EP1253303A2 - Durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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EP1253303A2
EP1253303A2 EP02007810A EP02007810A EP1253303A2 EP 1253303 A2 EP1253303 A2 EP 1253303A2 EP 02007810 A EP02007810 A EP 02007810A EP 02007810 A EP02007810 A EP 02007810A EP 1253303 A2 EP1253303 A2 EP 1253303A2
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coolant
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    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • the invention relates to a liquid-cooled reciprocating internal combustion engine according to the preamble of the claim 1 off.
  • a bypass line connects in the cooling circuit the return line with the inlet line. You bridged the cooler and flows into the upstream of the water pump Supply line.
  • a three-way valve which regulates the flow of coolant and thermostatically or from a control unit is controlled.
  • the control unit is via signal lines with numerous different sensors connected, which are the operating parameters and environmental parameters the reciprocating internal combustion engine and the cooling or Record the heating circuit.
  • a cooling circuit is known in which the inlet pipe branches into two inlet pipes, the one inlet pipe in the area of the cylinder head and the other in the area of the cylinder block in the reciprocating piston internal combustion engine empties.
  • the coolant flow regulated by a valve which is in the inlet line is arranged to the cylinder block.
  • the valve position is regulated by a control unit, which among other things Evaluates temperature measurements on the reciprocating piston internal combustion engine.
  • a first temperature sensor measures the temperature of the flowing coolant, which provides information about the Total cooling of the reciprocating piston internal combustion engine there.
  • On second temperature sensor measures the temperature of the machine oil, whereby the cooling in the area of the cylinder block is determined becomes.
  • the valve is set according to the measurement data, see above that exactly certain subsets through the separate inlet lines flow to the cylinder head or cylinder block.
  • the coolant flows through the separate inflow Targeted in the two areas, but will be later again blended because the cooling channels have a volume flow between the areas and thus an exchange of coolant allow.
  • Temperature measurements of the mixed coolant do not represent the actual operating conditions in the individual areas of the reciprocating piston internal combustion engine and the control of the cooling circuit is not precise their special temperature conditions matched.
  • the coolant spaces of the cylinder head and the cylinder block separated and via separate outlet lines on a common return line connected.
  • the coolant flows flow via separate inlet lines, each with a Control valve is provided in the two areas of the reciprocating piston internal combustion engine and are also during the cooling process not mixed. They also leave the reciprocating piston internal combustion engine also via separate outlet lines.
  • Temperature measurements in the cylinder head exhaust pipe or the cylinder block in this case represent the the respective cooling process is unadulterated.
  • the amount of coolant flowing through it adjust efficiently to the area to be cooled.
  • the area of the cylinder head can be marked by a increased coolant flow in an optimal temperature range be held without the cylinder block, which usually does not need to be cooled as much, is also flowed around by the coolant.
  • the invention advantageously provides that the two Control valves in the inlet lines individually or together are controllable, so that in addition to the need-based throttling of the coolant flow to one of the two, separate Areas of the reciprocating piston internal combustion engine in many Operating points also the total volume flow of the coolant is reduced, which is the case with known cooling circuits not possible.
  • the two control valves arranged in the outlet lines instead of in the inlet lines his.
  • the coolant control according to the invention causes the reciprocating internal combustion engine to quickly optimal operating temperature reached and over wide operating ranges maintains. This will reduce fuel consumption and reduced pollutant emissions.
  • the only drawing shows a schematic representation a cooling circuit of a reciprocating piston internal combustion engine.
  • a reciprocating piston internal combustion engine 10 is on a cooling circuit 16 connected.
  • a water pump 18 delivers coolant via a pressure line 32 to the reciprocating piston internal combustion engine 10 and from there through a return flow line 26 a cooler 20, which cooperates with a fan 24.
  • the coolant flows from the cooler 20 through a suction line 30 back to the water pump 18.
  • the coolant flow is indicated by arrows.
  • the pressure line 32 branches into a first inlet line 34 leading to a cylinder head 12 of the internal combustion engine 10 leads, and into a second inlet line 36 leading to a Cylinder block 14 of the internal combustion engine 10 leads.
  • the cylinder head 12 and the cylinder block 14 have no closer shown, separate coolant spaces. The separation is indicated by a dashed line 46.
  • the cylinder head 12 is via a first outlet line 38 and the Cylinder block 14 via a second outlet line 40 with the common return line 26 connected.
  • By the separate Coolant flow in the cylinder head 12 and in Cylinder block 14 is the temperature of the coolant in the outlet lines 38, 40 representative of the heat and the cooling processes in the cylinder head 12 or in the cylinder block 14.
  • Sensors not shown in the outlet lines 38, 40 together with one can also Control unit not shown and the control valves 42, 44 in the inlet lines 34, 36 the temperature behavior determine precisely in the cylinder head 12 and in the cylinder block 14.
  • a first control valve 42 is sufficient, which in the first or second inlet line 34, 36 is arranged.
  • this control valve 42 By controlling this control valve 42, the volume flow through the corresponding inlet line 34 or 36 throttled while the rest, by the water pump 18 delivered volume flow through the other inlet line 34 or 36 flows.
  • a first control valve 42 in the first inlet line 34 and a second Control valve 44 in the second inlet line 36 can total volume flow to both the inlet pipes 34 and 36 are split as well as throttled so that the amount of coolant flowing through the reciprocating internal combustion engine 10 in operating areas with low heat generation can be reduced.
  • the first and second control valve 42, 44 on the outflow side in the outlet lines 38, 40 are arranged.
  • the cooling circuit 16 can have a conventional structure have, in which between the return line 26 and the Suction line 30 parallel to the cooler 20, a bypass line 28 and a heat exchanger 22 are connected.
  • a third Control valve 48 which as a thermostatic valve or as one of the control unit controllable valve is designed, regulates the flow through the heat exchanger 22, the bypass line 28 and the cooler 20.
  • the cooling circuit 16 other heat exchangers for work and Include auxiliary units.

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Abstract

Die Erfindung geht von einer durch Flüssigkeit gekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) mit einem Zylinderkopf (12) und einem Zylinderblock (14) aus, deren Kühlflüssigkeitsräume über getrennte Einlassleitungen (34, 36) an einem Kühlkreislauf (16) angeschlossen sind, der mindestens eine Wasserpumpe (18), einen Kühler (20) mit einem Lüfter (24) enthält, wobei die Wasserpumpe (18) über eine Druckleitung (32) Kühlflüssigkeit zu den Einlassleitungen (34, 36) fördert und mindestens in einer Einlassleitung (34, 36) ein Regelventil (42) angeordnet ist, das den Volumenstrom in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) steuert. Es wird vorgeschlagen, dass die Kühlflüssigkeitsräume des Zylinderkopfs (12) und des Zylinderblocks (14) voneinander getrennt und über getrennte Auslassleitungen (38, 40) an einer gemeinsamen Rückströmleitung (26) angeschlossen sind. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
In bekannten Hubkolbenbrennkraftmaschinen wird die überschüssige Wärme über eine Kühlflüssigkeit abgeführt. Diese zirkuliert in einem Kühlkreislauf und wird von einer elektrisch oder mechanisch angetriebenen Wasserpumpe über eine Zulaufleitung zur Hubkolbenbrennkraftmaschine und von dort über eine Rückströmleitung zu einem Kühler gefördert, der mit einem elektrisch angetriebenen Gebläse zusammenarbeitet. Außerdem kann an dem Kühlkreislauf ein Heizkreislauf einer Fahrzeugheizung oder Klimaanlage angeschlossen sein.
In der Regel verbindet im Kühlkreislauf eine Bypassleitung die Rückströmleitung mit der Zulaufleitung. Sie überbrückt den Kühler und mündet stromaufwärts der Wasserpumpe in die Zulaufleitung. An der Abzweigung der Bypassleitung von der Rücklaufleitung ist ein Dreiwegeventil angeordnet, welches den Kühlflüssigkeitsstrom regelt und thermostatisch oder von einer Steuereinheit gesteuert wird. Die Steuereinheit ist über Signalleitungen mit zahlreichen, unterschiedlichen Sensoren verbunden, welche die Betriebsparameter und Umgebungsparameter der Hubkolbenbrennkraftmaschine und des Kühl- bzw. Heizkreislaufs erfassen. Aus diesen Eingangsgrößen wird eine Stellgröße für das Dreiwegeventil ermittelt und somit die Durchflußmenge der Kühlflüssigkeit zum Kühler bzw. über die Bypassleitung bestimmt.
Aus der US 5 121 714 A ist ein Kühlkreislauf bekannt, in dem sich die Zulaufleitung in zwei Einlassleitungen verzweigt, wobei die eine Einlassleitung im Bereich des Zylinderkopfs und die andere im Bereich des Zylinderblocks in die Hubkolbenbrennkraftmaschine mündet. Zudem wird der Kühlflüssigkeitsstrom über ein Ventil geregelt, welches in der Einlassleitung zum Zylinderblock angeordnet ist. Die Ventilstellung wird durch eine Steuereinheit geregelt, welche unter anderem Temperaturmessungen an der Hubkolbenbrennkraftmaschine auswertet. Ein erster Temperaturfühler misst die Temperatur der abfließenden Kühlflüssigkeit, welche Aufschluss über die Kühlung der Hubkolbenbrennkraftmaschine insgesamt gibt. Ein zweiter Temperaturfühler misst die Temperatur des Maschinenöls, wodurch die Kühlung im Bereich des Zylinderblocks ermittelt wird.
Entsprechend den Messdaten wird das Ventil eingestellt, so dass genau bestimmte Teilmengen über die getrennten Einlassleitungen zum Zylinderkopf bzw. zum Zylinderblock strömen. Durch das separate Anströmen, gelangt die Kühlflüssigkeit zwar zielgerichtet in die beiden Bereiche, wird aber später wieder vermengt, da die Kühlkanäle einen Volumenstrom zwischen den Bereichen und damit einen Austausch von Kühlflüssigkeit zulassen. Temperaturmessungen der vermischten Kühlflüssigkeit stellen nicht die tatsächlichen Betriebszustände in den einzelnen Bereichen der Hubkolbenbrennkraftmaschine dar, und die Regelung des Kühlkreislaufs ist nicht genau auf deren spezielle Temperaturverhältnisse abgestimmt.
Vorteile der Erfindung
Nach der Erfindung sind die Kühlflüssigkeitsräume des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks voneinander getrennt und über getrennte Auslassleitungen an einer gemeinsamen Rückströmleitung angeschlossen. Die Kühlflüssigkeitsströme fließen über getrennte Einlassleitungen, in denen jeweils ein Regelventil vorgesehen ist, in die beiden Bereiche der Hubkolbenbrennkraftmaschine und werden auch während des Kühlvorgangs nicht vermischt. Zudem verlassen sie die Hubkolbenbrennkraftmaschine ebenfalls über separate Auslassleitungen.
Temperaturmessungen in der Auslassleitung des Zylinderkopfs bzw. des Zylinderblocks repräsentieren in diesem Fall den jeweiligen Kühlvorgang unverfälscht. Indem die Messergebnisse in einer Steuereinheit zu Stellgrößen für die Regelventile in den Einlassleitungen der getrennten Bereiche verarbeitet werden, ist es möglich, die durchfließende Kühlflüssigkeitsmenge effizient auf den zu kühlenden Bereich einzustellen. Zudem kann der Bereich des Zylinderkopfs durch einen erhöhten Kühlflüssigkeitsdurchfluss in einem optimalen Temperaturbereich gehalten werden, ohne dass der Zylinderblock, welcher in der Regel nicht so stark gekühlt werden muss, ebenfalls von der Kühlflüssigkeit umströmt wird.
Die Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, dass die beiden Regelventile in den Einlassleitungen einzeln oder gemeinsam ansteuerbar sind, so dass neben der bedarfsgerechten Drosselung des Kühlflüssigkeitsstroms zu einem der beiden, getrennten Bereiche der Hubkolbenbrennkraftmaschine in vielen Betriebspunkten auch der gesamte Volumenstrom der Kühlflüssigkeit reduziert wird, was bei bekannten Kühlkreisläufen nicht möglich ist. Alternativ können die beiden Regelventile anstatt in den Einlassleitungen in den Auslassleitungen angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Kühlflüssigkeitsregelung bewirkt, dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine schnell ihre optimale Betriebstemperatur erreicht und über weite Betriebsbereiche beibehält. Dadurch werden der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission gesenkt.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Die einzige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 ist an einem Kühlkreislauf 16 angeschlossen. Eine Wasserpumpe 18 fördert Kühlflüssigkeit über eine Druckleitung 32 zur Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 und von dort durch eine Rückströmleitung 26 zu einem Kühler 20, der mit einem Lüfter 24 zusammenarbeitet. Vom Kühler 20 strömt die Kühlflüssigkeit durch eine Saugleitung 30 zur Wasserpumpe 18 zurück. Die Kühlflüssigkeitsströmung ist durch Pfeile angedeutet.
Die Druckleitung 32 verzweigt sich in eine erste Einlassleitung 34, die zu einem Zylinderkopf 12 der Brennkraftmaschine 10 führt, und in eine zweite Einlassleitung 36, die zu einem Zylinderblock 14 der Brennkraftmaschine 10 führt. Der Zylinderkopf 12 und der Zylinderblock 14 besitzen nicht näher dargestellte, getrennte Kühlflüssigkeitsräume. Die Trennung ist durch eine gestrichelte Linie 46 angedeutet. Der Zylinderkopf 12 ist über eine erste Auslassleitung 38 und der Zylinderblock 14 über eine zweite Auslassleitung 40 mit der gemeinsamen Rückströmleitung 26 verbunden. Durch die getrennte Kühlflüssigkeitsströmung im Zylinderkopf 12 und im Zylinderblock 14 ist die Temperatur der Kühlflüssigkeit in den Auslassleitungen 38, 40 repräsentativ für den Wärmeanfall und die Kühlvorgänge im Zylinderkopf 12 bzw. im Zylinderblock 14. Nicht näher dargestellte Sensoren in den Auslassleitungen 38, 40 können zusammen mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten Steuereinheit und der Regelventile 42, 44 in den Einlassleitungen 34, 36 das Temperaturverhalten im Zylinderkopf 12 und im Zylinderblock 14 präzise bestimmen.
In der Regel genügt ein erstes Regelventil 42, das in der ersten oder zweiten Einlassleitung 34, 36 angeordnet ist. Durch die Ansteuerung dieses Regelventils 42 wird der Volumenstrom durch die entsprechende Einlassleitung 34 bzw. 36 gedrosselt, während der restliche, von der Wasserpumpe 18 geförderte Volumenstrom durch die andere Einlassleitung 34 bzw. 36 strömt. Durch die Anordnung von einem ersten Regelventil 42 in der ersten Einlassleitung 34 und einem zweiten Regelventil 44 in der zweiten Einlassleitung 36 kann der gesamte Volumenstrom sowohl auf die beiden Einlassleitungen 34 und 36 aufgeteilt als auch gedrosselt werden, so dass die durch die Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 strömende Kühlflüssigkeitsmenge in Betriebsbereichen mit einem geringen Wärmeanfall reduziert werden kann. Anstatt auf der Zuströmseite der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 können das erste und zweite Regelventil 42, 44 auf der Abströmseite in den Auslassleitungen 38, 40 angeordnet werden.
Im übrigen kann der Kühlkreislauf 16 einen üblichen Aufbau haben, bei dem zwischen der Rückströmleitung 26 und der Saugleitung 30 parallel zum Kühler 20 eine Bypassleitung 28 und ein Heizwärmetauscher 22 geschaltet sind. Ein drittes Regelventil 48, das als Thermostatventil oder als ein von der Steuereinheit ansteuerbares Ventil ausgebildet ist, regelt den Durchfluss durch den Heizwärmetauscher 22, die Bypassleitung 28 und den Kühler 20. Zusätzlich kann der Kühlkreislauf 16 noch weitere Wärmetauscher für Arbeits- und Hilfsaggregate umfassen.
Bezugszeichen
10
Hubkolbenbrennkraftmaschine
12
Zylinderkopf
14
Zylinderblock
16
Kühlkreislauf
18
Wasserpumpe
20
Kühler
22
Heizwärmetauscher
24
Lüfter
26
Rückströmleitung
28
Bypassleitung
30
Saugleitung
32
Druckleitung
34
erste Einlassleitung
36
zweite Einlassleitung
38
erste Auslassleitung
40
zweite Auslassleitung
42
erstes Regelventil
44
zweites Regelventil
46
Linie
48
drittes Regelventil

Claims (4)

  1. Durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) mit einem Zylinderkopf (12) und einem Zylinderblock (14), deren Kühlflüssigkeitsräume über getrennte Einlassleitungen (34, 36) an einem Kühlkreislauf (16) angeschlossen sind, der mindestens eine Wasserpumpe (18), einen Kühler (20) mit einem Lüfter (24) enthält, wobei die Wasserpumpe (18) über eine Druckleitung (32) Kühlflüssigkeit zu den Einlassleitungen (34, 36) fördert und mindestens in einer Einlassleitung (34, 36) ein Regelventil (42) angeordnet ist, das den Volumenstrom in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeitsräume des Zylinderkopfs (12) und des Zylinderblocks (14) voneinander getrennt und über getrennte Auslassleitungen (38, 40) an einer gemeinsamen Rückströmleitung (26) angeschlossen sind.
  2. Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Einlassleitungen (34, 36) jeweils ein Regelventil (42, 44) vorgesehen ist.
  3. Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Regelventile (42, 44) einzeln oder gemeinsam ansteuerbar sind.
  4. Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelventile (42, 44) anstatt in den Einlassleitungen (34, 36) in den Auslassleitungen (38, 40) angeordnet sind.
EP20020007810 2001-04-24 2002-04-06 Durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine Expired - Lifetime EP1253303B1 (de)

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