DE4407984A1 - Kühlsystem für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
Kühlsystem für eine HubkolbenbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine flüssig
keitsgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Zylin
derblock und Zylinderkopf von Kühlmittel durchströmt
sind, das von einer Pumpe gefördert und nach Durchlauf
durch die Brennkraftmaschine in einem geschlossenen
Kreislauf zu einem Kühler geführt wird, wobei im Zylin
derblock ein oberes den Brennräumen der Zylinder zugeord
netes Kanalsystem und ein davon getrenntes dem Kurbel
trieb benachbartes unteres Kanalsystem ausgebildet sind.
Ein derartiges Kühlsystem ist mit DE 32 26 880 A1 be
schrieben. Bei diesem bekannten Kühlsystem liegt oberhalb
des oberen im Zylinderblock angeordneten Kanalsystems ein
weiteres im Zylinderkopf befindliches Kanalsystem, wel
ches über das untere im Zylinderblock befindliche Kanal
system über ein Thermostatventil mit relativ kühlem Kühl
mittel versorgt wird. Eine Verbindung zwischen dem oberen
im Zylinderblock angeordneten Kanalsystem und dem Kanal
system im Zylinderkopf besteht neben der thermostatgere
gelten Zuleitung nicht. Mit diesem Kühlsystem kann zwar
die angestrebte unterschiedlich starke Kühlung des unte
ren Zylinderblockes und der Brennräume erreicht werden,
und es steht auch relativ früh nach Start der Brennkraft
maschine erwärmtes Kühlmittel für Heizzwecke zur Verfü
gung. Es bilden sich im Bereich um die Brennräume der Zy
linder aber auch zwei unterschiedliche Temperaturbereiche
auf relativ hohem Temperaturniveau aus, nämlich einmal im
oberen Bereich des Zylinderblockes im Unterbereich der
Kolben und zum anderen im Bereich der Brennraumboden des
Zylinderkopfes. Diese unterschiedlichen Temperaturberei
che in enger Nachbarschaft führen zu einer unerwünschten
unterschiedlichen Wärmedehnung der dort befindlichen Ma
terialien und zu von diesen ausgelösten Spannungen, die
zwischen den beiden Temperaturbereichen von diesem Mate
rial, insbesondere durch eine Zylinderkopfdichtung, auf
genommen werden muß. Die damit auftretenden Dauerbela
stungen reduzieren die Lebensdauer der dort befindlichen
Bauteile. Nachteilig ist auch, daß der Zylinderkopf nur
in seiner Längsrichtung vom Kühlmittel durchströmt wird,
wodurch eine gezielte Anströmung wärmegefährdeter Berei
che in der Nähe der Zylinderkopfbodenplatte nicht möglich
ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem unter Beibehaltung der
durch ein solches System eintretenden Vorteile zusätzlich
um die Brennräume ein ausgeglichenes Temperaturniveau
eintritt, so daß Wärmespannungen in diesem Bereich wei
testgehend vermieden werden können und daß eine gezielte
Anströmung wärmegefährdeter Bereiche in Nähe der Zylin
derkopfbodenplatte möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch
1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind mit den Merkmalen der weiteren Ansprü
che dargestellt.
Damit ist im Bereich der Brennräume der Brennkraftmaschi
ne sowohl den Zylinderblock als auch den Zylinderkopf
einbeziehend eine einheitliche Temperatur vorhanden, so
daß unerwünschte thermische Verspannungen beherrschbar
bleiben. Gleichzeitig ist durch die unmittelbare Verbin
dung des Teilkanalsystemes des Zylinderblockes mit dem
Teilkanalsystem des Zylinderkopfes über mehrere verteilt
über die gesamte Berührungsfläche zwischen Zylinderblock
und Zylinderkopf angeordnete Durchlässe eine gezielte An
strömung der wärmegefährdeten Bereiche, insbesondere in
Nähe der Zylinderkopfbodenplatte, möglich.
Da im Bereich des oberen Umkehrpunktes des Hubkolbens in
folge der dort auftretenden Verweilzeit des Kolbens eine
erhebliche Wärmemenge vom Kolben auf die Zylinderwand
übertragen wird, ist es vorteilhaft, das obere Kanalsy
stem so weit nach unten in den Zylinderblock hineinzuzie
hen, daß von ihm der Bereich bis zur Höhe der Kolbenringe
in OT-Stellung der Hubkolben mit umfaßt ist. Damit kann
diese erhebliche Wärmemenge durch die im oberen Kanalsy
stem befindliche Kühlflüssigkeit aufgenommen werden,
ebenso wie die Wärmemenge, welche im Zylinderkopf an
fällt. Die durch das obere Kanalsystem zirkulierende
Kühlflüssigkeit wird sich somit sehr schnell erwärmen und
steht so auch relativ früh nach Start der Brennkraftma
schine für Heizzwecke, zum Beispiel zur Scheibenentfro
stung, mit ausreichender Temperatur zur Verfügung.
Der im unteren Kanalsystem, also nahe des Kurbeltriebes,
befindliche Anteil der Kühlflüssigkeit nimmt gegenüber
dem oberen Kanalsystem eine wesentlich geringere Wärme
menge auf, nämlich die über die Zylinderwände abgegebene;
wobei wiederum im unteren Umkehrpunkt der Hubkolben in
folge der Verweildauer der Hubkolben der größere Wärmean
teil vorliegt, so daß vorzugsweise vom unteren Kanalsy
stem besonders dieser Bereich umfaßt ist.
Bei kalter Brennkraftmaschine soll sich die Kühlflüssig
keit schnell erwärmen. Das geschieht für die im oberen
Kanalsystem befindliche, gegenüber der Gesamtmenge um den
Anteil der im unteren Kanalsystem befindlichen reduzier
ten Menge dadurch, daß durch ein Hauptthermostatventil
und eine Kurzschlußleitung in an sich bekannter Weise der
Kühler kurzgeschlossen wird und die um die Brennräume an
fallende Wärmemenge annähernd vollständig in der umlau
fenden Kühlflüssigkeit verbleibt. In diesem Kreislauf be
findet sich auch der Wärmetauscher für eine Heizung. So
mit steht sehr schnell nach dem Start der Brennkraftma
schine ausreichend erwärmte Kühlflüssigkeit für Heizungs
zwecke zur Verfügung. Erst nach Erreichen der Betriebs
temperatur der Brennkraftmaschine wird der Kühler in den
Kreislauf einbezogen, so daß dann überschüssige Wärme
über den Kühler abgeführt wird.
Die im unteren Kanalsystem befindliche Kühlflüssigkeit
wird erst dann in den Kühlmittelkreislauf einbezogen,
wenn das Thermostatventil am Abfluß dieses Kanalsystems
öffnet, was bei Erreichen einer Temperatur geschieht, die
annähernd der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
entspricht, jedoch geringfügig unter dieser liegt.
Durch das Verweilen der Kühlflüssigkeit im unteren Kanal
system wird auch dort die erwünschte Betriebstemperatur
trotz der dort weniger anfallenden Wärmemenge schnell er
reicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an
hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 die schematisierte Ansicht einer Hub
kolbenbrennkraftmaschine;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A
in Fig. 1;
Fig. 3 bis Fig. 5 je eine vergrößerte Darstellung eines
Schnittes durch eine Zylinderwand von
Brennkraftmaschinen;
Fig. 6 einen Schnitt durch die Wand am Zy
linderblockende einer Brennkraftma
schine.
Eine Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinderblock 2 und
einen Zylinderkopf 3 auf. Der Zylinderblock 2 enthält be
nachbart zu dem in ihm befindlichen Kurbeltrieb 4 ein Ka
nalsystem 5, welches nach oben hin durch eine Trennwand 6
begrenzt ist, die in einer Ebene dicht unterhalb von Kol
benringen 7 der in der Brennkraftmaschine 1 im oberen
Totpunkt befindlichen Hubkolben 8 liegt. Oberhalb der
Trennwand 6 befindet sich noch innerhalb des Zylinder
blockes 2 ein Teilkanalsystem 9, welches mit einem Teil
kanalsystem 10 im Zylinderkopf 3 über mehrere verteilt
über die Zylinderkopfbodenplatte angeordnete Durchlässe
11 verbunden ein oberes Kanalsystem 12 bildet. Dieses
obere Kanalsystem 12 erstreckt sich somit um die brenn
raumnahen Gebiete sowohl des Zylinderkopfes 3 als auch
des Zylinderblockes 2. Es ist mit dem unterhalb der
Trennwand 6 befindlichen unteren Kanalsystem 5 lediglich
durch eine Verbindungsleitung 13 verbunden. In der Ver
bindungsleitung 13 befindet sich ein Thermostatventil 14,
welches die Verbindungsleitung 13 verschließt, solange
eine in dem unteren Kanalsystem 5 befindliche Kühlflüs
sigkeit nicht eine Temperatur nahe der optimalen Be
triebstemperatur der Brennkraftmaschine 1 erreicht hat.
Sowohl das obere Kanalsystem 12 als auch das untere Ka
nalsystem 5 werden von einer gemeinsamen Pumpe 15 mit
Kühlflüssigkeit versorgt. Ein für die Fahrzeugheizung
oder dergleichen vorgesehener Wärmetauscher 23, der par
allel zur Kurzschlußleitung 20 angeordnet ist, wird somit
sehr schnell nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 mit
ausreichend erwärmter Kühlflüssigkeit versorgt. Vom obe
ren Kanalsystem 12 führt ein Abfluß 16 zu einem Haupt
thermostatventil 17. Das Hauptthermostatventil 17 gibt
bei Betriebstemperatur der Kühlflüssigkeit einen Lei
tungsweg 18 über einen Kühler 19 zur Pumpe 15 frei. Wenn
die Kühlflüssigkeit die Betriebstemperatur noch nicht er
reicht hat, dann verschließt das Hauptthermostatventil 17
den Leitungsweg 18 und gibt dafür eine Kurzschlußleitung
20 unter Umgehung des Kühlers 19 direkt zur Pumpe 15
frei. Die Trennwand 6 zwischen den beiden Kanalsystemen 5
und 12 kann, wie in Fig. 2 ersichtlich, durch einen mit
dem Guß des Zylinderblockes 2 hergestellten Steg gebildet
sein. In Fig. 3 ist eine Trennwand 6 dargestellt, welche
sich über einen Bereich 21, der in etwa dem Kolbenhub
entspricht, erstreckt, so daß sich in diesem Bereich
keine Kühlmittelräume befinden. Diese Ausführung des
Steges ist ebenfalls mit dem Guß des Zylinderblockes 2
hergestellt. Bei dieser Ausführung wird eine geringere
Menge an Kühlflüssigkeit benötigt, so daß die tatsächlich
vorhandene Kühlflüssigkeit insgesamt schneller auf Be
triebstemperatur erwärmt wird. Der gleiche vorteilhafte
Effekt tritt bei einer Ausführung gemäß Fig. 4 ein, bei
welcher die Trennwand 6 durch einen in den Zylinderblock
2 in an sich bekannter Weise eingesetzten Einsatz aus
Kunststoff oder dergleichen gebildet ist. Als zusätzli
cher Vorteil ergibt sich dadurch ein vereinfachtes Guß
teil für den Zylinderblock 2. Bei der Ausführung nach
Fig. 5 ist die Trennwand 6 durch einen Bund an einer nas
sen Zylinderlaufbüchse 22 gebildet. Dadurch kann das Guß
teil für den Zylinderblock 2 weiter vereinfacht werden.
Fig. 6 zeigt die Anordnung des Thermostatventils 14 in
der Verbindungsleitung 13 an der Rückwand des Zylinder
blockes 2. Das Thermostatventil 14 ist hier vor dem Auf
setzen des Zylinderkopfes 3 von oben her in die Verbin
dungsleitung 13 eingesetzt. Es ist jedoch ebenso möglich,
das Thermostatventil 13 durch ein Fenster an der Rückwand
des Zylinderblockes 2 einzusetzen.
Claims (4)
1. Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben
brennkraftmaschine (1), deren Zylinderblock (2) und
Zylinderkopf (3) von Kühlmittel durchströmt sind,
das von einer Pumpe (15) gefördert und nach Durch
lauf durch die Brennkraftmaschine (1) in einem ge
schlossenen Kreislauf zu einem Kühler (19) geführt
wird, wobei im Zylinderblock (2) ein oberes den
Brennräumen der Zylinder zugeordnetes Teilkanalsy
stem (9) und ein davon getrenntes, dem Kurbeltrieb
(4) benachbartes unteres Kanalsystem (5) ausgebildet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Teilka
nalsystem (9) des Zylinderblockes (2) zum Zylinder
kopf (3) hin offen ist und mit Kühlflüssigkeitsräu
men im Zylinderkopf (3) ein einheitliches oberes Ka
nalsystem (12) bildet, wobei die im Zylinderkopf (3)
befindlichen Kühlflüssigkeitsräume vom Teilkanalsy
stem (9) im Zylinderblock (2) durch mehrere über die
Zylinderkopfbodenplatte verteilte Durchlässe (11)
mit Kühlflüssigkeit versorgt werden.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das einheitliche obere Kanalsystem (12) nach un
ten in Richtung Kurbeltrieb (4) bis zur Höhe der
Kolbenringe (7) bei in OT-Stellung befindlichen Hub
kolben (8) der Brennkraftmaschine (1) geführt ist.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das untere im Zylinderblock (2) be
findliche Kanalsystem (5) den Bereich des unteren
Kolbenumkehrpunktes umfaßt.
4. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das untere im Zylinderblock (2) be
findliche Kanalsystem (5) sowie das obere einheitli
che im Zylinderblock (2) und im Zylinderkopf (3) be
findliche Kanalsystem (12) von einer gemeinsamen
Pumpe (15) mit Kühlflüssigkeit beschickt werden und
der Abfluß des unteren im Zylinderblock (2) befind
lichen Kanalsystems (5) über eine ein annähernd bei
Betriebstemperatur öffnendes Thermostatventil (14)
enthaltende Verbindungsleitung (13) in das obere Ka
nalsystem erfolgt und der Abfluß (14) des oberen Ka
nalsystems (5) in an sich bekannter Weise über ein
Hauptthermostatventil (17) zu einem Kühler (19) und
von diesem zur Pumpe (15) geführt ist, wobei durch
das Hauptthermostatventil (17) bei einer Kühlmittel
temperatur unterhalb der Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine (1) eine Kurzschlußleitung (20)
zwischen Hauptthermostatventil (17) und Pumpe (15)
freigegeben und gleichzeitig der Leitungsweg über
den Kühler (19) verschlossen ist.
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