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Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit
- - mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens einen Zylinder,
- - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Luft, welches einen Einlasskrümmer umfasst, wobei dieser Einlasskrümmer seitlich an den mindestens einem Zylinderkopf anschließt und ein Sammelrohr umfasst, von dem aus für jeden Zylinder mindestens eine zylinderzugehörige Ansaugleitung abzweigt, und
- - einer Flüssigkeitskühlung, die zur Ausbildung eines Kühlkreislaufs mit einer Pumpe zur Förderung des Kühlmittels und einem Entlüftungsbehälter ausgestattet ist, wobei der Entlüftungsbehälter mittels einer Entlüftungsleitung und einer Rückführleitung in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine eingebunden ist.
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Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird beispielsweise in der
DE 10 2005 020 268 A1 offenbart und als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren, aber auch Ottomotoren und Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
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Zur Ausbildung der einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine wird der mindestens eine Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbunden. Der Zylinderblock, welcher das Kurbelgehäuse zumindest mit ausbildet, weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus.
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Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme der für den Ladungswechsel erforderlichen Ventiltriebe. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Abführen der Verbrennungsgase via Abgasabführsystem über die mindestens eine Auslassöffnung und das Zuführen der Frischluft via Ansaugsystem über die mindestens eine Einlassöffnung des Zylinders. Dabei sind zumindest Teilstücke des Ansaugsystems bzw. des Abgasabführsystems im Zylinderkopf integriert.
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Um die thermische Belastung der Brennkraftmaschine in Grenzen zu halten, wird zunehmend häufig eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen, die im Folgenden auch als Motorkühlung bezeichnet wird. Grundsätzlich besteht zwar auch die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung auszuführen. Da mit einer Flüssigkeitskühlung aber wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden können, werden Brennkraftmaschinen vorzugsweise mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet. Auch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine.
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Die Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des mindestens einen Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblocks mit mindestens einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf bzw. -block führenden Kühlmittelkanälen, was eine komplexe Struktur bedingt. Dabei wird der mechanisch und thermisch hochbelastete Zylinderkopf bzw. -block durch das Einbringen der Kühlmittelkanäle einerseits in seiner Festigkeit geschwächt. Andererseits muß die Wärme nicht wie bei der Luftkühlung erst an die Oberfläche geleitet werden, um abgeführt werden zu können. Die Wärme wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes bzw. -blocks an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe, die in der Regel mechanisch mittels Zugmitteltrieb angetrieben wird, gefördert, so dass es zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes bzw. -blocks abgeführt und in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen. Ein im Kühlkreislauf vorgesehener Entlüftungsbehälter dient zur Entlüftung des Kühlmittels bzw. Kreislaufs.
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Eine Entlüftungsvorrichtung ist ein wesentlicher und unverzichtbarer Bestandteil des Kühlkreislaufs bzw. der Motorkühlung. Dafür gibt es im Wesentlichen zwei Gründe.
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Zum einen kann von außen Luft in den Kühlmittelkreislauf gelangen. Beispielsweise kann bei dem Auffüllen des Kühlmittelkreislaufes mit Kühlmittel oder dem Beimischen von Additiven zur Herabsetzung des Gefrierpunktes des Kühlmittels, was in der Regel erfolgt, um die Brennkraftmaschine wintertauglich zu machen, ungewollt Luft in den Kühlkreislauf eintreten.
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Aber auch bei undichten Kühlkreisläufen, beispielsweise bei porösen Kühlmittelschläuchen, kann Luft eindringen.
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Im denkbar ungünstigsten Szenario kann Luft im Kühlkreislauf zum Motorschaden, d. h. zur Zerstörung der gesamten Brennkraftmaschine führen, wenn sich nämlich eine Luftblase in der Kühlmittelpumpe, welche zur Förderung des Kühlmittels vorzusehen ist, bildet und die Kühlmittelpumpe anfängt, Luft zu fördern, d. h. kein Kühlmittel mehr durch den Kühlkreislauf gepumpt wird. In diesem Fall stellt die Kühlmittelpumpe gewissermaßen die Förderung ein, so dass die Kühlmittelzirkulation zum Erliegen kommt und das Kühlmittel und letztlich die Brennkraftmaschine mangels Wärmeabfuhr überhitzt und thermisch überlastet wird.
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Aber selbst wenn das beschriebene Szenario nicht eintritt und die Luft teils mit dem Kühlmittel zirkuliert und sich teils im Kühlmittelmantel an höher gelegenen Stellen, sogenannten lokalen Maxima, fängt und sammelt, ist Luft im Kühlkreislauf nachteilig für eine einwandfreie Funktion der Brennkraftmaschine. Denn die im Kühlkreislauf befindliche Luft verschlechtert infolge ihrer niedrigen Wärmekapazität, ihres niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten und ihrer geringen Wärmleitung die Wärmeabfuhr insgesamt.
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Bedingt durch ihre niedrige Wärmekapazität kann Luft zum einen wesentlich geringere Wärmemengen aufnehmen als eine Flüssigkeit, d. h. als das Kühlmittel. Zum anderen wird die aufgenommene Wärme innerhalb der Luftblasen aufgrund der schlechten Wärmeleitungseigenschaften von Luft nur unzureichend weitergeleitet. Darüber hinaus hat Luft einen niedrigeren Wärmeübergangskoeffizienten als eine Flüssigkeit, weshalb die Luft gewissermaßen eine Barriere bildet, durch die der Wärmübergang vom Zylinderkopf bzw. Zylinderblock an den Kühlmantel verschlechtert wird. Die sich an lokalen Maxima sammelnde Luft, die an diesen Stellen über längere Zeit verweilt, kann an diesen Stellen zu lokalen Überhitzungen - sogenannten hot spots - führen. Neben der niedrigen Wärmekapazität, dem niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten und den schlechten Wärmeleitungseigenschaften von Luft ist dafür vor allem die aufgrund der fehlenden Strömung nicht stattfindende Konvektion verantwortlich.
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Zum anderen ist eine Entlüftungsvorrichtung nicht nur für die in das System eingedrungene Luft, sondern auch für die sich im System bildenden Kühlmitteldampfblasen bzw. deren Abführung erforderlich. Stellenweise verdampft das überhitzte Kühlmittel, wobei sich während des Siedevorganges an der Kühlmantelwandung zunächst der Wärmeübergang vom Zylinderkopf auf das Kühlmittel erhöht, bevor der Wärmeübergang sich dann infolge des geringeren Wärmeleitungskoeffizienten und der niedrigeren Wärmekapazität des Dampfes verringert, d. h. verschlechtert. An Stellen lokaler Kühlkanalmaxima bilden sich häufig Totwassergebiete aus, in denen die Kühlmittelströmung zum Erliegen kommt, somit kein Wärmeübergang mittels Konvektion mehr gegeben ist und bei Verdampfung des Kühlmittels Überhitzungen des Zylinderkopfes - sogenannte hot spots - zu befürchten sind.
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Des Weiteren können die Kühlmitteldampfblasen bei Unterschreitung des Dampfdruckes wieder implodieren und zu Beschädigungen an der Kühlmantelwandung führen, weshalb man grundsätzlich bemüht ist, die Verdampfung von Kühlmittel zu verhindern bzw. bereits entstandene Kühlmitteldampfblasen über eine Entlüftungsvorrichtung abzuführen, bevor sie wieder implodieren, um auf diese Weise die Gefahr von Beschädigungen infolge von durch die Implosion hervorgerufenen Druckwellen zu eliminieren.
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Die lokalen Maxima im Kühlkreislauf sind sowohl im Hinblick auf die im Kreislauf befindliche Luft als auch im Hinblick auf die sich bildenden Dampfblasen überaus kritisch zu betrachten, da die sich hier sammelnden Blasen aufgrund der fehlenden oder zu schwachen Kühlmittelströmung nicht abtransportiert werden können.
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Grundsätzlich sollte der Kühlmitteldurchsatz durch den Entlüftungsbehälter, insbesondere bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen, so gering wie möglich sein. Vorteilhafterweise sollte der Durchsatz vollständig unterbunden werden, solange das Kühlmittel nicht eine vorgebbare Mindesttemperatur überschritten hat. Zum einen setzt eine Entgasung, d. h. eine Entlüftung, eine gewisse Verweildauer des Kühlmittels im Entlüftungsbehälter voraus, weshalb der Durchsatz grundsätzlich begrenzt werden sollte. Zum anderen führt eine niedrige Temperatur des Kühlmittels bzw. die durch die niedrige Temperatur bedingte höhere Viskosität des Kühlmittels dazu, dass das Kühlmittel beim Ausströmen aus dem Entlüftungsbehälter - entgegen der eigentlichen Zielsetzung - wieder mit Luft angereichert wird. Letzteres ist ein grundsätzliches Problem bei der Entlüftung mittels Entlüftungsbehälter, aber bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen besonders ausgeprägt, wohingegen zu höheren Temperaturen hin die Wiederanreicherung des Kühlmittels mit Luft nicht stattfindet bzw. dieser Effekt vernachlässigbar ist. Der Kühlmitteldurchsatz hat ebenfalls - wenn auch einen untergeordneten - Einfluss auf die Wiederanreicherung des Kühlmittels mit Luft, wobei ein zunehmender Durchsatz den Effekt verstärkt.
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Sinnvollerweise wird der Entlüftungsbehälter an der geodätisch höchst gelegenen Stelle der Motorkühlung angeordnet, wodurch die Abführung von Luft- und Dampfblasen, d. h. das Entlüften, in vorteilhafter Weise unterstützt wird bzw. die originäre Funktion der Entlüftung bzw. des Entlüftungsbehälters erst gewährleistet wird.
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Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass die an den Gasblasen angreifenden Auftriebskräfte die im Kreislauf befindlichen Gase nach oben treiben, wo sie sich in Form von Blasen in der Motorkühlung sammeln. Die Kühlmittelmäntel, Kühlmittelkanäle bzw. -schläuche sollten in der Einbaulage der Brennkraftmaschine in Richtung des Entlüftungsbehälters ansteigen, so dass die Blasen zum Entlüftungsbehälter hingeführt werden.
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Nach dem Stand der Technik wird der Entlüftungsbehälter regelmäßig beabstandet zur Brennkraftmaschine an der Spritzwand, welche den Motorraum vom Fahrgastinnenraum abgrenzt, angeordnet und befestigt. Diese Anordnung des Entlüftungsbehälters erfordert lange Kühlmittelschläuche, insbesondere eine lange zum Behälter führende Entlüftungsleitung und eine lange vom Behälter abzweigende Rückführleitung. Zudem vergrößert sich die benötigte Kühlmittelmenge und mit der größeren Kühlmittelmenge erhöht sich das Gewicht der Motorkühlung. Die größere Kühlmittelmenge erfordert nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine auch einen längeren Aufheizvorgang, was als nachteilig anzusehen ist.
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Lange Kühlmittelschläuche bzw. lange Kühlmittelleitungen gehen häufig mit Biegungen und Krümmungen dieser Schläuche bzw. Leitungen einher und zudem mit einem geringen Steigungsgrad, d. h. einem geringen Anstieg pro Wegstrecke. Insbesondere Letzteres ist einer Entlüftung eher abträglich und begünstigt die Ausbildung von Totwassergebieten bzw. lokalen Maxima. Die Kosten der Motorkühlung im Ganzen erhöhen sich.
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Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der die Entlüftung der Flüssigkeitskühlung verbessert ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit
- - mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens einen Zylinder,
- - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Luft, welches einen Einlasskrümmer umfasst, wobei dieser Einlasskrümmer seitlich an den mindestens einem Zylinderkopf anschließt und ein Sammelrohr umfasst, von dem aus für jeden Zylinder mindestens eine zylinderzugehörige Ansaugleitung abzweigt, und
- - einer Flüssigkeitskühlung, die zur Ausbildung eines Kühlkreislaufs mit einer Pumpe zur Förderung des Kühlmittels und einem Entlüftungsbehälter ausgestattet ist, wobei der Entlüftungsbehälter mittels einer Entlüftungsleitung und einer Rückführleitung in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine eingebunden ist,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Entlüftungsbehälter oberhalb des Einlasskrümmers und zwischen dem Einlasskrümmer und dem mindestens einen Zylinderkopf angeordnet ist, wobei eine virtuelle Verbindungslinie zwischen dem Einlasskrümmer und dem mindestens einen Zylinderkopf den Entlüftungsbehälter schneidet.
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Erfindungsgemäß ist der Entlüftungsbehälter motornah angeordnet, nämlich oberhalb des Einlasskrümmers zwischen dem Einlasskrümmer und dem Zylinderkopf. Dabei schneidet eine virtuelle Linie, welche den Einlasskrümmer und den Zylinderkopf miteinander verbindet, den Entlüftungsbehälter, wodurch die Einbaulage zwischen dem Einlasskrümmer und dem Zylinderkopf definiert bzw. nachweisbar wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung des Entlüftungsbehälters führt zu einer kompakten Bauweise und einem dichten Packaging der gesamten Antriebseinheit im Motorraum. Die Länge der Kühlmittelschläuche, soweit erforderlich, wird deutlich reduziert. Insbesondere lassen sich die zum Behälter führende Entlüftungsleitung und die vom Behälter abzweigende Rückführleitung signifikant verkürzen. Dadurch lassen sich die benötigte Kühlmittelmenge und mit dieser das Gewicht der Motorkühlung verringern.
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Die verkleinerte Kühlmittelmenge gewährleistet einen beschleunigten Aufheizvorgang nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine und damit eine Reduzierung der Reibleistung der Brennkraftmaschine und ein verbessertes Emissionsverhalten während der Warmlaufphase.
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Kürzere Kühlmittelschläuche bzw. kürzere Kühlmittelleitungen gehen mit weniger Biegungen und Krümmungen einher. Im Einzelfall ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung des Entlüftungsbehälters, die Leitungen in die Brennkraftmaschine, beispielsweise den Zylinderkopf, zu integrieren und auf externe Schläuche zu verzichten. Die Leckageanfälligkeit der Motorkühlung würde dadurch signifikant abgesenkt.
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Des Weiteren führt die erfindungsgemäße Anordnung des Entlüftungsbehälters zu höheren Steigungsgraden im Kühlkreislauf, d. h. größeren Steigungen, wodurch eine Entlüftung der Motorkühlung unterstützt wird. Zudem können die Kosten für die Motorkühlung reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine löst somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der die Entlüftung der Flüssigkeitskühlung verbessert ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung bzw. Aufladevorrichtung vorgesehen ist.
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Die Aufladung ist in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Luft verdichtet wird, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Ladeluftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
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Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum reduziert, lässt sich bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Die Aufladung einer Brennkraftmaschine unterstützt folglich die Bemühungen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Durch eine geeignete Getriebeauslegung kann zusätzlich ein sogenanntes Downspeeding realisiert werden, wodurch ebenfalls ein geringerer spezifischer Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Beim Downspeeding wird der Umstand ausgenutzt, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch bei niedrigen Drehzahlen regelmäßig niedriger ist, insbesondere bei höheren Lasten.
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Eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist infolge des erhöhten Mitteldrucks thermisch höher belastet als ein herkömmlicher Saugmotor und stellt daher auch erhöhte Anforderungen an die Kühlung, weshalb insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschinen vorteilhafterweise mit einer Flüssigkeitskühlung auszustatten sind.
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Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen zur Aufladung der Brennkraftmaschine mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind.
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Bei einem Abgasturbolader sind ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung des mindestens einen Zylinders erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt gewissermaßen eine Verdichtung durch Kühlung.
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Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem - mittels Hilfsantrieb antreibbaren
- - Lader besteht darin, dass ein Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase nutzt, während ein Lader die für seinen Antrieb erforderliche Energie direkt oder indirekt von der Brennkraftmaschine bezieht und damit, zumindest solange die Antriebsenergie nicht aus einer Energierückgewinnung stammt, den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, d. h. mindert.
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Falls es sich nicht um einen mittels Elektromaschine, d. h. elektrisch antreibbaren Lader handelt, ist regelmäßig eine mechanische bzw. kinematische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen dem Lader und der Brennkraftmaschine erforderlich.
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Der Vorteil eines Laders gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der Lader stets den angeforderten Ladedruck generieren und zur Verfügung stellen kann und zwar unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere unabhängig von der momentan vorliegenden Drehzahl der Kurbelwelle. Das gilt insbesondere für einen Lader, der mittels Elektromaschine elektrisch antreibbar ist.
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Vorteilhaft können daher auch Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine sein, bei denen zur Aufladung der Brennkraftmaschine mindestens ein mittels Hilfsantrieb antreibbarer Lader vorgesehen ist.
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Vorteilhaft können Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine sein, bei denen ein Abgaskrümmer des Abgasabführsystems in den mindestens einen Zylinderkopf integriert ist.
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Durch das Zusammenführen der Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes verringert sich die Gesamtwegstrecke der Abgasleitungen und das Leitungsvolumen des Abgaskrümmers verkleinert sich. Die Zusammenführung der Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes gestattet ein dichtes Packaging der Antriebseinheit.
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Vorteile ergeben sich bei der Abgasturboaufladung, da die Turbine motornah angeordnet werden kann, wodurch die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal genutzt werden kann und ein schnelles Ansprechverhalten der Turbine bzw. des Turboladers gewährleistet wird. Des Weiteren ist auch der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen kurz, womit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung bleibt und die Abgasnachbehandlungssysteme schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
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Eine Brennkraftmaschine mit integriertem Abgaskrümmer ist thermisch besonders belastet und eignet sich daher besonders für eine Flüssigkeitskühlung.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen der Entlüftungsbehälter zumindest teilweise einteilig mit dem Einlasskrümmer ausgebildet ist.
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Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen der Entlüftungsbehälter einstückig mit dem Einlasskrümmer ausgebildet ist.
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Ein zumindest teilweise mit dem Einlasskrümmer einteilig ausgebildeter Entlüftungsbehälter hat einen kleineren Raumbedarf. Dies unterstützt das Ziel der Konstrukteure, im Motorraum des Kraftfahrzeuges ein möglichst effektives, d. h. dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit zu realisieren.
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Die integrale Ausbildung des Entlüftungsbehälters mit dem Einlasskrümmer macht gegebenenfalls andere bzw. weitere Befestigungen des Entlüftungsbehälters entbehrlich. Des Weiteren können durch diese Maßnahme die Kosten gesenkt werden, wobei einerseits die Herstellungskosten, aber auch die Montagekosten, insbesondere durch die Verringerung der Bauteilanzahl, reduziert werden.
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Durch die Eliminierung einzelner Montagevorgänge sinkt auch die Wahrscheinlichkeit, bei der Montage Fehler zu begehen, die sich auf die spätere Funktionstüchtigkeit und Lebensdauer der Motorkühlung nachteilig auswirken können.
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Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine sein, bei denen der Entlüftungsbehälter zumindest teilweise einteilig mit einer Ventilhaube des mindestens einen Zylinderkopfes ausgebildet ist. Die Ventilhaube dient regelmäßig als Abdeckung für im Zylinderkopf angeordnete Ventiltriebe.
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Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in vorteilhafter Weise ein bereits vorhandenes Bauteil zur Ausbildung des Entlüftungsbehälters genutzt wird. Die als Abdeckung dienende Ventilhaube kann gleichzeitig einen Teil des Entlüftungsbehälters mit ausbilden.
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Die Ventilhaube ist in der Regel, wie auch der Einlasskrümmer und der Entlüftungsbehälter, ein mit dem Spritzgussverfahren hergestelltes Kunststoffteil, so dass bereits bei der Herstellung der Ventilhaube zumindest ein Teil der Wandungen des Entlüftungsbehälters durch entsprechende Formgebung in die Ventilhaube integriert bzw. eingearbeitet werden kann. Auf ähnliche Weise können Wandungen in den Einlasskrümmer bzw. in Teile des Einlasskrümmers eingearbeitet werden, bei denen es sich grundsätzlich auch um Spritzgussteile handeln kann.
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Gleiches gilt in analoger Weise für andere Bauteile, die zur Ausbildung des Entlüftungsbehälters genutzt werden.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Entlüftungsleitung zumindest teilweise in den mindestens einen Zylinderkopf integriert ist.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Rückführleitung zumindest teilweise in den mindestens einen Zylinderkopf integriert ist.
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Die Integration einer Leitung in den Zylinderkopf macht einen externen Schlauch zumindest teilweise bzw. abschnittsweise entbehrlich, gegebenenfalls vollständig. Zudem lässt sich die Leckageanfälligkeit der Leitung, insbesondere bei vollständiger Integration, reduzieren.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Rückführleitung den Entlüftungsbehälter mit der Pumpe verbindet.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen der Entlüftungsbehälter aus Kunststoff gefertigt ist. Kunststoff zeichnet sich durch ein geringes spezifisches Gewicht aus, wobei die vergleichsweise geringe thermische Belastbarkeit bei der vorliegenden Anwendung unproblematisch ist. Eine gute Formbarkeit bzw. Freiheitsgrade bei der Formgebung sind weitere Vorteile.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe eine elektrisch betriebene Pumpe ist, welche beispielsweise von der Bordbatterie versorgt wird und auch bei abgeschalteter Brennkraftmaschine Kühlmittel fördern kann.
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Mittels elektrisch betriebener Pumpe kann sowohl der Kühlmitteldruck als auch der Kühlmitteldurchsatz beliebig, insbesondere bedarfsgerecht variiert werden.
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Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe eine mechanisch betriebene Pumpe ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe eine - unter Verwendung eines Zugmittels - von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine antreibbare Pumpe ist. Die Pumpe könnte dabei benachbart zum Zylinderkopf bzw. im Zylinderkopf platziert werden und damit auch benachbart zum erfindungsgemäß angeordneten Entlüftungsbehälter. Es ließen sich kurze Leitungen realisieren. Als Zugmittel kann ein reibungsarmer Riemen verwendet werden.
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Vorteilhaft sind auch daher Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Pumpe einlassseitig an dem mindestens einen Zylinderkopf befestigt ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß 1 näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 schematisch in der Seitenansicht und teilweise geschnitten ein Fragment einer ersten Ausführungsform der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mitsamt dem Entlüftungsbehälter.
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1 zeigt schematisch in der Seitenansicht und teilweise geschnitten ein Fragment einer ersten Ausführungsform der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mitsamt dem Entlüftungsbehälter 5.
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Dargestellt ist ein Teil eines Zylinderkopfes 3, der zur Ausbildung der Zylinder 3a der Brennkraftmaschine an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock 4 verbunden ist.
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Der Zylinderblock 4 dient als Kurbelgehäuse zur Aufnahme der Kolben. Der Zylinderkopf 3 dient der Aufnahme der für den Ladungswechsel erforderlichen Ventiltriebe, wobei eine Ventilhaube 7 als Abdeckung für die Ventiltriebe dient.
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Die Ventilbetätigungseinrichtung eines Ventils umfasst eine Nockenwelle mit einem Nocken und mindestens ein Nockenfolgeelement, das im Kraftfluss zwischen der Nockenwelle, d. h. dem Nocken, und dem dazugehörigen Ventil angeordnet ist. Vorliegend bildet ein Schwinghebel das Nockenfolgeelement. Der erforderliche Betätigungsmechanismus einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Es ist die Aufgabe der Ventiltriebe die Einlass- und Auslassöffnungen der Zylinder 3a rechtzeitig freizugeben bzw. zu versperren und ein Füllen des Zylinders 3a bzw. ein Ausschieben der Verbrennungsgase zu gewährleisten.
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Zum Zuführen von Luft ist ein Ansaugsystem 1 vorgesehen, welches einen Einlasskrümmer 6 umfasst, der seitlich an den Zylinderkopf 3 anschließt. Der Einlasskrümmer 6 umfasst ein Sammelrohr 6a, von dem aus Ansaugleitungen 6b abzweigen und zu den zylinderzugehörigen Einlassöffnungen führen.
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Um die thermische Belastung des Zylinderkopfes 3 in Grenzen zu halten, ist die Brennkraftmaschine mit einer Flüssigkeitskühlung 2 ausgestattet. Im Zylinderkopf 3 sind ein Kühlmittelmantel und mehrere das Kühlmittel durch den Zylinderkopf 3 führende Kühlmittelkanäle vorgesehen. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf 2a angeordneten Pumpe gefördert, die vorliegend am bzw. teilweise im Zylinderkopf 3 angeordnet ist (nicht dargestellt).
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Die Flüssigkeitskühlung 2 umfasst neben der Pumpe zur Förderung des Kühlmittels einen Entlüftungsbehälter 5. Der Entlüftungsbehälter 5 ist mittels einer Entlüftungsleitung und einer Rückführleitung 5a in den Kühlkreislauf 2a der Brennkraftmaschine eingebunden, wobei die Rückführleitung 5a vom Entlüftungsbehälter 5 zur Pumpe führt.
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Der Entlüftungsbehälter 5 ist oberhalb des Einlasskrümmers 6 zwischen dem Einlasskrümmer 6 und dem Zylinderkopf 3 angeordnet. Eine virtuelle Verbindungslinie zwischen dem Einlasskrümmer 6 und dem Zylinderkopf 3 schneidet den Entlüftungsbehälter 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ansaugsystem
- 2
- Flüssigkeitskühlung
- 2a
- Kühlkreislauf
- 3
- Zylinderkopf
- 3a
- Zylinder
- 4
- Zylinderblock
- 5
- Entlüftungsbehälter
- 5a
- Rücklaufleitung
- 6
- Einlasskrümmer
- 6a
- Sammelrohr
- 6b
- Ansaugleitung
- 7
- Ventilhaube
