DE4342293A1 - Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des ersten An­ spruchs.

Ein derartiges Kühlsystem ist aus der ATZ, Automobiltech­ nische Zeitschrift, 87 (1985), Heft 12, Seite 638, 639 bekannt. Hierbei wird zum schnellen Erwärmen des in der Brennkraftmaschine befindlichen Kühlwassers nach einem Kaltstart die Kühlwasserpumpe abgestellt. Daneben besteht der Kühlkreis innerhalb der Brennkraftmaschine nur aus dem Zylinderkopf. Das Kurbelgehäuse ist über Durchtritts­ bohrungen in der Zylinderkopfdichtung ohne separate Zu­ führ- und Abführleitungen angeschlossen. Dementsprechend zirkuliert im Kurbelgehäuse das Kühlwasser nur nach dem Thermosiphonprinzip, indem aufsteigendes, angewärmtes Wasser in den Zylinderkopf gelangt und von dort Wasser nachströmt.

Nachteilig ist es bei einer derartigen Konstruktion, daß die Kühlmitteltemperatur im Zylinderkopf wesentlich schneller als im Kurbelgehäuse ansteigt, wobei zur Erzie­ lung günstiger Emissions- und Verbrauchswerte aber umge­ kehrt eine möglichst schnelle Erwärmung des Kurbelgehäu­ ses im Zylinderlaufflächenbereich erwünscht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Kühlsystem vorschlagen, das die vorher beschriebenen Nachteile nicht aufweist, bei dem also das Kühlmittel im Kurbelgehäuse möglichst schnell erwärmt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Diese Lösung basiert auf der Erkenntnis, daß ein ständiges Anwärmen des im Kurbelgehäuses befindlichen Kühlmittels dann ge­ schieht, wenn es abgepumpt wird, so daß heißes, im Zylin­ derkopf erwärmtes Kühlmittel nachströmen kann. Diese Lö­ sung ist generell bei allen bekannten Flüssigkeitskühl­ systemen anwendbar, also nicht auf reine Flüssigkeits­ kühlsysteme beschränkt, sondern auch bei Verdampfungs­ kühlsystemen anwendbar. Hierbei wird unter dem Begriff ansteuerbar antreibbar jeder Antrieb der Pumpe verstan­ den, der keine Zwangskopplung zur Brennkraftmaschine auf­ weist, in den also steuernd eingegriffen werden kann, z. B. über einen Steuer- oder Regelkreis.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß der gerätetechnische Aufwand minimiert wird. Anzuwenden ist sie immer dann, wenn eine luftgesteuerte Heizungsan­ lage vorhanden ist.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 erhöht den Bauaufwand durch das Vorsehen einer weiteren elektrischen Pumpe. Sie hat jedoch den Vorteil, daß die Erfindung auch bei was­ sergeregelten Heizungen angewendet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems;

Fig. 2 eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Kühlsystem.

In Fig. 1 ist ein Flüssigkeitskühlsystem einer Brenn­ kraftmaschine dargestellt. Es besteht aus einer Brenn­ kraftmaschine 1, in deren Zylinderkopf 2 Kühlräume 3 so­ wie in deren Kurbelgehäuse 4 Kühlräume 5 vorgesehen sind.

Von den Kühlräumen 3 im Zylinderkopf 2 führt eine Vor­ laufleitung 6 zu einem Wärmetauscher 7, der in üblicher Weise aufgebaut ist und zur Erhöhung des Luftdurchsatzes ein Kühlgebläse bzw. einen Lüfter 8 aufweist.

Aus dem Wärmetauscher 7 wird das rückgekühlte flüssige Kühlmittel über eine Rücklaufleitung 9 und eine elek­ trisch oder mechanisch antreibbare Kühlmittelpumpe 10 wieder den Kühlräumen 3 im Zylinderkopf 2 zugeführt.

Die Kühlräume 5 im Kurbelgehäuse 4 sind über Durchtritts­ bohrungen in der Zylinderkopfdichtung mit den Kühlräumen 3 im Zylinderkopf 2 verbunden.

Parallel zur Brennkraftmaschine ist eine Kurzschlußlei­ tung 11 angeordnet, die die Vorlaufleitung 6 mit der Rücklaufleitung 9 verbindet. Am Abzweig- bzw. Mündungs­ punkt der Kurzschlußleitung 11 ist ein üblich aufgebautes Thermostat 12 angeordnet.

Weiterhin existiert ein Ausgleichsbehälter 13, der von einem Verschlußdeckel 14 verschlossen ist, der in übli­ cher Weise Überdruck- und Unterdruckventile enthalten kann, um den Druck im Kühlsystem zu begrenzen.

Der Ausgleichsbehälter 13 ist über die Nebenstromleitung 15 mit der Rücklaufleitung 9 verbunden. Darüber hinaus ist eine Gasabscheideleitung 16 vorgesehen, die vom Wär­ metauscher 7 zum Ausgleichsbehälter 13 verläuft und dort in einem Hochpunkt mündet.

Weiterhin ist in Fig. 1 ein Heizkreis 17 eingezeichnet zum Beheizen einer nicht näher dargestellten Fahrgast­ zelle. Er besteht aus dem Heizungsvorlauf 18, der elek­ trisch antreibbaren Heizungspumpe 19, den beiden Hei­ zungswärmetauschern 20 und 21 sowie dem Heizungsrücklauf 22. Vor jedem Heizungswärmetauscher 20, 21 ist ein sepa­ rat ansteuerbares Heizungsventil 23, 24 vorgesehen. Diese Heizungsventile werden einerseits von einem Bedienteil im Fahrzeuginnenraum aus gesteuert und andererseits von einer näher unten erläuterten Steuerelektronik.

Der Heizungsvorlauf 18 ist an den Kühlmittelräumen 5 im Kurbelgehäuse 4 angeordnet, und zwar an deren tiefsten Stelle.

Der Heizungsrücklauf 22 mündet in die Rücklaufleitung 9, und zwar im gezeigten Beispiel zwischen der Einbaustelle des Thermostaten 12 und der Kühlwasserpumpe 10.

Nach dem Start der kalten bzw. abgekühlten Brennkraft­ maschine bleibt die Kühlmittelpumpe 10 außer Betrieb. Das Kühlmittel im Zylinderkopf erwärmt sich verhältnismäßig schnell. Nach einer bestimmten Zeitdauer wird die Hei­ zungspumpe 19 eingeschaltet sowie die Heizungsventile 23 und 24 oder eines von beiden geöffnet. Dadurch wird Kühl­ mittel aus dem Kurbelgehäuse über die Heizungsventile 23 und 24 und Heizungswärmetauscher 20, 21 in die Rücklauf­ leitung 9 gefördert. Gleichzeitig strömt weiteres Kühl­ mittel aus dem Zylinderkopf in das Kurbelgehäuse nach, da der gesamte Kühlkreis mit Kühlmittel gefüllt ist. Das Kühlmittel zirkuliert also durch die Kühlräume 3, 5, dem Heizungsvorlauf 18, die oder einen der Wärmetauscher 20, 21, den Heizungsrücklauf 22, die Rücklaufleitung 9 und die stehende Kühlmittelpumpe 10, die einen Durchtritt flüssigen Kühlmittels nicht behindert. Die Fördermenge der Heizungspumpe 19 richtet sich während der Anwärmphase nach dem Kühlmittelvolumen in der Brennkraftmaschine. Sie liegt etwa in der Größenordnung von 0,5 bis 5 Liter pro Minute.

Anstelle der Zirkulation durch den oder die Hei­ zungswärmetauscher 20, 21 kann auch eine Bypassleitung 27 mit einem Schaltventil 28 zu ihrer Umgehung versehen sein. Dadurch wird in der Anwärmphase ein eventuell uner­ wünschtes Durchströmen der Heizungswärmetauscher 20, 21 vermieden und auch ein Abkühlen des Kühlmittels, was ebenfalls unerwünscht ist.

Nachdem die Warmlaufphase beendet ist, wird die Kühlmit­ telpumpe 10 eingeschaltet und die Heizungspumpe 19 ausge­ schaltet. Ebenfalls werden die Heizungsventile 23 und 24 abgeschaltet, es sei denn, es liegt von dem Heizungsbe­ dienteil eine entsprechende Anforderung für Heizleistung vor. In diesem Fall bleiben die Ventile geöffnet und die Heizungspumpe eingeschaltet, wobei deren Fördervolumen dann wesentlich erhöht werden kann.

Aufgrund der geringen Förderleistung der Heizungspumpe 19 während der Warmlaufphase kann es in den Kühlräumen 5 des Kurbelgehäuses 4 sogar zu einem Sieden des Kühlmittels kommen. Dies kann gewollt sein, da dann die Emissions- und Verbrauchswerte sehr schnell sinken.

Gesteuert werden die oben beschriebenen Schaltvorgänge durch eine entsprechende Steuerelektronik.

In Fig. 2 ist eine Alternative zu dem Kühlkreislauf nach Fig. 1 dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Be­ zugsziffern versehen.

Im Gegensatz zu der Lösung nach Fig. 1 ist bei der Lö­ sung nach Fig. 2 eine Bypass-Leitung 25 vorgesehen, die von der tiefsten Stelle der Kühlräume 3 des Kurbelge­ häuses 4 zu der Rücklaufleitung 9 in deren Eintrittsbe­ reich in die Kühlräume 3 des Zylinderkopfes 2 mündet. In diese Bypass-Leitung 25 ist ebenfalls eine elektrisch an­ steuerbare Pumpe 26 eingeschaltet.

Bei diesem Kühlsystem bleibt während der Warmlaufphase die Heizungspumpe 19 ausgeschaltet. An ihrer Stelle ar­ beitet die Pumpe 26 und fördert so in einem kleinen Kühl­ kreislauf, bestehend nur aus den Kühlräumen des Zylinder­ kopfes und des Kurbelgehäuses das Kühlmittel um. Dadurch wird keine Wärme dem Kühlmittel beim Passieren der Hei­ zungswärmetauscher 20 und 21 entzogen, so daß die Anwärm­ phase dieser Brennkraftmaschine nochmals verkürzt wird. Ist die Warmlaufphase beendet, so wird die Pumpe 26 aus­ geschaltet und die Kühlmittelpumpe 10 eingeschaltet. Bei einer Heizungsanforderung arbeitet die Heizung in übli­ cher Weise wie bei Brennkraftmaschinen mit konventionel­ lem Kühlsystem.

Claims (3)

1. Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Kühlflüssigkeit, bestehend aus Kühlräumen im Kurbel­ gehäuse und Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, einer Vorlaufleitung von Kühlräumen des Zylinder­ kopfes zu einem Wärmetauscher, einer Rücklaufleitung vom Wärmetauscher zu den Kühlräumen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, wobei in der Rücklaufleitung eine Kühlmittelförderpumpe eingebaut ist, die nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine abgestellt bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß von den Kühlräumen (5) im Kurbelgehäuse (4) an deren tiefsten Stelle eine Leitung (18, 25) mit einer ansteuerbar antreibbaren Pumpe (19) abzweigt zum Kühlkreis außerhalb der Brennkraftmaschine (1).

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung als Heiz­ kreisvorlaufleitung (18) dient.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung als Bypass- Leitung (25) zu den Kühlräumen (3, 4) der Brenn­ kraftmaschine ausgebildet ist und in die Rücklauf­ leitung (9) vor deren Eintritt in die Kühlräume (3) des Zylinderkopfes (2) mündet.