DE3217836A1 - Kuehler, insbesondere fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Kuehler, insbesondere fuer brennkraftmaschinen

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DE3217836A1
DE3217836A1 DE19823217836 DE3217836A DE3217836A1 DE 3217836 A1 DE3217836 A1 DE 3217836A1 DE 19823217836 DE19823217836 DE 19823217836 DE 3217836 A DE3217836 A DE 3217836A DE 3217836 A1 DE3217836 A1 DE 3217836A1
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Description

VOLKSWAGENWERK
AKTIENGESELLSCHAFT
3180 Wolfsburg
Unsere Zeichen: K 3256
1
Kühler, irisTjesbridere "fffr brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühler, insbesondere für Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei herkömmlichen Kühlern, beispielsweise von Brennkraftmaschinen von !Fahrzeugen, erfolgt die Durchströmung des Rohrbündels unter dem Einfluß einer außerhalb des Kühlers in dem Kühlkreislauf angeordneten Kühlmittelförderpumpe immer in der gleichen Weise vom Kühlmitteleinlaß zum Kühlmittelauslaß. Da die Kühlmittelförderpumpe im allgemeinen von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, verändert sich die StrÖmungsgesöhwindigkedt/^Samit die Wärmeabfuhr des Kühlmittels etwa proportional mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Nun sind jedoch Betriebszustände denkbar, bei denen auch bei niedrigerer Brennkraftmaschinendrehzahl eine hohe Maschinenleistung anfällt und damit eine möglichst große Wärmemenge über das Kühlmittel abgeführt werden soll. Dies kann durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in den Kühlrohren des Kühlers erfolgen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, einen Kühler der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen
sitzender Vorstand: T-_r·! Scvrutxer, Vorsitzender :.... ., r",.·.'.n · Karl-H-iiPi Brijin ■ Prol. Dr. tecnn. Ernst Fiala · Dt.jur./eter Fierk
Aufsiclitsrats: Dr jur. .Viifganj-R.Haotiei · Günle: Haru,--:?- Horst Munzner · Dr.-e-.f si.Wärnet P.Scnmidt ■ P.'ol.Dr.rer.pol.FriedfichThomöe Gusts? i«i:on Sitz der Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB
Art zu. schaffen, bei dem mit relativ einfachen Mitteln, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in dem Kühler und damit die Kühlleistung unabhängig von der Drehzahl der Förderpumpe veränderbar und damit den jeweiligen Betriebsbedingungen ' der Brennkraftmaschine anpaßbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß wird durch Veränderung der Anzahl der Durchströmungen des Eohrbündels, das beispielsweise von einer einfachen Durchströmung in eine doppelte bzw. U-förmige Durchströmung umgeschaltet wird, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels verändert, so daß folglich auch die abgegebene Wärmemenge verändert wird.
Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß Mittel zur steuerbaren Unterteilung der Wasserkästen in Kühlmittelsammel- bzw. Kühlmittelumlenkräume vorgesehen sind, wobei diese Mittel durch in dem Strömungsweg des Kühlmittels angeordnete steuerbare Yentilvorrichtungen gebildet werden. So können beispielsweise durch entsprechende Steuerung von in jeweils einen Wasserkasten in zwei Teilräume unterteilenden Trennwände angeordneten "Ventilen diese Wasserkästen entweder als einheitliche Sammelräume oder aber zumindest teilweise als Umlenkräume herangezogen werden, so daß das Kühlmittel, um von dem Einlaß zu dem Auslaß zu gelangen, entsprechend häufiger und mit entsprechend höherer Geschwindigkeit die Kühlrohre des Rohrbündels durchströmen muß.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigen in teils schematischer Darstellungsweise
Figur 1 einen Querstromkühler, der von einer einfachen Durchströmung in eine Dreifachdurchströmung verändert werden kann und
Figur 2 eine Ausführung eines Querstromkühlers, der von einfacher Durchströmung in U-förmige Durchströmung umgeschaltet werden kann.
In der Zeichnung sind jeweils für gleiche oder vergleichbare Bauteile die gleichen, gegebenenfalls mit einem Strich versehenen Bezugszeichen verwendet worden. So "bezeichnet 2 insgesamt einen "beispielsweise für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs verwendbaren Wasserkühler, der in Querstrombauart ausgebildet ist mit zwei seitlichen Wasserkästen 2 und 3 und einem mittleren, im wesentlichen horizontal durchströmten Kühlrohrbündel 4> das in Figur 1 aus drei Gruppen von Kühlrohren 7a, Tb und "Ja besteht. Während an dem linken Wasserkasten 2 ein Einlaßstutzen 5 vorgesehen ist, weist der in der Zeichnung rechte Wasserkasten 3 einen Auslaßstutzen 6 auf. Die beiden Wasserkasten 2, 3 sind jeweils durch Trennwände 8 bzw. 9 i*1 Teilräume 2a, 2b bzw. 3a» Jb unterteilt, die bei der hier gezeigten Ausführung etwa ein Volumenverhältnis von 1 : 2 aufweisen, das heißt der Teilraum 2b des linken Wasserkastens ist etwa doppelt so groß wie der Teilraum 2a, während auf der rechten Seite der Teilraum 3a doppelt so groß ist wie der Teilraum 3^·
Die Trennwände 8 bzw. 9 reichen dabei bis zu den mit 12 und 13."bezeichneten Rohrboden heran, in denen die Enden der Wasserrohre 7 jeweils flüssigkeitsdicht befestigt sind. In den Trennwänden sind nun jedoch Ventile 10 bzw. 11 vorgesehen, die je nach ihrem Betriebszustand die beiden Teilräume der Wast>erkästen entweder miteinander verbinden oder voneinander trennen. In dem einen Fall, das heißt bei Verbindung der beiden Teilräume miteinander, erfolgt die Durchströmung des Kühlers entsprechend den mit ausgezogenen Linien angedeuteten Pfeilen, so daß alle Rohre der Gruppen 7a bis 7o in einer Richtung von dem einlaßseitigen Wasserkasten 2 zu dem auslaßseitigen Wasserkasten 3 durchströmt werden.
Nach dem Schließen der Ventile 10 und 11 erfolgt jedoch eine Veränderung der Strömungsrichtung und der Anzahl der Durchströmungen des Rohrbündels 4· Durch das Schließen der Ventile werden nämlich die Teilräume 2a, 2b bzw. 3a, 3"b der beiden Wasserkästen 2, 3 voneinander getrennt, so daß das Kühlmittel, um von dem Einla'Bstutzen
zu dem Auslaßstutzen 6 zu gelangen, den mit unterbrochenen Pfeilen angedeuteten Strömungsweg nehmen muß. Dabei strömt das Kühlmittel zunächst von dem einlaßseitigen Teilraum 2a des linken Wasserkastens 2 durch die erste Kühlrohrgruppe 7a zu dem Umlenkraum Ja des rechten Wasserkastens 3> anschließend durch die zweite Kühlrohrgruppe 7b zurück zu dem Umlenkraum Ά des linken Wasserkastens 2 und schließlich durch die unterste Kühlrohrgruppe "Jc zu dem auslaßseitigen Sammelraum 3b des rechten Wasserkastens 3·
Das Kühlrohrbündel 4 wird also nicht mehr einfach, sondern dreifach in einer S-förmigen Durchströmung von dem Kühlmittel beaufschlagt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit wegen des im wesentlichen konstant bleibenden Durchsatzes durch den Kühlkreislauf wesentlich erhöht wird. Dadurch werden jedoch auch die Wärmeübertragungsverhältnisse auf der Kühlwasserseite begünstigt, so daß insgesamt gesehen die von dem Kühler abgegebene Wärmemenge erhöht werden kann.
Das Umschalten der Ventile von der einen in die andere Stellung zur Veränderung der Kühlerdurchströmung kann nun in Abhängigkeit beispielsweise von der Temperatur des Kühlmittels erfolgen, wobei an einer charakteristischen 'Stelle des Kühlkreislaufs, etwa an dem Kühlwasseraustritt der Brennkraftmaschine, die Temperatur gemessen werden könnte. Überschreitet die Temperatur des Kühlmittels einen vorgegebenen Grenzwert, könnte eine Umschaltung der Yen tile bzw. bei Unterschreitung eines zweiten, unteren Grenzweices eine Rückschaltung der Ventile veranlaßt werden, um so unabhängig von der Drehzahl der Förderpumpe eine günstige Anpassung der Kühlleistung des Kühlers an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Gegebenenfalls könnte auch die Umschaltung der Ventile in Abhängigkeit vom Druck des Kühlmittels erfolgen.
In der Figur 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der neben dem an dem rechten Wasserkasten 3 vorgesehenen Abflußstutzen 6a auch an dem linken Wasserkasten 2 ein Abflußstutzen 6b
vorgesehen ist. Die zugeordneten Abflußleitungen I6a und 16b münden dann in eine gemeinsame Rückflußleitung 15, die zu der hier nicht weiter gezeigten Kühlmittelförderpumpe und den Kühlmänteln der Brennkraftmaschine führt, um von dort wieder zu dem Einlaßstutzen 5 mit einer Leitung I4 zurückzuführen. In den beiden Abflußleitungen I6a und 16b sind bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils Schaltventile 17a und 17b vorgesehen, die zusammen mit einem in einer Trennwand 8 des linken Wasserkastens 2 angeordneten Ventil 10 die Steuerung der Durchströmung des Rohrbündels 4 äes Kühlers 1· besorgen.
Der in der Figur 2 gezeigte Kühler 1' kann dabei je nach Stellung der Ventile 10. 17a und 17b entweder einfach oder doppelt bzw. U-förmig durchströmt werden. In dem ersten Fall, das heißt bei einfacher Durchströmung, wird das Ventil 10 und das an der ersten Abflußleitung 16a angebrachte Ventil 17a geöffnet, während das Ventil 17b in der zweiten Abflußleitung geschlossen wird. In diesem Fall sind also die beiden etwa gleichgroßen Teilkammern 2a und 2b des linken Wasserkastens 2 miteinander verbunden, so daß das Kühlmittel von diesem Wasserkasten ausgehend entsprechend.den mit ausgezogenen Linien eingetragenen Pfeilen die beiden Rohrbündel 7a' und 7b1 zum rechten Wasserkasten 3 hin durchströmt, um von dort über den Abflußstutzen 6a und die Abflußleitung 16a in die Rückflußleitung 15 zu gelangen.
Reicht die Kühlleistung des Kühlers 1' nicht mehr aus und soll deshalb die Strömungsgeschwindigkeit und die Durchströmung des Kühlrohrbündels 4 verändert werden, dann werden die Ventile 10 und 17a geschlossen und das in der zweiten Abflußleitung 16b angeordnete Ventil 17b geöffnet. In diesem Fall erfolgt die Durchströmung des Rohrbündels 4 ausgehend von der einlaßseitigen Teilkammer 2a des linken Wasserkastens 2 durch das erste Rohrbündel 7af zu dem jetzt als Timlenkkammer wirkenden Wasserkasten J, von wo aus das Kühlmittel durch das untere Rohrbündel 7b' entsprechend dem mit unterbrochenen Pfeilen angedeuteten Strömungsverlauf in die zweite
3 2178 3 G
Teilkammer 2b des linken Wasserkastens 2 gelangt, wo es durch den Abflußstutzen 6b und die Abflußleitung 16b zur Rückflußleitung 1-5 strömt. Die zweite Teilkammer 2b des linken Wasserkastens 2 wirkt jetzt also als auslaßseitige Sammelkammer.
Auch hier kann die Umschaltung der Tentile in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels oder auch in Abhängigkeit von dem Druck des Kühlmittels, im letzteren Pail beispielsweise durch selbsttätig schaltende Rückschlagventile, erfolgen.
Anstelle der hier schematisch angedeuteten Yentile könnten aber auch Schieber oder dgl. eingesetzt werden, um die Unterteilung der von den Wasserkästen gebildeten Sammel- bzw. Umlenkräume und damit die entsprechende Leitung des Kühlmittels zu bewirken.
Selbstverständlich zeigt die Zeichnung nur Ausführungsbeispiele der Erfindung und es lassen sich auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung ohne weiteres auch Ausführungen mit unterschiedlichsten Durchströmungsarten ausführen.

Claims (6)

  1. VOLKSWÄGENWERK
    AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg
    Unsere Zeichen: K 3256
    1702pt-we-sch
    ANSPRÜCHE
    ,ν
    rl .j Kühler, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einem zwischen zwei Wasserkästen angeordneten Bündel von kühlmitteldurchflossenen Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (9v
    10, 17a, 17h) zur steuerbaren Veränderung der Anzahl der Durchströmungen des Kühlrohrbündels (4) vorgesehen sind.
  2. 2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet- daß Mittel (1O,
    11, 17a, 17b) zur steuerbaren Unterteilung der Wasserkästen (2, 3) in Kühlmittelsammel- bzw. Umlenkräume vorgesehen sind.
  3. 3· Kühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungsweg des Kühlmittels durch den bzw. aus dem Kühler (1) steuerbare Ventilvorrichtungen (1O, 11, 17a, 17b) zur Veränderung der Durchströmungsrichtung zumindest von Teilen des Kühlrohrbündels (4) vorgesehen sind.
  4. 4. Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkästen (2, 3) Trennwände (θ, 9) mi"b d-en Kühlmitteldurchtritt steuernden Ventilvorrichtungen (10, 11) aufweisen.
  5. 5· Kühler nach einem der Ansprüche 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtungen (1O, 11, 17a, 17b) in Abhängigkeit von einer charakteristischen Temperatur des Kühlmittels steuerbar sind.
    sitzender Vorstand: ?~ni iermuesre', Vofs tuender Γ.Ί-.-ί. ■%■-.■ < - Karl-Η-^ ,-; Briarn · Prsf. Dr. lacftn. Ernst FiaM · Dr. jur. Peter Frerk Autsichtsrats. Dr ;j,·. .•■/zUjjr.g R.Habbel · Günte' Har-.Aic. · herst Münzn&r ■ Dr.■·.-■.: :I.We-ne.; P.Sch-ndt · Pral.Dr.rer.pol.Friedrich Ihomöe Oi." ■· ιϊ;ϊ!,·?π Sitz der Gesellschaft: Wolfsbura ·-' '-t4 ·" " ' ·
  6. 6. Kühler nach einem der Ansprüche 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Yentilvorrichtungen (10, 11, 17a, 17b.) in Abhängigkeit von dem Druck des Kühlmittels steuerbar sind.
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