DE3715002A1 - Brennkraftmaschine, bei der oel zur schmierung und kuehlung eingesetzt ist, insbesondere fuer den fall, dass die oelkuehlung das einzige kuehlsystem der brennkraftmaschine darstellt - Google Patents
Brennkraftmaschine, bei der oel zur schmierung und kuehlung eingesetzt ist, insbesondere fuer den fall, dass die oelkuehlung das einzige kuehlsystem der brennkraftmaschine darstelltInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine,
bei der Öl zur Schmierung und Kühlung eingesetzt ist,
insbesondere für den Fall, daß die Ölkühlung das einzige
Kühlsystem der Brennkraftmaschine darstellt, mit einem
durch einen Thermostaten und Kurzschlußleitung geregelten
Wärmetauscher.
Bei Kaltstart, insbesondere bei extrem niedrigen Umge
bungstemperaturen, weist das Öl innerhalb des Motors und
des Wärmetauschers eine hohe Zähigkeit auf. Demzufolge
sind die ölseitigen Kühlquerschnitte des Wärmetauschers
durch das bei niedriger Temperatur sehr zähflüssige Öl
derart verstopft (kalter Stopfen), daß die notwendige
Zirkulation des Öls beim Anlaufen des Motors nicht gewähr
leistet ist. Eine schnelle Erwärmung des Öls während der
Kaltstartphase ist daher erstrebenswert, um Überhitzung
der zu kühlenden Motorteile (z. B. Zylinder, Zylinderkopf)
vorzubeugen.
Es ist bekannt, zunächst nach dem Start und während der
Kaltstartphase das Öl in einer Kurzschlußleitung (Bypass)
unter Umgehung des Ölkühlers umzuleiten, wobei es sich
durch die Wärmeentwicklung des Motors schnell erwärmt. Dem
Ölkühler wird wärenddessen keine Wärme zugeführt, und die
darin befindliche Ölmenge bleibt kalt. Erst nach Erreichen
einer bestimmten Temperatur öffnet ein Thermostat die
Zufuhrleitung zum Ölkühler hin und schließt gleichzeitig
die Kurzschlußleitung zu.
Bei Motoren mit Luft- oder Wasserkühlung ist hauptsächlich
die sogenannte Reibungswärme durch das Schmieröl abzufüh
ren, was über eine separate Regelung der Temperatur des
Kühlmediums geschieht. Kritisch sind die Verhältnisse für
den Fall, wenn die Ölkühlung das einzige Kühlsystem des
Motors darstellt. Das Öl wird vorwiegend durch die von den
zu kühlenden Motorteilen abgegebene Wärme erhitzt, wodurch
die Temperatur im Kurzschlußkreislauf relativ schnell
steigt. Um eine Überhitzung des Öls und damit der Motor
teile zu vermeiden, öffnet der Thermostat den Ölweg zum
Kühler, der sehr schnell mit seinem noch kalten Ölinhalt
die volle Kühlung der Brennkraftmaschine übernehmen muß.
Ist der Kühler außerdem "weggebaut" (d. h. nicht in den
sich allgemein aufheizenden Verbund der Motorteile inte
griert), wird der schon erwähnte "kalte Stopfen" noch
unbehelligt vorhanden sein und den Durchfluß des Kühlöls
verhindern, was dann sehr schnell zu einer kritischen
Überhitzung und Schädigung der zu kühlenden Bauteile füh
ren kann. Zusätzliche Erschwernisse können durch Vorwär
mung des Motors vor dem Start sowie durch Anblasen des
Ölkühlers bei Fahrzeugmotoren mit Fahrtwind in der Warm
laufphase auftreten, weil dann die geschilderten Effekte
noch verstärkt werden.
Aus der DE-OS 33 28 000 ist eine Kühleinrichtung für flüs
siges Kühlmittel zwecks Verringerung der Warmlaufzeit der
Brennkraftmaschine bekannt, wobei der Brennkraftmaschine
ein nach außen flüssigkeitsdicht abgeschlossener, mit dem
Kühlmittelkreislauf über eine Verbindungsöffnung in Ver
bindung stehender kühlmittelbeaufschlagter Zusatzraum
vorgesehen ist, der eine von dem Abgas der Brennkraftma
schine direkt beaufschlagte Heizfläche aufweist. Der oben
genannte Zusatzraum ist durch einen eine Abgasleitung
umgebenden Ringraum sowie einen davon getrennten Vorrast
behälter gebildet, der mit einer durch ein Ventil ver
schließbare Entlüftungsleitung versehen ist. Infolge der
intensiven Aufheizung des Kühlmittelanteils in den Zusatz
raum bildet sich dort Dampf, der in den Kühlkreislauf
gedrückt wird und sich dort mit dem übrigen Kühlmittel
vermischt.
Wenn bei dieser Anordnung das Kühlmittel Öl ist, würde ein
Vercracken des Öls anstelle von Verdampfen eintreten und
so zu Nachteilen führen.
In jedem Fall würde sich der Motor noch schneller erwär
men, das Öl im eigentlichen Ölkühler würde aber kalt blei
ben, und damit wäre das eingangs geschilderte Problem
nicht gelöst.
Eine andere Anordnung zur Kühlung und Schmierung einer
Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 35 09 095 bekannt,
wobei die Kühlung und Schmierung mit dem Motoröl durchge
führt wird. Eine günstige Erwärmung des Schmieröls, insbe
sondere während der Warmlaufzeit der Brennkraftmaschine
wird dadurch erzielt, indem der Schmierölkreislauf dem
Kühlkreislauf nachgeschaltet wird. Dadurch wird die Erwär
mung des den Schmierstellen der Brennkraftmaschine zuge
führten Öls in den Kühlräumen der Brennkraftmaschine er
reicht. Die Erfindung will gezielt die Versorgung der
Schmierstellen mit vorgewärmtem Öl bei Kaltstart gewähr
leisten. Die im Ölkühler in der Kaltstartphase nicht durch
den Schmierölkreislauf tretende Teilmenge wird durch den
Thermostaten temperaturgesteuert durch die Kurzschlußlei
tung geschickt, und der Kühler bleibt nach wie vor kalt.
Das Problem bleibt also vorhanden, daß bei Thermostatum
schaltung auf dem noch kalten Ölkühler die Ölzirkulation
durch den dort vorhandenen "kalter Stopfen" unterbrochen
werden könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gesamten
Ölkreislauf der Brennkraftmaschine ohne Inanspruchnahme
von zusätzlichen Bauteilen so zu gestalten, daß neben
Verkürzung der Warmlaufzeit, danach bei Umschaltung von
der Kurzschlußleitung auf den Wärmetauscher eine sichere
Kühlung und Schmierung der Brennkraftmaschine sofort ge
währleistet ist, ohne daß durch einen "kalten Stopfen"
Schwierigkeiten in der Ölzirkulation entstehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnen
de Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.
Einfach durch die Führung der Kurzschlußleitung durch den
Wärmetauscher wird erreicht, daß von Anfang an kontinuier
lich ein Wärmeanteil von dem in der Kurzschlußleitung
fließenden Warmöl auf das im Wärmetauscher stillstehende
Kaltöl übertragen wird. Schaltet der Ölthermostat nach
Erreichen einer vorbestimmten Temperatur von der Kurz
schlußleitung auf den Wärmetauscher um, so ist das
Schmieröl dort schon soweit vorgewärmt, daß eine Fortdauer
der Ölzirkulation ohne Unterbrechung gewährleistet ist.
Das Kanalvolumen der Kurzschlußleitung, das durch den
Wärmetauscher geht, ist kleiner als der Ölrauminhalt des
Wärmetauschers, damit die Kurzschlußleitung nur innerhalb
des Ölrauminhalts untergebracht werden kann und nicht
zusätzlich noch in den Wärmetauscherraum reicht, der mit
dem äußeren Kühlmedium beaufschlagt ist. Diese Ausführung
hat den Vorteil, daß der Ölrauminhalt innerhalb des Wärme
tauschers, der auf Wärmeübertragung von Öl auf äußeres
Kühlmedium optimiert ist, unverändert bleibt, und daß
gleichzeitig durch die kompakte Führung des Kanalvolumens
der Kurzschlußleitung nur innerhalb des Ölraums des Wärme
tauschers eine optimale Wärmeübertragung auf das in dem
Warmetauscher stehende Öl stattfindet.
Die bauliche Gestaltung des Wärmetauschers kann beliebig
gewählt werden. Eine vorteilhafte Ausführung nach Anspruch
4 sieht vor, den Kanalteil der Kurzschlußleitung konzen
trisch innerhalb der Kanäle des Ölraumes des Wärmetau
schers zu bauen, um die Wärmeübertragung zu intensivieren.
Um dennoch bei hohem Widerstand des Wärmetauschers bei
extrem kaltem Öl einen Durchfluß der Motorkanäle zu ge
währleisten, ist ein Differenzdruckventil in der Kurz
schlußleitung vorgesehen.
Vorzugsweise ist auch der äußere Kühlmittelzufuhrkanal mit
einem Thermostaten ausgerüstet, um die Kühlmittelzufuhr
(z. B. Luft durch eine Klappensteuerung) während der Kalt
laufphase zu unterbrechen und damit die Temperatursteige
rung des Ölhaushaltes des Wärmetauschers während dieser
Zeit zu beschleunigen. Dieser Kühlmittelthermostat ist auf
dem Kühlmittelzufuhrkanal montiert und so ausgelegt, daß
dieser zusammen mit dem Ölthermostaten in Wirkverbindung
steht. Der zweite Thermostat erlaubt dann erst einen Kühl
mittelzustrom, wenn die Kurzschlußleitung abgeschaltet ist
und das Öl durch den Wärmetauscher zirkuliert.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Ölthermostat dem
Wärmetauscher vorgeschaltet und als 3-Wege-Hahn gebildet,
der mechanisch in Abhängigkeit von den Temperaturen ver
schiedene Positionen einnimmt bzw. temperaturgesteuert
arbeitet.
Sowohl der Ölthermostat als auch der Kühlmittelzufuhrther
mostat sind stufenlos regulierbar, um bei der Umschaltung
von der Kurzschlußleitung auf den Wärmetauscher eine gün
stige Zwischenphase zu schaffen, wo beide Ölströme sich
miteinander vermischen können, um dadurch einen "weichen"
Temperaturübergang zu erreichen.
Bei einer besonderen Ausbildung der Erfindung ist der
Ölthermostat dem Wärmetauscher nachgeschaltet. Dadurch
kann die Mischtemperatur der Teilströme, d. h. aus der
Kurzschlußleitung und aus dem Wärmetauscher während der
Zwischenphase, besonders genau konstant eingehalten bzw.
eingestellt werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich
nungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Brennkraft
maschine mit Kühlsystem gemäß der Erfindung,
wobei der Thermostat im Ölkreislauf dem
Wärmetauscher vorgeschaltet ist.
Fig. 2 einen schematischen Aufbau des Wärmetau
schers, wobei der Thermostat im Ölkreis
lauf dem Wärmetauscher nachgeschaltet
ist.
In Fig. 1, und soweit auch für Fig. 2 geltend, ist mit 1
eine Brennkraftmaschine bezeichnet mit einer Pumpe 2, die
das Kühlöl durch die Brennkraftmaschine fördert und mit
einem Druckbegrenzungsventil 4 ausgerüstet ist. Im oberen
Teil 5 der Brennkraftmaschine durchströmt das Öl die Mo
torteile, z. B. Zylinder und Zylinderkopf und fließt da
nach über die Zuführleitung 6 durch den Wärmetauscher 12
und gelangt von dort wieder über die Abführleitung 7 in
den Ölsumpf 3 zurück. Der Wärmetauscher ist mit einer
Kurzschlußleitung 9 überbrückt, der mit einem Differenz
druckventil 10 ausgestattet ist, um bei hohem Widerstand
des Öls innerhalb des Wärmetauschers bei extrem niedrigen
Temperaturen einen Öldurchfluß durch die Motorkanäle unter
allen Umständen zu gewährleisten.
Der Wärmetauscher wird von einem äußeren Kühlmittel, z. B.
Luft, durch die Ein- und Abführkanäle 13 und 15 durch
strömt, wobei der Kühlmitteldurchsatz durch den Einführ
kanal mittels Thermostat 14 geregelt ist.
Der Verzweigung der Zuführleitung 6 zum Kühler und zur
Kurzschlußleitung (Fig. 1) bzw. im Treffpunkt der Abführ
leitung 7 mit der Kurzschlußleitung (Fig. 2) ist ein Ther
mostat vor- bzw. nachgeschaltet, welcher als 3-Wege-Hahn
mechanisch in Abhängigkeit von der Temperatur stufenlos
funktioniert und in Wirkverbindung mit dem Kühlmittelther
mostaten 14 steht, der ebenfalls stufenlos verstellbar ist.
Die bauliche Gestaltung des Wärmetauschers, d. h. die
Verrippung und die Anordnung der Kanäle, kann beliebig
gewählt werden. Ein Kanalteil 9′ der Kurzschlußleitung
wird innerhalb der Ölkanäle 11 des Wärmetauschers konzen
trisch geleitet, wobei die beiden Kanäle durch wärmelei
tende Wände miteinander verbunden sind, so daß der Wärme
fluß das Kanalteil 9′ mit den Ölkanälen 11 des Wärmetau
schers verbindet.
Die in Fig. 1 und 2 eingebauten Thermostate 8 und 14 sind
so eingestellt, daß der Ölkreislauf über die Kurzschluß
leitung fließt, während die äußere Kühlmittelzufuhr durch
den Thermostaten 14 total abgesperrt ist. Andere Extrem
stellungen der Thermostate sind unter der jeweiligen Fig.
gezeigt.
Es sind:
Stellung A:
Heißstellung, wenn die Kurzschlußleitung kein Differenzdruckventil 10 aufweist, wobei das Öl durch den Wärmetauscher fließt und die Kühlmittelzuführleitung 13 freigegeben ist.
Stellung A:
Heißstellung, wenn die Kurzschlußleitung kein Differenzdruckventil 10 aufweist, wobei das Öl durch den Wärmetauscher fließt und die Kühlmittelzuführleitung 13 freigegeben ist.
Stellung B:
Heißstellung mit einem Differenzdruckventil 14 in der Kurzschlußleitung, wobei die Kühlmittelzuführleitung 13 wie oben bei A freigegeben ist.
Heißstellung mit einem Differenzdruckventil 14 in der Kurzschlußleitung, wobei die Kühlmittelzuführleitung 13 wie oben bei A freigegeben ist.
Wie schon erwähnt, sind die Thermostate 8 und 14 stufenlos
verstellbar, so daß neben der gezeigten Extremstellung
auch Zwischenstellungen möglich sind, die den motorischen
Umständen entsprechend eingestellt werden können.
Claims (12)
1. Brennkraftmaschine, bei der Öl zur Schmierung und
Kühlung eingesetzt ist, insbesondere für den Fall, daß die
Ölkühlung das einzige Kühlsystem der Brennkraftmaschine
darstellt, mit einem durch einen Thermostaten (8) und eine
Kurzschlußleitung (9) geregelten Wärmetauscher (12),
dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußleitung (9)
durch den Wärmetauscher geleitet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalvolumen (9′) der
Kurzschlußleitung, das durch den Wärmetauscher geleitet
ist, kleiner als der Raum (11) ist, der für den Durchlauf
des Öls innerhalb des Wärmetauschers vorgesehen ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das durch das Kanalvolumen
(9′) durchfließende Öl mit dem Öl innerhalb des Raumes
(11) des Wärmetauschers durch wärmeleitende Wände verbun
den ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der ölführende Raum (11) in
Kanalform gestaltet ist, und daß das Kanalvolumen (9′)
konzentrisch innerhalb der Kanäle des Raumes (11) liegt.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußleitung (9) mit
einem Differenzdruckventil (10) ausgerüstet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (8) ein
3-Wege-Hahn ist, der mechanisch temperaturabhhängig ver
schiedene Positionen einnimmt.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der 3-Wege-Hahn dem Wärmetau
scher (12) vorgeschaltet ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der 3-Wege-Hahn (8) dem Wärme
tauscher (12) nachgeschaltet ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzufuhr zum Wär
metauscher durch einen weiteren Thermostaten (14) geregelt
ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Thermostat (14) in
Wirkverbindung mit dem anderen Thermostaten (8) steht.
11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostate (8 und 14)
stufenlos verstellbar sind.
12. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Thermostat (14)
auf den anderen Thermostaten (8) so abgestimmt ist, daß
die Kühlmittelführungsleitung (13) während der Umgehungs
phase des Wärmetauschers geschlossen bleibt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873715002 DE3715002A1 (de) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | Brennkraftmaschine, bei der oel zur schmierung und kuehlung eingesetzt ist, insbesondere fuer den fall, dass die oelkuehlung das einzige kuehlsystem der brennkraftmaschine darstellt |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873715002 DE3715002A1 (de) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | Brennkraftmaschine, bei der oel zur schmierung und kuehlung eingesetzt ist, insbesondere fuer den fall, dass die oelkuehlung das einzige kuehlsystem der brennkraftmaschine darstellt |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3715002A1 true DE3715002A1 (de) | 1988-11-17 |
Family
ID=6326902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873715002 Withdrawn DE3715002A1 (de) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | Brennkraftmaschine, bei der oel zur schmierung und kuehlung eingesetzt ist, insbesondere fuer den fall, dass die oelkuehlung das einzige kuehlsystem der brennkraftmaschine darstellt |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3715002A1 (de) |
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