebildet ist.
Besonders vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Durchflussdrossel des Kühlmitteldurchflusses aus zumindest einer Drosselstelle im Bereich der Strömungsverbindung in die Wasserräume des Zylinderkopfes besteht.
Eine besonders einfache und zuverlässige Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Drosselstelle durch eine Durchtrittsöffnung der Zylinderkopfdichtung gebildet ist. Über die Dimensionierung der Durchtrittsöffnungen in der Zylinderkopfdichtung wird die Aufteilung der beiden Kühlmittelströme auf einen optimalen Wert voreingestellt. Dadurch kann eine konstante Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel im Zylinderkopf und im Zylinderblock über den gesamten Betriebsbereich realisiert werden.
Dabei kann die Kühlung in thermisch problematischen Bereichen intensiviert bzw. abgeschwächt werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht dabei vor, dass der zweite Kühlmittelstrom auf der Auslassventilseite des Zylinderkopfes in den ersten Kühlmittelstrom einmündet.
Ein anderer, einfacher Weg zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht vor, dass sowohl der Zylinderblock als auch der Zylinderkopf einen Kühlmittelaustritt aufweisen und die beiden Kühlmittelströme getrennt voneinander durch den Zylinderblock bzw. Zylinderkopf geführt
<Desc/Clms Page number 3>
sind, und dass stromabwärts der Kühlmittelaustritte sowohl im Strömungsweg des ersten Kühlmittelstromes als auch im Strömungsweg des zweiten Kühlmittelstromes em Thermostatventil angeordnet ist.
Das Thermostatventil des ersten Kühlmittelstromes weist dabei eine niedrigere Schalttemperatur als das Thermostatventil des zweiten Kühlmittelstromes auf und öffnet daher früher. Der erste und der zweite Kühlmittelstrom zweigen unmittelbar vor dem Motor vom durch die Pumpe geförderten Hauptstrom ab und vereinigen sich wieder im bzw. unmittelbar nach dem Motor. Eine Vereinfachung des Kühlsystems ergibt sich dabei auch dadurch, dass in einer vom ersten Kühlmittelstrom und vom zweiten Kühlmittelstrom gemeinsam durchströmten Leitung ein Kühlmittelkühler angeordnet ist.
Um nicht nur die Aufteilung des Kühlmittelstromes, sondern auch eine Regelung des Gesamtvolumenstromes des Kühlmittels zu ermöglichen, kann weiters vorgesehen sein, dass die Kühlmittelpumpe als elektrisch betriebene Pumpe ausgeführt ist.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 das erfindungsgemässe Kühlsystem schematisch in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 das erfindungsgemässe Kühlsystem schematisch in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine gemäss der Linie III-III in Fig. 4, Fig. 4 und 5 Querschnitte durch diesen Zylinderkopf gemäss den Linien IV-IV und V-V in Fig. 3.
Die flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine 1 weist ausgehend von einer Kühlmittelpumpe 2 getrennte Kühlmitteleintritte 3,4 für den Zylinderkopf 5 und den Zylinderblock 6 auf. Die sich nach der Kühlmittelpumpe 2 aufteilenden Kühlmittelströme 7,8 werden getrennt voneinander über die Strömungswege 9,10 durch den Zylinderkopf 5 und den Zylinderblock 6 geführt und münden in der in Fig. 2 gezeigten Ausführung über zwei separate Thermostatventile 11, 12 in eine gemeinsame Leitung 13 zum Kühler 14. Der erforderliche Anteil des den Zylinderblock basierenden ersten Kühlmittelstromes 7 wird dabei durch eine niedrigere Öffnungs-Schalttemperatur des dem Kühlmittelaustritt 15 am Zylinderblock 5 nachgeschalteten Thermostatventil 11 geregelt.
Zur Verkürzung der Warmlaufphase kann in üblicher Weise der Kühler 14 durch eine über ein Thermostatventil 14a geregelte Bypassleitung 14b umgangen werden.
In dem in den Fig. 3,4 und 5 gezeigten einfachen Ausführungsbeispiel des schematisch in Fig. 1 dargestellten Kühlsystems führt der zweite Kühlmittelstrom 8 des Zylinderblockes 6 über Durchtrittsöffnungen 17 in der Zylinderkopfdichtung 18 auf der Auslassventilseite 19 in einen Wassersammelraum 20 des Zylinderkopfes 5 und über diesen weiter zum Kühlmittelaustritt 15 im Zylinderkopf 5 und einem Thermostatventil 14a. Der erste Kühlmittelstrom 7 durch den Zylinderkopf 5 wird dabei ausgehend von der Kühlmittelpumpe 2 über einen sich auf der Einlassventilseite 16 längs über den Zylinderkopf 5 erstreckenden Verteilerraum 21 quer durch den Kühlraum 22 des Zylinderkopfes 5 zum Sammelraum 20
<Desc/Clms Page number 4>
geführt. Mit 16a sind Einlasskanäle, mit 19a Auslasskanäle bezeichnet.
Bezugszeichen 23 deutet Bohrungen für nicht weiter dargestellte Zylinderkopfschrauben an.
Durch die geteilte Kühlmittelführung kann auf einfache Weise ein unterschiedliches Temperaturniveau im Zylinderkopf 5 und im Zylinderblock 6, nämlich eine höhere
EMI4.1
Bei der in den Fig. 1, 3,4 und 5 gezeigten Ausführung erfolgt die Steuerung der Aufteilung der beiden Kühlmittelströme 7,8 durch die Anordnung und Grösse der Durchtrittsöffnungen 17 in der Zylinderkopfdichtung 18, die als Strömungsdrossel dienen.
Als Erweiterung des Systems kann die Kühlmittelpumpe 2 statt des üblichen mechanischen Antriebs auch als elektrisch betriebene Pumpe ausgeführt sein, um nicht nur die Aufteilung des Kühlmittelstromes sondern auch die Regelung des Gesamtstromes zu ermöglichen.