DE4407984A1 - Kühlsystem für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

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.