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Die Erfindung betrifft eine Kühlmittel gekühlte Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken in V-Anordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2004 048 867 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Wasser gekühlte Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderreihen bekannt, die jeweils ein Zylindergehäuse und einen das Zylindergehäuse abdeckenden Zylinderkopf umfassen. Die Zylindergehäuse begrenzen einen V-Raum, in dem ein Funktionsmodul mit zumindest einem Luftführungsgehäuse und einem Abgaswärmetauscher angeordnet sind. Ferner weisen die Zylinderreihen Kühlräume zur Kühlung der Zylindergehäuse und der jeweiligen Zylinderköpfe auf. Um ein umfassendes und kompakt bauendes Funktionsmodul zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass jede Zylinderreihe ein innerhalb des V-Raums liegendes Kühlwassersammelgehäuse besitzt, dass beide Kühlwassersammelgehäuse integrierter Bestandteil des Funktionsmoduls sind und dass das Kühlwassersammelgehäuse mit dem Luftführungsgehäuse eine gemeinsame Flanschebene zum Anschluss an die Zylinderreihe und das Kühlwassersammelgehäuse mit dem Luftführungsgehäuse eine gemeinsame Flanschebene zum Anschluss an die Zylinderreihe aufweist.
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Nachteilig an dieser bekannten Ausgestaltung ist die Tatsache, dass nach einer jahrelangen Alterung der Brennkraftmaschine Undichtigkeiten am Kühlwassersammelgehäuse auftreten können.
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Weiter wird auf die deutsche Offenlegungsschrift
DE 44 00 953 A1 hingewiesen. In dieser Offenlegungsschrift ist eine Schmierölvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben, mit einem Schmierkreislauf und zwei Zylinderbänken, wobei der Schmierkreislauf mindestens je eine Hauptölleitung pro Zylinderbank mit zu Schmierstellen führenden Nebenleitungen umfasst und in dem Schmierkreislauf ein Wärmetauscher und ein Ölfilter angeordnet sind und eine Austrittsöffnung der Schmierölseite des Wärmetauschers mit einer Eintrittsöffnung des Ölfilters verbunden ist, dessen Austrittsöffnung über einen Ölkanal mit mindestens einer Hauptölleitung des Schmierkreislaufs in Verbindung steht. Zur weiteren Verbesserung der Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine wird vorgeschlagen, dass die Zuführung des Schmieröls vom Ölfilter zum Schmierkreislauf gleichzeitig über beide Hauptölleitungen erfolgt.
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Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine keine Kühlung des Schmieröls mehr erfolgen kann.
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Weiter ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 36 500 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderreihen bekannt. Beschrieben wird somit eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderreihen, mit einer Abgasrückführung und mit einem im V-Raum vorgesehenen Luftführungsgehäuse sowie mit einem Wärmetauscher. Ferner weist die Brennkraftmaschine zwei Abgasturbolader auf, wobei jeder Zylinderreihe einer zugeordnet ist, wobei zusätzlich zu dem Luftführungsgehäuse ein Wärmetauscher als Ölkühler und ein weiterer Wärmetauscher als Abgasrückführkühler in den V-Raum der Brennkraftmaschine eingesetzt sind.
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Auch an diesem bekannten Stand der Technik ist von Nachteil, dass das Schmieröl nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine nicht mehr gekühlt werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine eine Maßnahme aufzuzeigen, wie das Schmiermittel auch nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine weiter gekühlt werden kann wobei gleichzeitig eine kompakte Bauform und eine hohe Systemdichtheit gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Schmiermittelkühlung mittels eines im V-Raum der Brennkraftmaschine direkt an das Kurbelgehäuse angeflanschten Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher über den Kühlmittel-Wärmetauscher der Brennkraftmaschine. Der Kühlvorgang wird somit über den Kühlmittel-Wärmetauscher bewältigt. Hierbei kommt das wichtigste funktionale Kriterium zur Wirkung, nämlich die durch den elektrischen Motorlüfter, einem elektrischen Gebläse, aktivierbare höhere Kühlleistung bei niedrigen Geschwindigkeiten bzw. Stillstand der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeuges. Innermotorisch ist der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher aus Packagegründen vorzugsweise mittels im Kurbelgehäuse liegenden Bohrungen verschaltet. Im innermotorischen Schmiermittelbaum befindet sich der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher auf der Rohschmiermittelseite, als eine absolute Sicherheit hinsichtlich der, wenn auch sehr seltenen, im Gesamtsystem des Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauschers befindlichen „Schmutzpartikel” gewährleistet.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kühlmittel gekühlten Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken in V-Anordnung ergeben sich folgende Vorteile:
- – Innermotorisch ist der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher aus Packagegründen vorzugsweise mittels im Kurbelgehäuse gelegenen Bohrungen verschaltet.
- – D. h. der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher benötigt keine zusätzlichen, kostenintensiven Leitungsführungen. Das stellt einen erheblichen Sicherheitsvorteil (keine Crasheinwirkung) und eine Entlastung des Brennkraftmaschinenbauraums dar. Das führt auch zu einer problemlosen Einsatzkompatibilität in vielfältigen Fahrzeugderivaten.
- – Im innermotorischen Schmiermittelbaum befindet sich der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher auf der Rohschmiermittelseite, was eine absolute Sicherheit hinsichtlich der, wenn auch seltenen, im Gesamtsystem des Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauschers befindlichen Schmutzpartikeln gewährleistet.
- – Der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher wird plan mit einfachen Befestigungselementen, wie z. B. Schrauben, im V-Raum des Kurbelgehäuses montiert bzw. verschraubt. Ferner werden einfache und somit robuste Dichtelemente, wie z. B. handelsübliche O-Ringe, verbaut, deren Dichtungsnuten geometrisch sehr einfach durch Bearbeitung am Kurbelgehäuse hergestellt werden können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau für eine erfindungsgemäß ausgestaltete Kühlmittel gekühlte Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken in V-Anordnung.
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2 zeigt eine Aufsicht auf ein Kurbelgehäuse für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
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3 zeigt eine Seitenansicht des Kurbelgehäuses mit einem zweiten Wärmetauscher.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau für eine erfindungsgemäße Kühlmittel gekühlte Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse 1 mit zwei Zylinderbänken 2, 2' in V-Anordnung. Für eine Kühlung eines Kühlmittels, vorzugsweise Kühlwasser, ist ein Kühlmittel-Wärmetauscher 3 vorgesehen, der Kühlmittel führend mit der Brennkraftmaschine, beispielsweise über ein Thermostatventil, verbindbar ist. Weiter weist die Brennkraftmaschine einen zwischen den Zylinderbänken 2, 2' in dem V-Raum angeordneten, in 1 separat dargestellten, zweiten Wärmetauscher 4 auf, der Kühlmittel führend mit dem Kühlmittel-Wärmetauscher 3 verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist der zweite Wärmetauscher 4 ein Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher. Da Kurmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher dem Fachmann allgemein bekannt sind, wird dieser nicht näher detailliert beschrieben.
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Weiter sind eine Schmiermittelzuflussöffnung 5 und eine Schmiermittelabflussöffnung 6 des zweiten Wärmetauschers 4 direkt an eine Schmiermittelspeiseöffnung 7 und eine Schmiermittelschlucköffnung 8 im V-Raum des Kurbelgehäuses 1 über einen in 3 erkennbaren Flansch mit Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben, montierbar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Schmiermittelspeiseöffnung 7 und/oder die Schmiermittelschlucköffnung 8 von einem im V-Raum des Kurbelgehäuses 1 angeformten Rohrstutzen 7', 8' gebildet. Weiter sind die Schmiermittelzuflussöffnung 5 und die Schmiermittelspeiseöffnung 7 und die Schmiermittelabflussöffnung 6 und die Schmiermittelschlucköffnung 8 jeweils über ein umlaufendes Dichtelement 9 abgedichtet. Hierbei kann es sich beispielsweise um handelsübliche O-Ringe handeln die vorzugsweise in mechanisch einfach herstellbaren Ringnuten angeordnet werden. Auch einzelne Flachdichtungen oder auch eine einzige Flachdichtung sind denkbar.
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Weiter ist in Strömungsrichtung des Schmiermittels nach der Schmiermittelschlucköffnung 8 im oder am Kurbelgehäuse 1 ein Schmiermittelfilter 10 vorgesehen, bevor das Schmiermittel die Brennkraftmaschine durchströmt. Dies bietet eine absolute Sicherheit hinsichtlich der, wenn auch seltenen, im Gesamtsystem des Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauschers befindlichen Schmutzpartikeln.
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Weiter sind eine Kühlmittelzuflussöffnung 11 und eine Kühlmittelabflussöffnung 12 des zweiten Wärmetauschers 4 mit einer Kühlmittelspeiseöffnung 13 und einer Kühlmittelschlucköffnung 14 Kühlmittel führend mit dem Kühlmittel-Wärmetauscher 3 über eine Kühlmittelverbindung 15 verbindbar. Dies gewährleistet, dass eine Kühlung des Schmiermittels im zweiten Wärmetauscher 4 auch noch nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeuges erfolgen kann. Um dies sicherzustellen ist in der Kühlmittelverbindung 15 eine Kühlmittelpumpe 16 angeordnet. Diese ist bevorzugt elektrisch betreibbar, um unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine betrieben werden zu können.
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Weiter ist der Kühlmittel-Wärmetauscher 3 von einem, ebenfalls vorzugsweise elektrischem Gebläse 17 mit Luft an- bzw. durchströmbar, so dass auch nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine eine weitere Kühlung des Kühlmittels und somit des Schmiermittels erfolgen kann.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten, in 2 und 3 dargestellten Ausführungsvariante ist zumindest ein Abschnitt der Kühlmittelverbindung 15, beispielsweise durch Gießen oder mechanische Bearbeitung, in das Kurbelgehäuse 1 integriert. Durch diese Maßnahme wird das Package in vorteilhafter Weise nochmals weiter reduziert.
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2 zeigt eine Aufsicht auf ein konstruktives Ausführungsbeispiel des Kurbelgehäuses 1 für die erfindungsgemäße Kühlmittel gekühlte Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken 2, 2' in V-Anordnung mit jeweils, hier beispielsweise vier nicht bezifferten Zylindern. Zur Brennkraftmaschine zugehörige Zylinderköpfe sind nicht dargestellt.
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Wie in 2 erkennbar ist, weist das Kurbelgehäuse 1 in seinem V-Raum die Schmiermittelspeiseöffnung 7, sowie die Schmiermittelschlucköffnung 8 auf. Diese Öffnungen 7, 8 dienen dem Zu- und Abfluss von im zweiten Wärmetauscher 4 zu kühlendem Schmiermittel. Um eine Dichtheit der von Schmiermittel durchströmten Komponenten zu gewährleisten, sind für jede Öffnung 7, 8 radial umlaufende Dichtelemente 9 vorgesehen, wie z. B. O-Ringe die in Ringnuten einlegbar sind und somit eine Dauerdichtheit des Systems gewährleisten.
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Weiter weist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Kurbelgehäuse 1 weiter eine Kühlmittelspeiseöffnung 13 auf, da ein Teil der Kühlmittelverbindung 15 in diesem Ausführungsbeispiel durch Gießen in das Kurbelgehäuse 1 integriert ist. Dies reduziert nochmals den baulichen Aufwand erheblich. In bevorzugter Weise ist die Kühlmittelspeiseöffnung 13 ebenfalls mit einem Dichtelement 9 abgedichtet. In der in 2 gezeigten Konfiguration befinden sich alle Anschlussstellen von der Schmiermittelspeiseöffnung 7, Schmiermittelschlucköffnung 8 und Kühlmittelspeiseöffnung 13 in einer Ebene. Durch diese Ausführung ist eine kostengünstige Bearbeitung Oberflächenbearbeitung möglich. Im Fall der ebenen Oberflächenbearbeitung kann auch eine einzige flächige Dichtung eingesetzt werden.
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Wie in 2 erkennbar ist, sind die Schmiermittelspeiseöffnung 7 und/oder die Schmiermittelschlucköffnung 8 von den im V-Raum des Kurbelgehäuses 1 angeformten kurzen Rohrstutzen 7', 8' gebildet. Dies bewirkt, wenn es zu einer äußerst seltenen Undichtigkeit im Schmiermittel- oder Kühlmittelsystem kommen sollte, dass ausgetretenes Schmier- oder Kühlmittel im V-Raum des Kurbelgehäuses 1 gesammelt wird, und es zu keiner Verunreinigung der Umwelt führen kann.
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3 zeigt eine Seitenansicht des Kurbelgehäuses 1 mit dem in Montagerichtung über dem Kurbelgehäuse 1 schwebenden zweiten Wärmetauscher 4. Am zweiten Wärmetauscher 4 sind vier nicht bezifferte Befestigungselemente, in diesem Fall Schrauben, an einem nicht bezifferten Montageflansch dargestellt. Am zweiten Wärmetauscher 4 sind die Schmiermittelzuflussöffnung 5 und die Schmiermittelabflussöffnung 6 sowie die Kühlmittelzuflussöffnung 11 durch Pfeile schematisch dargestellt. Eine Kühlmittelabflussöffnung 12 am zweiten Wärmetauscher 4 ist als externe Verschlauchung ausgelegt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel ein Rohrstutzen dargestellt ist. Das Kurbelgehäuse 1 weist dem zweiten Wärmetauscher 4 gegenüber korrespondierende Öffnungen, die Schmiermittelspeiseöffnung 7, die Kühlmittelspeiseöffnung 13 sowie die Schmiermittelschlucköffnung 8 auf. Erkennbar sind auch wieder die Dichtelemente 9.
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Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die Schmiermittelkühlung mittels des im V-Raum der Brennkraftmaschine direkt an das Kurbelgehäuse 1 angeflanschten Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauschers, dem zweiten Wärmetauscher 4, über den Kühlmittel-Wärmetauscher 3 der Brennkraftmaschine erfolgt. Der Kühlvorgang des Schmiermittels wird somit über den Kühlmittel-Wärmetauscher 3 bewältigt. Hierbei kommt das wichtigste funktionale Kriterium zur Wirkung, nämlich die durch den elektrischen Motorlüfter, dem elektrischen Gebläse 17, aktivierbare höhere Kühlleistung bei niedrigen Geschwindigkeiten bzw. Stillstand der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeuges. Innermotorisch ist der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher aus Packagegründen vorzugsweise mittels im Kurbelgehäuse 1 liegenden Bohrungen verschaltet. Im innermotorischen Schmiermittelbaum befindet sich der Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauscher auf der Rohschmiermittelseite, als eine absolute Sicherheit hinsichtlich der, wenn auch sehr seltenen, im Gesamtsystem des Kühlmittel-Schmiermittel-Wärmetauschers befindlichen „Schmutzpartikel” gewährleistet.
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Innermotorisch ist der Schmiermittel-Kühlmittel-Wärmetauscher mittels im Kurbelgehäuse 1 liegenden Bohrungen verschaltet. Das heißt der zweite Schmiermittelkühler 4 benötigt keine zusätzlichen kostenintensiven Leitungsführungen. Dies stellt auch einen erheblichen Sicherheitsvorteil und eine Entlastung des Package dar. Der Schmiermittel-Kühlmittel-Wärmetauscher wird plan mit einfachen Befestigungselementen wie z. B. Schrauben im V-Raum des Kurbelgehäuses 1 montiert bzw. verschraubt. Ferner werden einfache und somit robuste Dichtelemente verbaut, deren Dichtungsnuten geometrisch sehr einfach durch Bearbeitung im Kurbelgehäuse 1 hergestellt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelgehäuse
- 2, 2'
- Zylinderbank
- 3
- Kühlmittel-Wärmetauscher
- 4
- zweiter Wärmetauscher
- 5
- Schmiermittelzuflussöffnung
- 6
- Schmiermittelabflussöffnung
- 7
- Schmiermittelspeiseöffnung
- 7'
- Rohrstutzen
- 8
- Schmiermittelschlucköffnung
- 8'
- Rohrstutzen
- 9
- Dichtelement
- 10
- Schmiermittelfilter
- 11
- Kühlmittelzuflussöffnung
- 12
- Kühlmittelabflussöffnung
- 13
- Kühlmittelspeiseöffnung
- 14
- Kühlmittelschlucköffnung
- 15
- Kühlmittelverbindung
- 16
- Kühlmittelpumpe
- 17
- Gebläse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004048867 A1 [0002]
- DE 4400953 A1 [0004]
- DE 19736500 A1 [0006]
