DE4403713B4 - Cooling circuit for a liquid-cooled internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Kühlkreislauf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1), bestehend aus Kühlräumen/-kanälen innerhalb der Brennkraftmaschine (1) und einem externen Kühlkreis, bestehend aus einer Vorlaufleitung (4) von den Kühlräumen im Zylinderkopf (2) der Brennkraftmaschine zu einem Wärmetauscher (5), einer Rücklaufleitung (9) vom Wärmetauscher ausschließlich zum Zylinderkopf (2) der Brennkraftmaschine, in der eine elektrisch antreibbare Kühlmitelpumpe (10) eingebaut ist und wobei die Kühlräume im Zylinderkopf (2) über Durchtrittsöffnungen in der Zylinderkopfdichtung mit den Kühlräumen im Zylinderblock (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) durch einen dritten Wasserkasten (6) in zwei gleich große Hälften unterteilt ist, wobei die Vorlaufleitung (4)/Rücklaufleitung (9) mit dem dritten Wasserkasten (6) verbunden ist und die Rücklaufleitung (9)/Vorlaufleitung (4) an den beiden seitlich angeordneten Wasserkästen (7, 8) beginnt und dass sich die Rücklaufleitung (9) vor Eintritt in die Kühlräume im Zylinderkopf (2) in zumindest zwei Teilleitungen (15, 16) aufteilt, die zu entsprechend aufgeteilten Kühlräumen führen.Cooling circuit for one liquid-cooled internal combustion engine (1), consisting of cold rooms / channels within the internal combustion engine (1) and an external cooling circuit, consisting of a Supply line (4) from the cold rooms in Cylinder head (2) of the internal combustion engine to a heat exchanger (5), a return line (9) from the heat exchanger exclusively for Cylinder head (2) of the internal combustion engine, in which an electric drivable coolant pump (10) is installed and wherein the cooling chambers in the cylinder head (2) via passage openings in the cylinder head gasket with the cooling chambers in the cylinder block (3) are characterized in that the heat exchanger (5) by a third water tank (6) is divided into two equal halves, wherein the flow line (4) / return line (9) is connected to the third water tank (6) and the return line (9) / supply line (4) at the two laterally arranged water boxes (7, 8) begins and that the return line (9) before entering the cooling chambers in the cylinder head (2) divided into at least two sub-lines (15, 16), the corresponding to lead divided cold rooms.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des 1. Anspruchs angegebenen Art.The The invention relates to a device in the preamble of 1. Claim specified type.

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 Kühlwassers im Zylinderblock erfolgt nach dem Thermosyphonprinzip durch aufsteigendes angewärmtes Wasser.In the automobile technical magazine 87 (1985), number 12, page 639, is the cooling system of the concept vehicle "ELTEC". Here is only the cylinder head to the external cooling system, consisting of heat exchanger, Flow and return line and electrically operated coolant pump connected. The circulation of cooling water in the cylinder block takes place according to the Thermosyphonprinzip by rising warmed up water.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieses bekannte Kühlsystem im Hinblick auf Verlustleistung, insbesondere der eingesetzten Kühlmittelpumpe zu minimieren.task It is the object of the present invention to provide this known cooling system with regard to power loss, in particular the coolant pump used to minimize.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Anspruchs gelöst. Durch die Aufteilung des Wärmetauschers, sprich Kühlers, auf zwei Hälften wird dessen Durchflußwiderstand ebenfalls halbiert, so daß die Aufnahme der elektrischen Energie in der Kühlmittelforderpumpe verringert werden kann.According to the invention this Problem solved by the characterizing features of the first claim. By the distribution of the heat exchanger, that is cooler, in two halves becomes its flow resistance also halved, so that the Recording of the electrical energy in the Kühlmittelforderpumpe reduced can be.

Eine weitere deutliche Verringerung der Kühlmittelpumpenleistung wird durch die Lösung nach Anspruch 2 erzielt. Dadurch wird der Hauptkühlmittelstrom nicht mehr durch die mit Verlusten behaftete Strömung innerhalb der Brennkraftmaschine gezwungen, sondern kann die Brennkraftmaschine 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 Entdrosselung des Kühlmittelmassenstromes. Die Temperaturdifferenz des Kühlmittelstromes durch die Brennkraftmaschine wird zwischen Eintritt und Austritt größer, durch die Entdrosselung wird aber erreicht, daß mit einer kleineren Kühlmittelpumpenleistung der gleiche Kühlmitteldurchsatz am Wärmetauscher wie bei konventionell aufgebauten Kühlsystemen erreicht wird.A further significant reduction in coolant pump performance is through the solution Claim 2 achieved. As a result, the main coolant flow is no longer through the lossy flow forced inside the internal combustion engine, but can the internal combustion engine bypass. At the exit or still in the cylinder head or in a special one Mixing chamber mix the main stream with the side stream to one Supply line, which then in the central water tank in the heat exchanger leads. This leads to a significant dethrottling of the coolant mass flow. The temperature difference of the coolant flow through the internal combustion engine becomes larger between entry and exit the Entdrosselung but is achieved that with a smaller coolant pump capacity the same coolant flow rate at the heat exchanger as is achieved with conventionally constructed cooling systems.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 wird die Möglichkeit gegeben, den Kühlmittelmassenstrom durch die Brennkraftmaschine einzustellen. Hierbei ist es auch denkbar, daß eine elektromotorisch verstellbare Drossel vorgesehen wird, die über ein Kennfeld gesteuert werden kann.By the development according to claim 3 is given the opportunity, the coolant mass flow to be adjusted by the internal combustion engine. It is also conceivable that one electromotive adjustable throttle is provided, which has a Map can be controlled.

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 provides an alternative to training according to claim 2. In this case, although the entire coolant mass flow through the cold rooms in the cylinder head directed, but not by the entire cylinder head, but only by groups of cold rooms. Also by it becomes the flow resistance minimized in the cylinder head.

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 the alternative claims 5 and 6 shows possibilities the connection of the supply line, which also to minimize the resistance serve.

Allgemein kann der vorgeschlagene Kühlkreis ohne Thermostatsteuerung auskommen, was einen weiteren Vorteil im Hinblick auf Minimierung des Strömungswiderstandes darstellt. Die üblicherweise vorhandenen Ausgleichsbehälter können in an sich bekannter Weise angeschlossen werden.Generally can the proposed cooling circuit without thermostat control, which gives a further advantage in the With regard to minimizing the flow resistance represents. The usual existing expansion tank can be connected in a conventional manner.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es stellen dar:in the The following is the invention with reference to a preferred embodiment explained in more detail. It represent:

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

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

3 eine Alternative zu 2 mit Aufteilung der Vorlaufleitung. 3 an alternative to 2 with division of the supply 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 embodiments is generally a liquid-cooled internal combustion engine 1 shown schematically. 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 provided by the cylinder head 2 goes out and to a heat exchanger 5 leads.

Der Wärmetauscher 5 besitzt drei Wasserkästen, einen mittig angeordneten einlaufseitigen Wasserkasten 6, in den die Vorlaufleitung 4 mündet sowie zwei seitlich angeordnete auslaufseitige Wasserkästen 7 und 8. Der Wärmetauscher selbst ist nach dem Querstromprinzip aufgebaut.The heat exchanger 5 has three water tanks, a centrally located inlet-side water tank 6 into the supply line 4 opens and two laterally arranged outlet side water boxes 7 and 8th , The heat exchanger itself is constructed according to the cross-flow principle.

An den beiden auslaßseitigen Wasserkästen 7 und 8 ist die Rücklaufleitung 9 angeschlossen, die unter Zwischenschaltung einer elektrisch antreibbaren und steuerbaren Kühlmittelpumpe 10 zu den Kühlräumen im Zylinderkopf 2 zurückführt.At the two outlet side water boxes 7 and 8th is the return line 9 connected, with the interposition of an electrically driven and controllable coolant pump 10 to the cold rooms in the cylinder head 2 returns.

In 1 teilt sich die Rücklaufleitung 9 nach der Kühlmittelpumpe 10 in einen Leitungsabschnitt 11, der direkt zur Vorlaufleitung 4 führt und in einen Leitungsabschnitt 12, der unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle 13 mit den Kühlräumen im Zylinderkopf 2 verbunden ist.In 1 shares the return line 9 after the coolant pump 10 in a line section 11 that is directly to the supply line 4 leads and into a line section 12 , the interposition of a throttle point 13 with the cold rooms in the cylinder head 2 connected is.

Weiterhin ist ein an sich bekannter Ausgleichsbehälter 14 vorgesehen, der einerseits an der Vorlaufleitung 4 und andererseits an der Rücklaufleitung 9 auf der Kühlmittelpumpensaugseite angeschlossen ist.Furthermore, a known per se reservoir 14 provided, on the one hand to the flow line 4 and on the other hand, on the return line 9 is connected to the coolant pump suction side.

Die Kühlmittelpumpe 10 ist bevorzugt elektronisch angesteuert und kann so in ihrer Leistung den Erfordernissen des Kühlkreises angepaßt werden.The coolant pump 10 is preferably controlled electronically and can be adapted in their performance 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 Strömungswiderstände im Kühlkreislauf minimiert, so daß die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe ebenfalls minimiert ist. Sie beträgt etwa nur noch 1/4 der Leistungsaufnahme von Kühlmittelpumpen in üblichen Kühlsystemen. Trotzdem ist sichergestellt, 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 the cooling chambers in the internal combustion engine 1 now no longer flows through and the heat exchanger 5 divided and no thermostat is provided, the flow resistance 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 also ensures that at full load the required cooling capacity is achieved.

Die Anordnung nach 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach 1 dadurch, daß nunmehr die Bypasss-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 after 2 differs from the arrangement 1 in that now the bypass line 12 and the throttle point 13 has been omitted. In their place are the power lines 15 and 16 resigned. The pipe sections 16 and 15 are arranged so that they each only two cylinders of the internal combustion engine 1 supply with coolant. The heated coolant leaves the cylinder head 2 through a common manifold 17 in the supply line 4 empties.

Wird anstelle einer Vierzylinderbrennkraftmaschine eine Brennkraftmaschine mit mehr Zylinder verwendet, so können die Zylinder ebenfalls zu Gruppen zu zwei Zylindern zusammengefaßt werden. Dies bedingt dann, daß die Rücklaufleitung 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, then the cylinders can also be combined into groups of two cylinders. This then requires that the return line 9 divided into as many branches as groups of cylinders are summarized cooling moderately.

In dem Ausführungsbeispiel nach 3 verzweigt sich die Rücklaufleitung 9 in mehrere Teilleitungen, deren Anzahl der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 entsprechen. Somit hat jeder Zylinder seinen eigenen Kühlraum mit eigener Kühlmittelzufuhrleitung.In the embodiment according to 3 branches the return line 9 in several sub-lines, the number of the number of cylinders of the internal combustion engine 1 correspond. Thus, each cylinder has its own refrigerator 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 supply line is correspondingly the same 4 assigned. Again, each cylinder has its own coolant outlet, which in the flow line 4 empties.

Bei den Ausführungsbeispielen nach 2 und 3 ist es darüber hinaus möglich, eine Anordnung wie nach 1 zu wählen, das heißt, daß der Hauptkühlmittelstrom die Brennkraftmaschine umgeht und der durch die Brennkraftmaschine bzw. deren Zylinderkopf 2 strömende Anteil von der Rücklaufleitung 9 unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle abzweigt.In the embodiments according to 2 and 3 In addition, it is possible to arrange as follows 1 to choose, that is, that the main coolant flow bypasses the internal combustion engine and that by the internal combustion engine or the cylinder head 2 flowing portion of the return line 9 branches off with the interposition of a throttle point.

Claims (3)

Kühlkreislauf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1), bestehend aus Kühlräumen/-kanälen innerhalb der Brennkraftmaschine (1) und einem externen Kühlkreis, bestehend aus einer Vorlaufleitung (4) von den Kühlräumen im Zylinderkopf (2) der Brennkraftmaschine zu einem Wärmetauscher (5), einer Rücklaufleitung (9) vom Wärmetauscher ausschließlich zum Zylinderkopf (2) der Brennkraftmaschine, in der eine elektrisch antreibbare Kühlmitelpumpe (10) eingebaut ist und wobei die Kühlräume im Zylinderkopf (2) über Durchtrittsöffnungen in der Zylinderkopfdichtung mit den Kühlräumen im Zylinderblock (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) durch einen dritten Wasserkasten (6) in zwei gleich große Hälften unterteilt ist, wobei die Vorlaufleitung (4)/Rücklaufleitung (9) mit dem dritten Wasserkasten (6) verbunden ist und die Rücklaufleitung (9)/Vorlaufleitung (4) an den beiden seitlich angeordneten Wasserkästen (7, 8) beginnt und dass sich die Rücklaufleitung (9) vor Eintritt in die Kühlräume im Zylinderkopf (2) in zumindest zwei Teilleitungen (15, 16) aufteilt, die zu entsprechend aufgeteilten Kühlräumen führen.Cooling circuit for a liquid-cooled internal combustion engine ( 1 ), consisting of cooling chambers / channels within the internal combustion engine ( 1 ) and an external cooling circuit, consisting of a supply line ( 4 ) from the cooling chambers in the cylinder head ( 2 ) of the internal combustion engine to a heat exchanger ( 5 ), a return line ( 9 ) from the heat exchanger exclusively to the cylinder head ( 2 ) of the internal combustion engine, in which an electrically driven Kühlmitelpumpe ( 10 ) and wherein the cooling chambers in the cylinder head ( 2 ) via passages in the cylinder head gasket with the cooling chambers in the cylinder block ( 3 ), characterized in that the heat exchanger ( 5 ) through a third water tank ( 6 ) is divided into two equal halves, wherein the flow line ( 4 ) / Return line ( 9 ) with the third water tank ( 6 ) and the return line ( 9 ) / Supply line ( 4 ) at the two laterally arranged water boxes ( 7 . 8th ) and that the return line ( 9 ) before entering the cooling chambers in the cylinder head ( 2 ) in at least two sub-lines ( 15 . 16 ), which lead to correspondingly divided cold rooms. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlräume gruppenweise an die Vorlaufleitung (4) angeschlossen sind.Cooling circuit according to claim 1, characterized in that the cooling chambers in groups to the flow line ( 4 ) are connected. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kühlraum einzeln an die Vorlaufleitung (4) angeschlossen ist.Cooling circuit according to claim 1 or 2, characterized in that each cooling space individually to the flow line ( 4 ) connected.
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