EP1832730A2

EP1832730A2 - Turbolader mit Konvektionskühlung

Info

Publication number: EP1832730A2
Application number: EP07004656A
Authority: EP
Inventors: Siegfried Sieben
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: ATE510115T1; EP1832730B1; DE102006010470A1; EP1832730A3

Abstract

Ein Verbrennungsmotor (15) mit einem Turbolader (1), mit einem Kühlmittelkreislauf und mit einem Ausgleichsbehälter (9) hat eine Wasserpumpe (18) zur Umwälzung des Kühlmittels. Ein Radiator (26) ist zur Abkühlung des Kühlmittels in den Kühlmittelkreislauf eingeschlossen und der Turbolader (1) ist an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Dabei zweigt ein Turbolader-Vorlauf (2) zwischen einem Wasserpumpen-Ausgangsanschluss (21; 22) und einem Radiator-Vorlauf (25) vom Kühlmittelkreislauf ab. Ein Turbolader-Rücklauf (3) mündet in einem Bereich des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Radiator-Rücklauf (27) und einem Wasserpumpen-Eingangsanschluss (20). Der Turbolader-Rücklauf (3) steht über eine Entgasungsleitung (8) mit dem Ausgleichsbehälter (9) in Verbindung. Dabei liegt der Wasserstand (10) des Ausgleichsbehälters (9) höher als der Turbolader-Rücklauf (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, mit einem Kühlwasserkreislauf und:mit einem Ausgleichsbehälter für den Kühlwasserkreislauf.
Ein solcher Verbrennungsmotor ist in der US 4 561 387 gezeigt. Bei diesem Verbrennungsmotor ist von Nachteil, dass Beschädigungen des Turboladers vorkommen können, wenn das dort vorgesehene Magnetventil zwischen Ausgleichsbehälter und Turbolader Funktionsstörungen aufweist.
Die US 4 107 927 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, der in den Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors eingeschlossen ist. Konstruktive Anforderungen stehen einer Verwirklichung dieses Konzepts in modernen Verbrennungsmotoren entgegen.
Die JP 2 045 617 zeigt eine Vorrichtung, bei der nach dem Abschalten der Zündung eines Verbrennungsmotors dieser noch eine bestimmte Zeit im Leerlauf betrieben wird, bis der Turbolader ausreichend gekühlt worden ist. Hierfür sind Sensoren und Elektronik erforderlich. :
Die JP 5 9224 414 zeigt einen Verbrennungsmotor, der einen zusätzlichen separaten Kühlkreisläuf inklusive Radiator für das Kühlen von Turbolader und Zylinderkopf aufweist. Der Motorblock des Verbrennungsmotors wird in einem Primärkühlkreislauf gekühlt.
Die DE 2 825 945 zeigt einen Verbrennungsmotor, bei dem der Turbolader bei laufendem Motor mit einem von der Wasserpumpe erzeugten Druck mit Kühlflüssigkeit versorgt wird. Nach dem Abschalten des Motors stoppt der Kühlwasserkreislauf, was zu einer Überhitzung des Turboladers führen kann.
Eine der Erfindung zugrunde liegenden Problematik liegt darin, unmittelbar nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors eine ausreichende Kühlung des Turboladers sicherzustellen. Wird dies nicht sichergestellt, dann können sich Beschädigungen ergeben, wie im Stand der Technik näher beschrieben ist.
Die Erfindung geht somit von der Aufgabe aus, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, bei dem der Turbolader stets ausreichend gekühlt wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung stellt einen Turbolader bereit, dessen Turbolader-Vorlauf zwischen dem Wasserpumpen-Ausgangsanschluss und dem Radiator-Vorlauf vom Kühlwasserkreislauf abzweigt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Turbolader mit unter Druck stehendem Kühlwasser versorgt wird. Dadurch ist eine gute Kühlung des Turboladers im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors gewährleistet.
Der Turbolader-Rücklauf mündet dabei in einem Bereich des Kühlwasserkreislaufs zwischen dem Radiator-Rücklauf und dem Wasserpumpen-Eingangsanschluss in den Kühlwasserkreislauf. Dadurch wird der Turbolader mit Unterdruck beaufschlagt, der von der Wasserpumpe erzeugt wird. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Durchströmung des Turboladers mit Kühlwasser.
Zur Verbesserung der Kühlung des Turboladers bei abgestelltem Motor, wenn die Wasserpumpe kein Kühlwasser fördert, steht der Turbolader-Rücklauf über eine Entgasungsleitung mit dem Ausgleichsbehälter in Verbindung. Dabei liegt der Wasserstand des teilweise mit Luft gefüllten Ausgleichsbehälters geodätisch höher als der Turbolader-Rücklauf. Durch diese Ausgestaltung ist gewährleistet, dass eine Strömung in Gang kommt, die den Turbolader kühlt, auch wenn die Wasserpumpe keine Kühlflüssigkeit fördert. Dies auf einen Konvektionseffekt zurückgeführt. Des Weiteren wird der im Turbolader-Wasserraum erzeugte Dampf zum Ausgleichsbehälter abgeführt.
Ohne diesen Entgasungsschlauch würde sich der Turbolader-Wasser-raum mit Dampf füllen und die Kühlung würde unterbrochen werden. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird sichergestellt, dass der Turbolader bei einer Nachhitze bei abgestelltem Motor sicher gekühlt wird. Die Kühlungswirkung ähnelt dabei der Funktionsweise einer Kaffeemaschine, bei der ein Wasserdampf-Wasser-Gemisch aufgrund einer Erwärmung nach oben geführt wird. Der am unteren Niveau wirkende Gegendruck, der das Hochfördern ermöglicht, wird gemäß der Erfindung durch das am Turbolader-Vorlauf anstehende Wasservolumen gebildet.
Die Erfindung lässt sich auch dadurch umsetzen, dass der Turbolader-Vorlauf über eine Entgasungsleitung mit dem Ausgleichsbehälter in Verbindung steht. Dann muss der Wasserstand des Ausgleichsbehälters höher liegen, als der Turbolader-Vorlauf. Das sich beim Abstellen des Verbrennungsmotors im Turbolader im Wasserraum entstehende Gas in Form von Wasserdampf wird dann über die Entgasungsleitung in den Ausgleichsbehälter entlassen, während der Wasseranteil in denjenigen Bereich des Kühlwasserkreislaufs zurückgeführt wird, der mit dem Turbolader-Vorlauf in Verbindung steht.
Abweichend davon wäre es auch möglich, den Turbolader-Vorlauf mit einem Schlauch an den Radiator-Rücklauf anzuschließen, wobei der Turbolader-Rücklauf mit einem Schlauch an den Ausgleichsbehälter angeschlossen wird. Ebenso ist es möglich, den Turbolader-Vorlauf mit einem Schlauch an den Kühlwasserkreislauf im Verbrennungsmotor anzuschließen, wobei der Turbolader-Rücklauf mit einem Schlauch an den Ausgleichsbehälter angeschlossen ist.
Weiterhin ist es möglich, den Turbolader-Vorlauf mit einem Schlauch an den Wasserkreislauf im Verbrennungsmotor anzuschließen, während der Turbolader-Rücklauf mit einem Schlauch an das Thermostatgehäuse bzw. an die Saugseite der Wasserpumpe angeschlossen wird. Diese Ausführungsform kann auch mit einer elektrischen Zusatzpumpe im Vorlauf-Schlauch des Turboladers ausgestaltet werden.
Diese von der Erfindung abweichenden Ausgestaltungen haben sich nicht bewährt. Bei manchen dieser Ausgestaltungen ist der Wasser-durchsatz über den Turbolader wegen eines zu geringen Differenzdrucks zwischen dem Kühlerausgang und dem Ausgleichsbehälter zu gering. Bei stehendem Motor ist die Kühlung des Turboladers schwach, weil Schläuche bedingt durch Anforderungen konstruktiver Art und der Entgasungssituation ungünstig verlegt werden müssen. Wenn der Ausgleichsbehälter mit in den Kühlungskreislauf des Turboladers einbezogen wird, müssen dort aufwändige Zusatzmaßnahmen getroffen werden, um eine Verschäumung zu vermeiden. Solche Zusatzmaßnahmen führen wiederum zur Erhöhung des Strömungswiderstands im Ausgleichsbehälter, was die Kühlung des Turboladers bei stehendem Motor verschlechtert. Wenn der Turbolader zwangsweise von der Wasserpumpe des Kühlungskreislaufs mit beaufschlagt wird, dann ergibt sich zwar ein hoher Wasserdurchsatz und eine gute Kühlung bei laufendem Motor. Jedoch ist die Kühlung bei stehendem Motor so schlecht, dass sich häufig Turbolader-Schäden einstellen. Eine dafür vorgesehene Zusatzpumpe ist kostenaufwändig und störungsanfällig und sollte daher vermieden werden.
Die Erfindung geht mit einer geschickten Kombination von Maßnahmen einen anderen Weg, was in einer zuverlässigen Kühlung des Turboladers sowohl im Betrieb des Verbrennungsmotors als auch nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors resultiert. Unzulässige Temperaturen werden vermieden, ebenso eine unerwünschte Ölverkokung in den Lagern des Turboladers und damit ein erhöhter Verschleiß. Mit der Erfindung können die Anforderungen an die Randbedingungen für den Betrieb eines Turboladers auf einfache Weise erfüllt werden, so dass etwaige Schäden am Turbolader auf Ursachen zurückgeführt werden können, die mit der Fertigung des Turboladers zusammenhängen. Die Erfindung verzichtet auf zusätzliche bewegte Teile wie beispielsweise einer Nachhitzepumpe, weiterhin werden Überdrücke im Kühlsystem vermieden, die zu einem Wasserdampfaustritt und gegebenenfalls zu einem Kühlwas-serverlust führen können.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Turbolader-Vorlauf an einen im Bereich eines Motorblocks des Verbrennungsmotors verlaufenden Kühlmittelkanal oder gar an einen an einen im Motorblock selbst verlaufenden Kühlmittelkanal angeschlossen ist. Dadurch ergibt sich regelmäßig eine zuverlässige Durchströmung des Turboladers mit Kühlmittel, das mit hohem Druck durch solche Kanäle gepumpt wird, um eine gute Kühlung des Motorblocks sicherzustellen.
Abweichend davon kann der Turbolader-Vorlauf auch an ein am Motorblock angebautes Thermostatgehäuse angeschlossen ist, sein. Dies stellt eine einfache Konstruktion und Endmontage sicher.
Besonders bei engem Bauraum kann der Turbolader-Rücklauf in einen weiterhin an den Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Heizradiator-Rücklauf münden. Bei bestimmten Ausführungsformen wird dadurch eine gute Beaufschlagung des Turboladers nach dem Abstellen des Motors gewährleistet, wenn der Turbolader über seinen Turbolader-Rücklauf mit Kühlwasser aus dem Heizsystem versorgt wird.
Es hat sich bewährt, den Turbolader-Rücklauf dabei zwischen einem Punkt, an dem der Heizradiator-Rücklauf in einen Heizradiator mündet, und einem Punkt vorzusehen, in dem der Heizradiator-Rücklauf in einem Thermostat mündet, an den Heizradiator-Rücklauf (37) angeschlossen ist, und zwar besonders für den Fall, dass der Thermostat im Wasserpumpenzulauf angeordnet ist.
Der Turbolader-Rücklauf kann aber auch in einen weiterhin an den Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Wasserpumpen-Rücklauf oder in einen weiterhin an den Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Ölkühler-Vorlauf münden. Je nach Bauraum kann dies erforderlich sein, um geringe Abmessungen des Kühlsystems zu erhalten.
Es soll angestrebt werden, die Entgasungsleitung möglichst im Bereich des höchsten Punkts der Verbindungsleitung zwischen Turbolader-Rücklauf und Kühlmittelkreislauf von der Verbindungsleitung abzweigen zu lassen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich Luftblasen leicht von der Kühlflüssigkeit trennen ohne dass z.B. die Konvektionsströmung durch die Luftblasen behindert wird. Je nach Ausgestaltung des Kühlsystems kann es dabei notwenig sein, dass die Entgasungsleitung im Bereich des höchsten Punkts der Verbindungsleitung zwischen Turbolader-Rücklauf und Kühlmittelkreislauf bzw. zwischen Turbolader-Vorlauf und Kühlmittelkreislauf von dieser Verbindungsleitung abzweigt.
Die Erfindung kann auch bei Verbrennungsmotoren angewendet werden, bei denen die Durchströmung des Turboladers mit Drosseln begrenzt wird, besonders, wenn der Turbolader nahe des Ausgangsanschlusses der Wasserpumpe angeschlossen ist. Dann kann es nötig sein, die Leitung zum Turbolader-Vorlauf, die Leitung vom Turbolader-Rücklauf und die Entgasungsleitung mit je einer Drossel zur Einstellung des Strömungswiderstands für die Kühlflüssigkeit zu versehen, um die Durchströmung der anderen Komponenten des Kühlsystems mit Kühlflüssigkeit sicherzustellen.
Die Erfindung ist auch in einem Kraftfahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor verwirklicht.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht.

Figur 1: zeigt eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung gekühlten Turboladers,
Figur 2: zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufs eines Verbrennungsmotors, an dem die Erfindung verwirklicht ist,
Figur 3: zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlmittelkreislaufs eines weiteren Verbrennungsmotors, an dem die Erfindung verwirklicht ist.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Kühlung eines Turboladers 1 eines in dieser Ansicht nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Kühlkreislauf.
Der Turbolader 1 verfügt über einen Turbolader-Vorlauf 2 und über einen Turbolader-Rücklauf 3. Dabei ist eine Vorlaufleitung 4 zwischen einem Wasserpumpen-Ausgangsanschluss und einem Radiator-Vorlauf an den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen. An den Turbolader-Rücklauf 3 ist eine Ausgangsleitung 5 angeschlossen, die zu einem T-Stück 6 führt. Einer der beiden anderen Anschlüsse des T-Stücks 6 ist mit einer Rücklaufleitung 7 verbunden, die in einem Bereich des Kühlmittelkreislaufs zwischen dem Radiator-Rücklauf und dem Wasserpumpen-Eingartgsanschluss am Verbrennungsmotor mündet. Der verbleibende Anschluss des T-Stücks 6 ist mit einer Entgasungsleitung 8 verbunden, die zu einem Ausgleichsbehälter 9 führt, und zwar oberhalb eines Wasserspiegels 10 im Ausgleichsbehälter 9. An der Unterseite des Ausgleichsbehälters 9 ist eine Ausgleichsleitung 11 angeschlossen, die zum Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors führt.
Wie man in dieser Ansicht besonders gut sieht, liegt der Wasserspiegel 10 oberhalb des Turboladers 1.
Im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors wird der Turbolader 1 mit Druckwasser versorgt, und zwar über die Vorlaufleitung 4 und über die Rücklaufleitung 7. Wird der Verbrennungsmotor abgestellt, dann bilden sich aufgrund der hohen Temperaturen des Turboladers 1 Gasblasen im Inneren des Turboladers 1. Dies ist in Fig. 1 durch eingezeichnete Gasblasen in der Ausgangsleitung 5 und im Turbolader 1 veranschaulicht. Aufgrund der Gasblasen wird das sich im Inneren des Turboladers 1, in der Vorlaufleitung 4 und in der Ausgangsleitung 5 befindliche Kühlmittel nach oben gefördert, und zwar bis in den Bereich des T-Stücks 6, das vorteilhafterweise an einem relativ hoch gelegenen Punkt von Ausgangsleitung 5 und Rücklaufleitung 7 angeordnet ist. Am T-Stück 6 trennen sich die Gasblasen vom Kühlmittel, denn diese entweichen durch die Entgasungsleitung 8 in den Ausgleichsbehälter 9. Dort kondensiert der in den Gasblasen enthaltene Wasserdampf und das auskondensierte Kühlmittel wird in den Kühlkreislauf zurückgeführt. Ebenso wird mit den Gasblasen mitbefördertes Kühlmittel in den Ausgleichsbehälter 9 und damit in den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors zurückgeführt.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Kühlsystems eines Verbrennungsmotors 15, an dem der in Figur 1 beschriebene Turbolader vorgesehen ist. Der Verbrennungsmotor 15 ist hier als V-Motor mit einer ersten Zylinderreihe 16 und mit einer zweiten Zylinderreihe 17 ausgebildet. Eine Wasserpumpe 18 mit einem Wasserpumpen-Eingangsanschluss 20, mit einem ersten Wasserpumpen-Ausgangsanschluss 21 für die erste Zylinderreihe 16 und mit einem zweiten Wasserpumpen-Ausgangsanschluss 22 für die zweite Zylinderreihe 17.
Der Kühlmittelstrom im Verbrennungsmotor 1, der durch die Wasserpumpe 18 erzeugt wird, ist mit Richtungspfeilen veranschaulicht.
Die Kühlmittelausgänge der ersten Zylinderreihe 16 und der zweiten Zylinderreihe 17 werden in einer Stegleitung 23 zusammengeführt. Von dort tritt der Kühlwasserstrom in eine Radiator-Zulaufleitung 24 aus und in einen Radiator-Vorlauf 25 eines Radiators 26 ein. Im Radiator 26 ist ein Radiator-Rücklauf 27 vorgesehen, der über eine Radiator-Rücklaufleitung 28 mit einem Thermostaten 29 verbunden ist. Vom Thermostat 29 führt eine Wasserpumpenleitung 30 zur Wasserpumpe 18 zurück. Eine Kurzschlussleitung 31 verbindet den Thermostaten 29 mit der Stegleitung 23.
Durch diese Anordnung.ist der Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors 15 vorgegeben.
Beim Start des Verbrennungsmotors 15 in kaltem Zustand verschließt der Thermostat 29 die Verbindung zwischen Radiator-Rücklaufleitung 28 und Thermostaten 29. Gleichzeitig wird die Verbindung zwischen der Kurzschlussleitung 31 und dem Thermostaten 29 geöffnet. Kühlmittel zirkuliert daraufhin von der Wasserpumpe 18 in die erste Zylinderreihe 16, in die zweite Zylinderreihe 17 und in die Stegleitung 23. Von dort wird das Kühlmittel in die Kurzschlussleitung 31, zum Thermostaten 29 und -von dort über die Wasserpumpenleitung 30 zurück zur Wasserpumpe 18 geführt.
Wenn sich das Kühlmittel erwärmt, dann verschließt der Thermostat 29 die Verbindung zwischen der Kurzschlussleitung 31 und dem Thermostat 29, gleichzeitig wird die Verbindung zwischen der Radiator-Rücklaufleitung 28 und dem Thermostat 29 geöffnet. Das Kühlmittel strömt daraufhin von der.Stegleitung 23 in die Radiator-Zuführleitung 24 und in den Radiator-Vorlauf 25. Es wird im Radiator 26 abgekühlt und nimmt seinen Weg über den Radiator-Rtlcklauf 27 und die Radiator-Rücklaufleitung 28 zum Thermostat 29. Von dort wird es über die Wasserpumpenleitung 30 zurück zur Wasserpumpe 18 gefördert.
An den oben stehend beschriebenen Kühlkreislauf sind mehrere Zusatzeinheiten angeschlossen, wie ein Ölkühler 32, ein Heizungsradiator 33, der Ausgleichsbehälter 9 und der Turbolader 1. Dabei wird der Ölkühler 32 über eine Olkühler-Zulaufleitung 34 mit Kühlmittel aus der Radiator-Zuführleitung 24 versorgt. Das im Ölkühler 32 erwärmte Kühlmittel wird über eine Ölkühler-Ablaufleitung 35 in die Radiator-Rücklaufleitung 28 zurückgeführt.
Der Heizungsradiator 33 wird mit Kühlmittel versorgt, das an einer Stelle der Stegleitung 23 entnommen ist. Von dort wird es über eine Heizungsradiator-Zuführleitung 36 zum Heizungsradiator 33 geführt. Das im Heizungsradiator 33 abgekühlte Kühlmittel wird über eine Heizungsradiator-Rückführleitung 37 zum Thermostat 29 zurückgeführt. Von der Heizungsradiator-Rückführleitung 37 zweigt eine Ausgleichsleitung 38 zur Unterseite des Ausgleichsbehälters 9 ab. Weiterhin ist die Rücklaufleitung 7 vom T-Stück 6 an die Heizungsradiator-Rückführleitung 37 angeschlossen.
Eine Entlüftungsleitung 39 erstreckt sich zwischen der Stegleitung 23 und dem Ausgleichsbehälter 9, wobei das dem Ausgleichsbehälter 9 zugewandte Ende der Entlüftungsleitung 39 in eine oberhalb des Wasserspiegels 10 mündende Gasleitung 40 und in eine unterhalb des Wasserspiegels 10 mündende Kühlmittelleitung 41 gabelt.
Die Vorlaufleitung 4 zum Turbolader 1 ist an einem Kühlmittelaustritt 42 zweiten Zylinderreihe 17 an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen. Mit einer richtig zu dimensionierenden Vorlaufdrossel 43 wird der Strömungswiderstand der Vorlaufleitung 4 so eingestellt, dass der Turbolader 1 beim normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 15 ausreichend mit Kühlmittel versorgt wird. Mit einer Entgasungsdrossel 44 in der Entgasungsleitung 8 ist deren Strömungswiderstand eingestellt. Dabei hat die Entgasungsdrossel 44 im Betrieb des Verbrennungsmotors 15 die Aufgabe, das übermäßige Zuströmen von Kühlmittel vom Turbolader-Rücklauf 3 zum Ausgleichsbehälter 9 entgegenzuwirken. Bei stehendem Verbrennungsmotor 15, wenn sich Gasblasen im Turbolader 1 bilden, bewirkt die Entgasungsdrossel 44, dass vor allen Dingen Wasserdampf in den Ausgleichsbehälter 9 entweicht und nicht so sehr Kühlmittel.
In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Gestaltung aus Figur 2 im Wesentlichen übernommen werden. In von der in Figur 2 gezeigten Darstellung wird die Rücklaufleitung 7 nicht an der Heizungsradiator-Rückführleitung 37 angeschlossen, sondern am Thermostat 29, an der Wasserpumpenleitung 30 oder gleich unmittelbar an der Wasserpumpe 18. Die Vorlaufleitung 4 kann auch an der Stegleitung 23 oder an der Radiator-Zuführleitung 24 angeschlossen werden. Die Vorlaufdrossel 43 und die Entgasungsdrossel 44 können auch als variabel einstellbare Drosseln ausgebildet werden.
In einem weiteren hier nicht gezeigten Beispiel, bei dem ein Thermostat nicht am Motoreingang angeschlossen ist, wie in Figur 2, sondern vielmehr am Motorausgang, kann die Rücklaufleitung 7 an der Radiator-Rücklaufleitung 28 angeschlossen werden.
Mit den vorstehenden Varianten ist gewährleistet, dass der Turbolader 1 stets mit Kühlmittel durchströmt wird, wobei es nicht von Bedeutung ist, welche Leitungen der Thermostat 29 gerade öffnet oder sperrt.
In einem weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel liegen in der in Figur 2 gezeigten Darstellung die Punkte, an denen die Rücklaufleitung 7 und die Heizungsradiator-Rückführleitung 37 in die Ausgleichsleitung 38 münden, möglichst nahe beieinander. Dadurch wird bei hohen Motordrehzahlen eine Rückströmung in der Leitung 38 vermindert bzw. ganz vermieden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Verbrennungsmotors 45, der als Reihenvierzylinder mit einer einzigen Zylinderreihe 46 ausgeführt ist. Teile mit derselben Funktion sind in Figur 3 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in Figur 1 und in Figur 2, jedoch werden diese mit einem Apostroph versehen.
Beim Starten des Verbrennungsmotors 45 in kaltem Zustand ist der Thermostat 29' geschlossen. Das Kühlmittel zirkuliert daher von der Wasserpumpe 18' in die Zylinderreihe 46, von dort in die Heizungsradiator-Zuführleitung 36', durch den Heizungsradiator 33', zurück in die Heizungsradiator-Rückführleitung 37', von dort in den Ölkühler 32' und zurück in den Wasserpumpen-Eingangsanschluss 20'. Dabei strömt Kühlmittel vom Thermostat 29' "zum T-Stück 6' und von dort über die Vorlaufleitung 4' zum Turbolader 1' . Das Kühlmittel im Turbolader 1' wird über die Ausgangsleitung 5' in die Radiator-Rücklaufleitung 28 gesaugt, und zwar aufgrund der Wirkung der Wasserpumpe 18', die über den Ölkühler 32' mit der Radiator-Rücklaufleitung 28' in Verbindung steht.
Öffnet sich bei einer Erwärmung des Kühlmittels der Thermostat 29, dann wird der Weg über die Radiator-Zuführleitung 24' zum Radiator 26' freigegeben. An der Durchströmung des Turboladers 1' ändert sich daran nichts.
Beim Abstellen des Verbrennungsmotors 45 wird die Durchströmung des Turboladers 1' vom Turbolader-Vorlauf 2' zum Turbolader-Rücklauf 3' beendet. Im Inneren des Turboladers 1' bilden sich Gasblasen, die über den Turbolader-Vorlauf 2' zum T-Stück 6' und von dort über die Entgasungsleitung 8' zur Oberseite des Ausgleichsbehälters 9' entweichen.
Das entweichende Gasblasen/Kühlmittel-Gemisch wird durch die Ausgangsleitung 5' nachströmendes Kühlmittel ersetzt.
Bei dieser Gestaltung ist die Durchströmungsrichtung des Turboladers 1' im normalen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 45 umgekehrt zu der Durchströmung mit Kühlmittel bei abgestelltem Verbrennungsmotor, wenn sich Gasblasen im Inneren des Turboladers 1' bilden. Hierzu kann die Öffnung für den Turbolader-Vorlauf 2' auf einer geodätisch größeren Höhe angeordnet als diejenige für den Turbolader-Rücklauf 3'. Der Wasserspiegel 10' liegt dann auf einer größeren Höhe als der Turbolader-Rücklauf 3'. Dadurch sind eine Versorgung und ein Nachschub von Kühlmittel zum Turbolader 1' gewährleistet, wenn sich darin befindliches Kühlmittel aufgrund einer Gasblasenbildung in den Ausgleichsbehälter 9' entleert.
Anders als in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 und Figur 2 stellt sich auch nicht eine kontinuierliche Konvektionsströmung ein, wenn sich Gasblasen im Inneren des Turboladers 1' bilden. Nicht nur deswegen, sondern auch wegen der durch die Vorlaufdrossel 43' begrenzten Durchströmung des Turboladers 1' bietet sich diese Ausführung bei Turboladern ein, die nur begrenzt thermisch belastet sind. Dafür hat diese Ausführungsform Vorteile im Hinblick auf eine Kompaktheit bei der Anordnung der für den Kühlmittelkreislauf vorgesehenen Bauteile. Eine besonders Platz sparende Bauweise ist hiermit ermöglicht.
In einer weiteren, hier nicht gezeigten, jedoch besonders Platz sparenden Ausführungsform ist die Ausgangsleitung 5' am Turbolader-Rücklauf 3' nicht an die Radiator-Rücklaufleitung 28' angeschlossen, sondern an die Heizungsradiator-Rücklaufleitung 37'. An der Durchströmung des Turboladers 1' ändert sich dadurch nichts. Das Kühlmittel im Turbolader 1' wird über die Ausgangsleitung 5' in die Heizungsradiator-Rücklaufleitung 37' gesaugt, und zwar aufgrund der Wirkung der Wasserpumpe 18', die über den Ölkühler 32' mit der Heizungsradiator-Rücklaufleitung 37' in Verbindung steht.

Bezugszeichenliste

1: Turbolader
2: Turbolader-Vorlauf
3: Turbolader-Rücklauf
4: Vorlaufleitung
5: Ausgangsleitung
6: T-Stück
7: Rücklaufleitung
8: Entgasungsleitung
9: Ausgleichsbehälter
10: Wasserspiegel
11: Ausgleichsleitung
15: Verbrennungsmotor
16: Erste Zylinderreihe, Zylinderblock
17: Zweite Zylinderreihe, Zylinderblock
18: Wasserpumpe
20: Wasserpumpen-Eingangsanschluss
21: Erster Wasserpumpen-Ausgangsanschluss
22: Zweiter Wasserpumpen-Ausgangsanschluss
23: Stegleitung
24: Radiator-Zuführleitung
25: Radiator-Vorlauf
26: Radiator
27: Radiator-Rücklauf
28: Radiator-Rücklaufleitung
29: Thermostat
30: Wasserpumpenleitung
31: Kurzschlussleitung
32: Ölkühler
33: Heizungsradiator
34: Ölkühler-Zulaufleitung
35: Ölkühler-Ablaufleitung
36: Heizungsradiator-zuführleitung
37: Heizungsradiator-Rückführleitung
38: Ausgleichsleitung
39: Entlüftungsleitung
40: Gasleitung
41: Kühlmittelleitung
42: Kühlmittelaustritt
43: Vorlaufdrossel
44: Entgasungsdrossel
45: Verbrennungsmotor
46: Zylinderreihe

Claims

Verbrennungsmotor (15; 45) mit einem Turbolader (1; 1'), mit einem Kühlmittelkreislauf und mit einem Ausgleichsbehälter (9; 9') für den Kühlmittelkreislauf,
wobei der Kühlmittelkreislauf die folgenden Merkmale aufweist:
- eine Wasserpumpe (18; 18') mit einem Wasserpumpen-Eingangsanschluss (20, 20') und mit einem Ausgangsanschluss (22, 23; 22') zur Umwälzung des Kühlmittels, wobei der Wasserpumpen-Ausgangsanschluss (22, 23: 22') im Betrieb der Wasserpumpe (18; 18') ein höheres Druckniveau aufweist als der Wasserpumpen-Eingangsanschluss (20, 20'),

- einen Radiator (26; 26') zur Abkühlung des Kühlmittels, wobei der Radiator (26; 26') über einen Radiator-Vorlauf (25; 25') zur Zufuhr von wärmeren Kühlmittel und über einen Radiator-Rücklauf (27; 27') zur Abfuhr von im Radiator (26; 26') abgekühlten Kühlmittel in den Kühlmittelkreislauf eingeschlossen ist,
wobei der Turbolader (1; 1') über einen Turbolader-Vorlauf (2; 2') zur Zufuhr von kühlerem Kühlmittel und über einen Turbolader-Rücklauf (3; 3') zur Abfuhr von im Turbolader (1; 1') erwärmtem Kühlmittel an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, wobei der Turbolader-Vorlauf (2; 2') zwischen dem Wasserpumpen-Ausgangsanschluss (21; 22; 21') und dem Radiator-Vorlauf (25; 25') vom Kühlmittelkreislauf abzweigt und wobei der Turbolader-Rücklauf (3; 3') in einem Bereich des Kühlmittelkreislaufs zwischen dem Radiator-Rücklauf (27; 27') und dem Wasserpumpen-Eingangsanschluss (20; 20') in den Kühlmittelkreislauf mündet und wobei der Turbolader-Rücklauf (3; 3') oder der Turbolader-Vorlauf (2; 2') über eine Entgasungsleitung (8; 8') mit dem Ausgleichsbehälter (9; 9') in Verbindung steht, und wobei der Wasserstand (10; 10') des Ausgleichsbehälters (9; 9') höher liegt als der Turbolader-Rücklauf (3; 3') bzw. der Turbolader-Vorlauf (2; 2').
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader-Vorlauf (2; 2') an einen im Bereich eines Motorblocks (16, 17;16') des Verbrennungsmotors (15; 45) verlaufenden Kühlmittelkanal angeschlossen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader-Vorlauf (2') an ein am Motorblock (16') angebautes Thermostatgehäuse (29') angeschlossen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader-Vorlauf (2) an einen im Motorblock (17) verlaufenden Kühlmittelkanal angeschlossen ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader-Rücklauf (3; 3') in einen weiterhin an den Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Heizradiator-Rücklauf (37; 37') mündet.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader-Rücklauf (3) zwischen einem Punkt, an dem der Heizradiator-Rücklauf (37) in einen Heizradiator (33) mündet, und einem Punkt, in dem der Heizradiator-Rücklauf (37) in einem Thermostat (29) mündet, an den Heizradiator-Rücklauf (37) angeschlossen ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader-Rücklauf in einen weiterhin an den Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Wasserpumpen-Rücklauf mündet.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader-Rücklauf (3') in einen weiterhin an den Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Ölkühler-Vorlauf (28') mündet.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsleitung (8) im Bereich des höchsten Punkts der Verbindungsleitung zwischen Turbolader-Rücklauf (3) und Kühlmittelkreislauf von der Verbindungsleitung abzweigt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsleitung (8') im Bereich des höchsten Punkts der Verbindungsleitung zwischen Turbolader-Rücklauf (3') und Kühlmittelkreislauf bzw. zwischen Turbolader-Vorlauf (2') und Kühlmittelkreislauf von der Verbindungsleitung abzweigt.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung zum Turbolader-Vorlauf, die Leitung vom Turbolader-Rücklauf und/oder die Entgasungsleitung mit je einer Drossel (43, 44; 43', 44') zur Einstellung des Strömungswiderstands für die Kühlflüssigkeit versehen ist.
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.