DE102015006772A1 - Internal combustion engine with a first and a second coolant circuit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Zylinderkurbelgehäuse (2), mit einem Zylinderkopf (3), mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (4) und mit einem zweiten Kühlmittelkreislauf (5), wobei das Zylinderkurbelgehäuse (2) mittels des ersten Kühlmittelkreislaufes (4) kühlbar ist, wobei der Zylinderkopf (3) mittels des zweiten Kühlmittelkreislaufes (5) kühlbar ist. Eine verbesserte Anpassung an den Kühlleistungsbedarf des Zylinderkurbelgehäuses (2) und des Zylinderkopfes (3) ist dadurch erzielbar, dass der erste Kühlmittelkreislauf (4) ein erstes Kühlmittel und der zweite Kühlmittelkreislauf (5) ein zweites Kühlmittel aufweist.The invention relates to an internal combustion engine (1) with a cylinder crankcase (2), with a cylinder head (3), with a first coolant circuit (4) and with a second coolant circuit (5), wherein the cylinder crankcase (2) by means of the first coolant circuit (4 ) is coolable, wherein the cylinder head (3) by means of the second coolant circuit (5) is coolable. An improved adaptation to the cooling power requirement of the cylinder crankcase (2) and the cylinder head (3) can be achieved in that the first coolant circuit (4) has a first coolant and the second coolant circuit (5) has a second coolant.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to an internal combustion engine with the features of the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Brennkraftmaschinen mit einem Zylinderkurbelgehäuse und mit einem Zylinderkopf bekannt, wobei das Zylinderkurbelgehäuse mit einem ersten Kühlmittelkreislauf und der Zylinderkopf mit einem zweiten Kühlmittelkreislauf kühlbar ist.Different internal combustion engines with a cylinder crankcase and with a cylinder head are known from the prior art, wherein the cylinder crankcase with a first coolant circuit and the cylinder head with a second coolant circuit is coolable.
Aus der
Aus der
Aus der gattungsbildenden
Im Stand der Technik sind somit Brennkraftmaschinen mit getrennten Kühlmittelkreisläufen für das Zylinderkurbelgehäuse und den Zylinderkopf bekannt. Diese gattungsbildenden Brennkraftmaschinen sind noch nicht optimal ausgebildet. Der Kühlleistungsbedarf ist im Zylinderkurbelgehäuse geringer als im Zylinderkopf. Durch die unterschiedlichen Kühlkreisläufe wurde im Stand der Technik versucht, dem unterschiedlichen Kühlleistungsbedarf gerecht zu werden. Es ergibt sich nun im Stand der Technik der Nachteil, dass trotz der unterschiedlichen Kühlmittelkreisläufe die Kühlleistung nicht optimal an den Bedarf anpassbar ist.In the prior art thus internal combustion engines with separate coolant circuits for the cylinder crankcase and the cylinder head are known. These generic type internal combustion engines are not yet optimally formed. The cooling power requirement is lower in the cylinder crankcase than in the cylinder head. Due to the different cooling circuits, attempts have been made in the prior art to meet the different cooling power requirements. The disadvantage now arises in the prior art that, despite the different coolant circuits, the cooling capacity can not be optimally adapted to the requirements.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Brennkraftmaschine derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass eine verbesserte Anpassung an den Kühlleistungsbedarf des Zylinderkurbelgehäuses und des Zylinderkopfes erzielbar ist.The invention is therefore based on the object, the above-mentioned internal combustion engine to design and further develop, so that an improved adaptation to the cooling power requirement of the cylinder crankcase and the cylinder head can be achieved.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Der erste Kühlmittelkreislauf weist ein erstes Kühlmittel und der zweite Kühlmittelkreislauf weist ein zweites Kühlmittel auf. Die beiden Kühlmittel sind verschieden. Es kann eine nahezu unabhängige Temperierung des Zylinderkurbelgehäuses und des Zylinderkopfes durch die beiden unabhängigen Kühlmittel erfolgen. Durch die stoffliche Trennung der beiden Kühlmittelkreisläufe ist die Kühlung des Zylinderkurbelgehäuses und des Zylinderkopfes entkoppelt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die beiden Kühlmittel unterschiedliche Wärmekoeffizienten aufweisen. Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass eine schnelle Erwärmung des Zylinderkurbelgehäuses im Warmlauf erfolgen kann. Hierdurch werden Reibungsverluste minimiert und der CO2-Ausstoß kann reduziert werden.This object of the invention is now achieved by an internal combustion engine with the features of
Die beiden Kühlmittel können beispielsweise als Wasser und Öl ausgebildet sein. Das erste Kühlmittel kann als Öl ausgebildet sein, wobei das Zylinderkurbelgehäuse mit dem Öl gekühlt wird beziehungsweise kühlbar ist. Das zweite Kühlmittel ist vorzugsweise als Wasser ausgebildet, wobei der Zylinderkopf mit dem Wasser kühlbar ist. Das Ölvolumen kann durch die zusätzliche Ölkühlung des Zylinderkurbelgehäuses erhöht werden. Das Motordrucköl ersetzt eine Kühlwasserkühlung. Der Zylinderkopf und die restlichen zu kühlenden Komponenten werden vorzugsweise wassergekühlt. Es ist eine Reduzierung der thermischen Massen durch einen geringeren Wärmekoeffizienten von Öl im Vergleich zu Wasser möglich.The two coolants may be formed, for example, as water and oil. The first coolant may be formed as oil, wherein the cylinder crankcase is cooled with the oil or is coolable. The second coolant is preferably designed as water, wherein the cylinder head is coolable with the water. The oil volume can be increased by the additional oil cooling of the cylinder crankcase. The engine pressure oil replaces cooling water cooling. The cylinder head and the remaining components to be cooled are preferably water cooled. It is possible to reduce the thermal masses by means of a lower thermal coefficient of oil compared to water.
Dem ersten Kühlkreislauf kann insbesondere das erste Kühlmittel mit einem Druck beaufschlagt zugeführt werden. Insbesondere kann im Kühlmittelkreislauf Motordrucköl zugeführt werden. Die druckölbasierte Ausbildung des ersten Kühlmittelkreislaufes ist auch in vorhandenen Motorkonzepten mit absehbarem Aufwand umsetzbar. Jedem der beiden Kühlmittelkreisläufe ist eine separate Kühlmittelpumpe zugeordnet. Der erste Kühlmittelkreislauf ist vorzugsweise von einer Ölpumpe mit Drucköl speisbar. Der zweite Kühlmittelkreislauf ist vorzugsweise von einer Wasserpumpe mit Wasser speisbar.In particular, the first coolant can be supplied with a pressure to the first cooling circuit. In particular, engine pressure oil can be supplied in the coolant circuit. The pressurized oil-based design of the first coolant circuit can also be implemented in existing engine concepts with a foreseeable outlay. Each of the two coolant circuits is assigned a separate coolant pump. The first coolant circuit is preferably fed by an oil pump with pressurized oil. The second coolant circuit is preferably fed by a water pump with water.
In alternativer Ausgestaltung ist es denkbar, dass der erste Kühlmittelkreislauf durch eine drucklose Umlaufölkühlung gebildet ist. Der Kühlmantel des Zylinderkurbelgehäuses kann dabei als Trockensumpfreservoir genutzt werden.In an alternative embodiment, it is conceivable that the first coolant circuit is formed by a non-positive circulation oil cooling. The cooling jacket of the cylinder crankcase can be used as a dry sump reservoir.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird ein höheres Temperaturniveau im Zylinderkurbelgehäuse, insbesondere von mehr als 110° Celsius bereitgestellt. Reibungsverluste werden hierdurch minimiert. Durch die Verminderung von Reibungsverlusten kann auch eine CO2-Reduzierung erfolgen. Der Zylinderkopf kann kälter temperiert werden. Hierdurch ist eine Steigerung der Dauerfestigkeit erzielbar.In a particularly preferred embodiment, a higher temperature level in Cylinder crankcase, in particular provided by more than 110 ° Celsius. Friction losses are thereby minimized. Reducing friction losses can also reduce CO2 emissions. The cylinder head can be tempered colder. As a result, an increase in the fatigue strength can be achieved.
Das Zylinderkurbelgehäuse weist zwischen Kolben ausgebildete Stegbereiche auf, wobei die Stegbereiche mit dem dem Zylinderkopf zugeordneten zweiten Kühlmittelkreislauf gekoppelt und somit kühlbar sind. Die den Stegbereichen zugewandten Bereiche der Zylinderlaufbuchsen werden so gut gekühlt. Die Kühlkanäle sind insbesondere über Versorgungsleitungen beispielsweise über Bohrungen mit den Kühlmittelräumen im Zylinderkopf verbunden. Die Stegbereiche werden insbesondere mit Wasser gekühlt. Die Stegbereiche weisen Kühlkanäle vorzugsweise in Form von Bohrungen auf, wobei die Bohrungen mit dem zweiten Kühlmittel versorgt werden. Die Ausbildung der Kühlkanäle als Bohrungen ist einfach herstellbar. Die Kühlkanäle können durch zwei V-förmig aufeinanderzulaufende und miteinander verbundene Bohrungen in den Stegbereichen gebildet sein. Alternativ können die Kühlkanäle als Schlitze ausgebildet sein. Die Schlitze erstrecken sich quer zwischen den Kolben in Längsrichtung der Stegbereiche. Durch die Schlitze steht das Kühlmittel großflächig mit den Stegbereichen in Kontakt. Alternativ können die Kühlkanäle als eingegossene Kanäle in den Stegbereichen ausgebildet sein.The cylinder crankcase has web regions formed between pistons, the web regions being coupled to the second coolant circuit assigned to the cylinder head and thus being able to be cooled. The areas of the cylinder liners facing the land areas are cooled so well. The cooling channels are connected in particular via supply lines, for example via holes with the coolant chambers in the cylinder head. The land areas are cooled in particular with water. The web areas have cooling channels, preferably in the form of holes, wherein the holes are supplied with the second coolant. The formation of the cooling channels as holes is easy to produce. The cooling channels can be formed by two V-shaped converged and interconnected holes in the web areas. Alternatively, the cooling channels may be formed as slots. The slots extend transversely between the pistons in the longitudinal direction of the web portions. Through the slots, the coolant is a large area in contact with the land areas. Alternatively, the cooling channels may be formed as cast-in channels in the web areas.
Im ersten Kühlmittelkreislauf ist ein Temperatursensor zur Messung der Kühlmitteltemperatur des ersten Kühlmittels angeordnet. Die Temperatur des durch den Kühlmantel strömenden Öls wird insbesondere mit dem Temperatursensor gemessen. Der Temperatursensor kann insbesondere an einem Auslass des Kühlmantels angeordnet sein. Dem Auslass nachgeordnet ist insbesondere ein Proportionalventil. In Abhängigkeit von der gemessenen Kühlmitteltemperatur wird mittels des Proportionalventils der Kühlmitteldurchfluss durch den ersten Kühlmittelkreislauf geregelt und/oder gesteuert. Mit dem Proportionalventil wird die Kühlmittelzufuhr des ersten Kühlmittels, insbesondere die entsprechende Ölzufuhr geregelt und/oder gesteuert. Das Proportionalventil ist in einer Rückführleitung stromabwärts eines Kühlmantels angeordnet. Das Öl aus dem Zylinderkurbelgehäuse, insbesondere aus dem Kühlmantel des Zylinderkurbelgehäuses kann über die Rückführleitung am Zylinderkurbelgehäuse stromabwärts des Proportionalventils drucklos in die Ölwanne zurückgeführt werden.In the first coolant circuit, a temperature sensor for measuring the coolant temperature of the first coolant is arranged. The temperature of the oil flowing through the cooling jacket is measured in particular with the temperature sensor. The temperature sensor may in particular be arranged at an outlet of the cooling jacket. The outlet is in particular a proportional valve. Depending on the measured coolant temperature, the coolant flow through the first coolant circuit is controlled and / or controlled by means of the proportional valve. With the proportional valve, the coolant supply of the first coolant, in particular the corresponding oil supply is controlled and / or controlled. The proportional valve is arranged in a return line downstream of a cooling jacket. The oil from the cylinder crankcase, in particular from the cooling jacket of the cylinder crankcase, can be returned via the return line to the cylinder crankcase downstream of the proportional valve without pressure in the oil pan.
Mittels einer Ölpumpe wird Öl über einen Ölfilter und über einen Ölkühler einer Hauptöldruckgalerie zugeführt, wobei die Hauptöldruckgalerie den ersten Kühlmittelkreislauf speist. Das im Kühlmantel umlaufende Öl wird vorzugsweise von einer Hauptöldruckgalerie gespeist. Die Hauptöldruckgalerie wird mittels der Ölpumpe und über einen nachgeordneten Ölfilter und einen nachgeordneten Ölkühler mit dem Drucköl gespeist. Der Ölkühler kann vorzugsweise durch eine temperaturgesteuerte Bypassleitung, insbesondere mittels eines entsprechenden Thermostats beziehungsweise eines entsprechenden Ventils überbrückt werden, so dass bei einem Kaltstart das Öl direkt in die Hauptöldruckgalerie eingespeist wird.By means of an oil pump oil is fed through an oil filter and an oil cooler to a main oil pressure gallery, with the main oil pressure gallery feeding the first coolant circuit. The circulating in the cooling jacket oil is preferably fed by a Hauptöldruckgalerie. The main oil gallery is fed by the oil pump and by a downstream oil filter and a downstream oil cooler with the pressure oil. The oil cooler can preferably be bridged by a temperature-controlled bypass line, in particular by means of a corresponding thermostat or a corresponding valve, so that during a cold start the oil is fed directly into the main oil pressure gallery.
Mittels der Hauptöldruckgalerie wird vorzugsweise über ein Schaltventil mindestens eine, insbesondere mehrere Kolbenkühldüsen mit dem Drucköl versorgt. Die Kolbenkühldüsen sind zur Kühlung der Kolben vorgesehen, wobei die Kolbenkühldüsen über eine Leitung und über ein Schaltventil mit Öl von der Hauptöldruckgalerie gespeist werden.By means of the main oil pressure gallery is preferably supplied via a switching valve at least one, in particular a plurality of piston cooling nozzles with the pressure oil. The piston cooling nozzles are provided for cooling the pistons, the piston cooling nozzles being fed via a line and via a switching valve with oil from the main oil pressure gallery.
Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.The aforementioned disadvantages are therefore avoided and corresponding advantages are achieved.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die eingangs genannte Brennkraftmaschine in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert.There are now a variety of ways, the above-mentioned internal combustion engine in an advantageous manner to design and develop. For this purpose, reference may first be made to the claims subordinate to claim 1. In the following, a preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing and the associated description.
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
In
Die Brennkraftmaschine
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass der erste Kühlmittelkreislauf
Die beiden Kühlmittel sind stofflich unterschiedlich ausgebildet. Das erste Kühlmittel ist vorzugsweise ein Öl, wobei das Zylinderkurbelgehäuse
Im Folgenden darf auf den ersten Kühlmittelkreislauf
Die Hauptöldruckgalerie
Das Zylinderkurbelgehäuse
Dem ersten Kühlmittelkreislauf
Die Hauptöldruckgalerie
Das Öl aus dem Zylinderkurbelgehäuse
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Zylinderkurbelgehäusecylinder crankcase
- 33
- Zylinderkopfcylinder head
- 44
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 55
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 66
- Ölwanneoil pan
- 77
- Ölpumpeoil pump
- 88th
- Ölfilteroil filter
- 99
- Rückschlagventilcheck valve
- 1010
- Bypassleitungbypass line
- 1111
- Ölkühleroil cooler
- 1212
- HauptöldruckgalerieMain oil pressure Gallery
- 13 13
- Bypassleitungbypass line
- 1414
- VentilValve
- 1515
- Kühlmantelcooling jacket
- 1616
- Kolbenpiston
- 1717
- Stegbereichweb region
- 1818
- Kühlkanalcooling channel
- 1919
- Temperatursensortemperature sensor
- 2020
- Auslassoutlet
- 2121
- RückführleitungReturn line
- 2222
- Proportionalventilproportional valve
- 2323
- Kolbenkühldüsepiston cooling
- 2424
- Leitungmanagement
- 2525
- Schaltventilswitching valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 10047080 A1 [0005] DE 10047080 A1 [0005]
Claims (9)
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DE102015006772.9A DE102015006772A1 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Internal combustion engine with a first and a second coolant circuit |
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Publications (1)
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