DE10306695A1

DE10306695A1 - Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf

Info

Publication number: DE10306695A1
Application number: DE10306695A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Huter; Bernhard Dipl.-Ing.(FH) Jutz; Johannes Dipl.-Ing. Leweux; Harald Dipl.-Ing. Pfeffinger; Heiko Dipl.-Ing. Saß; Timo Dipl.-Ing. Schmidt; Karsten Dipl.-Ing.(FH) Unger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-16
Also published as: EP1595062A1; US7318395B2; WO2004074652A1; JP2006514199A; US20060011151A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Kühlmittelkreislauf (2), der eine erste Kühlleitung (6) für ein Kurbelgehäuse (4) und eine zweite Kühlleitung (5) für einen Zylinderkopf (3) umfasst, wobei der Zylinderkopf (3) wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil pro Zylinder aufweist und im Zylinderkopf (3) in der näheren Umgebung der Ventile ein zusätzlicher Kühlkanal (9) vorgesehen ist, welcher mit der zweiten Kühlleitung (5) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 100 11 143 A1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Zweikreiskühlsystem bekannt, bei dem ein flüssigkeitsgekühltes Kurbelgehäuse und ein gesonderter, flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf über Durchbrechungen in einer zwischengeschalteten Zylinderkopfdichtung temperaturabhängig ventilgesteuert kühlmittelführend verbunden sind. Ein oder mehrere der der Kühlmittelsteuerung dienenden Ventile sind als Bimetall-Ventile in einer Zylinderkopfdichtung integriert angeordnet.

Aus den Offenlegungsschriften DE 33 17 454 A1 , DE 198 03 884 A1 und DE 198 03 885 A1 sind ebenfalls flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen mit Kühlkreislaufen bekannt, bei denen ein Kühlkreislauf einem Zylinderkopf und ein Kühlkreislauf einem Kurbelgehäuse zugeordnet ist. Die Kühlkreisläufe stehen miteinander in Verbindung. Es ist ebenfalls eine Verbindung zu einem Wärmetauscher vorgesehen. Mittels Ventilen und einer entsprechenden Steuereinheit werden die Kühlregelkreise für den Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse unabhängig voneinander geregelt.

Es ist Aufgabe der Erfindung einer Brennkraftmaschine mit einem gezielt arbeitenden und effektiven Kühlsystem bzw. Kühlmittelkreislauf zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, der ein Kühlmittelkreislauf mit einer ersten Kühlleitung für ein Kurbelgehäuse und einer zweiten Kühlleitung für einen Zylinderkopf zugeordnet ist, welcher wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil pro Zylinder aufweist, zeichnet sich durch einen zusätzlichen Kühlkanal aus, der im Zylinderkopf in der näheren Umgebung der Ventile vorgesehen ist. Der zusätzliche Kühlkanal wird auch als Stegkühlbohrung bezeichnet. Dieser zusätzliche Kühlkanal ist mit der zweiten Kühlleitung verbunden, welche dem Zylinderkopf zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann insbesondere in einem Verkehrsmittel, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, als Fahrantrieb eingesetzt werden.

Durch die Aufteilung des gesamten Kühlmittelstroms auf getrennte Kühlleitungen für Zylinderkopf und Kurbelgehäuse, wird eine gezielte Versorgung des zusätzlichen Kühlkanals im Zylinderkopf mit Kühlmittel realisiert. Mit der separaten Kühlleitung für den Zylinderkopf wird vorzugsweise ausschließlich der zusätzliche Kühlkanal (die Stegkühlbohrung) im Zylinderkopf versorgt. Es kann also eine gezielte Kühlung der benachbarten Bauteile, speziell des hochbelasteten Zylinderkopfes im Brennraumbereich, erfolgen. Dies führt zu einer Verbrauchs- und Abgasemissionsreduzierung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der ersten Kühlleitung für das Kurbelgehäuse ein Stellglied zugeordnet, welches der Steuerung bzw. Regelung eines Kühlmittelzuflusses in Abhängigkeit von einer Temperatur, insbesondere eine Kühlmitteltemperatur, dient. Eine Abhängigkeit von einer Brennkraftmaschinetemperatur, beispielsweise einer Motoröltemperatur oder einer Zylinderkopftemperatur, ist ebenfalls denkbar. Die Ansteuerung des Stellglieds und die Auswertung der Tempera turwerte kann über eine der Brennkraftmaschine bzw. einem Kraftfahrzeug mit entsprechender Brennkraftmaschine zugeordnete und/oder über eine zusätzlich vorgesehene Steuereinheit erfolgen. Mittels des Stellglieds und der Steuereinheit ist die Umsetzung eines Wärmemanagements mit dem Ziel eines schnellen Erreichens einer Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und damit der Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen möglich. Als Stellglied kann insbesondere ein aktives und/oder ein passives Schaltelement, beispielsweise ein Thermostat, eingesetzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei Auslassventile pro Zylinder vorgesehen und der zusätzliche Kühlkanal ist im Zylinderkopf zwischen diesen beiden Auslassventilen angeordnet.

Da der Bereich zwischen den Auslassventilen temperaturmäßig besonders belastet ist, führt diese Ausgestaltung zu einer weiteren Verbesserung des Wärmemanagements und somit zu einer weiteren Reduzierung von Verbrauch und Emissionen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf,
2 einen Vertikalschnitt eines Zylinderkopfes mit einem zusätzlichen Kühlkanal und
3 einen Horizontalschnitt eines Zylinderkopfes mit einem zusätzlichen Kühlkanal.
Funktionell gleiche Komponenten sind in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit einem Kühlmittelkreislauf 2. In dem Kühlmittelkreislauf 2 ist eine Pumpe 7 angeordnet und der von der Kühlmittelpumpe 7 erzeugte Kühlmittelstrom wird auf eine erste Kühlleitung 6 für ein Kurbelgehäuse 4 und eine zweite Kühlleitung 5 für einen Zylinderkopf 3 aufgeteilt. Die Kühlleitungen 5 und 6 können auch als Sammelkanäle bezeichnet werden. Die Aufteilung erfolgt vorzugsweise am Kurbelgehäuse 4. Die Kühlleitungen 5 und 6 können im Kurbelgehäuse 4 integriert oder als separate Bauteile bzw. als separates Bauteil ausgeführt sein.
Der zweiten Kühlleitung 5 ist vorzugsweise wenigstens ein nicht dargestellter Übergang zum Zylinderkopf 3 zugeordnet, über den die zweite Kühlleitung 5 mit einem zusätzlichen, nicht dargestellten Kühlkanal im Zylinderkopf 3 verbunden ist.
Die erste Kühlleitung 6 steht in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse 4 bzw. zu einem Wassermantel des Kurbelgehäuses 4. In dem Kühlmittelkreislauf 2 ist ein Stellglied 8 vorgesehen, welches der ersten Kühlleitung 6 zugeordnet ist. Über das Stellglied 8 wird die Kühlmittelzufuhr zu der ersten Kühlleitung 6 in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur gesteuert bzw. geregelt. Bei dem Stellglied 8 handelt es sich vorzugsweise um ein passives und/oder ein aktives Schaltelement, beispielsweise um einen Thermostat. Dem Stellglied 8 ist eine nicht dargestellte Steuer- und/oder Auswerteeinheit zugeordnet, welche insbesondere der Auswertung eines gemessenen und/oder geschätzten Temperatursignals und der Ansteuerung der Stellglieds 8 dient.
Die zweite Kühlleitung 5 und somit der zusätzliche, nicht dargestellte Kühlkanal im Zylinderkopf 3 werden demnach ständig mit Kühlmittel versorgt, während die Kühlung des Kurbelgehäuses 4 durch die erste Kühlleitung 6 vorzugsweise bei Bedarf mittels entsprechender Ansteuerung/Stellung des Stellglieds 8 zugeschaltet werden kann. Der Kühlmittelstrom in der zweiten Kühlleitung 5 bildet also einen Hauptkühlmittelstrom.
Vorzugsweise ist der ersten Kühlleitung 6 ebenfalls wenigstens ein nicht dargestellter Übergang zum Zylinderkopf 3 zugeordnet, über den der Zylinderkopf 3 außerdem noch mit Kühlmittel versorgt werden kann. Im Zylinderkopf 3 kann dann eine Zusammenführung des Kühlmittelstroms der ersten Kühlleitung 6 und des Kühlmittelstroms der zweiten Kühlleitung 5 stattfinden.
Die Kühlmittelströme bzw. die jeweiligen Richtungen der Kühlmittelströme sind in der 1 durch gerade Pfeile angedeutet.
In der 2 ist ein Vertikalschnitt eines Zylinderkopfes 3 einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem zusätzlichen Kühlkanal 9 dargestellt. In der 3 ist ein entsprechender Horizontalschnitt eines Zylinderkopfes 3 mit einem zusätzlichen Kühlkanal 9 dargestellt. Flussrichtungen des Kühlmittels sind in der 3 durch gerade Pfeile angedeutet. Über wenigstens einen Übergang bzw. Übertritt 10 vom Kurbelgehäuse in den zusätzlichen Kühlkanal bzw. die Stegkühlbohrung 9 kann das Kühlmittel von der zweiten Kühlleitung 5 (siehe 1) in den Kühlkanal 9 gelangen.
Der Zylinderkopf 3 weist beispielhaft zwei Einlassventile und diesen zugeordnete Einlasskanäle 12 und zwei Auslassventile und diesen zugeordnete Auslasskanäle 11 für das Abgas auf. Im Horizontalschnitt der 3 ist der Kühlkanal 9 vorzugsweise zwischen den Auslassventilen bzw. den entsprechenden Auslasskanälen 11 angeordnet, wobei der Kühlmittelstrom vorzugsweise in Richtung einer nicht dargestellten Brennraummitte bzw. in Richtung eines Injektors/einer Einspritzdüse bzw. eines diesem zugeordneten Schachts 13 fließt. Es kann auch eine nicht dargestellte Zündkerze für den ottomotorischen Betrieb vorgesehen sein. Durch den zusätzlichen Kühlkanal 9 wird vorteilhafterweise der Bereich zwischen den Auslasskanälen 11, dem Injektorschacht 13 und einem Zylinderboden 15 gekühlt bzw. mit Kühlmittel versorgt.
Es können weitere Übergänge 14 vom Kurbelgehäuse in den Zylinderkopf 3 vorgesehen sein, mit denen der restliche Zylinderkopf 3 mit Kühlmittel versorgt werden kann. Die Flussrichtung ist vorzugsweise wieder, wie oben für den zusätzlichen Kühlkanal 9 beschrieben, in Richtung Brennraummitte. Die Kühlmittelströme, welche über den wenigstens einen Übergang 10 und die Übergänge 14 in den Zylinderkopf 3 gelangen, werden im Zylinderkopf 3 wieder zusammengefasst.
Ein Kühlmittelübertritt bzw. Kühlmittelübergang 14 vom Wassermantel des Kurbelgehäuses bzw. von der ersten Kühlleitung 6 (siehe 1) für das Kurbelgehäuse erfolgt vorzugsweise über Durchbrechungen bzw. Öffnungen definierter Querschnittsfläche einer nicht dargestellten Zylinderkopfdichtung. Ein Übergang 10 vom Kurbelgehäuse bzw. von der zweiten Kühlleitung 5 (siehe 1) für den Zylinderkopf 3 ist bevorzugterweise ebenfalls als eine Durchbrechung bzw. Öffnung definierter Querschnittsfläche einer nicht dargestellten Zylinderkopfdichtung realisiert.

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einem Kühlmittelkreislauf (2), der eine erste Kühlleitung (6) für ein Kurbelgehäuse (4) und eine zweite Kühlleitung (5) für einen Zylinderkopf (3) umfasst, wobei der Zylinderkopf (3) wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil pro Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (3) in der näheren Umgebung der Ventile ein zusätzlicher Kühlkanal (9) vorgesehen ist, welcher mit der zweiten Kühlleitung (5) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Kühlleitung (5) wenigstens ein Übergang (10) zum Zylinderkopf (3) zugeordnet ist, über den die zweite Kühlleitung (5) mit dem zusätzlichen Kühlkanal (9) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Kühlleitung (6) wenigstens ein Übergang zum Zylinderkopf (3) zugeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (10, 14) als Durchbrechung einer Zylinderkopfdichtung ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Auslassventile pro Zylinder vorgesehen sind und dass der zusätzliche Kühlkanal (9) im Zylinderkopf (3) zwischen den Auslassventilen angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Kühlleitung (6) ein Stellglied (8) zugeordnet ist, welches der Steuerung bzw. Regelung eines Kühlmittelzuflusses in Abhängigkeit von einer Temperatur dient.