DE2847057C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf und im Kurbelgehäuse angeordneten, die einzelnen Brennkam­ mern zumindest teilweise umgebenden Kühlmittelräumen gemäß den weiteren im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Merkmalen.

Ein Kühlsystem der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-OS 26 49 562 bekannt. Die dabei im Kurbelgehäuse und Zylinderkopf vorgesehenen Kühlmittelräume sind mit Kühlöl beaufschlagt, das im Umlauf von einer Ölpumpe aus einem Vorratsbehälter in die Kühlmittelräume gefördert und anschließend temperaturabhängig in einem Wärmetauscher rückgekühlt wird, bevor es in den Vorratsbehälter gelangt. Zur Kühlung der Kolben sind besondere Spritzdüsen vorge­ sehen. Dieses bekannte Umlauf-Kühlsystem hat den gleichen Nachteil wie eine Wasserumlaufkühlung, d. h., die umlau­ fende Kühlölmenge kann nicht in ausreichendem Maße an die jeweils anfallende Wärmemenge im Motor angepaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß bekannte Kühlsystem derart weiterzugestalten, daß einerseits eine gezielte Kühlung der thermisch stark belasteten Bauelemen­ te des Motors mit einer an die abzuführenden Wärmemenge jeweils angepaßte Kühlölmenge und andererseits eine Verkürzung der Warmlaufphase des Motors erreicht wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch den Einsatz einer Spritzölkühlung wird neben einer gezielten Kühlung der besonders temperaturbeanspruchten Bauelemente eine Dosierung der Kühlmittelmenge in Abhängig­ keit von der jeweils abzuführenden Wärme erreicht.

Durch die Anwendung von steuerbaren Düsengruppen ist es ferner möglich, die Kühlmittelmenge lastabhängig so zu steuern, daß über dem gesamten Betriebsbereich eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung im Motor erzielt wird. Schließlich ist es durch die gezielte Kühlung der temperaturbeanspruchten Bauteile möglich, die Kühlung speziell in der Warmlaufphase auszusetzen, wodurch der Motor in kürzester Zeit auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten des Gegen­ standes der Erfindung entnommen werden können. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein lastabhän­ gig geregeltes Kühlsystem nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Brennkraftmaschine nach der Linie II-II mit Öleinspritzdüsen für die Zylinderkopfkühlung,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III mit Ölspritzdüsen für die Ölkühlung des Kurbel­ gehäuses und der Zylinderbüchsen.

Die Pfeile geben die Anordnung der Ölspritzkühldüsen und ih­ re Spritzrichtung an. Dabei sollen die voll ausgefüllten Pfeile immer eingeschaltete Ölspritzkühldüsen und die um­ rahmten Pfeile abschaltbare Ölspritzkühldüsen symbolisieren.

Die in Fig. 1 gezeichnete Schemaskizze zeigt eine Kolben­ brennkraftmaschine 1 mit zwei Ölpumpen 2 und 3. Die Ölpum­ pe 2 ist in üblicher Weise für die Schmierung des Motors 1 vorgesehen. Für den Ölspritzkühlkreislauf ist eine zweite Ölpumpe 3 vorgesehen. Zu dem Ölkreislauf für die Spritzküh­ lung gehören außer der Ölpumpe 3 ein Ölfilter 4 mit thermo­ statisch geregelten Austrittsöffnungen 5 und 6. Wenn das Kühlöl eine bestimmte Temperaturschwelle erreicht hat, öff­ net das Thermostatventil im Ölfilter 4 und ein Teil des Öl­ stroms beginnt durch das äußere Kühlsystem mit Vorratsbehäl­ ter 21 und Fahrzeugkühler 22 zu fließen. Bei voller Öffnung des Thermostatventils fließt der gesamte Kühlölstrom über den äußeren Kühlkreislauf.

Weiterhin befinden sich im Ölspritzkühlkreislauf ein Druck­ halteventil 7 und ein Schaltventil 8, das vermittels eines Hebels 9 lastabhängig einzelne Anschlüsse 12, 13 und 14 nach­ einander oder miteinander mit Öl versorgt.

Die Ölspritzkühldüsen sind z. B. in vier Gruppen aufgeteilt. Die Düsen der ersten Gruppe dienen der Kühlung des Zylinder­ kopfes und sind mit 15 bezeichnet. Diese erste Gruppe ist im­ mer eingeschaltet. Sie versorgt auch zusätzlich die Spritz­ schmierung der Ventilführung und der Ventilsteuerung. Die zweite Gruppe der Ölspritzkühldüsen ist mit 16 bezeichnet und dient nur der Zylinderkopfkühlung und wird dann hinzu­ geschaltet, wenn die Motorbelastung und somit die abzufüh­ rende Wärme einen vorbestimmten Wert überschritten hat. Die dritte Düsengruppe 17 wird ebenso bei höherer Belastung des Motors zugeschaltet. Sie dient der Kurbelgehäusekühlung und der Kühlung der Zylindermäntel. Die vierte Gruppe der Öl­ spritzkühldüsen ist mit 18 bezeichnet. Sie dient der Kolben­ kühlung und wird auch zugeschaltet, wenn die Motorbelastung oder die Temperatur des Motors vorbestimmte Werte über­ schritten haben. Die Gruppen 15 bis 18 der Ölspritzkühldü­ sen sind an die Anschlüsse 11 bis 14 des Schaltventils 8 an­ geschlossen. Die Zuschaltung der Düsengruppen 12, 13 und 14 erfolgt je nach Motorauslegung mit zunehmender Last nachein­ ander einzeln oder auch miteinander.

Die Ölspritzdüsen sind als federbelastete Ventile mit einem festgelegten Abspritzdruck konzipiert, der etwa zwischen 1 bis 1,5 bar Überdruck eingestellt werden kann. Ein Öl­ druckspeicher 19 und das mit diesem zusammenarbeitende Druckhalteventil 7 sorgen für den nötigen Standdruck, der bei 1,5 bar gehalten wird. Hierdurch kann bei der Einschal­ tung einer Düsengruppe durch das Schaltventil 8 der Spritz­ vorgang sofort beginnen.

Warmes Öl wird über ein Ölreservoir 21 einem Ölkühler 22 zugeführt, von dem aus das Öl über die Leitung 23 wieder in den Ölkreislauf zurückgebracht wird.

Dem Ölfilter 4 ist über ein Heizungsregelventil 24 ein Wär­ metauscher 25 für die Fahrzeugheizung nachgeschaltet. In die Rückleitung 26, in die auch die Rückleitung 27 aus dem Schaltventil 8 mündet, sind zu beiden Seiten der Mündungs­ stelle 28 Drosselventile 29 eingebaut.

Bei dem erfindungsgemäßen, lastabhängig geregelten Kühlsy­ stem wird zumindest ein wesentlicher Teil der Kühlung des Motors durch Spritzölkühlung durchgeführt, wobei die heute übliche Durchflußkühlung zusätzlich in verminderter Form auch noch eingesetzt werden kann. Durch die Verlagerung oder Aufteilung der Kühlung teilweise auf das Spritzölsystem er­ gibt sich der Vorteil, daß der Umfang der Wärmeabfuhr dis­ kontinuierlich dadurch geändert werden kann, daß alle Öl­ spritzdüsen oder ein Teil derselben zu- oder abgeschaltet werden können. Die drehzahlabhängige Veränderung des Kühl­ mitteldurchsatzes bleibt wie bei den heutigen Kühlsystemen erhalten. Die Steuerung des erfindungsgemäßen Kühlsystems wird so ausgelegt, daß bei Teillastbetrieb und im Motor­ leerlauf die Wärmeabfuhr durch Abschaltung eines Teiles der Ölspritzdüsen verringert wird, so daß der Motor bei erhöh­ tem Wärmeniveau mit verbessertem Wirkungsgrad arbeitet.

Der höhere Wärmeinhalt der Brenngase und der Brennraumwärme wirkt sich auf den Gütegrad der Abgase und auf den mechani­ schen Wirkungsgrad des Motors verbessernd aus.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß durch das fehlende oder stark verminderte zweite Kühlmittel das Motoröl nach dem Kaltstart schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Selbst wenn sich die Gesamt­ menge von Kühlmittel und Schmieröl gegenüber dem heutigen Motor erhöhen sollte, so kann während des Warmlaufs tempe­ raturgeregelt der größte Teil der Kühlölmenge außerhalb des in dieser Periode arbeitenden Doppelölkreislaufs gehalten werden, so daß wesentlich mehr Wärme an das Öl übergeht als beim konventionell gekühlten Motor.

Von einem Ölteilkreislauf wird der Motor während seiner Warmlaufphase versorgt. Über einen luftbeaufschlagten Öl­ kühler wird das Kühl- oder Schmieröl bei höheren Wärmean­ fall durch thermostatische Steuerung rückgekühlt. Der ab­ schaltbare teil der Spritzöldüsen ist zu dem ständig ar­ beitenden Schmierkreislauf parallel geschaltet. Der last­ abhängige Zu- oder Abschaltvorgang kann z. B. von dem Mo­ torsaugdruck gesteuert, über elektromagnetisch oder pneu­ matisch betätigte Ventile erfolgen. Die beim Zuschalten von Ölspritzkühldüsen plötzlich erforderliche größere Men­ ge von Drucköl kann bei Bedarf von einem federbelasteten Druckölspeicher 19 abgegeben werden.

Claims (5)

1. Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftma­ schine mit im Zylinderkopf und im Kurbelgehäuse angeordne­ ten, die einzelnen Brennkammern zumindest teilweise um­ gebenden Kühlmittelräumen, die von Öl als Kühlmittel beauf­ schlagt sind, das von einer Ölpumpe aus einem Vorratsbehäl­ ter in die Kühlmittelräume und anschließend von einem Thermo­ statventil in Abhängigkeit von der Öltemperatur gesteuert durch einen Wärmetauscher oder unmittelbar in den Vorrats­ behälter gefördert wird und mit im Kurbelgehäuse vorgesehenen Spritzdüsen zur Kühlung der Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlmmittelräumen Spritzdüsen (15 bis 17) ange­ ordnet sind, von denen aus das Kühlmittel auf die brenn­ kammerseitigen Wandungen aufgesprüht wird, wobei die Spritz­ düsen (15 bis 17) in Düsengruppen aufgeteilt und von einem Schaltventil (8) aus derart lastabhängig ansteuerbar sind, daß zunächst eine erste in den Kühlmittelräumen des Zylin­ derkopfes angeordnete Düsengruppe mit den Spritzdüsen (15) eingeschaltet ist und daß mit zunehmender Motorlast nach­ einander oder gleichzeitig eine zweite im Zylinderkopf be­ findliche Düsengruppe mit den Spritzdüsen (16), eine dritte in den Kühlmittelräumen des Kurbelgehäuses vorgesehene Düsen­ gruppe mit den Spritzdüsen (17) und die zu einer vierten Düsengruppe zusammengefaßten Spritzdüsen (18) der Kolben­ kühlung zuschaltbar ist.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Düsengruppe zu der zweiten Düsengruppe pa­ rallel geschaltet ist.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (8) mit Kühlölanschlüssen (11 bis 14) für die Düsengruppen versehen ist, die über einen Hebel 9 von einer Drosselklappe oder einer Einspritzpumpe aus zu- oder abschaltbar sind.

4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Schaltventil (8) ein Druckspeicher (19) ange­ schlossen ist, der vom Hebel (9) aus gesteuert mit den Kühl­ ölanschlüssen (11 bis 14) verbindbar ist.

5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf getrennt von den Kühlmittelräumen zu­ mindest in den Zylinderkopfboden mit den in diesem angeord­ neten Ventilsitzen, dem Zündkerzen- oder Einspritzdüsensitz und einen Vorkammersitz umfassenden Kühlmittelkanal vorge­ sehen ist, der von Kühlwasser durchströmt ist.