DE102004052137A1

DE102004052137A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004052137A1
Application number: DE200410052137
Authority: DE
Inventors: Werner Mietschnig; Werner Lugs; Robert Eglseer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-11

Abstract

Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, bestehend zumindest aus einem Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf (2) und einem Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf (3), wobei für beide Kühlmittelkreisläufe (2, 3) eine gemeinsame Kühlmittelpumpe vorgesehen ist, die beide Kühlmittelkreisläufe (2, 3) durch eine gemeinsame Zuleitung (4) mit Kühlmittel versorgt und wobei der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf (2) und der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf (3) als separate Kühlmittelkreisläufe ausgeführt sind und der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf (2) mit einem Stellelement verschließbar ist. DOLLAR A Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird ein schnelles Aufheizen des Kurbelgehäuses nach einem Kaltstart gewährleistet, wodurch die innere Reibung gesenkt und der Verschleiß verringert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 47 080 A1 aus. In dieser ist eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf beschrieben. Die Brennkraftmaschine weist eine Kühlmittelpumpe auf, die Kühlmittel durch eine gemeinsame Zuleitung zu einem Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf und zu einem Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf pumpt. Um eine bestmögliche Wärmeverteilung beim Betrieb in der Brennkraftmaschine zu erzielen, weisen der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse zueinander korrespondierende Öffnungen im Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf und im Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf auf. Durch diese korrespondierenden Öffnungen wird Kühlmittel aus dem Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf in den Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf gefördert. Die Kühlmitteldurchflussmenge wird durch Bohrungen in der Zylinderkopfdichtung, die den Querschnitt der korrespondierenden Öffnungen begrenzen, eingestellt. Um die absoluten Kühlmitteldurchflussmengen durch die einzelnen Kühlmittelkreisläufe einstellen zu können, sind der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf und der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf über eine weitere stirnseitig in der Brennkraftmaschine angeordnete Öffnung miteinander verbunden. Ferner kann der Durchsatz von Kühlmittel mit zwei thermisch unterschiedlich ausgelegten Thermostatventilen geregelt werden. Hierdurch kann das Kurbelgehäuse beispielsweise mit einer etwa 20 ° – 30 °C höheren Kühlmitteltemperatur als der Zylinderkopf betrieben werden. Durch die Einstellung unterschiedlicher Temperaturen in Kurbelgehäuse und Zylinderkopf wird ein schnelles Warmlaufen der Brennkraftmaschine erzielt, wodurch die HC-Emissionen verringert werden. Ferner kann bei wärmerem Betrieb des Kurbelgehäuses die innere Reibung reduziert werden, wodurch der Verschleiß verringert und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine verlängert wird.

Von Nachteil bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist der hohe bauliche Aufwand, um die beschriebenen Vorteile zu erzielen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einfache Mittel aufzuzeigen, mit denen ein gattungsgemäßer Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine dargestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf und der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf als separate Kühlmittelkreisläufe ausgeführt sind und der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf mit einem Stellelement verschließbar ist.

In vorteilhafter Weise ist der Kühlmitteldurchfluss durch den Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf nicht nur reduzierbar, sondern abschaltbar. Somit ergibt sich ein schnelleres Aufheizen der Zylinderbuchsen der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart und damit eine Reibungsminimierung in den Zylinderbuchsen während des Motorwarmlaufes, sowie eine Reibungsminimierung im Warmzustand der Brennkraftmaschine durch Erhöhung der Zylinderbuchsentemperatur gegenüber einer konventionellen Zylinderbuchsenkühlung im Niedriglastbereich, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Durch das schnellere Aufheizen des Kurbelgehäuses nach einem Kaltstart werden die HC-Emissionen deutlich reduziert, durch das Warmhalten des Kurbelgehäuses aufgrund minimierter oder abgeschalteter Kühimittelzufuhr, wird ferner die innere Reibung wesentlich reduziert, wodurch Kraftstoff beim Betrieb der Brennkraftmaschine eingespart wird.

Die Anordnung gemäß Patentanspruch 2 gestattet eine sehr kompakte Anordnung des Kühlmittelkreislaufes.

Aufgrund der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 werden alle Zylinder in etwa auf der gleichen Betriebstemperatur gehalten, wodurch Verzüge des Kurbelgehäuses minimiert sind.

Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 wird eine besonders effiziente Kühlung der Brennkraftmaschine erzielt.

Mit einem Stellelement gemäß Patentanspruch 5 ist eine sehr genaue Temperatursteuerung der Brennkraftmaschine möglich.

Mit einem Stellelement gemäß Patentanspruch 6 wird eine besonders robuste und kostengünstige Variante erzielt.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen, auf das Wesentliche reduzierten Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine;
2 zeigt einen Gusskern eines erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislaufs für eine Brennkraftmaschine;
3 zeigt einen Gusskern eines erfindungsgemäßen Zylinderkopf-Kühlmittelkreislaufes für eine Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen, auf das Wesentliche reduzierten Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, bestehend aus einem Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2, einem Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf 3, einem gemeinsamen Zulauf 4 und einer Kühlmittelpumpe 7. Die Kühlmittelpumpe 7 fördert ein Kühlmittel durch den gemeinsamen Zulauf 4 in den Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 sowie in den Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf 3. Die Ausgänge des Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislaufs 2 und des Zylinderkopf-Kühlmittelkreislaufs 3 münden wieder in den Kühlmittelkreislauf 1, durch den das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 7 wieder angesaugt wird. Die Kühlmittelfließrichtung ist durch Pfeile dargestellt. Erfindungsgemäß sind der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 und der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf 3 als separate Kühlmittelkreisläufe ausgeführt und der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 ist mit einem Stellelement 14 verschließbar. Die dargestellte Stellung entspricht einem abgesperrten Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf. Der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 ist vollständig im Kurbelgehäuse angeordnet, der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf 3 ist in das Kurbelgehäuse, in Form eines Verteilerkanals 3'und den Zylinderkopf integriert.
2 zeigt einen Gusskern für den Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 sowie den Verteilerkanal 3' des Zylinderkopf-Kühlmittelkreislaufs 3. Die Bezugszeichen von 1 gelten für gleiche Bauteile auch für 2 und 3. Die Geometrie des Gusskerns entspricht der Geometrie der Kühlmittelführungen in einer Brennkraftmaschine. In einem Kühlmittelpumpenraum 10 wird die Kühlmittelpumpe 7 angeordnet, deren Schaufeln in einem Schneckenraum 9 das Kühlmittel aus einem Saugkanal 8, kommend von einem nicht dargestellten Wärmetauscher, ansaugen und in den gemeinsamen Zulauf 4 fördern. Am Ende des gemeinsamen Zulaufes 4 teilt sich dieser in den separa ten Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 und den Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf 3 auf. Ausgehend von dem gemeinsamen Zulauf 4 umströmt das Kühlmittel im Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine und wird durch einen Kurbelgehäuseaustritt 11 wieder abgeführt.
Ebenfalls ausgehend von dem gemeinsamen Zulauf 4 wird das Kühlmittel parallel zum Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 in den Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf 3 gefördert, zuerst in den Verteilerkanal 3' der weitgehend parallel zur Längsachse der Brennkraftmaschine ausgebildet ist und keine Verbindung mit dem Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 aufweist. Ausgehend von dem Verteilerkanal 3' strömt das Kühlmittel weiter durch Stichkanäle 5, 5' in korrespondierende Stichkanäle 5, 5' im Zylinderkopf. Dort durchströmt das Kühlmittel – wie unter 3 beschrieben – den Zylinderkopf um anschließend den Zylinderkopf durch einen Zylinderkopfaustritt 12 zu verlassen. Die Fließrichtung des Kühlmittels in den Kühlmittelein- und Kühlmittelaustritten 8, 11, 12, sowie in den Stichkanälen 5, 5' sind jeweils durch Pfeile dargestellt.
3 zeigt schematisch die Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Gusskern für den Kühlmittelkreislauf des Zylinderkopf-Kühlmittelkreislaufs 3. An der, in der Zeichnungsebene hinten liegenden Längsseite des Zylinderkopfes sind die zu den Stichkanälen 5, 5' des Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislaufs korrespondieren Stichkanäle 5, 5' des Zylinderkopf-Kühlmittelkreislaufes 3 angeordnet. Ausgehend von den Stichkanälen 5, 5' durchströmt das Kühlmittel den Zylinderkopf weitgehend quer, um anschließend in einem Sammelkanal 6 gesammelt zu werden. Das Kühlmittel verlässt den Zylinderkopf durch einen an den Sammelkanal 6 angeordneten Zylinderkopfaustritt 12. Die Fließrichtung des Kühlmittels ist wiederum durch Pfeile gekennzeichnet. Ferner sind am Gusskern sich axial erstreckende Fortsätze angeformt, bei denen es sich um Kernstützen 13, 13' handelt.
In der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf 1 für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen, kann jedoch in jeder anderen Brennkraftmaschine mit beliebiger Zylinderzahl zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt wird der vorgeschlagene Kühlmittelkreislauf 1 in selbstzündenden Brennkraftmaschinen eingesetzt, selbstverständlich kann er auch in fremd gezündeten Brennkraftmaschinen Verwendung finden. Als Stellelement 14 wird bevorzugt ein stetig verstellbares Ventil eingesetzt, da hiermit die genaueste Temperaturregelung von Kurbelgehäuse und Zylinderkopf möglich ist. Die Betätigung des Stellelementes 14 kann pneumatisch, hydraulisch oder elektromechanisch erfolgen. Es können auch schaltbare Ventile zum Einsatz kommen, die besonders robust und kostengünstig sind. Bevorzugt ist das Stellelement 14 im Kurbelgehäuseaustritt 11 angeordnet, kann aber an jeder beliebigen Stelle im Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf 2 angeordnet sein.
Durch das schaltbare Durchflussverhalten des Kühlmittels durch das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine – von keinem bis zum maximalen Durchfluss – mit dem Stellelement, wird ein schnelleres Aufheizen der Zylinderbuchse und damit eine Minimierung der Kolbenbuchsenreibung im Motorwarmlauf und einer Reibungsminimierung im Warmzustand durch Erhöhung der Zylinderbuchsentemperatur gegenüber einer konventionellen Zylinderbuchsenkühlung im Niedriglastbereich erzielt. In vorteilhafter Weise werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung insbesondere im Warmlauf der Brennkraftmaschine die HC-Emissionen minimiert, wobei gleichzeitig die Lebensdauer der Brennkraftmaschine verlängert wird.

1.: Kühlmittelkreislauf
2.: Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf
3.: Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf
3': Verteilerkanal
4.: gemeinsamer Zulauf
5, 5'.: Stichkanal
6.: Sammelkanal
7.: Kühlmittelpumpe
8.: Saugkanal
9.: Schneckenraum
10.: Kühlmittelpumpenraum
11.: Kurbelgehäuseaustritt
12.: Zylinderkopfaustritt
13, 13': Kernstützen
14: Stellelement

Claims

Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, bestehend zumindest aus einem Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf (2) und einem Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf (3), wobei für beide Kühlmittelkreisläufe (2, 3) eine gemeinsame Kühlmittelpumpe vorgesehen ist, die beide Kühlmittelkreisläufe (2, 3) durch eine gemeinsame Zuleitung (4) mit Kühlmittel versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf (2) und der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf (3) als separate Kühlmittelkreisläufe ausgeführt sind und der Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf (2) mit einem Stellelement verschließbar ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Zuleitung (4) im Kurbelgehäuse angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Brennkraftmaschine zumindest zwei Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder weitgehend von dem Kurbelgehäuse-Kühlmittelkreislauf (2) umfasst sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Brennkraftmaschine eine Längsachse aufweist und der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf (3) abschnittsweise im Kurbelgehäuse angeordnet und durch Stichkanäle (5) in den Zylinderkopf geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf-Kühlmittelkreislauf (3) – im Kurbelgehäuse weitgehend parallel zur Längsachse ausgebildet ist, – auf einer Zylinderkopfseite als zumindest zwei Stichkanäle (5, 5') in den Zylinderkopf fortgesetzt ist, – weitgehend für eine Querströmung in dem Zylinderkopf zu einer zweiten Zylinderkopflängsseite und – entlang der zweiten Zylinderkopflängsseite als ein Sammelkanal (6) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement ein stetig verstellbares Ventil ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement ein schaltbares Ventil ist.