DE3715003A1 - Kuehlsystem fuer eine fluessigkeitsgekuehlte brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine flüssig­ keitsgekühlte Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

In der DE-OS 15 76 703 ist ein Kühlsystem für eine wasser­ gekühlte Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem Kühlwas­ ser, von einer Wasserpumpe gefördert, erst den Motor und dann einen Kühler durchläuft. Damit der Kühler erst dann wirksam wird, wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat, ist in Strömungsrichtung vor dem Kühler ein Thermostatventil angeordnet, welches unterhalb einer be­ stimmten Temperatur die Zuleitung zum Kühler verschließt und das Kühlwasser über eine Bypassleitung um den Kühler herum leitet.

Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß die Innenwandtem­ peratur des Zylinders nicht konstant gehalten werden kann. Zu niedrige Innenwandtemperaturen bewirken einen höheren Kraftstoffverbrauch und Korrosion und zu hohe Innenwand­ temperaturen ein Ansteigen des NOx-Gehaltes im Abgas.

Aufgabe der Erfindung ist es, über alle Betriebszustände des Motors eine hohe und annähernd konstante Innenwandtem­ peratur im oberen Zylinderrohrbereich zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß im Kühlsy­ stem ein Mengenregelventil angeordnet ist.

Das Mengenregelventil bewirkt einen annähernd konstanten Kühlflüssigkeitsstrom im Kühlsystem, d. h. auch durch die Kühlräume der Brennkraftmaschine. Es wird sich daher eine Temperaturdifferenz zwischen der Kühlflüssigkeitsein­ trittstemperatur und der Kühlflüssigkeitsaustrittstempera­ tur am Motor einstellen, die proportional der abzuführen­ den Wärmemenge ist. Die Temperaturdifferenz über der Zylinderwand, d. h. Zylinderrohrinnenwandtemperatur zur Kühlflüssigkeitstemperatur an dieser Stelle, ist ebenfalls der durchtretenden Wärmemenge proportional. Deswegen muß die Kühlflüssigkeit, damit eine annähernd konstante Zylin­ derrohrinnenwandtemperatur erreicht wird, bei hoher Motor­ belastung eine niedrige und bei niedriger Motorbelastung eine hohe Temperatur aufweisen. Diese Temperierung über­ nimmt das Thermostatventil. Aus diesem Grunde ist durch Wahl eines geeigneten, annähernd konstanten Kühlflüssig­ keitsstromes die Kühlflüssigkeitstemperaturdifferenz der Wärmeübergangstemperaturdifferenz am Zylinderrohr ange­ paßt, wodurch sich eine annähernd konstante Zylinderrohr­ innenwandtemperatur einstellt.

Vorteilhafterweise ist das Mengenregelventil in Strömungs­ richtung hinter dem letzten Kühlraum der Brennkraftma­ schine und vor dem Thermostatventil angeordnet. Erfin­ dungsgemäß ist es weiterhin zweckmäßig, das Mengenregel­ ventil in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu inte­ grieren. Durch die Anordnung des Mengenregelventils hinter dem letzten Kühlraum der Brennkraftmaschine kann eine einfache, viskositätsabhängige Ventilausführung gewählt werden, da an dieser Stelle die Kühlflüssigkeitstemperatur und damit Viskosität annähernd konstant gehalten wird. Die Anordnung vor dem Kühler und dem Thermostaten bewirkt, daß eine Druckerhöhung durch die variable Drossel des Mengen­ regelventils nicht auf den Kühler und das Thermostatventil wirkt, sondern nur auf die Kühlräume.

Da der Wärmeanfall bei Zylinderrohren vom oberen Totpunkt nach unten hin abnimmt, sind zweckmäßigerweise die Kühl­ räume eines Zylinders in Serie geschaltet und der Kühl­ flüssigkeitseintritt am oberen Zylinderrohrende und der Kühlflüssigkeitsaustritt im Zylinderkopf angeordnet. Damit ist ein gleichmäßiger axialer Verlauf der Wandtemperatur des Zylinderrohrs erreicht.

Desweiteren sind bei Mehrzylindermotoren die Zylinder vorteilhafterweise in Parallelschaltung im Kühlsystem angeordnet, damit jeder Zylinder die gleiche Kühlflüssig­ keitseintrittstemperatur aufweist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Pumpe eine Zentrifugalpumpe bzw. Kreiselpumpe und die Kühlflüssigkeit ein Öl. Es kann jedoch auch eine andere Kühlflüssigkeit Verwendung finden. Öl als Kühlflüssigkeit hat jedoch den Vorteil, daß es einen höheren Siedepunkt hat und somit die maximale Kühlflüssigkeitstemperatur höher gewählt werden kann, ohne das Kavitation befürchtet oder ein Hochdrück­ kühler gewählt werden muß. Gerade die Wahl eines Nieder­ druckölkühlers bringt entscheidende Kostenvorteile. Ein Niederdruckkühler ist weiterhin durch die Wahl einer Zen­ trifugalpumpe ermöglicht, da bei dieser die auftretenden Drücke im Kühlsystem ohne weitere Drucküberwachungsventile begrenzt sind, da bei höher werdendem Gegendruck die An­ triebsleistung absinkt.

Damit das Kühlsystem nicht blockieren kann, weist das Mengenregelventil vorteilhafterweise eine Mindestdurch­ laufmenge auf.

In erfindungsgemäßer Ausgestaltung besteht das Mengenre­ gelventil aus einem entgegen der Strömungsrichtung axial verschiebbaren, federbelasteten Kolben, wobei die Ein­ trittsöffnung für die Kühlflüssigkeit an der der Feder entgegengesetzten Stirnseite und die Austrittsöffnungen des Kolbens in einer Ebene senkrecht zur Kolbenachse ange­ ordnet sind. Die Austrittsöffnungen des Kolbens liegen in einer Endlage annähernd deckungsgleich mit Öffnungen im Gehäuse des Mengenregelventils, wobei die Öffnungen mit dem Kühlsystem in Verbindung stehen. Eine Mindestdurch­ laufmenge ist durch eine Begrenzung der Hubbewegung des Kolbens durch Anschläge erreicht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt und nachfolgend beschrieben ist.

Die Figur zeigt schematisiert ein erfindungsgemäßes Kühl­ system einer Brennkraftmaschine, wobei das Mengenregelven­ til in einem Ausschnitt auch vergrößert dargestellt ist.

In das Kurbelgehäuse 17 einer Brennkraftmaschine ist ein Zylinderrohr 18 eingesetzt, welches mit einem Bund 19 am zylinderkopfseitigen Ende auf dem Kurbelgehäuse 17 auf­ liegt. Zwischen dem Zylinderrohr 18 und dem Kurbelgehäuse 17 ist ein ringförmiger Kühlraum angeordnet, der sich in Axialrichtung entlang des Zylinderrohrs 18 erstreckt. Am zylinderkopfseitigen Ende des Zylinderrohrs 18 befindet sich ein Kühlflüssigkeitseintritt 8, während am entgegen­ gesetzten Ende des Zylinderrohrs 18 ein Ausgang 20 ange­ ordnet ist. Dieser Ausgang 20 ist mit einer Verbindungs­ leitung 21 verbunden, welche am anderen Ende in einen Kühlraum 1 im Zylinderkopf 7 übergeht. Die Kühlräume 1 im Zylinderkopf 7 sind nur andeutungsweise dargestellt. Des­ weiteren sind alle für den Betrieb einer Brennkraftmaschi­ ne nötigen Teile, wie z. B. Gaswechselventile 22, im Zylinderkopf 7 angeordnet. Eine Zylinderkopfhaube 23 bil­ det den Abschluß des Zylinderkopfes 7. Hinter dem in Strö­ mungsrichtung letzten Kühlraum 1 im Zylinderkopf 7, dem Kühlflüssigkeitsaustritt 9 benachbart, ist im Zylinderkopf erfindungsgemäß ein Mengenregelventil 6 angeordnet.

Dieses Mengenregelventil 6 wird später ausführlich be­ schrieben.

In Strömungsrichtung hinter dem Mengenregelventil 6 befin­ det sich ein Kühler 3, vorteilhafterweise ein Niederdruck­ kühler, dem eine Bypassleitung 4 parallel geschaltet ist. Ein Thermostatventil 5 zwischen Kühler 3 und Bypassleitung 4 leitet die Kühlflüssigkeit entweder durch den Kühler 3 oder durch die Bypassleitung 4. Der Kühleraustritt ist mit dem dem Thermostatventil 5 entgegengesetzten Ende der Bypassleitung 4 verbunden. In Strömungsrichtung hinter dem Kühler 3 und der Bypassleitung 4 ist eine Zentrifugalpumpe bzw. Kreiselpumpe 2 angeordnet, welche die Kühlflüssigkeit in den Kühlflüssigkeitseintritt 8 und damit in den ring­ förmigen Kühlraum zwischen Zylinderrohr 18 und Kurbelge­ häuse 17 fördert.

Handelt es sich um eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine, so sind die Zylinder in Parallelschaltung im Kühlsystem ange­ ordnet.

Als Kühlflüssigkeit kommt vorteilhafterweise Öl zur Ver­ wendung. Desweiteren ist zweckmäßigerweise die Temperatur der aus dem Kühler 3 austretenden Kühlflüssigkeit niedri­ ger als die Schmieröltemperatur.

In einer alternativen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, z. B. durch eine elektronische Regelung des Thermo­ staten, bei niedriger Belastung des Motors eine hohe und bei hoher Belastung des Motors eine niedrige Innenwandtem­ peratur einzustellen.

Das Mengenregelventil 6 besteht aus einem entgegen der Strömungsrichtung axial verschiebbaren, federbelasteten Kolben 10, wobei der Kolben 10 an einer Stirnseite eine Eintrittsöffnung 11 und an der Längsseite zumindest eine Austrittsöffnung 12 für die Kühlflüssigkeit aufweist. Die Feder 13 ist dabei an der der Eintrittsseite 11 entgegen­ gesetzten Stirnseite des Kolbens 10 angeordnet. Die Aus­ trittsöffnungen liegen in einer Ebene senkrecht zur Kol­ benachse 14. Die Hubbewegung des Kolbens 10 ist durch Anschläge 16 a, b begrenzt. Mit diesen Anschlägen 16 a, b kann die Mindestdurchlaufmenge des Mengenregelventils 6 festgelegt werden. Die Drosselwirkung des Mengenregelven­ tils 6 kommt dadurch zustande, daß die Austrittsöffnungen 12 in nur einer Endlage des Kolbens 10 annähernd deckungs­ gleich mit Öffnungen 15 im Gehäuse des Mengenregelventils 6 liegen, wobei die Öffnungen mit dem Kühlsystem in Ver­ bindung stehen.

Claims (10)

1. Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brenn­ kraftmaschine mit im Motor angeordneten Kühlräumen (1), einer Pumpe und einem Kühler (3), wobei der Kühler (3) mit einer Bypassleitung (4) versehen ist und ein die Motor­ austrittstemperatur der Kühlflüssigkeit regelndes Thermo­ statventil (5) die Kühlflüssigkeit entweder durch den Kühler (3) oder durch die Bypassleitung (4) leitet, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlsystem ein Mengenregel­ ventil (6) angeordnet ist.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenregelventil (6) in Strömungsrichtung hinter dem letzten Kühlraum der Brenn­ kraftmaschine und vor dem Thermostatventil (5) angeordnet ist.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenregelventil (6) in den Zylinderkopf (7) der Brennkraftmaschine integriert ist.

4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlräume (1) eines Zylin­ ders in Serie geschaltet sind und der Kühlflüssigkeitsein­ tritt (8) am oberen Zylinderrohrende und der Kühlflüssig­ keitsaustritt (9) im Zylinderkopf (7) angeordnet ist.

5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrzylindermotoren die Zylinder in Parallelschaltung im Kühlsystem angeordnet sind.

6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Zentrifugalpum­ pe (2) ist.

7. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenregelventil (6) eine Mindestdurchlaufmenge aufweist.

8. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenregelventil (6) aus einem entgegen der Strömungsrichtung axial verschiebbaren, federbelasteten Kolben (10) besteht, wobei die Eintritts­ öffnung (11) für die Kühlflüssigkeit an der der Feder (13) entgegengesetzten Stirnseite und die Austrittsöffnungen (12) des Kolbens (10) in einer Ebene senkrecht zur Kolben­ achse (14) angeordnet sind.

9. Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (12) in einer Endlage des Kolbens (10) annähernd deckungsgleich mit Öffnungen (15) im Gehäuse des Mengenregelventils (6) liegen, die mit dem Kühlsystem in Verbindung stehen.

10. Kühlsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbewegung des Kolbens (10) durch Anschläge (16 a, b) begrenzt ist.