DE10000299A1 - Kühlsystem für Verbrennungsmotor - Google Patents

Kühlsystem für Verbrennungsmotor

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Abstract

Die Erfindung betrifft Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren, bei denen der Verbrennungsmotor einen oder mehrere Kühlwasserkreise aufweist, die mittels einer unter anderem von der Motortemperatur abhängig regelbaren Ventileinrichtung von einer Kühlmittelpumpe beaufschlagbar sind. Die Kühlmittelpumpe ist dabei eingangsseitig von der Temperatur des Kühlmittels abhängig, mit einem von dem Rücklauf des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor gespeisten Kühler oder mit einer von Ventilstrecke zu öffnenden Umgehungsleitung direkt mit dem Rücklauf des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor verbindbar. DOLLAR A Es wird die Aufgabe gelöst, für zentrales, vom Betriebszustand des Motors und ggf. von Heizanforderungen abhängig gesteuertes Verteilerventil zu schaffen, mit dem die Wärme der Motorkühlung einerseits zum günstigen Erwärmen des Motors, des Motorenöls und der Fahrzeugheizung verteilt und andererseits eine zweckmäßige Regelung der Kühlung des Motorenöles erzielt wird. Weiterhin soll eine zweckmäßige Verteilung des Kühlmittels im Motor erfolgen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Verteilerventil (2) entlang von einer Zylinderreihe angeordnet ist und ein Regelventil (2a) mit einem Schieber (22) aufweist, der im Gehäuse (21) geführt ist und mehrere regelbare Ventilstrecken (VZ) für Zuläufe von Kühlmittel zum Motor (1) bildet. DOLLAR A Für eine funktionsgerechte Verteilung von Kühlmittel im Motor ist eine Gruppe von Ventilstrecken (VZ11) den Zuläufern (11) von Kühlmittel in ...

Description

Die Erfindung betrifft Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Vorbekannt sind Kühlsysteme durch die Schriften DE 28 41 555 A1; DE 33 17 454 A1 - Fig. 1. und 4 - bei denen der Verbrennungsmotor getrennte Kühlwasserkreise mit jeweils eigenem Ein- und ggf. auch Auslaß im Zylinderkopf und -block aufweist. Von der Motor- bzw. Rücklauftemperatur abhängig öffnende Ventileinrichtungen regeln unabhängig voneinander den jeweiligen Durchfluß des Kühlmittels durch den Zylinderkopf bzw. -block. Diese Kühlwasserkreise werden von einer Kühlmittelpumpe beaufschlagt. Der Rücklauf des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor erfolgt durch den Kühler zur Saugseite der Kühlmittelpumpe. Ein von der Temperatur des Kühlmittels abhängig öffnendes Ventil gibt bei niedriger Kühlmitteltemperatur eine Umgehungsleitung vom Rücklauf des Kühlmittels aus dem Verbrennungsmotor zur Saugleitung der Kühlmittelpumpe frei, wobei der Kühler für den Kühlkreislauf nicht wirksam ist.
Bei den Ausführungen gemäß der Schrift DE 33 17 454 A1 ist zusätzlich und parallel zum vorbeschriebenen Kühlkreislauf im Zylinderkopf eine Kühlmittelpumpe für einen gesonderten an- und abschaltbaren Kühl- und Heizkreislauf mit einem Heizwärmetauscher angeschlossen.
Mit den vorbeschriebenen Ausführungen wird für den Motorbetrieb eine zweck­ mäßige Folge der Erwärmung von Zylinderkopf und Zylinderblock erreicht.
Vorbekannt sind durch die Schrift DE 34 20 982 A1 Regelventile für Kühlsysteme, die ein Regelventil mit axial durchströmtem Rohrschieber mit radialen Fenstern aufweisen, denen Öffnungen in dem umgebenden Gehäuse zugeordnet sind. Diese Rohrschieber können mittels entsprechender Stellmotoren sowohl im Gehäuse verdrehbar als auch verschiebbar sein. Auf diese Weise werden unter­ schiedliche Querschnitte für den Durchfluß des Kühlers oder einer Kurzschlußleitung zur Umgehung des Kühlers, mindestens abhängig von der Temperatur des Kühlmittels, eingestellt.
Vorbekannt ist es durch die Schrift DE 43 26 161 A1, jeden Zylinder mit einer eigenen Kühlmittelzuführung zu versehen und aus einem zentralen Kühlmittel­ verteiler zu speisen, dabei soll eine solche Anordnung vorzugsweise bei V-Motoren,. Anwendung finden. Es sind jeweils getrennte Kühlmittelabströmkanäle zu jeder Zylindereinheit vorgesehen. Mittels dieser Gestaltung ist eine gleichmäßige Kühlmittelverteilung und damit ein gleichmäßiger Temperaturzustand für alle Zylinder erzielbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein gattungsgemäßes Kühlsystem ein zentrales vom Betriebszustand des Motors und ggf. von Heizanforderungen abhängig gesteuertes Verteilerventil zu schaffen, mit dem die Wärme der Motor­ kühlung einerseits zum günstigen Erwärmen des Motors, des Motorenöls und der Fahrzeugheizung verteilt und andererseits eine zweckmäßige Regelung der Kühlung des Motorenöles erzielt wird. Weiterhin soll eine zweckmäßige Verteilung des Kühlmittels am Motor erfolgen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschriebene Gestaltung eines Kühlsystems mit einem Verteilerventil.
Das vorgenannte, von der Kühlmittelpumpe beaufschlagte Verteilerventil ist mit einem, sich entlang einer Zylinderreihe erstreckenden Schieber ausgeführt, dessen Innenraum von Kühlmittel durchströmt ist.
Das Verteilerventil ist abhängig vom Betriebszustand des Motors und ggf. von Heizanforderungen in unterschiedliche axiale Stellungen von einem oder mehreren Stellmotoren stellbar. Dabei werden Ventilstrecken geöffnet oder geschlossen. Unterschiedliche Ventilstrecken regeln Querschnitte für den Durchfluß von Kühlmittel in den Zylinderkopf und wahlweise auch Zylinderblock. Weitere Ventilstrecken können ein kontinuierliches An- und Abschalten von Wärmetauschern bzw. von Umgehungsleitungen zum Kühler bewirken.
Mit den möglichen Ausgestaltungen des Kühlsystems kann die Wärme der Motor­ kühlung einerseits zum günstigen Erwärmen des Motors, des Motorenöls und der Fahrzeugheizung verteilt werden und andererseits eine zweckmäßige Regelung der Kühlung des Motors und des Motorenöles erzielt werden.
Ebenfalls ist durch den Rohrschieber eine gleichmäßige Verteilung der Kühl­ flüssigkeit auf alle Zylinderbereiche im Zylinderkopf und ggf. -block zu erzielen. Weitere Ausgestaltungen gemäß den Unteransprüchen werden im Zusammenhang mit ihren Merkmalen, Wirkungen und Vorteilen in der Beschreibung erläutert.
Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel und mögliche Modifikationen des erfindungsgemäßen Kühlsystems beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kühlsystem in schematisierter Darstellung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht des im Verteilerventil angeordneten Regelventils mit Teilschnitt.
In Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor 1 zusammen mit seinem Kühlsystem gezeigt. Erfindungsgemäß verläuft ein Verteilerventil 2 parallel zur Längsachse des Motors. Die Anordnung parallel zur Längsachse des Motors ist in der schematischen Darstellung nicht berücksichtigt, sie erweist sich jedoch als vorteilhaft bei einer individuellen Einspeisung von Kühlmittel in die Bereiche der einzelnen Zylinder im Zylinderkopf und -block.
Eine Kühlmittelpumpe 4 fördert Kühlmittel durch den Motor 1, einen Kühler 8, einen Öl- 10 sowie einen Heizungswärmetauscher 14. Das Fördern erfolgt über eine Druckleitung D4 zu einem im Verteilerventil 2 angeordneten Regelventil 2a, das Ventilstrecken VZ, VB mit regelbarem Querschnitt aufweist, die jeweils unterschied­ lichen Zufluß zum Zylinderkopf 11 bzw. -block 12, zum Ölwärmetauscher 10 ein­ stellen. An der Saugleitung S4 und einem zentralen Rücklauf ist ein Ausgleichs­ behälter 19 mit seinen Zulaufleitungen Z19 angeschlossen.
Das Verteilerventil 2 kann weiterhin eine vorzugsweise von einem Thermostat, z. B. Dehnstoffelement, geregelte Ventilstrecke 2b umfassen, welche das erwärmte, rücklaufende Kühlmittel ganz bzw. teilweise durch den Kühler 8 oder ausschließlich zur Saugleitung S4 der durch den Motor angetriebenen Kühlmittelpumpe 4 strömen läßt.
Das Regelventil 2a, gezeigt in Fig. 2, weist einen rohrförmigen Schieber 22 mit Öffnungen 23 auf. Der Innenraum des Schiebers 22 bildet den Zuflußquerschnitt zu den Öffnungen 23, denen Öffnungen 24 im Gehäuse zugeordnet sind. Die Öffnungen 23; 24 bilden bei unterschiedlicher Überdeckung Ventilstrecken VZ; VB mit veränderlichem bzw. verschlossenem Querschnitt, die Kühlräume im Zylinderkopf 11 bzw. auch im Zylinderblock 12 mit Kühlmittel speisen.
Von dem umgebenden Gehäuse 21 gelangt das Kühlmittel über Zuläufe Z11; 12, ausgeführt z. B. als Kanäle, zum Zylinderkopf 11 bzw. -block 12. Ebenso fließt bei entsprechender Stellung des Schiebers 22 das Kühlmittel über eine Ventilstrecke VZ10 über den Zulauf 10 zum Ölwärmetauscher 10.
Weiterhin ist eine Ventilstrecke VB2 vorhanden, die einen durch Bypass gedrosselten Rücklauf B2 von Rückläufen R1; R10 des Motors und des Ölwärmetauschers 10 der Förderseite zur Saugleitung S4 der Kühlmittel­ pumpe 4 regelt.
Der Schieber 22 ist über einen Stellmotor 3 abhängig vom Wärmezustand des Motors 1 bzw. des Kühlsystems verschiebbar ggf. auch verdrehbar, letzteres nicht dargestellt. Dabei wird der Stellmotor 3 von einem Steuermodul 31 für die Kühlung; das im Motorsteuergerät 30 enthalten sein kann, angesteuert. Der Stellmotor 3 kann aber auch ein Thermostat sein, der von der Kühlflüssigkeit der Rücklaufleitung R2b umströmt wird und ggf. noch eine zusätzliche Heizung aufweist, die über das Steuermodul 31 geschaltet wird
Der Rückfluß des Kühlmittels vom Motor 1 und vom Ölwärmetauscher 10 erfolgt über die Rücklaufleitungen R1; R10 zum Zulauf 8 des Kühlers 8 und nach dessen Durchströmen über die Leitung R8 über die Ventilstrecke 2b und den Rücklauf R2b/3 zur Saugleitung S4 der Kühlmittelpumpe 4.
Die Ventilstrecke 2b öffnet bzw. schließt den Rücklauf 8 und schließt bzw. öffnet gegenläufig einen direkten Zufluß von den Rückläufen R1 und R10 zum Rücklauf R2b/3.
Parallel zum Kühler 8 kann, wenn die Ventilstrecke 2b den Rücklauf R8 vom Kühler 8 schließt, das Kühlmittel über die Ventilstrecke 2b und den Rücklauf R2b/3 zur Saugleitung S4 der Kühlmittelpumpe 4 fließen.
Ein Lüfter 18 für den Kühler 8 ist vorteilhaft vom Steuermodul 31 für die Kühlung angesteuert, dabei können alle dem Steuergerät 30 anliegenden Zustandsdaten des Motors und der Umgebung zum Bestimmen des Einschaltens gewichtet herangezogen werden.
Die Erfindung erlaubt es, die Erwärmung und Kühlung von Zylinderkopf und -block und des Öls der Motorschmierung optimal für alle Betriebszustände zu regeln. Dabei kann eine gleichmäßige bzw. angepaßte Verteilung im Bereich jedes Zylinders erzielt werden.
Aufstellung der Bezugszeichen
1
Verbrennungsmotor
2
Verteilerventil,
2
a Regelventil, mit Schieber ausgeführt, dessen Innenraum von zu verteilendem Kühlmitel durchströmt wird.
2
b Ventilstrecke gesteuert von
13
3
Stellmotor für
2
a
4
Kühlmittelpumpe
5
Ausgleichsbehälter
8
Kühler
9
Lüfter für
8
10
Ölwärmetauscher
11
Zylinderkopf
12
Zylinderblock
13
Stellmotor für
2
b, vorzugsweise vom Kühlmittel umströmter Thermostat, ggf. auch zusätzlich fremdbeheizt.
14
Heizungswärmetauscher
21
Gehäuse
22
Schieber
23
Öffnungen in
22
24
Öffnungen in
21
30
Motorsteuergerat
31
Steuermodul für Kühlung
S4 Saugleitung von
4
B2 mittels Bypass gedrosselter Rücklauf
D4 Druckleitung von
4
VB2 Querschnittsgeregelte Ventilstrecke für B
2
VZ1 bis V "yz" Ventilstrecke für Z
1
bis V "yz"
Z1 bis Z "x" Zulauf zu
1
bzw. "x"
R1 bis R "x" Rücklaufleitungen von
1
bzw. "x"

Claims (13)

1. Kühlsystem für Verbrennungsmotoren folgender Bauart:
  • - der Verbrennungsmotor weist einen oder mehrere Kühlwasserkreise auf, die mittels einer unter anderem von der Motortemperatur abhängig regelbaren Ventileinrichtung von einer Kühlmittelpumpe beaufschlagbar sind,
  • - die Kühlmittelpumpe ist eingangsseitig von der Temperatur des Kühlmittels ab­ hängig, mit einem von dem Rücklauf des Kühlmittels aus dem Verbrennungs­ motor gespeisten Kühler oder mit einer von einer Ventilstrecke zu öffnenden Umgehungsleitung direkt mit dem Rücklauf des Kühlmittels aus dem Verbren­ nungsmotor verbindbar,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verteilerventil (2) entlang von einer Zylinderreihe angeordnet ist und ein Regelventil (2a) mit einem Schieber (22) aufweist, der im Gehäuse (21) geführt ist und mehrere regelbare Ventilstrecken (VZ) für Zuläufe von Kühlmittel zum Motor (1) bildet.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von Ventilstrecken (VZ11) den Zuläufen (11) von Kühlmittel in Bereiche des Zylinderkopfes (11) angeschlossen ist.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von Ventilstrecken (VZ12) den Zuläufen (12) von Kühlmittel in Bereiche des Zylinderblockes (12) angeschlossen ist.
4. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verteilerventil (2) eine weitere Ventilstrecke (VZ10) als geregelter Querschnitt für den Zulauf (Z10) von Kühlmittel in den Ölwärmetauscher (10) angeordnet ist.
5. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilstrecke (VB2) für den durch Bypass gedrosselten Rücklauf (B2) von Rückläufen (R1; R10) des Motors und des Ölwärmetauschers (10) der Förderseite zur Saugleitung (S4) der Kühlmittelpumpe (4) angeordnet ist.
6. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (Z14) zum Heizungswärmetauscher (14) an Rückläufen (R1; R10) des Motors und des Ölwärmetauschers (10) angeschlossen ist.
7. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerventil (2) eine, von einem Stellmotor oder Thermostat (13) geregelte Ventilstrecke (2b) mit veränderlichem Querschnitt für die Verbindung Rücklaufleitung (R8) des Kühlers (8) zur Saugleitung (S4) der Kühlmittel­ pumpe (4) aufweist, wobei der Zulauf (Z8) des Kühlers (8) an die Rückläufe (R1; R10) des Motors (1) und des Ölwärmetauschers (10) angeschlossen ist.
8. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerventil (2) sich bei V-Motoren zwischen zwei Zylinderreihen und entlang derselben erstreckt.
9. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (3) ein Thermostat ist, der von der Kühlflüssigkeit der Rücklaufleitung (R2b) umströmt ist.
10. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor oder Thermostat (3) von einem Steuermodul (31) für die Kühlung ansteuerbar ist.
11. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor oder Thermostat (13) von einem Steuermodul (31) für die Kühlung ansteuerbar ist.
12. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (31) für die Kühlung im Motorsteuergerät (30) integriert ist.
13. Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lüfter (18) für den Kühler (8) vom Steuermodul (31) für die Kühlung angesteuert ist.
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