DE1601436A1

DE1601436A1 - OElkuehlung fuer Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE1601436A1
Application number: DE19681601436
Authority: DE
Inventors: Emil Feldmeilen Hegglin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-02-14
Filing date: 1968-02-08
Publication date: 1970-10-29
Also published as: CH463874A; GB1210865A; AT304183B; FR1554360A

Description

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Emil Hegglin, Feldmeilen (Kanton Zürich/Schweiz)

ölkühlung für Verbrennungsmotieren

Die Erfindung bezieht sich auf eine ölkühlung für Ver·· brennungsmotoren, mit einem Wärmetauscher, der in· einem das ölreservoir des Motors und eine ölpumpe einschließenden ölkreislauf liegt.

Motorenöl ist nur bis zu einem gewissen Wärmegrad, maximal 14O° Celsius schmierfähig. Bei höheren Temperaturen können Schaden am Motor auftreten. Mir die Kühlung der Verbrennungsräume , Zylinder und Zylinderköpfe wird bei den heutigen

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Motoren ein großer Aufwand betrieben, wogegen der ölkühlung, abgesehen von wenigen Ausnahmen zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt wird. Nicht selten stellen sich daher Uberraschungsschäden mannigfaltiger Art, insbesondere bei sportlicher Fahrweise, Dauerfahrt, Paßfahrten, heißer Witterung etc. ein. Man hat diesem Mißstand allgemein durch Vergrößerung des dem Luftstrome ausgesetzten Teiles der ölwannen entgegenzutreten versucht, woraus jedoch der Nachteil entsteht, daß das Motorenöl insbesondere im Winter sehr oft über längere Zeit zu kalt bleibt.

Verschiedene luftgekühlte Benzin- und Dieselmotoren haben zwar progressive Ölkühler im Kühlluftstrom eingebaut. Diese beanspruchten aber ganz allgemein mehr Öeljläseenergie als für den Temperaturausgleich der Zylinder und Verbrennungsräume benötigt wird, weil nach dem Gesichtspunkt größtmöglicher Sicherheit vorgegangen wird.

Ziel der Erfindung ist, diese Nachteile zu beheben und eine wirksame ölkühlung zu schaffen, mit der es möglich wird, die Gebläsekühlleistung zugunsten erhöhter Motorleistung herabzusetzen bzw. die Motorleistung mit gleich großem Kühlersystem zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Wärmetauscher für die Ölkühlung einen oder mehrere

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Durchflutungsräume hat und an die Saugseite der Ölpumpe angeschlossen ist.

Unter Durchflutungsräume ist dabei nicht eine einzige große Kammer, wie beispielsweise die ölwanne zu verstehen, in welcher das öl einer nahezu unbedeutenden Strömung unterliegt. Vielmehr sind darunter solche Räume zu verstehen, welche das öl in ganz bestimmter Weise gelenkt mit nicht unbeträchtlicher Geschwindigkeit hindurchströmt, also Räume, die einen Strömungskanal von relativ, kleinem Strömungsquerschnitt bilden. Die erfindungsgemäße ölkühlung macht es möglich, die bereits bei einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 20 km/Std unter dem Fahrzeug bisher ungenutzt vorbeistreichenden beträchtlichen Luftmengen zur ölkühlung auszunutzen, so daß ein besonderes anzutreibendes Gebläse nicht notwendig ist.

Der Wärmetauscher kann dabei im die Schmierstellen des Motors einschließenden ölkreislauf liegen. Es ist aber auch möglich, ihn in einem besonderen Kühlkreislauf anzuordnen, der neben dem die Schmierstellen einschließenden ölkreislauf angeordnet ist und ebenso wie der ölkreislauf vom ölreservoir des "otors ausgeht. Zweckmäßig ist der Wärmetauscher unmittelbar an die Beden- oder Seitenwand des ölreservoirs angesetzt, wobei er mit seinem Auslauf in das

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ölreservoir eintritt und innerhalb des Reservoirs an die in bekannter Weise in dieses einmündende Saugleitung der ölpumpe angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Wärmetauschers in Form eines durchfluteten Systems an der Saugseite der ölpumpe bietet den Vorteil, daß das an den Schmierstellen des Motors zum Aufschäumen gelangte öl sich wieder entschäumen kann, weil die im ölschaum enthaltenen Gaseinschlüsse bei der erfindungsgemäßen ölkühlung nach Abkühlung gegen den ölstrom in das ölreservoir zurückwandern und dort über eine Entlüftung abgesaugt werden können, was bei den bekannten ölkUhlungen, bei welchen der Wärmetauscher auf der Druckseite der ölpumpe liegt, nicht möglich ist. Dadurch wird auch eine wesentlich geringere ö!verschmutzung gewährleistet. Bei der erfindungsgemäßen ölkühlung erfolgt der Temperaturaufbau im öl außerdem wesentlich zweckmäßiger als bei einer Kühlung, bei welcher der Wärmetauscher sich auf der Druckseite der Pumpe befindet. Sie verbilligt ferner die Herstellung und vereinfacht den Betrieb und macht außerdem auf einfache V/eise eine Selbstreinigung des Kühlers durch den Fahrtwind möglich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemaßen Kühlung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in

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- 5 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele:

Pig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellungsweise zwei verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemaßen Ölkühlung.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung verwendeten Wärmetauschers.

Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 3. nach Linie IV-IV in Fig. 3, angesetzt an eine ölwanne.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher einer anderen Ausführungsform.

Fig. 6 ist ein Schnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 5 nach Linie VI-VI in Fig. 5·

Fig. 7 ist eine Ansicht des Ein- und des Auslaufs des Wärmetauschers von unten bei abgenommenem Deckel und

Fig. 8 ist ein Schnitt durch den Ein- und Auslauf des Wärmetauschers gemäß Fig. 5 bis 7 nach Linie VIII-VIII in Fig. 7.

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Bei der in Pig. 1 schematisch dargestellten ölkühlung ist der Wärmetauscher 1 im die Schmierstellen des Motors 2 einschließenden Ölkreislauf angeordnet. Dieser ölkreislauf geht aus von der das Ölreser'/oir bildenden ölwanne 3* an deren Boden eine zum Wärmetauscher 1 führende Austrittsleitung 4 angeschlossen ist. Der Auslauf 5 des Wärmetauschers 1 tritt durch die Bodenwandung der ölwanne 3 hindurch und ist innerhalb der ölwanne mit der Saugleitung 6 der ölpumpe 7 verbunden, welche das Öl zu den Schmierstellen des Motors 2 pumpt und von welchen es über die Rücklaufleitung 8 in die ölwanne 3 zurückfließt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ölkühlung befindet sich der Wärmetauscher 1 in einem eigenen Kühlkreislauf ₃ der neben dem die Schmierstellen des Motors 2 einschließenden üblichen ölkreislauf

6, "J, 8 angeordnet und ebenfalls wie dieser-an die^lwanne 3 angeschlossen ist. Dieser Kühlkreislauf wird von einer am Boden der Ölwanne 3 angeschlossenen Leitung 4 zum Wärmetauscher 1 und einer in die ölwanne 3 zurückführenden Rücklaufleitung 9 gebildetj in welche eine besondere ölpumpe 10 eingeschaltet ist. Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 befindet sich also der Wärmetauscher 1 erfindungsgemäß an der Saugseite der das zu kühlende öl umwälzenden Pumpe 7>

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Ebenfalls in beiden Fällen ist der Wärmetauscher 1 unmittelbar an der Unterseite der ölwanne angeordnet, so daß er dem unter dem Kraftfahrzeug hindurchstreichenden Fahrtwind ausgesetzt ist, welcher die Kühlung des Öls im Wärmetauscher bewerkstelligt. Es wäre natürlich aber auch möglich, die Kühlung des Öls im Wärmetauscher durch ein flüssiges Kühlmedium durchzuführen. In diesem Fall wäre aber ein eigener Kreislauf für diese Kühlflüssigkeit notwendig und ein weiterer vorzugsweise im Fahrtwind liegender Wärmetauscher, in welchem die Kühlflüssigkeit auf die erforderliche niedrige Temperatur gebracht wird.

Bei der in Fig. 3 und k dargestellten Ausführungsform besteht der Wärmetauscher für das zu lcühlende öl aus einer spiralförmigen Rohrschlange 11, aus oinc-rn wärmeleitenden Material. Diese Rohrschlange mündet mit einem abgebogener. Einlaßende 12 in eine EinlaSkatnmer 13 ein, welche an der Unterseite der ölwanne 3 im Bereich der Öffnung 14 für den "lablaß durch Schrauben od. dgl. befestigt ist. Das Austrittsende 15 der Rohrschlange 11 ist unter entsprechender Abbiegung durch die Einlaßkammer 13 und die von dieser verschlossene ölablaßcffnung 14 hindurchgeführt und zwar so, ua3 es in der ölwanne 3 in geringem Abstand über deren Boden endet. In dieses Austrittsende 15 der Rohrschlange 11 des Wärmetauschers greift die Saugleitung 6 der ölpumpe 7 ein und zwar derart,. da3 sich

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an der Stoßstelle des Endes 15 der Rohrschlange 11 und des Endes der Saugleitung 6 der ölpumpe 7 ein Ringspalt 16 bildet. Dieser Ringspalt dient dazu, beim Beginn der Tätigkeit der ölpumpe einen sofortigen ölumlauf über die Schmierstellen des Motors 2 hinweg sicherzustellen und zwar auch dann, wenn das im Wärmetauscher befindliche öl z.B. im Winter infolge Ruhens des Motors so kalt ist, daß es nur sehr langsam durch den Wärmetauscher durchgetrieben wird.

In diesem Fall wird also öl aus der ölwanne 3 durch den Ringspalt 16 unter Umgehung der Rohrschlange 11 von der ölpumpe 7 unmittelbar in deren Saugleitung 6 eingesaugt und eine sofortige Ölversorgung der Schmierstellen des Motors 2 sichergestellt. Da ein Ansaugen von öl durch den Ringspalt 16 hindurch bei niederem ölstand in der ölwanne 5 nicht absolut sichergestellt ist, weist das Austrittsende 15 der Rohrschlange 11 innerhalb der Einlaßkammer 13 zusaätzliche Einlaßbohrungen auf, durch welche ebenfalls öl unter Umgehung der Rohrschlange 11 unmittelbar in die Saugleitung der ölpumpe 7 gelangen kann. Diese öffnungen 17 können beispielsweise durch ein Bimetallventil thermostatisch in Abhänggkeit von der öltemperatur hinsichtlich ihres Durchtrittsquerschnitts gesteuert werden und zwar derart, daß sie bei kaltem öl weitgehend offen und bei warmem öl mehr oder weniger verschlossen sind.

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Da sich bei den üblichen ölwannen von Kraftfahrzeugen die Saugleitung 6 der Ölpumpe 7 unmittelbar oberhalb der Ablaßöffnung 14 der Ölwanne befindet, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen ölkühlung ein Umbau der Saugleitung und der ölwanne nicht notwendig. Der Wärmetauscher wird mit dem Austrittsende 15 seiner Rohrschlange 11 auf das untere Ende der Saugleitung 6 der ölpumpe aufgeschoben, bis die Einlaßkammer 13 des Wärmetauschers unmittelbar an der Bodenwand der ölwanne 3 anliegt und an dieser befestigt werden kann. Da sich dabei die Einlaßkammer 13 unmittelbar unterhalb der ölablaßöffnung 14 befindet, ist ein Eintreten des Öls in die Einlaßkammer 13 und von dort in die Rohrschlange 11 automatisch gewährleistet. Um das Aufstecken des Wärmetauschers mit seinem Austrittsende 15 auf die Saugleitung 6 zu erleichtern, kann das Austrittsende konisch aufgeweitet sein.

Das Einlaßende 12 der Rohrschlange 11 mündet im Abstand über dem Boden der Einlaßkammer 13 in diese ein. Dadurch wird vermieden, daß Unreinheiten in den ölkreislauf geraten. Auf ein ölsieb kann deshalb verzichtet werden. Die Einlaßkammer 13 .ist an ihrem Boden außerdem mit einer durch eine Schraube 18 verschließbarenöffnung ausgestattet, die bei an die Wanne 3 angesetztem Wärmetauscher anstelle der öffnung

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1¹I- der Ölwanne 3 für den ölablaß bestimmt ist. Diese VerschluJ-schraube 18 kann einen Magnetkern enthalten, der Verunreinigungen im öl anzieht und deren leichte Entfernung beim Ölwechsel erlaubt.

Da der Wärmetauscher 1 bei dieser Ausführungsform lediglich im Bereich der ölablaßöffnung 14 der ölwanne 3 an dieser mittels einiger Schrauben befestigt ist, kann er ohne großen Arbeitsaufwand zum Zwecke seiner Reinigung abgenommen v/erden. Der hierzu erforderliche Arbeitsaufwand ist nicht größer als die Reinigung des bisher am Eintrittsende der Saugleitung dor ölpumpe notwendigen Ölsiebs.

Bei der in Fig. 5 und β dargestellten Ausführungsform besteht der Wärmetauscher aus einer Reihe von zueinander parallel angeordneten Kühlrohren 19* die-an ihren beiden Enden an Verbindungsleitungen 20, 21 angeschlossen sind. Die eine Verbindungsleitung 2C ist durch eine Trennwand 22 in einen Verteilerabschnitt 23 und einen Sammelabschnitt 2k unterteilt. In den Vertoilerabschnitt 23 mündet eine Zuleitung 25 ein, während an den Sammelabschnitt eine Ableitung 26 angeschlossen ist. Die Zuleitung 25 mündet in eine Karr.mor 27 und die Ableitung 26 in eine weitere Kammer 28 ein, welche bei Ίο Kammern in einem Gehäuse 29 angeordnet und durch eine Tr-jnn-. wand 30 getrennt sind. In dieser Trennwand 30 befinden sich

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Bohrungen 31> über welche die beiden Kammern 27, 28 unmittelbar miteinander in Verbindung stehen. Diese Bohrungen haben die gleiche Wirkung wie die öffnungen 17 beim Wärmetauscher gemäß Pig. 3 und 4, nämlich bei noch dickflüssigem öl eine evtl. auch geringe ölmenge unter Ausschaltung des Wärmetauschers unmittelbar von der ölwanne 3 in die Saugleitung 6 der Pumpe 7 gelan-■gen zu lassen, um auch in diesem Pail eine zeitweilige ölleere bzw. einen ölmangel an den Schmierstellen zu vermeiden. Das Gehäuse 29 ist an seiner Unterseite durch einen auf- und abschraubbaren Deckel 32 abgeschlossen, während es an seiner dem Deckel gegenüberliegenden Seite mit einem ringförmigen Befestigungsflansch 33 ausgestattetist, mit welchem das Gehäuse ebenso wie die Einlaßkammer 13 bei der Ausführungsfcrm gemäß Fig. 3 und 4 an der Bodenwandung der ölwanne 3 angeschraubt werde:. kann. Zu diesem Zweck sind im Plansch 33 eine Reihe von Bohrungen 34 für die Aufnahme von Befestigungsschrauben od.dgl. vorgesehen. Die Kammer 28 ist an ihrer Oberseite wie die- 2inlaßkammer 1? bei der vorgenannten Ausführungsform offen, se daß das öl durch die Ablaßöffnung 14 in der ölwanne 3 hindurch in diese Kammer 28 eintreten kann, welche unmittelbar an diese ölablaööffnung ansetzbar ist. Von dieser Kammer 28 aus gelangt das öl über die Zuleitung 25 au den Rohren 23, 19*21 und 24 des Wärmetauschers und von dort über die Ableitung 26 in die Kammer 27 des Gehäuses 29. Diese Kammer 27 ist an ihrer dem

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Deckel 32 gegenüberliegenden Oberseite mit einem Austrittsstutzen 35 versehen, der auf die unmittelbar über der ölablaßöffnung 14 in der ölwanne 3 befindliche Saugleitung 6 der ölpumpe 7 auf bzw. in diese Leitung einsteckbar ist, Damit ist der Wärmetauscher 1 an die Saugseite der ölpumpe 7 angeschlossen.

Am einen Stirnende des Verbindungsrohres 21 des Wärmetauschers gemäß Fig. 5 bis 8 befindet sich eine durch eine Verschlußschraube 36 verschlossene öffnung, die ebenso wie der Deckel 32 des Gehäuses 29 zum Ölwechsel verwendet werden kann, aber auch eine zweite Öffnung zur Durchspülung des Rohrsystems des Wärmetauschers darstellt.

Selbstverständlich ist sowohl der Wärmetausder gemäß Fig. 3 und 4 als auch derjenige gemäß Fig. 5 bis 8 in der in Fig. 1 als auch in der in Fig. 2 dargestellten Weise zu verwenden.

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Claims

- O.Patentansprüche

1. ölkühlung für Verbrennungsmotoren mit einem Wärmetauscher, der in einem das Ölreservoir des Motors und eine ölpumpe einschließenden ölkreislauf liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) eine oder mehrere Durchflutungsräume (11,19) hat und an die Saugseite der Ölpumpe (7j1o) angeschlossen ist.

2. Ölkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) im die Schmiersteilen des Motors (2) einschließenden ölkreislauf (3,6,7,2,8) liegt.

3. ölkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) in einem neben dem die Schmierstellen einschließenden Ölkreislauf (3*0,7,2,8) angeordneten besonderen Kühlkreislauf (3*4,1o,9) angeordnet ist, der ebenso wie der Ölkreislauf vom Ölreservoir (3) ausgeht.

4. . Ölkühlung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) unmittelbar an die Boden- oder Seitenwand des Ölreservoir (3) angesetzt ist, mit seinem Auslauf (5) in das ölreservoir eintritt und innerhalb des Reservoirs auf die in bekannter Weise in dieses

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einmündende Saugleitung (6) der ölpumpe (7) aufgesteckt bzw. in diese Leitung eingesteckt ist.

5· ölkühlung nach Anspri:ch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (5) des Wärmetauschers (1) durch die in bekannter Weise am Ölreservoir (3) vorgesehene Ölablaßö'ffnung (14) hindurchtritt.

6. ölkühlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (5) des Wärmetauschers (1) innerhalb des Ölreservoirs 0) mit der Saugleitung (6) der ölpumpe (7) unter Bildung eines Ringspaltes (-16) verbunden ist.

7· ölkühlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb des ölreservoirs (5) mit der Saugleitung (6) der Pumpe (7) verbundene Auslauf (5) des Wärmetauschers (1) innerhalb des Reservoirs mit mindestens einer Öffnung (17) ausgestattet ist, die ein unmittelbares Ansaugen von öl in die Saugleitung der Pumpe unter Umgehung des Wärmetauschers ermöglicht.

8. Ölkühlung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Auslauf (5) des Wärmetauschers (i) thermostatisch so gesteuert ist,, daß sie einen unmittelbaren

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Ölzutritt zur Saugleitung (6) der Pumpe (7) bei kaltem öl gestattet und bei warmem öl mehr oder weniger verhindert.

9. Ölkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) aus einem durchfluteten Rohrsystem (11,19) besteht, welches entweder aus einer spiralförmigen Rohrschlange (11) oder aus mehreren gegebenenfalls gebündelt parallel nebeneinander angeordneten Kühlrohren (19) besteht.

10. ölkühlung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und der Auslauf des /Wärmetauschers (1) von zwei in einem einzigen Gehäuse zusammengefaßten getrennten Kammern (27,28) gebildet wird und der Wärmetauscher mit diesem Kammergehäuse (29) unmittelbar an die Bodenöffnung (1*0 des ölreservöirs (3) für den ölablaß angeschlossen ist.

11. ölkühlung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und die Austrittskammer (27,28) des Wärmetauschers durch eine Wand (3o) voneinander getrennt sind, in welcher eine oder mehrere Bohrungen (31) zum unmittelbaren Ansaugen von Öl durch die ölpumpe (7,Io) unter Umgehung des Wärmetauschers angeordnet sind.

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