DE4403713A1 - Cooling circuit for water-cooled engine - Google Patents

Cooling circuit for water-cooled engine

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Abstract

A cooling circuit for a water-cooled engine has an outward pipe from the cooling chambers in the cylinder head to a heat exchanger and a return pipe from this to the head containing an electric pump. Cooling chambers in the cylinder block are connected with those in the head through holes in the cylinder gasket. The heat exchanger (5) is divided into two halves by a third water box (6), connected to the outward pipe (4), whereas the return pipe (9) is connected to water boxes (7,8) at each end of the exchanger. Alternatively, the pipe connections may be vice versa. The return pipe connects directly with the outward pipe and the cooling chambers in the head are fed by a bypass pipe (12).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des 1. Anspruchs angegebenen Art.The invention relates to a device in Preamble of the first claim specified art.

In der Automobiltechnischen Zeitschrift 87 (1985), Heft 12, Seite 639, ist das Kühlsystem des Konzept-Fahrzeuges "ELTEC" beschrieben. Hierbei ist nur der Zylinderkopf an das externe Kühlsystem, bestehend aus Wärmetauscher, Vorlauf- und Rücklaufleitung und elektrisch arbeitender Kühlmittelpumpe angeschlossen. Die Zirkulation des Kühl­ wassers im Zylinderblock erfolgt nach dem Thermosyphon­ prinzip durch aufsteigendes angewärmtes Wasser.In the automotive engineering journal 87 (1985), issue 12, page 639, is the cooling system of the concept vehicle "ELTEC" described. Only the cylinder head is on the external cooling system, consisting of a heat exchanger, Flow and return line and electrically working Coolant pump connected. The circulation of the cooling water in the cylinder block takes place after the thermosiphon principle by rising warmed water.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieses be­ kannte Kühlsystem im Hinblick auf Verlustleistung, insbe­ sondere der eingesetzten Kühlmittelpumpe zu minimieren.The object of the present invention is to be this Known cooling system with regard to power loss, esp to minimize in particular the coolant pump used.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des 1. Anspruchs gelöst. Durch die Auf­ teilung des Wärmetauschers, sprich Kühlers, auf zwei Hälften wird dessen Durchflußwiderstand ebenfalls halbiert, so daß die Aufnahme der elektrischen Energie in der Kühlmittelförderpumpe verringert werden kann. According to the invention, this object is characterized by ning features of the first claim solved. By the up division of the heat exchanger, i.e. cooler, into two Its flow resistance will also be halves halved so that the absorption of electrical energy in the coolant delivery pump can be reduced.  

Eine weitere deutliche Verringerung der Kühlmittelpumpen­ leistung wird durch die Lösung nach Anspruch 2 erzielt. Dadurch wird der Hauptkühlmittelstrom nicht mehr durch die mit Verlusten behaftete Strömung innerhalb der Brenn­ kraftmaschine gezwungen, sondern kann die Brennkraft­ maschine umgehen. Am Austritt oder noch im Zylinderkopf oder in einer besonderen Mischkammer mischen sich der Hauptstrom mit dem Nebenstrom zu einer Vorlaufleitung, die dann in den zentralen Wasserkasten im Wärmetauscher führt. Hierdurch kommt es zu einer deutlichen Entdrosse­ lung des Kühlmittelmassenstromes. Die Temperaturdifferenz des Kühlmittelstromes durch die Brennkraftmaschine wird zwischen Eintritt und Austritt größer, durch die Entdros­ selung wird aber erreicht, daß mit einer kleineren Kühl­ mittelpumpenleistung der gleiche Kühlmitteldurchsatz am Wärmetauscher wie bei konventionell aufgebauten Kühl­ systemen erreicht wird.Another significant reduction in coolant pumps performance is achieved by the solution according to claim 2. As a result, the main coolant flow is no longer through the lossy flow within the furnace engine forced, but can the internal combustion bypass the machine. At the outlet or in the cylinder head or mix in a special mixing chamber Main flow with the secondary flow to a flow line, which then goes into the central water tank in the heat exchanger leads. This leads to a clear detangling coolant mass flow. The temperature difference of the coolant flow through the internal combustion engine larger between entrance and exit, through the Entdros selung is achieved with a smaller cooling medium pump output the same coolant throughput on Heat exchanger as with conventionally designed cooling systems is achieved.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 wird die Möglich­ keit gegeben, den Kühlmittelmassenstrom durch die Brenn­ kraftmaschine einzustellen. Hierbei ist es auch denkbar, daß eine elektromotorisch verstellbare Drossel vorgesehen wird, die über ein Kennfeld gesteuert werden kann.The further development according to claim 3 makes this possible given the coolant mass flow through the combustion adjust engine. It is also conceivable that an electric motor adjustable throttle is provided that can be controlled via a map.

Die Weiterbildung nach Anspruch 4 stellt eine Alternative zur Weiterbildung nach Anspruch 2 dar. Hierbei wird zwar der gesamte Kühlmittelmassenstrom durch die Kühlräume im Zylinderkopf geleitet, jedoch nicht durch den gesamten Zylinderkopf, sondern nur durch Gruppen von Kühlräumen. Auch dadurch wird der Strömungswiderstand im Zylinderkopf minimiert.The training according to claim 4 represents an alternative to further education according to claim 2 the total coolant mass flow through the cold rooms in the Cylinder head directed, but not through the whole Cylinder head, but only through groups of cold rooms. This also makes the flow resistance in the cylinder head minimized.

Die Weiterbildung nach den alternativen Ansprüchen 5 und 6 zeigt Möglichkeiten des Anschlusses der Vorlaufleitung auf, die ebenfalls zur Widerstandsminimierung dienen. The training according to alternative claims 5 and 6 shows options for connecting the flow line which also serve to minimize resistance.  

Allgemein kann der vorgeschlagene Kühlkreis ohne Ther­ mostatsteuerung auskommen, was einen weiteren Vorteil im Hinblick auf Minimierung des Strömungswiderstandes dar­ stellt. Die üblicherweise vorhandenen Ausgleichsbehälter können in an sich bekannter Weise angeschlossen werden.In general, the proposed cooling circuit without Ther mostat control, which is another advantage in With regard to minimizing the flow resistance poses. The usually available expansion tank can be connected in a manner known per se.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es stellen dar:In the following, the invention is based on a preferred Embodiment explained in more detail. They represent:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Bypass im Kühlkreis; Figure 1 shows a first embodiment of the invention with a bypass in the cooling circuit.

Fig. 2 eine zweite Alternative mit Aufteilung der Rücklaufleitung vor Eintritt in den Zylinder­ kopf; Fig. 2 shows a second alternative with division of the return line before entering the cylinder head;

Fig. 3 eine Alternative zu Fig. 2 mit Aufteilung der Vorlaufleitung. Fig. 3 shows an alternative to Fig. 2 with division of the flow line.

In allen drei Ausführungsbeispielen ist allgemein eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine 1 schematisiert gezeigt. Sie besteht aus einem Zylinderkopf 2 und einem Zylinderblock 3, in dem - im vorliegenden Beispiel - vier Zylinder angeordnet sind.In all three exemplary embodiments, a liquid-cooled internal combustion engine 1 is shown schematically in general. It consists of a cylinder head 2 and a cylinder block 3 , in which - in the present example - four cylinders are arranged.

Weiterhin ist eine Vorlaufleitung 4 vorgesehen, die vom Zylinderkopf 2 ausgeht und zu einem Wärmetauscher 5 führt.Furthermore, a flow line 4 is provided, which starts from the cylinder head 2 and leads to a heat exchanger 5 .

Der Wärmetauscher 5 besitzt drei Wasserkästen, einen mit­ tig angeordneten einlaufseitigen Wasserkasten 6, in den die Vorlaufleitung 4 mündet sowie zwei seitlich angeord­ nete auslaufseitige Wasserkästen 7 und 8. Der Wärme­ tauscher selbst ist nach dem Querstromprinzip aufgebaut. The heat exchanger 5 has three water tanks, one with a tig arranged inlet-side water tank 6 , into which the flow line 4 opens and two laterally arranged outlet-side water tanks 7 and 8 . The heat exchanger itself is based on the cross flow principle.

An den beiden auslaßseitigen Wasserkästen 7 und 8 ist die Rücklaufleitung 9 angeschlossen, die unter Zwischenschal­ tung einer elektrisch antreibbaren und steuerbaren Kühl­ mittelpumpe 10 zu den Kühlräumen im Zylinderkopf 2 zu­ rückführt.At the two outlet-side water tanks 7 and 8 , the return line 9 is connected, which, with the interposition of an electrically driven and controllable cooling medium pump 10, leads back to the cooling chambers in the cylinder head 2 .

In Fig. 1 teilt sich die Rücklaufleitung 9 nach der Kühlmittelpumpe 10 in einen Leitungsabschnitt 11, der di­ rekt zur Vorlaufleitung 4 führt und in einen Leitungs­ abschnitt 12, der unter Zwischenschaltung einer Drossel­ stelle 13 mit den Kühlräumen im Zylinderkopf 2 verbunden ist.In Fig. 1 divides the return line 9 after the coolant pump 10 in a line section 11 , which leads directly to the flow line 4 and in a line section 12 , which is connected with the interposition of a throttle 13 with the cooling chambers in the cylinder head 2 .

Weiterhin ist ein an sich bekannter Ausgleichsbehälter 14 vorgesehen, der einerseits an der Vorlaufleitung 4 und andererseits an der Rücklaufleitung 9 auf der Kühlmittel­ pumpensaugseite angeschlossen ist.Furthermore, a known expansion tank 14 is provided, which is connected on the one hand to the feed line 4 and on the other hand to the return line 9 on the coolant pump suction side.

Die Kühlmittelpumpe 10 ist bevorzugt elektronisch ange­ steuert und kann so in ihrer Leistung den Erfordernissen des Kühlkreises angepaßt werden.The coolant pump 10 is preferably electronically controlled and so its performance can be adapted to the requirements of the cooling circuit.

Aufgrund der Tatsache, daß der Hauptkühlmittelstrom die Kühlräume in der Brennkraftmaschine 1 nun nicht mehr durchströmt und der Wärmetauscher 5 aufgeteilt ist und kein Thermostat vorgesehen ist, sind die Strömungswider­ stände im Kühlkreislauf minimiert, so daß die Leistungs­ aufnahme der Kühlmittelpumpe ebenfalls minimiert ist. Sie beträgt etwa nur noch 1/4 der Leistungsaufnahme von Kühl­ mittelpumpen in üblichen Kühlsystemen. Trotzdem ist si­ chergestellt, daß die Kühlräume der Brennkraftmaschine 1 ständig mit flüssigem Kühlmittel gefüllt sind, so daß kein Sieden auftritt. Auch ist sichergestellt, daß bei Vollast die erforderliche Kühlleistung erreicht wird. Due to the fact that the main coolant flow no longer flows through the cooling chambers in the internal combustion engine 1 and the heat exchanger 5 is divided and no thermostat is provided, the flow resistances in the cooling circuit are minimized, so that the power consumption of the coolant pump is also minimized. It is only about 1/4 of the power consumption of coolant pumps in conventional cooling systems. Nevertheless, it is ensured that the cooling chambers of the internal combustion engine 1 are constantly filled with liquid coolant, so that no boiling occurs. It is also ensured that the required cooling capacity is achieved at full load.

Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der An­ ordnung nach Fig. 1 dadurch, daß nunmehr die Bypass- Leitung 12 und die Drosselstelle 13 entfallen ist. An ihrer Stelle sind die Leitungszweige 15 und 16 getreten. Die Leitungsabschnitte 16 und 15 sind so angeordnet, daß sie jeweils nur zwei Zylinder der Brennkraftmaschine 1 mit Kühlmittel versorgen. Das erwärmte Kühlmittel verläßt den Zylinderkopf 2 durch eine gemeinsame Sammelleitung 17, die in die Vorlaufleitung 4 mündet.The arrangement according to FIG. 2 differs from the arrangement according to FIG. 1 in that the bypass line 12 and the throttle point 13 are now eliminated. The line branches 15 and 16 have taken their place. The line sections 16 and 15 are arranged so that they supply only two cylinders of the internal combustion engine 1 with coolant. The heated coolant leaves the cylinder head 2 through a common manifold 17 , which opens into the flow line 4 .

Wird anstelle einer Vierzylinderbrennkraftmaschine eine Brennkraftmaschine mit mehr Zylinder verwendet, so können die Zylinder ebenfalls zu Gruppen zu zwei Zylindern zu­ sammengefaßt werden. Dies bedingt dann, daß die Rücklauf­ leitung 9 in so viele Leitungszweige aufgeteilt wird, wie Gruppen von Zylinder kühlungsmäßig zusammengefaßt sind.If an internal combustion engine with more cylinders is used instead of a four-cylinder internal combustion engine, the cylinders can also be combined to form groups of two cylinders. This then requires that the return line 9 is divided into as many line branches as groups of cylinders are combined for cooling.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 verzweigt sich die Rücklaufleitung 9 in mehrere Teilleitungen, deren An­ zahl der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 entsprechen. Somit hat jeder Zylinder seinen eigenen Kühlraum mit eigener Kühlmittelzufuhrleitung.In the embodiment of FIG. 3, the return line 9 branches into several sub-lines, the number of which corresponds to the number of cylinders of the internal combustion engine 1 . Each cylinder thus has its own cooling room with its own coolant supply line.

Entsprechend ist auch der Beginn der Vorlaufleitung 4 eingeteilt. Auch hier hat jeder Zylinder seinen eigenen Kühlmittelaustritt, der in die Vorlaufleitung 4 mündet.The beginning of the flow line 4 is also divided accordingly. Here too, each cylinder has its own coolant outlet, which opens into the supply line 4 .

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 3 ist es darüber hinaus möglich, eine Anordnung wie nach Fig. 1 zu wählen, das heißt, daß der Hauptkühlmittelstrom die Brennkraftmaschine umgeht und der durch die Brennkraft­ maschine bzw. deren Zylinderkopf 2 strömende Anteil von der Rücklaufleitung 9 unter Zwischenschaltung einer Dros­ selstelle abzweigt.In the embodiments of FIGS. 2 and 3, it is also possible to choose an arrangement as shown in FIG. 1, that is, that the main coolant flow bypasses the internal combustion engine and the part flowing through the internal combustion engine or its cylinder head 2 from the return line 9 branches with the interposition of a throttle selstelle.

Claims (6)

1. Kühlkreislauf für eine flüssigkeitsgekühlte Brenn­ kraftmaschine, bestehend aus Kühlräumen/-kanälen innerhalb der Brennkraftmaschine und einem externen Kühlkreis, bestehend aus einer Vorlaufleitung von den Kühlräumen im Zylinderkopf der Brennkraft­ maschine zu einem Wärmetauscher, einer Rücklauf­ leitung vom Wärmetauscher ausschließlich zum Zylin­ derkopf der Brennkraftmaschine, in der eine elek­ trisch antreibbare Kühlmittelpumpe eingebaut ist und wobei die Kühlräume im Zylinderblock über Durchtrittsöffnungen in der Zylinderkopfdichtung mit den Kühlräumen im Zylinderkopf verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (5) durch einen dritten Wasserkasten (6) in zwei gleich große Hälften unterteilt ist, wobei die Vor­ laufleitung (4)/Rücklaufleitung (9) mit dem dritten Wasserkasten (6) verbunden ist und die Rücklauflei­ tung (9)/Vorlaufleitung (4) an den beiden seitlich angeordneten Wasserkästen (7, 8) beginnt.1.Cooling circuit for a liquid-cooled internal combustion engine, consisting of cooling rooms / channels within the internal combustion engine and an external cooling circuit, consisting of a flow line from the cooling rooms in the cylinder head of the internal combustion engine to a heat exchanger, a return line from the heat exchanger exclusively to the cylinder head of the internal combustion engine , in which an electrically drivable coolant pump is installed and the cooling chambers in the cylinder block are connected via openings in the cylinder head gasket to the cooling chambers in the cylinder head, characterized in that the heat exchanger ( 5 ) by a third water box ( 6 ) in two halves of equal size is subdivided, with the flow line ( 4 ) / return line ( 9 ) being connected to the third water tank ( 6 ) and the return line ( 9 ) / flow line ( 4 ) beginning at the two water tanks ( 7 , 8 ) arranged on the side. 2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (9) direkt in die Vorlaufleitung (4) mündet und daß die Kühlräume im Zylinderkopf (2) im Bypass zu der Rücklaufleitung (9) angeordnet sind.2. Cooling circuit according to claim 1, characterized in that the return line ( 9 ) opens directly into the supply line ( 4 ) and that the cooling chambers in the cylinder head ( 2 ) are arranged in the bypass to the return line ( 9 ). 3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß zu den Kühl­ räumen gedrosselt ist.3. Cooling circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the inflow to the cooling is throttled. 4. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rücklauflei­ tung (9) vor Eintritt in die Kühlräume im Zylinder­ kopf (2) in zumindest zwei Teilleitungen (15, 16) aufteilt, die zu entsprechend aufgeteilten Kühlräu­ men führen.4. Cooling circuit according to claim 1, characterized in that the Rücklauflei device ( 9 ) before entering the cold rooms in the cylinder head ( 2 ) in at least two sub-lines ( 15 , 16 ) divides, which lead to appropriately divided cooling rooms. 5. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlräume gruppen­ weise an die Vorlaufleitung (4) angeschlossen sind.5. Cooling circuit according to claim 1 or 4, characterized in that the cooling rooms groups are connected to the flow line ( 4 ). 6. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühlraum einzeln an die Vorlaufleitung (4) angeschlossen ist.6. Cooling circuit according to claim 1 or 5, characterized in that each cooling room is individually connected to the flow line ( 4 ).
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