DE19907267B4 - Kühlermodul für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Kühlermodul
(1) für
eine Brennkraftmaschine (2), das als bauliche Einheit einen ersten
(3) und zweiten Kühler
(4), einen Ausgleichsbehälter
(11) und ein Thermostatventil (10) umfasst, wobei der erste (3)
und zweite Kühler
(4) von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich
ein dritter Kühler
(8) und ein Filtermodul (5) in das Kühlermodul (1) integriert werden,
wobei das Filtermodul (5) eine Kanalplatte (6), eine Ölzentrifuge
(7) sowie einen Ölfilter
(19) aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kühlermodul für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Bekanntermaßen sind bei einer Brennkraftmaschine mehrere Kühler, zum Beispiel Öl-, Ladeluft- und Wasserkühler, vorhanden. Üblicherweise sind diese als Einzelkühler mit den Verbindungsleitungen auf der Außenseite des Kurbelgehäuses angebaut. In der Praxis haben die sich hieraus ergebenden Dichtstellen als problematisch erwiesen. Als Lösung für dieses Problem schlägt die
EP 0 545 842 A1 vor, daß zwei Einzelkühler zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt werden. Diese werden von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt. - Aus der "Sonderausgabe ATZ und MTZ", Mai 1989, Seiten 42, 44 und 46 ist ein Kühlermodul bekannt, welches von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt wird. In diesem Kühlermodul sind als bauliche Einheit ein erster Kühler als Öl-Wasser-Wärmetauscher, ein zweiter Kühler als Wasser-Luft-Wärmetauscher, ein Ausgleichsbehälter und eine Regelpatrone zur Regelung des Wasser-Zuflusses zum ersten Kühler zusammengefasst. Die Regelpatrone wiederum enthält ein erstes und zweites Thermostatventil. Über das erste Thermostatventil wird das Aufheizen des Getrieböls im ersten Kühler während des Warmlaufs eingestellt. Über das zweite Thermostatventil wird im Kühlungsfall der Kühlmittel-Volumenstrom vom zweiten zum ersten Kühler bestimmt.
- Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Kühlermodul weiterzuentwickeln.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die Erfindung schlägt vor, daß das Kühlermodul zusätzlich um einen dritten Kühler und ein Filtermodul ergänzt wird, welche integrale Bestandteile des Kühlermoduls sind. Das Filtermodul besteht aus einer Kanalplatte, einer Ölzentrifuge sowie einem Ölfilter.
- Die erfindungsgemäße Lösung beschreibt somit ein Kühlermodul, welches gegenüber dem Stand der Technik einen höheren Integrationsgrad aufweist. Als Vorteil hieraus ergeben sich eine geringe Anzahl von Bauteilen, insbesondere Leitungen, mit entsprechender Kostenreduktion. Durch die Verringerung der Dichtstellen ergibt sich für den Praxisbetrieb eine höhere Zuverlässigkeitsrate.
- In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Kühlermodul in der Reihenfolge Filtermodul, erster, zweiter und dritter Kühler, einem Deckel mit integriertem Thermostatventil und einem Ausgleichsbehälter aufgebaut ist. Das Filtermodul grenzt an das Gehäuse der Brennkraftmaschine an. Für die Praxis ergibt sich eine verbesserte Servicefreundlichkeit, da sich das Filtermodul als vollständige Einheit tauschen läßt.
- In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das Kühlermodul auf der Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
- In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1A : Seitenansicht einer Brennkraftmaschine mit dem Kühlermodul -
1B : Ansicht auf die Kraftgegenseite -
2 : Systemschaubild des Kühlermoduls -
3 : Blockschaltbild des Kühlmittelkreislaufs -
4A : Kühlmittelkreislauf, Stellung1 -
4B : Kühlmittelkreislauf Stellung2 -
1A und1B zeigen eine Brennkraftmaschine2 mit demselben Kühlermodul1 . In1A ist dieses in der Seitenansicht und in1B mit Sicht auf die Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine2 dargestellt. - Die gleichen Elemente sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Kühlermodul
1 ist in senkrechter Richtung auf der Brennkraftmaschine2 angeordnet und wird von einem gemeinsamen Kühlmedium, hier Kühlerwasser, durchströmt. Dieses besteht aus einem Filtermodul5 , ersten Kühler3 , zweiten Kühler4 , dritten Kühler8 , Deckel9 mit integriertem Thermostatventil10 und einem Ausgleichsbehälter11. In dem Ausgleichsbehälter11 wird das Kühlerwasser der Brennkraftmaschine2 zwischengelagert. Das Filtermodul5 , welches integraler Bestandteil des Kühlermoduls1 ist, besteht gemäß1B aus einer Kanalplatte6 , einer Ölzentrifuge7 und einem Ölfilter19 . Vorzugsweise sind der erste Kühler3 als Ölkühler, der zweite Kühler4 als Ladeluftkühler und der dritte Kühler8 als Rückkühler ausgeführt. Wie in1A dargestellt, durchströmt somit die von Turboladern12 bereitgestellte Ladeluft den zweiten Kühler4 und wird anschließend via Leitung13 den Zylindern der Brennkraftmaschine2 zugeführt. Das im Deckel9 angeordnete Thermostatventil10 regelt die Verteilung des Kühlwassers in den einzelnen Kühlern. Hierzu sei auf die3 verwiesen. - Der erste Kühler
3 ist in der1B nicht ersichtlich, da dieser durch die Leitung13 , also der Ladeluftzuführung, verdeckt ist. Mit Bezugszeichen14 ist eine Leitung für das Kühlwasser und mit Bezugszeichen15 eine Pumpe bezeichnet. -
2 zeigt ein Systemschaubild des Kühlermoduls1 aus der1A und1B . Wie dargestellt ist das Filtermodul5 unmittelbar auf dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine2 angeordnet. Das Filtermodul5 besteht aus der Kanalplatte6 , der Ölzentrifuge7 und dem Ölfilter19 . Die Kanalplatte6 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Zulauf16 , Ablauf17 sowie einen Verbindungskanal (ohne Bezugzeichen) vom ersten Kühler3 zur Ölzentrifuge7 bzw. dem Ölfilter19 . Über den Zulauf16 fließt Schmutzöl aus dem Inneren der Brennkraftmaschine2 zum ersten Kühler3 , also dem Ölkühler. Über den Ablauf17 wird das mittels Ölzentrifuge7 und Ölfilter19 gereinigte Öl der Brennkraftmaschine2 sodann wieder zugeführt. - An das Filtermodul
5 schließen sich die Kühler an. Vorzugsweise sind der erste Kühler3 als Ölkühler, der zweite Kühler4 als Ladeluftkühler bzw. dritte Kühler8 als Rückkühler ausgeführt. Der zweite Kühler4 wird somit von der Ladeluft bzw. der dritte Kühler8 von z. B. Seewasser durchströmt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. - An den dritten Kühler
8 schließt sich der Deckel9 und der Ausgleichsbehälter11 an. Im Deckel9 ist das Thermostatventil10 sowie Leitungen14 und20 angeordnet. In der Praxis sind diese Leitungen durch Aussparungen in den Kühlerblechen realisiert. - Das Thermostatventil
10 regelt die Verteilung des Kühlwassers zu den Kühlern des Filtermoduls1 . In einer ersten Stellung ist das Thermostatventil10 vollständig geöffnet. In dieser Stellung werden die beiden Wassermengen in den Leitungen14 und20 auf ein definiertes Verhältnis, z. B. 60 % in Leitung14 und 40 % in der Leitung20 , eingestellt. Der Querstrom durch den dritten Kühler8 ist nahezu Null, d. h. dieser ist gesperrt. Die weitere Funktion des Thermostatventils10 wird in Verbindung mit der3 erklärt. Das erfindungsgemäße Kühlermodul weist gegenüber dem Stand der Technik einen höheren Integrationsgrad auf. Als Vorteil hieraus ergibt sich eine geringere Anzahl von Bauteilen. Dies wiederum führt zu einer Verringerung der Dichtstellen, woraus sich für den Praxisbetrieb eine höhere Zuverlässigkeitsrate ergibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Filtermodul als vollständige Einheit getauscht werden kann, woraus eine verbesserte Servicefreundlichkeit resultiert. - Das erfindungsgemäße Kühlermodul
1 ist nicht auf die dargestellte Anzahl von Kühlern beschränkt, so kann es z. B. um einen vierten Kühler ergänzt werden. Ist der vierte Kühler als Kraftstoffkühler ausgeführt, so ist dieser vorzugsweise zwischen dem zweiten4 und dritten Kühler8 anzuordnen. Selbstverständlich ist es möglich, das Filtermodul auch als gesonderte Einheit auszuführen. -
3 zeigt ein Blockschaltbild des Kühlerwasserkreislaufs, bestehend aus folgenden Elementen: Brennkraftmaschine2 , Pumpe15 , erster Kühler3 , zweiter Kühler4 , dritter Kühler8 , Thermostatventil10 und Blende18 . Das Kühlermodul1 weist bezogen auf die Brennkraftmaschine2 lediglich zwei Anschlüsse A und B auf. Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine2 ist am Anschlußpunkt A eine Wassermenge ml. Diese teilt sich am Punkt C in die beiden Teilströme m2 und m3 auf. Die Wassermenge m2 wird hierbei maßgeblich über die Blende18 , die sogenannte Motor-Bypass-Blende, bestimmt. Die Wassermenge m3 wiederum teilt sich am Punkt D in die beiden Teilmengen m4 und m5 auf. Die Verteilung wird maßgeblich über das Thermostatventil10 bestimmt. - Das Thermostatventil
10 besitzt drei Schaltstellungen. In der Stellung1 ist das Thermostatventil10 vollständig geöffnet. Die beiden Wassermengen in den Leitungen14 und20 , siehe2 , werden auf ein definiertes Verhältnis, z. B. 60 % in Leitung14 und 40 % in Leitung20 , eingestellt. Der Querstrom m5 durch den dritten Kühler8 ist nahezu Null, d. h., dieser ist gesperrt. In der Stellung2 ist das Thermostatventil10 vollständig geschlossen. Die Wassermenge m4 ist nahezu Null, d. h., die Wassermenge m5 durchströmt den dritten Kühler8 . In einer Stellung3 nimmt das Thermostatventil10 eine Zwischenstellung ein. Das Thermostatventil10 ist als Einfachventil ausgeführt. Aus Sicherheitsgründen ist es derart aufgebaut, daß bei einem Defekt die Wassermenge m3 stets durch den dritten Kühler8 geführt wird. - Für die Funktion der Sperrung des dritten Kühlers
8 (Stellung 1) ist es wesentlich, daß die Wasserdurchftihrung, entsprechend der Leitung20 aus2 , gegenüber dem dritten Kühler8 einen deutlich geringeren Strömungswiderstand aufweist. Dadurch wird der verbleibende Massenstrom durch den dritten Kühler8 soweit in seiner Geschwindigkeit reduziert, daß dieser nicht mehr turbolent ist. Der Wärmeübergang des dritten Kühlers8 wird hierdurch deutlich verringert. - Am Punkt E liegt die Wassermenge m3 vor. Diese durchströmt den zweiten Kühler
4 (Ladeluftkühler) und danach den ersten Kühler3 (Ölkühler). Am Punkt B werden die beiden Wassermengen m2 und m3 zusammengeführt und von der Pumpe15 der Brennkraftmaschine2 zugeführt. - In
3 ist eine zweite Variante dargestellt. Bei dieser Variante, gestrichelt dargestellt, wird am Punkt E der erste3 und zweite Kühler4 parallel durchströmt. - In der
4A ist der Kühlmittelkreislauf für die Stellung 1 und in4B die Stellung 2 des Thermostatventils10 dargestellt. Die Stellung 1 entspricht in der Praxis dem Betrieb der Brennkraftmaschine nach Motorstart bzw. Leerlauf. Die Stellung2 entspricht in der Praxis zum Beispiel dem Vollastbetrieb. - In der Stellung 1 ist das Thermostatventil
10 vollständig geöffnet, so daß der Querstrom durch den dritten Kühler8 nahezu Null ist. Dieser ist somit gesperrt. In dieser Stellung fließen somit z. B. 40 % des Kühlerwassers ml über den zweiten Kühler4 und ersten Kühler3 entsprechend dem Massenstrom m4. In4B befindet sich das Thermostatventil in der Stellung2 . Dieses ist vollständig geschlossen. In dieser Stellung strömt der vollständige Massenstrom des Kühlerwassers ml dem dritten Kühler8 zu und verteilt sich an diesem in die beiden Massenströme m2 und m5. Der Massenstrom m2 wird hierbei maßgeblich von der Blende18 bestimmt. -
- 1
- Kühlermodul
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- erster Kühler
- 4
- zweiter Kühler
- 5
- Filtermodul
- 6
- Kanalplatte
- 7
- Ölzentrifuge
- 8
- dritter Kühler
- 9
- Deckel
- 10
- Thermostatventil
- 11
- Ausgleichsbehälter
- 12
- Turbolader
- 13
- Leitung
- 14
- Leitung
- 15
- Pumpe
- 16
- Zulauf
- 17
- Ablauf
- 18
- Blende
- 19
- Ölfilter
- 20
- Wasserdurchführung
Claims (9)
- Kühlermodul (
1 ) für eine Brennkraftmaschine (2 ), das als bauliche Einheit einen ersten (3 ) und zweiten Kühler (4 ), einen Ausgleichsbehälter (11 ) und ein Thermostatventil (10 ) umfasst, wobei der erste (3 ) und zweite Kühler (4 ) von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein dritter Kühler (8 ) und ein Filtermodul (5 ) in das Kühlermodul (1 ) integriert werden, wobei das Filtermodul (5 ) eine Kanalplatte (6 ), eine Ölzentrifuge (7 ) sowie einen Ölfilter (19 ) aufweist. - Kühlermodul (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlermodul (1 ) in der Reihenfolge Filtermodul (5 ), erster Kühler (3 ), zweiter Kühler (4 ), dritter Kühler (8 ), einem Deckel (9 ) mit integriertem Thermostatventil (10 ) und Ausgleichsbehälter (11 ) angeordnet wird, wobei das Filtermodul (5 ) an das Gehäuse der Brennkraftmaschine (2 ) angrenzt. - Kühlermodul (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (10 ) drei Schaltstellungen besitzt, wobei über die Schaltstellung maßgeblich ein Volumenstrom (m5) durch den dritten Kühler (8 ) bestimmt wird. - Kühlermodul (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung das Thermostatventil (70 ) vollständig geöffnet ist, so dass der Volumenstrom (m5) durch den dritten Kühler (8 ) nahezu Null wird. - Kühlermodul (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schaltstellung das Thermostatventil (70 ) vollständig geschlossen ist, so dass der Volumenstrom (m5) den dritten Kühler (8 ) durchströmt. - Kühlermodul (
1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Schaltstellung das Thermostatventil (10 ) eine Zwischenstellung einnimmt. - Kühlermodul (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Kühler, vorzugsweise Kraftstoffkühler, in das Kühlermodul (1 ) integriert wird. - Kühlermodul (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Kühler zwischen dem zweiten (4 ) und dem dritten Kühler (8 ) angeordnet wird. - Kühlermodul (
1 ) nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlermodul (1 ) auf der Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine (2 ) angeordnet wird.
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