DE19902286A1

DE19902286A1 - Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern

Info

Publication number: DE19902286A1
Application number: DE19902286A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schaaf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2000-07-27
Also published as: WO2000043649A1; EP1147297A1; EP1147297B1; DE59903500D1

Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern (1 bis 4) vorgeschlagen, bei der die Strömungsverteilung der in ringförmigen Kühlräumen (9 bis 12) verlaufenden Flüssigkeitsströmung gesteuert wird. Hierzu wird eine von der Fließgeschwindigkeit der linken und rechten Strömungsanteile (15, 16) abhängige Größe mittels Sensoren (18, 19) ermittelt und über einen Prozessor (P) eine im Anströmbereich befindliche Strömungsklappe (17) in ihrer Stellung entsprechend verändert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, die hintereinander angeordneten Zylinder eines Reihenmotors in der Weise zu kühlen, daß die Zylinderrohre der einzelnen Zylinder von einer Kühlflüssigkeit umströmt werden. Zu diesem Zweck sind die Zylinderrohre von ringförmigen, ineinander übergehenden Kühlräumen umgeben. Die Kühlflüssigkeit strömt bezogen auf die Längsachse der Zylinderanordnung linksseitig und rechtsseitig an den Zylinderrohren entlang. Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 35 12 104 A1 bekannt, bei der die Kühlräume der aufeinanderfolgenden Zylinder wechselseitig seitlich versetzt angeordnet sind, um dadurch einen meanderförmigen Verlauf der Strömungsanteile zu erhalten.

Um eine an allen Zylindern gleichmäßigere Kühlung bei einer als Reihenmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine zu erhalten, ist in der DE 24 17 925 C2 vorgesehen, daß zwischen zwei über die gesamte Länge der Brennkraftmaschine sich erstreckenden Kühlkammern geradlinige Verbindungskanäle angeordnet sind.

Die aus den beiden Druckschriften genannten Maßnahmen zur besseren Kühlmittelverteilung in den Kühlräumen erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand und es läßt sich im Betrieb der Brennkraftmaschine kein Einfluß auf eine ungünstige Strömungsverteilung in den Kühlräumen nehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei in einem Zylinderblock hintereinander angeordneten flüssigkeitsgekühlten Zylindern zu schaffen, bei der eine möglichst gleichmäßige Kühlung der einzelnen Zylinder erreicht wird. Die Lösung dieser Aufgabe erhält man durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Durch Messung einer von der Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit abhängigen Größe kann festgestellt werden, in welchen Bereichen der Kühlräume zu hohe oder zu niedrige Fließgeschwindigkeiten auftreten. In Abhängigkeit von der ermittelten Größe wird dann die Fließgeschwindigkeit der unterschiedlichen Strömungsanteile gesteuert. Zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit können grundsätzlich unterschiedliche Einrichtungen verwendet werden, beispielsweise eine die Anströmung des ersten Zylinderrohres verändernde Steuerklappe oder querschnittsverengende Einrichtungen.

Bei zur Längsachse einer Brennkraftmaschine symmetrisch angeordneten ringförmigen Kühlräumen wird bevorzugt zu beiden Seiten eines ringförmigen Kühlraumes jeweils ein Sensor zur Bestimmung der von der Fließgeschwindigkeit abhängigen Größe angeordnet. Als Sensoren können dabei Drucksensoren, Geräuschsensoren oder Durchflußmesser eingesetzt werden, deren Meßsignal von einem Prozessor oder der ohnehin vorhandenen Motorsteuerung verarbeitet und zur Steuerung der Strömungsanteile verwendet wird. Die Sensoranordnung läßt sich dabei auf einfache Weise realisieren.

Besonders vorteilhaft ist es im Bereich der Anströmung des ersten Zylinderrohrs eine steuerbare Strömungsklappe anzuordnen, die durch ihre Stellung eine Veränderung der linken und rechten Strömungsanteile ermöglicht. Die Strömungsklappe kann somit in Abhängigkeit von ihrer Stellung das Verhältnis der Fließgeschwindigkeiten der beidseitigen Strömungsanteile auf einen gewünschten Wert einstellen. Bei symmetrisch aufgebauten Kühlräumen wird die Stellung der Strömungsklappe so gewählt, daß die zu beiden Seiten der Kühlräume ermittelten, fließgeschwindigkeitsabhängigen Größen gleiche Werte erhalten.

Die Strömungsklappe läßt sich vorteilhaft mit Piezoelementen ansteuern. Der Antrieb der Strömungsklappe kann jedoch auch mittels eines Stellmotors oder in anderer Weise erfolgen.

Um die Verteilung der Strömungsanteile in den ineinander übergehenden Kühlräumen umfassender Überwachen zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Fließgeschwindigkeit auch an mehreren Stellen eines oder mehrerer Kühlräume gemessen und zur Steuerung der Strömungsanteile verwendet wird. Dadurch läßt sich die Strömungsverteilung in den Kühlräumen verteilt über die gesamte Brennkraftmaschine ermitteln, um daraus dann eine optimale Steuerung der Anströmung des ersten Zylinderrohrs vornehmen zu können.

Die Messung der Fließgeschwindigkeiten der unterschiedlichen Strömungsanteile kann mittels eines Laser-Doppler-Anemometer oder akustisch aus dem Strömungsgeräusch abgeleitet werden, wenn auf Durchflußmesser oder andere mechanische Meßeinrichtungen verzichtet werden soll.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in der Draufsicht einen vereinfachten Horizontalschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit vier in Reihe angeordneten Zylindern. Jeder der Zylinder 1 bis 4 besitzt ein Zylinderrohr 5 bis 8, die von ringförmigen Kühlräumen 9 bis 12 umgeben sind.

Die Kühlflüssigkeit strömt über einen am Zylinderblock 13 vorgesehenen Einlaß 14 in den ersten ringförmigen Kühlraum 9 ein, wobei sich die Kühlflüssigkeit in einen linken ersten Strömungsanteil 15 und einen rechten zweiten Strömungsanteil 16 aufteilt. Die weiteren Pfeile deuten die Richtung der Strömung der Kühlflüssigkeit in den ineinander übergehenden ringförmigen Kühlräumen 9 bis 12 an.

Mittels einer steuerbaren Strömungsklappe 17, die sich am Einlaß 14 befindet, können die Strömungsanteile 15, 16 verändert werden. In der dargestellten Stellung der Strömungsklappe 17 wird eine stärkere Anströmung der rechten Seite des ringförmigen Kühlraums 9 erreicht. Die Stellung der Steuerklappe 17 wird von einem Prozessor P in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit der beiden Strömungsanteile 15, 16 verändert. Zu diesem Zweck sind im Bereich des Kühlraumes 9 zwei Sensoren 18, 19 zu beiden Seiten des Zylinderrohres 5 angeordnet, die eine von der Fließgeschwindigkeit der Strömungsanteile 15, 16 abhängige Größe an eine Meßeinrichtung 20 übertragen. Die Meßeinrichtung 20 kann zur Steuerung der Strömungsklappe 17 die von weiteren Sensoren 21, 22 gelieferten Meßgrößen verarbeiten und an den Prozessor P weitergeben. Dieser ist ausgangsseitig mit einem nicht näher dargestellten Stellantrieb der Steuerklappe 17 verbunden, um diese in die jeweils gewünschte Stellung zu bringen.

Der Prozessor P kann in Verbindung mit der Meßeinrichtung 20 die Strömungsanteile 15, 16 so einstellen, daß eine gleichmäßige Strömungsverteilung in sämtlichen Kühlräumen 9 bis 12 erreicht wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß der Prozessor P die Strömungsklappe 17 unter Berücksichtigung von weiteren motorspezifischen Parametern - beispielsweise unter Berücksichtigung von Zylindertemperaturen - einstellt, so daß sich dadurch zeitweise eine gewollt ungleichmäßige Strömungsverteilung in den Kühlräumen ergibt.

Bezugszeichenliste

1

bis

4

Zylinder

5

bis

8

Zylinderrohr

9

bis

12

Kühlräume

13

Zylinderblock

14

Einlaß

15

Strömungsanteil

16

Strömungsanteil

17

Strömungsklappe

18

Sensoren

19

Sensoren

20

Meßeinrichtung

21

Sensoren

22

Sensoren
P Prozessor

Claims

1. Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei in einem Zylinderblock (13) hintereinander angeordneten flüssigkeitsgekühlten Zylindern (1 bis 4), deren Zylinderrohre (5 bis 8) in ringförmigen, ineinander übergehenden Kühlräumen (9 bis 12) liegen und von der sich in Strömungsanteile (15, 16) verzweigenden Kühlflüssigkeit eines Kühlsystems umströmt werden, wobei ein erster Strömungsanteil (15) das Zylinderrohr (5) des ersten Zylinders (1) auf der einen Seite und ein zweiter Strömungsanteil (16) das Zylinderrohr (5) auf der anderen Seite umströmt, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit abhängige Größe für den ersten Strömungsanteil (15) und/oder für den zweiten Strömungsanteil (16) ermittelt wird, und daß in Abhängigkeit von dieser Größe die Fließgeschwindigkeiten der Strömungsanteile (15, 16) gesteuert werden.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegenden Seiten eines Kühlraumes (9; 11) Sensoren (18, 19; 21, 22) zur Bestimmung der von der Fließgeschwindigkeit abhängigen Größe angeordnet sind.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Prozessor (P) eine steuerbare Strömungsklappe (17) betätigt wird, wobei sich in Abhängigkeit von der Stellung der Strömungsklappe (17) das Verhältnis der Fließgeschwindigkeiten der Strömungsanteile (15, 16) verändert.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsklappe (17) eine mit Piezoelementen ansteuerbare Klappe ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit an mehreren Stellen eines oder mehrerer Kühlräume (9, 11) gemessen und zur Steuerung der Strömungsanteile (15, 16) verwendet wird.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit mittels Piezoelementen, Durchflußmesser, Drucksensoren oder Prandtlsonden ermittelt wird.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Fließgeschwindigkeit abhängige Größe mittels eines Laser-Doppler- Anemometer oder akustisch aus dem Strömungsgeräusch abgeleitet wird.