-
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit Flüssigkeitskühlung, insbesondere für einen Einzylinderdieselmotor, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Aus
JP 01-019111 A ist eine Kühlvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit reiner Flüssigkeitskühlung bekannt, deren Kühlkammern in Zylinderkopf und Zylindermantel mit einem Wärmetauscher kommunizieren, welcher mit einem Ausdehnungsgefäß in Verbindung steht. Das Ausdehnungsgefäß ist als eigenständiges Bauteil ausgebildet und mittels nicht näher gezeichneter Befestigungselemente am Motorgehäuse befestigt und an dessen Kühlkammern mittels Schlauchverbindungen angeschlossen. Ein Wärmetauscher sitzt direkt auf dem Zylinderkopf, so dass zwischen dessen Gehäusewand und dem Wärmetauscher eine Kühlwasserkammer ausgebildet ist.
-
JP 01-019110 A zeigt ebenfalls eine Kühlvorrichtung für Verbrennungsmotoren mit einem Wasser-/Luftwärmetauscher, welcher im Zusammenbau mit dem Zylinderkopf ausgebildet ist. Ein als separates Bauteil ausgebildetes Ausdehnungsgefäß ist über eine Schlauchleitung mit dem Wärmetauscher verbunden.
-
Aus
DE 1011668 A ist eine Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Flüssigkeitskühlung bekannt, der mit einem Lüfterrad in Art eines Schwungradgebläses ausgestattet ist, welches über die Kurbelwelle des Motors angetrieben wird. Der Wärmetauscher ist am Kurbelgehäuse mit einem Spannband befestigt und ist einerseits mit dem Zylinderkopf, andererseits mit dem Kühlwasserraum des Zylinders verbunden. Die Gebläseluft strömt über das Gebläsegehäuse durch den Wärmetauscher ab. Das Kühlwasser steht mit dem Wärmetauscher über Schlauchleitungen in Strömungsverbindung. Derartige Schlauchleitungen und ihre Verbindungsstellen an den Schlauchenden sind verschleißanfällig und führen nach längerem Betrieb häufig zu Undichtigkeit.
-
Aus
US 6505581 B2 ist ein gattungsgemäßes Kühlsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Kühlmittelkühler über getrennte feste Leitungen im Zu- und Rücklauf mit der Brennkraftmaschine verbunden ist.
-
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Kühlsystem des Motors bzw. eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art besonders robust zu gestalten, so dass auch unter harten Einsatzbedingungen, beispielsweise in Baumaschinen, die beobachteten Abnutzungserscheinungen in den Leitungsbereichen, häufig verursacht durch undichte oder gelöste Schlauchleitungen, weitgehend vermieden werden. Angestrebt wird überdies eine möglichst kompakte konstruktive Lösung, welche zusammen mit dem Motor eine Baueinheit bildet, die sowohl für den Antrieb von Fahrzeugen als auch zum Betreiben von fahrbaren oder stationären Arbeitsgeräten speziell geeignet ist.
-
Nach der erfindungsgemäßen Lehre wird diese Aufgabe an einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art gemäß dem Kennzeichen von Patentanspruch 1 gelöst.
-
Mit dieser vorteilhaften Lösung werden Schlauchanschlüsse vollständig vermieden; sie werden ersetzt durch ein Modulgehäuse, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist und welches einerseits fest mit dem Motor, nämlich im Bereich des Zylinderkopfes und des Zylindermantels, verbunden ist, und an welches andererseits der Wärmetauscher fest angeflanscht ist. Vorteilhaft kommen dabei Schraubverbindungen in Frage, deren Schrauben durch entsprechende Bohrungen im Wärmetauscher bzw. im Modulgehäuse geführt und in Gewindebohrungen des Modulgehäuses bzw. des Motors eingeschraubt sind.
-
Dabei ist es vorteilhaft, dass Wärmetauscher und Modulgehäuse derart mit dem Motor verschraubt sind, dass der Motor und diese Bauteile außerhalb von Öffnungen für Kühlwasserkanäle und Befestigungsschrauben gegeneinander abgedichtet sind.
-
Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zusammenbau des Wärmetauschers und des Motors vermittels des dazwischen angeordneten Modulgehäuses werden die anfälligen Schlauchverbindungen gänzlich vermieden und es entsteht ein kompaktes, für unterschiedliche Einsatzfälle und Einbaulagen universell geeignetes wassergekühltes Antriebssystem.
-
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Wärmetauscher mit einem Lüfter zusammenwirkt, dass ein das Lüfterrad einhüllendes Gehäuse über einen Luftaustrittskanal an ein Kühlernetz des Wärmetauschers angeschlossen ist, so dass dessen Kühlwasserleitungen von Kühlluft umströmt werden.
-
Erfindungsgemäß ist ferner das Lüfterrad in Art eines Schwungradgebläses ausgebildet, welches von der Kurbelwelle des Motors angetrieben wird.
-
Das Innere des Modulgehäuses ist vorteilhaft in der Weise ausgebildet, dass dessen Eintritts- und Austrittskammer an eine gemeinsame Kammerwand angrenzen und jeweils eine gemeinsame Kammerwand mit der Entlüftungskammer aufweisen. Die Entlüftungskammer erstreckt sich dabei vorteilhaft über die gesamte Breite des Modulgehäuses; es besitzt in dessen Außenwand einen Verschlussdeckel mit Entlüftungsventil; Eintritts- und Austrittskammer sind jeweils über eine Entlüftung z. B. in Form einer Entlüftungsleitung mit der Entlüftungskammer verbunden. Außerdem befindet sich im Zylinderkopf eine Entlüftungsleitung von dessen Kühlkammer zur Entlüftungskammer des Modulgehäuses, so dass eine zentrale Entlüftung für alle zusammengeschlossenen Aggregate verwirklicht ist.
-
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt
-
1 einen schematischen Querschnitt durch Motor mit Modulgehäuse, Wärmetauscher und Schwungradgebläse,
-
2 eine Ansicht des Modulgehäuses auf dessen Anschlussseite zum Motor und
-
3 eine Ansicht des Wärmetauschers auf dessen Anschlussseite zum Modulgehäuse.
-
Gemäß 1 ist von einem Motor lediglich dessen Zylindermantel 3 mit darauf sitzendem Zylinderkopf 2 dargestellt. Beide Bauteile sind wie üblich durch eine Zylinderkopfdichtung 27 gegeneinander abgedichtet. Im Zylinderkopf 2 sitzt die für einen Dieselmotor erforderliche Einspritzdüse 7, welche umgeben ist von einer Kühlkammer 8. Eine weitere Kühlkammer 9 befindet sich im Zylindermantel 3. Beide Kühlkammern 8, 9 sind mit einem Modulgehäuse 1 über Anschlusskanäle verbunden, so dass das Kühlwasser über zugeordnete Kammern des Modulgehäuses 1 einen daran angeflanschten Wärmetauscher 23 durchströmt. Im Einzelnen ist die Kühlkammer 8 des Zylinderkopfes 2 über eine Austrittsbohrung 4 des Zylinderkopfes 2 mit einer Eintrittskammer 1a des Modulgehäuses 1 verbunden. Von dort gelangt das (erwärmte) Kühlwasser in einen Einströmkasten 33a (3) des Wärmetauschers 23, von wo es über dessen Bauhöhe verteilt wird. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 23 zwischen dessen Platten 28a gelangt das (gekühlte) Kühlwasser in eine Austrittskammer 1b des Modulgehäuses 1 und von dort über eine Eintrittsbohrung 5 des Zylindermantels 3 zurück in dessen Kühlkammer 9, welche den Zylinderraum ringförmig einhüllt. Die Kühlkammer 9 des Zylindermantels 3 ist über eine Saugleitung 14 an eine Wasserpumpe 6 angeschlossen, deren Druckleitung 15 in die Kühlkammer 8 des Zylinderkopfes 2 einmündet. Das Gehäuse für die Wasserpumpe 6 und die daran angeschlossenen Leitungen 14, 15 sind nach einer nicht gezeigten Variante vorteilhaft in den Zylindermantel 3 eingegossen, so dass eine kompakte Bauweise gewährleistet ist. Dem Antrieb der Wasserpumpe dient ein Riementrieb 25 zwischen einer Keilriemenscheibe 26, welche die Wasserpumpe 6 antreibt und einer über die Motorkurbelwelle 18 angetriebenen weitere Riemenscheibe 26a. Ein Verbindungskanal 11 bildet einen Bypass zum Wärmetauscher 23, indem er die Austrittsbohrung 4 des Zylinderkopfes 2 direkt mit der Eintrittsbohrung 5 des Zylindermantels 3 verbindet. Die Mündung des Verbindungskanals 11 in der Austrittsbohrung 4 ist durch ein Thermostatventil 12 verschlossen, dessen Verschlussdeckel 20 abhängig von der Temperatur des Kühlwassers ganz oder teilweise offen gesteuert wird. Dies geschieht mit zunehmender Kühlwassertemperatur nach Abschluss der Startphase des Motors, d. h. nach Erreichen der Betriebstemperatur des Motors wird das gesamte Kühlwasser über die Austrittsbohrung 4 und durch die Eintrittskammer 1a des Modulgehäuses 1 hindurch dem Wärmetauscher 23 zugeführt. Über der Eintrittskammer 1a des Modulgehäuses 1 sitzt dessen Entlüftungskammer 1c, deren Verschlussdeckel 30 ein Entlüftungsventil bildet.
-
Auf der Kurbelwelle 18 des Motors sitzt ein Lüfterrad, welches als Schwungradgebläse 16 ausgebildet ist. Dessen Gebläseschaufeln 17 saugen Kühlluft um den Motor herum bzw. durch das Motorgehäuse hindurch an und verdichten diese im Inneren des Lüftergehäuses 19, von wo die Gebläseluft radial über einen Luftaustrittskanal 24 in den Wärmetauscher 23 gelangt und im Sinne der gezeichneten Pfeile sein Kühlernetz 28 durchströmt und dabei die Platten 28a kühlt, welche die Kühlwasserleitungen des Wärmetauschers 23 begrenzen.
-
Gemäß 2 ist schematisch der Querschnittsaufbau des Modulgehäuses 1 dargestellt. Es umfasst die Eintrittskammer 1a, die daneben angeordnete Austrittskammer 1b sowie die über beiden Kammern erstreckte Entlüftungskammer 1c. Die Eintrittskammer 1a ist über eine Entlüftungsleitung 22, die Austrittskammer 1b über eine Entlüftungsleitung 21 mit der Entlüftungskammer 1c verbunden. In die Entlüftungskammer 1c mündet außerdem noch die in 1 dargestellte Entlüftungsleitung 13, welche der Entlüftung der Kühlkammer 8 des Zylinderkopfes 2 dient und in einer nicht dargestellten Variante vorteilhaft in den Zylinderkopf eingegossen ist.
-
Eine seitlich angeordnete Durchtrittsöffnung 23a der Eintrittskammer 1a verbindet diese mit dem Wärmetauscher 23; eine weitere seitlich gegenüberliegend angeordnete Durchtrittsöffnung 23b verbindet den Wärmetauscher 23 mit der Austrittskammer 1b des Modulgehäuses 1. Beide Durchtrittsöffnungen 23a, 23b befinden sich innerhalb eines Einströmkastens 33a bzw. eines Ausströmkastens 33b des Wärmetauschers 23, wobei Einströmkasten 33a und Ausströmkasten 33b der Verteilung des Kühlwasserstroms über die gesamte Höhe des Wärmetauschers dienen (vgl. 3).
-
Ferner sind in 2 die Austrittsbohrung 4 im Bereich der Eintrittskammer 1a und die Eintrittsbohrung 5 im Bereich der Austrittskammer 1b des Modulgehäuses 1 dargestellt.
-
Im Bereich der Anschlussflächen zwischen Wärmetauscher 23 und Modulgehäuse 1 sowie zwischen letzterem und den Gehäuseteilen des Motors sind um die Durchgangsbohrungen herum jeweils O-Ringe zur Abdichtung der Gehäuse gegeneinander vorgesehen, wobei in 1 beispielhaft ein O-Ring 29 im Bereich der Eintrittsbohrung 5 dargestellt ist.
-
Der in 3 dargestellte Wärmetauscher 23 besitzt in seinen Ecken Befestigungsbohrungen 31, durch welche nicht dargestellte Befestigungsschrauben hindurch gesteckt werden, welche der Befestigung des Wärmetauschers 23 am Modulgehäuse 1 dienen. Das Modulgehäuse 1 wiederum besitzt Befestigungsbohrungen 4a, 5a, zu dessen Befestigung am Motorgehäuse, wobei beispielhaft eine Gewindebohrung 34 im Zylinderkopf 2, angrenzend an die zugeordnete Anschlussseite des Modulgehäuses 1 dargestellt ist.
