DE2527872A1

DE2527872A1 - Fluessigkeitskuehlsystem fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2527872A1
Application number: DE19752527872
Authority: DE
Inventors: Hans Cramer; Ernst Schwalbe
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1975-06-23
Publication date: 1977-01-13
Also published as: DE2527872C2

Description

Flüssigkeitskühlsystem für eine Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein FlüssigkeitskUhlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Pumpe zur Förderung der Kühlflüssigkeit durch die Brennkraftmaschine und durch einen mit einem thermostatisch geregelten Bypaß versehenen Wärmetauscher sowie ggfs. einen Ladeluftkühler und/oder öl kühler, wobei am Austritt der Kühlflüssigkeit aus der Brennkraftmaschine ein von der Kühlflüssigkeitstemperatur vor Eintritt in die Brennkraftmaschine geregeltes Ventil vorgesehen ist, dessen einer Ausgang mit einer zum Wärmetauscher führenden Leitung und dessen anderer Ausgang an eine Umgehungsleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen sind.
Es ist bekannt (Motor PA 6-280 der SEMT-Pielstick), ein Flüssigkeitskühlsystem gemäß obiger Gattung zu verwenden, bei dem Wärmetauscher, Ladeluftkühler und Ölkühler in Reihe angeordnet sind und die Kühlmittelleitung hinter dem ölkühler an die Saugseite der Pumpe angeschlossen ist. Ein derartiges Kühlsystem bietet ein geringes Maß an Regelmöglichkeiten. Beim Anfahren der Maschine, also bei niedriger KUhlmitteltemperatur, wird durch das thermostatisch geregelte Ventil ein KUhlmittelkreislauf von der Pumpe ausgehend Uber Brennkraftmaschine und Umgehungsleitung gebildet während im übrigen Kühlsystem die KühlflUssigkeit ruht. Dieses Ruhen der Kühlflüssigkeit kann zu örtlicher Überhitzung und zu Dampfblasenbildung fUhren. Dieses Problem tritt insbesondere beim LadeluftkWhler au5, da die Temperatur der Ladeluft kurz nach dem Anfahren der Brennkraftmaschine verhältnismäßig schnell ansteigt. Da das thermostatisch geregelte Ventil nur in Abhängigkeit von der Temperatur vor Eintritt in die Brennkraftmaschine betätit wird, werden Temperaturspitzen im Kreislauf über Wärmetauscher und die Kühler als Parameter nicht berücksichtigt. Im Mischbereich des Ventils das heißt bei mittlerer Temperatur der KUhlflüssigkeit vor Eintritt in die Brennkraftmaschine führt das Mischen der beiden Kühlmitteilströme aus Umgehungsleitung und Wärmetauscher, Ladeluftkühler sowie Ölkühler an der Saugseite der Pumpe zu einem einheitlichen Temperaturniveau der KUhlmittelteilströme in der Umgehungsleitung und der Leitung zum Wärmetauscher sowie zu den Kühler. Dabei bereitet erfahrungsgemäß die Abstimmung der beiden Kühlmittelströme bezüglich Temperatur und Kühlwassermenge erhebliche Schwierigkeiten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten weitgehend zu vermeiden und mit geringem Bauaufwand ein exakt regelbares Flüssigkeitskühlsystem zu gestalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweites, von der Kühlflüssigkeitstemperatur vor Eintritt in die Brennkraftmaschine geregeltes Dreiwegeventil vorgesehen ist, dessen Ausgänge mit den Ausgängen des ersten Ventils verbunden sind und an dessen Eingang die Abflußleitung des WSrmetauschers bzw. ggfs. des Ladeluftkühlers und Ölkühlers angeschlossen ist. Mit Hilfe dieses zweiten Dreiwegeventils läßt sich eine Trennung der beiden KUhlmittelkreisläufes von denen der eine über Pumpe, Brennkraftmaschine und Umgehungsleitung und der andere über Wärmetauscher und die Kühler erfolgt, vornehmen. Dabei werden die unterschiedlichen Temperaturniveaus der beiden Kühlmittelkreisläufe berücksichtigt, und insbesondere dem Ladeluftkühler wird beim Anfahren bzw. kurz nach dem Anfahren die erforderliche Kühimittelmenge zur Verfügung gestellt. Nach Überschreitung eines Temperaturgrenzwertes am Temperaturfühler vor Eintritt in die Brennkraftmaschine erfolgt mit Hilfe der beiden Dreiwegeventile eine Zusammenfassung der beiden KUhlmittelteilströme zu einem Kühlmittelkreislauf, so daß die Möglichkeit besteht, das aus der Brennkraftmaschine austretende'Kühlmittel im Wärmetauscher abzukühlen.
Es wird außerdem vorgeschlagen, daß index zum Wärmetauscher führenden Leitung eine zweite Pumpe angeordnet ist. Aufgrund der großen Wassermenge in dem Kühlmittelkreislauf und mit Hilfe der zweiten Pumpe lassen sich die Strömungsgeschwindigkeiten in den Kühlern und im Wärmetauscher insgesamt vergrößern, so daß der Wärtneübergangswert angehoben wird. Dadurch bietet sich die Möglichkeit an, die KUhler insgesamt kleiner auszuführen. Diese einfache Ausgestaltung einer Einkreiskühlung bieti sich praktisch als Ersatz für die aufwendige Zweikreiskühlung mit einem zusätzlichen Wärmetauscher, der ausschließlich der Kühlung des Kühlmittels für die Brennkraftmaschine dient, an..
Auf diese Weise läßt sich'ein preisgünsiges Flüssigkeitskühl System für Hochleistungsbrennkraftmaschinen kleiner bis gr8ßten Bauvolumens schaffen. Außerdem sorgt die zweite Pumpe für eine weitgehende Entlastung der am KühlflUssigkeitseintritt an der Brennkraftmaschine angeordneten ersten Pumpe und sichert dabei bei Defekten der ersten Pumpe den Kühlmittelkreislauf ab.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß beide Dreiwegeventile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Dadurch läßt sich eine kompakte Bauweise der Ventileinheit erzielen. Dabei stehen die Steuerglieder der beiden Dreiwegeventile derart miteinander in Wirkverbindung, daß bei Verbindung des Austritts der Brennkraftmaschine mit der Umgehungsleitung die Abflußleitung des Wärmetauschers bzw. ggfs. des Ladeluftkühlers oder des Ölkühlers mit der zum Wärmetauscher führenden Leitung verbunden ist und lei Verbindung des Austritts mit der zum Wärmetauscher führenden Leitung die Abflußleitung des Wärmetauschers bzw. ggfs. des Ladeluftkühlers oder des Ölkühlers mit der Umgehungsleitung verbunden ist.
Zur weiteren Erlätuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen: Fig. l einen schematischen Aufbau eines Flüssigkeitskühlsystems gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erlätuerung des Zusammenwirkens zweier Dreiwegeventile gemäß der Erfindung.
In Figur l ist mit l eine Pumpe bezeichnet, die Kühl flüssigkeit durch eine Brennkraftmaschine 3 fördert, von wo aus sie über einen Austritt 2 in ein Dreiwegeventil 4 gelangt. Das Dreiwegeventil 4 wird über eine Geberleitung 5 und einen die Temperatur der Kühlflüssigkeit vor Eintritt in die Pumpe l überwachenden Wärmefühler 6 gesteuert. Je nach anfallender Temperatur am Wärmefühler 6 gelangt die Kühlflüssigkeit in eine Leitung 7, die zurück zur Saugseite der Pumpe l führt oder in eine Leitung 8, die mit der Saugseite einer zweiten Pumpe 9 verbunden ist. Die Pumpe 9 fördert die Kühlflüssigkeit durch einen mit einer Bypaßleitung 11 versehenden Wrmetauscher 10. Der Durchfluß durch den Wärmetauscher 10 bzw. durch die Bypaßleitung 11 wird über ein thermostatisch geregeltes Ventil 12 gesteuert, das in Abhängigkeit von der Temperatur eines Wärmefühlers 14 am Austritt des Ventils 12 über eine Fernfühlerleitung 13 betätigt wird. An das Ventil 12 schließen sich ein Ladeluftkühler 15, ein MotorölkUhler 17 sowie Getriebekühler 18 an. Die Kühler 15,17 und 18 sind einzeln abschaltbar und durch Bypaßleitungen 16 und 19 überbrückbar. Über die Leitungen 22 gelangt die von den Kühlern 15,17 und 18 bzw. dem Wärmetauscher 10 kommende Kühlflüssigkeit sodann in ein Dreiwegeventil 20. Das Dreiwegeventil 20 bildet mit dem Dreiwegeventil 4 eine Ventileinheit 21, deren Ausgänge in die Leitungen 7 und 8 münden. Das Dreiwegeventil 20 wird ebenfalls über den Wärmefühler 6 und die Geberleitung 5 geregelt.
Bei niedriger Temperatur der Kühlflüssigkeit am Wärmefühler 6 wird die Ventileinheit 21 so-geregelt, daß der die Brennkraftmaschine 3 über die Leitung 2 verlassende Kühlmittel strom über die Leitung 7 und somit zur Saugseite der Pumpe 1 zurück zur Brennkraftmaschine 3 gelangt. Der über die Leitung 22 in die Ventileinheit 21 fließende Kühlmittel strom wird ebenfalls in AbhAngigkeit von der niedrigen Temperatur am Wärmefühler 6 über das Dreiwegeventil 20 derart geregelt, daß er in die Pumpe 9 und somit in den Kreislauf Bypaßleitung 11 bzw. WärmetauScher 10, Ladeluftkühler 15 und ölkühler 17 und 18 gelangt. Im Michbereich der Ventileinheit 21 nehmen die Steuerglieder der beiden Dreiwegeventile 4 und 20 eine Stellung ein, in der das stark erwärmte Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine 3 mit dem Kühlmedium aus dem Wärmetauscher 10 und den Kühlern 15, 17 und 18, das eine niedrigere Temperatur aufweist, vermischt Überschreitet nun die Temperatur am Wärmefühler 6 einen Grenzwert, so wird die Ventileinheit 21 über die Geberleitung 5 so gesteuert, daß die Kühlflüssigkeit aus dem Austritt 2 über das erste Dreiwegeventil 4 in die zum Wärmetauscher führende Leitung 8 und aus der Abflußleitung 22 des Wärmetauschers 10 und der Kühler 15, 17 und 18 über das zweite Dreiwegeventil 20 in die Umgehungsleitung 7 gelangt. Mit Hilfe der Bypaßleitung 11 am Wärmetauscher 10 sowie des Ventils 12 und des Wärmefühlers 14 wird eine zusätzliche Regelung der Kühlmitteltemperatur bei Eintritt in den Ladeluftkühler 15 und die Ölkühler 17 und 18 ermöglicht. Wichtig ist, daß bereits beim Anfahren sowohl die Brennkraftmaschine 3 als auch der Ladeluftkühler 15 und die Ölkühler 17 und 18 mit der vollen Kühlflüssigkeitsmenge beaufschalgt werden. Durch die hohen Kühlflüssigkeitsgeschwindigkeiten in dem Ladeluftkühler 15 und in den ölkühlern 17 und 18 sowie in der Brennkraftmaschine 3, hervorgerufen durch die große Kühlflüssigkeitsmenge wird der Wärmeiibergangswert angehoben und damit können die Kühler 15, 17 und 18 insgesamt kleiner gestaltet werden.
In Figur 2 ist in vereinfachter Weise das Zusammenwirken der beiden Dreiwegeventile 4 und 20 dargestellt. Der Austritt 2 mündet in das erste Dreiwegeventil 4 ein, während in das zweite Dreiwegeventil 20 Kühlflüssigkeit über die Abflußleitung 22 gelangt.
Das erste Dreiwegeventiß 4 weist Ausgänge 23 und 24 auf, während das zweite Dreiwegeventil Ausgänge 25 und 26 hat. Dabei münden die Ausgänge 23 und 25 gemeinsam in die zum Wärmetauscher 10 führenden Leitung 8 ein und die Ausgänge 24 und 26 führen in die Umgehungsleitung 7. Die beiden Dreiwegeventile 4 und 20 sind als Sitzventile ausgebildet, bei denen kegelförmige Kolben entsprechend der Temperatur am Wärmefühler 6 über die Geberleitung 5 den Kühlflüssigkeitsstrom regeln.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Ws Flüssigkeitskühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Pumpe zur Förderung der Kühlflüssigkeit durch die Brennkraftmaschine und durch einen mit einem thermostatisch geregelten Bypaß versehenen Wärmetauscher sowie gegebenenfalls einen Ladeluftkühler und Ölkühler, wobei am Austritt der Kühlflüssigkeit aus der Brennkraftmaschine ein von der Kühlflüssigkeitstemperatur vor Eintritt in die Brennkraftmaschine geregeltes Ventil vorgesehen ist, dessen einer Ausgang mit einer zum Wärmetauscher führenden Leitung und dessen anderer Ausgang an eine Umgehungsleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, von der KUhlflüssigkeitstemperatur vor Eintritt in die Brennkraftmaschine (3) geregeltes Dreiwegeventil (20) vorgesehen ist, dessen Ausgänge (25 und 26) mit den Ausgängen (23 und 24) des ersten Ventils (4) verbunden sind und an dessen Eingang die Abflußleitung (22) des Wärmetauschers (10) bzw. ggfs. des Ladeluftkühlers (15)Oder des Ölkühlers (17, 18) angeschlossen ist.
2. Flüssigkeitskühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zum Wärmetauscher (10) führenden Leitung (8) eine zweite Pumpe (9) angeordnet ist.
3. Flüssigkeitskühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Dreiwegeventile ( 4 und 20) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
4. Flüssigkeitskühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerglieder der beiden Drciwegeventile ( 4 und 20) derart miteinander in Wirkverbindung stehen, daß bei Verbindung des Austritts (2) der Brennkraftmaschine (3) mit der Umgehungsleitung (7) die Abflußleitung (22) des Wärmetauschers (10) bzw. ggfs. des Ladeluftkühlers (1g) oder des Ölkühlers (17,18) mit der zum Wärmetauscher (10) führenden Leitung (8) verbunden ist und bei Verbindung des Austritts (2) mit der zum Wärmetauscher (10) führenden Leitung (8) die Abflußleitung (22) des Wärmetauschers (10) bzw. ggfs. des Ladeluftkühlers tal5) oder des blkUhlers (17,18) mit der Umgehungsleitung (7) verbunden ist.