DE4112497C2

DE4112497C2 -

Info

Publication number: DE4112497C2
Application number: DE4112497A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 7050 Neustadt De Ridder; Willy 7000 Stuttgart De Koeninger; Hermann-Josef Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen De Rakel
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1993-03-11
Also published as: DE4112497A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskühlung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 25 23 436 A1 ist eine gattungsgemäße Flüssigkeitskühlung für Brennkraftmaschinen bekannt, in der vorzugsweise bei aufgeladenen Motoren der Förderstrom der Kühlflüssigkeit nach der Kühlmittelpumpe in zwei Teilströme aufgespalten wird, wobei ein erster Teilstrom mit relativ hoher Temperatur und einem großen Kühlflüssigkeitsdurchsatz in einem Kurzschlußkreis der Brennkraftmaschine unmittelbar wieder zugeführt und ein zweiter Teilstrom mit geringem Kühlflüssigkeitsdurchsatz durch mehrere Wärmetauscher (Hauptkühler, Ladeluftkühler) geführt und vor der Kühlflüssigkeitspumpe wieder mit dem ersten Teilstrom zusammengeführt wird. Das Durchführen einer relativ kleinen Teilmenge durch den Hauptkühler ermöglicht ein sehr großes Temperaturgefälle der Kühlflüssigkeit bzw. eine relativ niedrige Temperatur dieser kleinen Teilmenge nach dem Hauptkühler, die wiederum für eine wirkungsvolle Kühlung der Ladeluft erforderlich bzw. vorteilhaft ist, wobei die den Hauptkühler durchströmende Kühlmittelmenge und damit die Kühlleistung mittels eines Ventiles und einer zusätzlichen Bypaßleitung geregelt wird.

Nachteilig ist es, daß die durch den Kurzschlußkreis strömende Kühlmittelmenge nur indirekt über den Drosselwiderstand des Kühlkreises steuerbar ist, wodurch bei Einhaltung eines ausreichenden Mindestquerschnittes des Kurzschlußkreises ein Kühlkreis mit außerordentlich geringen Strömungswiderständen, d. h. sehr großen Strömungsquerschnitten erforderlich ist um die erforderliche Kühlleistung zu sichern.

Im weiteren ist für den Kurzschlußkreis mindestens eine Verbindungsleitung zwischen dem Kühlwasseraustritt aus der Brennkraftmaschine und der Zuströmseite der Kühlflüssigkeitspumpe erforderlich.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Flüssigkeitskühlung für Brennkraftmaschinen mit zwei Kühlmittelkreisläufen so zu gestalten, daß mit relativ geringen Strömungsquerschnitten sowie einfachster Bauweise eine ausreichende und zuverlässige Regelung der Kühlleistung des Systems bei Einhaltung vorgegebener optimaler Mengenanteile der Kühlmittelkreisläufe gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Flüssigkeitskühlung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kennzeichnen.

Durch die Erfindung wird bei relativ geringen Strömungsquerschnitten in vorteilhafter Weise eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaues und der Leistungsregelung im Kühlsystem erreicht, wobei sowohl die Regelung der Kühlleistung für die Brennkraftmaschine selbst als auch die Regelung der Kühlleistung für die Ladeluftkühlung im erforderlichen Maße gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Flüssigkeits kühlung für Brennkraftmaschinen, wobei die Strö mungsrichtungen des Kühlmittels in den Rohrleitungen durch Pfeile gekennzeichnet sind,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Thermostatventiles im eingebauten Zustand mit der Ventilstellung bei Kühlmitteltemperatur unterhalb der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotores.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein flüssigkeitsgekühlter Verbrennungsmotor mit einer nicht darge stellten Aufladeeinrichtung z. B. einem Abgasturbolader be zeichnet. Die Kühlflüssigkeit wird mittels einer Kühlmittel pumpe 2 durch den Verbrennungsmotor 1 gepumpt und strömt nach Verlassen desselben durch ein Thermostatventil 3, wobei der Verbrennungsmotor 1, die Kühlmittelpumpe 2 und das Thermostat ventil 3 baulich zusammengefaßt sind. Vom Thermostatventil 3 wird der vom Verbrennungsmotor 1 kommende und entsprechend der Lastbedingungen aufgeheizte Kühlmittelstrom in eine erste und in eine zweite Teilmenge aufgeteilt, wobei eine erste Teilmenge der Kühlmittelpumpe 2 und danach dem Verbrennungsmotor 1 in einem Primärkreis 4 unmittelbar wieder zugeführt wird. Die zweite Teilmenge wird in einem Sekundärkreis 5 durch eine Rohr leitung 6 zu einem als Mehrflußkühler 7 ausgebildeten Wärme tauscher geleitet. Nach dem Durchströmen des Mehrflußkühlers 7 strömt das Kühlmittel durch eine weitere Rohrleitung 8, durch einen Ladeluftkühler 9 und weiter durch die Rückflußleitung 10 zur Saugseite der Kühlmittelpumpe 2. Vor dem Eintritt in die Kühlmittelpumpe 2 wird die erste und die zweite Teilmenge des Kühlmittelstromes wieder zusammengeführt. Im weiteren wurde auf die Darstellung weiterer herkömmlich an geordneter funktionswichtiger Bestandteile wie z. B. einen Heizungskreislauf, ein System aus Ausgleichsbehältern und Ent lüftungsleitungen oder einen Lüfter verzichtet.

Das in Fig. 2 näher dargestellte Thermostatventil 3 weist eine Einströmöffnung 11 für das von der Brennkraftmaschine 1 kom mende Kühlmittel, einen Ausströmstutzen 12 zur Weiterleitung des Kühlmittels in den Kühlkreis 5 sowie eine Ausströmöffnung 13 zum Saugraum 14 der Kühlmittelpumpe 2 auf. Die Strömungs querschnitte in den Ausströmstutzen 12 und der Ausströmöffnung 13 sind durch zwei sich gegenüberliegende Ventilsitze 15 be stimmt und durch Ventilteller 16, 17, die mit den Ventilsitzen 15 zusammenwirken, veränderbar bzw. verschließbar, wobei diese Ventilteller 16, 17 über ein vom Kühlmittel umströmtes Dehn stoffelement 18 miteinander verbunden sind und gesteuert wer den. Die Ventilteller 16, 17 und das temperaturabhängig arbei tende Dehnstoffelement 18 sind dergestalt miteinander verbunden und gegen das Gehäuse des Thermostatventiles 3 sowie gegen die Ventilsitze 15 abgestützt, daß

- bei Unterschreitung der Betriebstemperatur des Kühlmittels die Ausströmöffnung 13 zur Kühlmittelpumpe 2 geöffnet und der Ausströmstutzen 12 zum Sekundärkreis 5 geschlossen ist, so daß der gesamte Kühlmittelstrom über den Primärkreis 4 ohne Wärme abzugeben im Kurzschluß der Kühlmittelpumpe 2 und danach dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt wird,
- bei Erreichung bzw. Überschreitung der Betriebstemperatur der Ventilteller 17 an der Ausströmöffnung 13 zum Saugraum 14 der Kühlmittelpumpe 2 schließt und der Ausströmstutzen 12 zum Kühlkreis 5 geöffnet wird, so daß eine von den Strömungsquer schnitten bestimmte Teilmenge des Kühlmittels in den Sekun därkreis 5 strömt.

Der Ventilteller 17 ist weiterhin erfindungsgemäß mit Durch gangsöffnungen 19 versehen, so daß auch in der Schließstellung des Ventiltellers 17 eine große Teilmenge des Kühlmittels im Primärkreis 4 zur Kühlmittelpumpe 2 strömt. Erfindungsgemäß sind diese Durchgangsöffnungen 19 so dimensioniert, daß unter allen Temperaturbedingungen mindestens ca. 80% des Gesamtkühl mittelstromes in den Primärkreis 4 gefördert werden. Demzufolge strömen max. 20% des Gesamtkühlmittelstromes durch den Sekun därkreis 5. Vorteilhaft hat dieses zur Folge, daß durch die relativ geringe Teilmenge des Kühlmittels, insbesondere durch die Verwendung eines Mehrflußkühlers 7, ein sehr großes Tempe raturgefälle im Sekundärkreis 5 erreicht wird. Dieses relativ stark abgekühlte Kühlmittel steht nun für eine wirkungsvolle Kühlung der Ladeluft in dem Ladeluftkühler 9 zur Verfügung. Nach dem Durchströmen des Ladeluftkühlers 9 wird das Kühlmittel vor dem Eintritt in die Kühlmittelpumpe 2 mit dem Kühlmittel des Primärkreises 4 zusammengeführt.

Claims

1. Flüssigkeitskühlung für Brennkraftmaschinen mit einer Kühlmittelpumpe und mindestens einem Thermostatventil mit einem ersten über einen Bypaß geführten, ständig durchströmten Primärkreis mit einer relativ großen Durchsatzmenge und hohem Temperaturniveau sowie einem von dem Primärkreis abgezweigten und durch mindestens einen Wärmetauscher geführten Sekundärkreislauf mit relativ geringem Kühlmitteldurchsatz und großem Temperaturgefälle, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypaß aus mindestens einer in einem eingeschränkten Regelbereich mittels des Thermostatventiles (3) in seinem durchströmbaren Querschnitt steuerbare Ausströmöffnung (13) zwischen einem Einströmraum (11) und einem Saugraum (14) der Kühlmittelpumpe (2) derart gebildet ist, daß bei unterhalb der Betriebstemperatur arbeitender Brennkraftmaschine (1) der Querschnitt der Ausströmöffnung (13) vollständig freigegeben und bei betriebswarmer Brennkraftmaschine (1) der durchströmbare Querschnitt der Ausströmöffnung (13) durch den sich schließenden bzw. geschlossenen Ventilteller (17) des Thermostatventiles (3) verringert ist, wobei jedoch mindestens eine ständig durchströmbare Durchgangsöffnung zwischen Einströmraum (11) und Saugraum (14) angeordnet ist und wobei das Thermostatventil (3), der Bypaß und die Kühlmittelpumpe (2) in einer baulichen Einheit mit der Brennkraftmaschine (1) angeordnet sind.

2. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteldurchsatz durch den Primärkreis (4) mindestens 80% der gesamten Kühlmittelfördermenge beträgt und daß der Kühlmitteldurchsatz durch den Sekundärkreis (5) maximal 20% der gesamten Kühlmittelfördermenge beträgt.

3. Flüssigkeitskühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung aus mindestens einer, in dem Ventilteller (17) angeordneten Bohrung (19) besteht.