EP1849973A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1849973A1
EP1849973A1 EP07005564A EP07005564A EP1849973A1 EP 1849973 A1 EP1849973 A1 EP 1849973A1 EP 07005564 A EP07005564 A EP 07005564A EP 07005564 A EP07005564 A EP 07005564A EP 1849973 A1 EP1849973 A1 EP 1849973A1
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coolant
pump
thermostatic valve
housing
combustion engine
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F01P5/12—Pump-driving arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0065—Shape of casings for other machine parts and purposes, e.g. utilisation purposes, safety
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    • F01P5/10—Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • F01P5/12—Pump-driving arrangements
    • F01P2005/125—Driving auxiliary pumps electrically

Definitions

  • the invention relates to a coolant circuit for an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
  • the internal combustion engine has a crankcase and a cylinder head through which a coolant flows.
  • the internal combustion engine has a coolant pump, which is arranged in a pump housing on the crankcase.
  • the coolant pump pumps the coolant through the crankcase and through the cylinder head, where it is heated up and, in the heated state, is conveyed further in the direction of a thermostatic valve, which is arranged in a thermostatic valve housing. Depending on the temperature, the coolant is split by the thermostatic valve into two separate streams.
  • a stream passes heated coolant through a heat exchanger, and in the case of a colder coolant, the second stream directs the cool coolant directly toward the coolant pump.
  • the coolant pump is integrated either in a small coolant circuit and / or in a large coolant circuit with the heat exchanger.
  • the small coolant circuit is used for quick heating of the internal combustion engine
  • the large coolant circuit is used for cooling the internal combustion engine.
  • Object of the present invention is to show a coolant circuit, which is structurally simplified and at the same time has lower flow losses.
  • the coolant pump and the thermostatic valve are arranged in the immediate vicinity of the coolant flow areas of the internal combustion engine, which is kept low during warm-up, so in the small coolant circuit, the required amount of coolant for rapid heating of the engine. This can ultimately be kept short in an advantageous manner, the warm-up phase, which has a positive effect on the friction of the engine and thus also has a favorable effect on fuel consumption.
  • the coolant pump can be driven mechanically and / or electrically or hydraulically.
  • the optimum drive can be used for the construction according to the invention.
  • the storage of the delivery wheel of the coolant pump is in the so-called "dry area". Leaks due to a defective bearing are thus avoided.
  • Fig. 1 shows a horizontal section through a coolant pump 2 with an adjacent crankcase 1 of an inventively constructed Internal combustion engine.
  • a pump housing 2 'and a thermostatic valve housing 3' are mounted to the crankcase 1.
  • a thermostatic valve 3 is arranged in the thermostatic valve housing 3.
  • the pump housing 2' and the thermostatic valve housing 3 ' are in one piece and of the same material in the present exemplary embodiment.
  • a belt pulley 5 for a poly-V belt drive is arranged coaxially around it.
  • a coolant channel 4 which connects the thermostatic valve housing 3 'with the pump housing 2' leading coolant.
  • the coolant pump 2 is driven via a belt pulley 5 arranged radially outside to a bearing 6 of a delivery wheel 2 "of the coolant pump 2.
  • the delivery wheel 2" conveys a coolant radially outwards into coolant channels, which are driven by the internal combustion engine, i. H. are guided by the crankcase and the cylinder head. Subsequently, the heated coolant is conveyed by further coolant channels and hoses, not shown, to a heat exchanger, also not shown, and to the thermostatic valve 3.
  • the thermostatic valve 3 forms a small coolant circuit or a large coolant circuit or a mixed form of both.
  • the coolant flow from the thermostatic valve 3 to the coolant pump 2 is shown schematically in the coolant channel 4 with arrows.
  • FIG. 2 shows a vertical section through the coolant pump 2 and the crankcase 1 of the internal combustion engine designed according to the invention. From Fig. 2 it can be clearly seen how the coming of the thermostatic valve 3 coolant through the coolant passage 4 in the crankcase 1 is axially conveyed to the feed wheel 2 'of the coolant pump 2 and is then further transported radially outward.
  • the coolant flow is as already in Fig. 1 shown schematically by arrows.
  • a spiral-shaped housing, from which it is conveyed by dashed coolant channels further in the direction of the areas of the internal combustion engine, crankcase and cylinder head to be cooled, is arranged radially outside the conveying wheel 2 " 1 are arranged largely geodetically above the coolant channel 4.
  • FIG. 3 the horizontal section through the crankcase 1 and the coolant pump 2 according to Fig. 1 is again shown in three dimensions. All embodiments of FIGS. 1 and 2 thus also apply to FIG. 3.
  • the pump housing 2 'and the thermostatic valve housing 3' as described above, made in one piece, but they can be designed as a separate machine housing.
  • a mechanical drive d. H. in the present case with a poly-V belt drive via a pulley 5
  • an electric or hydraulic or a combined electromechanical drive of the coolant pump 2 is also possible.
  • the storage of the feed wheel 2 "takes place in the pump housing 2 'with the advantage that leakage through the storage in the dry region of the coolant pump 2 in the event of a defect is avoided.

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Abstract

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse (1), mit einer Kühlmittelpumpe (2) in einem Pumpengehäuse (2') und einem Thermostatventil (3) in einem Thermostatventilgehäuse (3'), wobei mit dem Thermostatventil (3) ein aus einem Wärmetauscher und/oder aus der Brennkraftmaschine kommender Kühlmittelstrom temperaturabhängig zu einem Förderrad (2, 2') der Kühlmittelpumpe (2) zuführbar ist, wobei das Pumpengehäuse (2') und das Thermostatventilgehäuse (3') an das Kurbelgehäuse (1) montierbar sind, wobei das Kurbelgehäuse (1) einen Kühlmittelkanal (4) aufweist, der das Pumpengehäuse (2') und das Thermostatventilgehäuse (3') Kühlmittel führend verbindet. Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird eine sehr Platz sparende Kühlmittelpumpen- und Thermostatventilgehäuseanordnung realisiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Sie geht von dem US-Patent 4,212,270 aus. In dieser ist ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Die Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse sowie einen Zylinderkopf auf, die von einem Kühlmittel durchströmt werden. Zur Förderung des Kühlmittels weist die Brennkraftmaschine eine Kühlmittelpumpe auf, die in einem Pumpengehäuse am Kurbelgehäuse angeordnet ist. Die Kühlmittelpumpe pumpt beim Betrieb der Brennkraftmaschine das Kühlmittel durch das Kurbelgehäuse und durch den Zylinderkopf, wo es aufgeheizt wird und in aufgeheiztem Zustand in Richtung eines Thermostatventils, welches in einem Thermostatventilgehäuse angeordnet ist, weiter befördert wird. Temperaturabhängig wird das Kühlmittel vom Thermostatventil in zwei separate Ströme aufgeteilt. Ein Strom leitet erhitztes Kühlmittel durch einen Wärmetauscher und im Falle eines kälteren Kühlmittels leitet der zweite Strom das kühle Kühlmittel direkt in Richtung der Kühlmittelpumpe. Dies bedeutet, dass die Kühlmittelpumpe entweder in einen kleinen Kühlmittelkreislauf und/oder in einen großen Kühlmittelkreislauf mit dem Wärmetauscher eingebunden ist. Der kleine Kühlmittelkreislauf dient zum schnellen Aufheizen der Brennkraftmaschine, der große Kühlmittelkreislauf dient zum Kühlen der Brennkraftmaschine.
  • Nachteilig an der vorliegenden Ausgestaltung sind einerseits der große bauliche Aufwand und andererseits der relativ große Strömungsverlust zwischen dem Thermostatventil und der Kühlmittelpumpe.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlmittelkreislauf aufzuzeigen, der baulich vereinfacht ist und gleichzeitig geringere Strömungsverluste aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
    Darüber hinaus sind die Kühlmittelpumpe und das Thermostatventil in unmittelbarer Nähe der kühlmitteldurchströmten Bereiche der Brennkraftmaschine angeordnet, wodurch im Warmlauf, also im kleinen Kühlmittelkreis, die erforderliche Kühlmittelmenge für ein schnelles Aufheizen der Brennkraftmaschine gering gehalten wird. Dadurch kann letztlich in vorteilhafter Weise die Warmlaufphase kurz gehalten werden, was sich positiv auf die Reibleistung der Brennkraftmaschine und somit auch günstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.
  • Eine weitere bauliche Vereinfachung wird durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 erzielt.
  • Gemäß Patentanspruch 3 kann die Kühlmittelpumpe mechanisch und/oder elektrisch oder hydraulisch angetrieben werden. Somit kann je nach vorliegender Motorperipherie der optimale Antrieb für den erfindungsgemäßen Aufbau verwendet werden.
  • Durch die Förderung des Kühlmittels gemäß Patentanspruch 4 wird eine Platz sparende Bauweise erzielt.
  • Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 befindet sich die Lagerung des Förderrades der Kühlmittelpumpe im sog. "trockenen Bereich". Undichtigkeiten durch ein defektes Lager werden somit vermieden.
  • Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 wird Bauraum vor allem im unteren Bereich der Brennkraftmaschine verbaut, wodurch im oberen Bereich Platz gewonnen wird. Hierdurch können die Kraftfahrzeugkarosserien aerodynamischer ausgestaltet werden oder ein passiver Fußgängerschutz durch mehr Knautschzone verbessert werden kann.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren an einem einzigen bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert:
    • Fig. 1
    zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine Kühlmittelpumpe mit einem angrenzenden Kurbelgehäuse einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brennkraftmaschine;
    Fig. 2
    zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Kühlmittelpumpe und das angrenzende Kurbelgehäuse;
    Fig. 3
    zeigt den horizontalen Schnitt von Fig. 1 in einer dreidimensionalen Darstellung.
  • Für die gleichen Bauteile in den Fig. 1 bis 3 gelten stets die gleichen Bezugszeichen.
  • Fig. 1 zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine Kühlmittelpumpe 2 mit einem angrenzenden Kurbelgehäuse 1 einer erfindungsgemäß aufgebauten Brennkraftmaschine. An das Kurbelgehäuse 1 sind ein Pumpengehäuse 2' sowie ein Thermostatventilgehäuse 3' montiert. Das Pumpengehäuse 2' beinhaltet eine Kühlmittelpumpe mit einem Förderrad 2". In dem Thermostatventilgehäuse 3' ist ein Thermostatventil 3 angeordnet. Das Pumpengehäuse 2' und das Thermostatventilgehäuse 3' sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig und materialeinheitlich.
  • Zum Antrieb der Kühlmittelpumpe 2 ist koaxial um diese herum ein Riemenrad 5 für einen Poly-V-Riemenantrieb angeordnet.
  • Im Kurbelgehäuse 1 ist ein Kühlmittelkanal 4, der das Thermostatventilgehäuse 3' mit dem Pumpengehäuse 2' Kühlmittel führend verbindet. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Kühlmittelpumpe 2 über ein radial au-ßen zu einer Lagerung 6 eines Förderrades 2" der Kühlmittelpumpe 2 angeordnetes Riemenrad 5 angetrieben. Das Förderrad 2" fördert ein Kühlmittel radial nach außen in Kühlmittelkanäle, die durch die Brennkraftmaschine, d. h. durch das Kurbelgehäuse und den Zylinderkopf geführt sind. Anschließend wird das aufgeheizte Kühlmittel durch weitere nicht dargestellte Kühlmittelkanäle und Schläuche zu einem ebenfalls nicht dargestellten Wärmetauscher und zum Thermostatventil 3 gefördert. Entsprechend der Kühlmitteltemperatur bildet das Thermostatventil 3 einen kleinen Kühlmittelkreislauf oder einen großen Kühlmittelkreislauf oder eine Mischform aus beiden. Der Kühlmittelstrom vom Thermostatventil 3 zur Kühlmittelpumpe 2 ist schematisch im Kühlmittelkanal 4 mit Pfeilen eingezeichnet.
  • In Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt durch die Kühlmittelpumpe 2 und das Kurbelgehäuse 1 der erfindungsgemäß ausgestalteten Brennkraftmaschine dargestellt. Aus Fig. 2 ist gut erkennbar, wie das von dem Thermostatventil 3 kommende Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal 4 im Kurbelgehäuse 1 axial zum Förderrad 2' der Kühlmittelpumpe 2 gefördert wird und anschließend radial nach außen weiterbefördert wird. Der Kühlmittelstrom ist wie bereits in Fig. 1 durch Pfeile schematisch dargestellt. Radial außen um das Förderrad 2" ist ein schneckenförmiges Gehäuse angeordnet, von welchem aus es durch gestrichelt dargestellte Kühlmittelkanäle weiter in Richtung der zu kühlenden Bereiche der Brennkraftmaschine, Kurbelgehäuse und Zylinderkopf, gefördert wird. Klar erkennbar ist auch, dass die zu kühlenden Bereiche im Kurbelgehäuse 1 weitgehend geodätisch oberhalb des Kühlmittelkanals 4 angeordnet sind.
  • In Fig. 3 ist nochmals der horizontale Schnitt durch das Kurbelgehäuse 1 und die Kühlmittelpumpe 2 entsprechend Fig. 1 nochmals dreidimensional dargestellt. Sämtliche Ausführungen zu Fig. 1 und Fig. 2 gelten somit auch für Fig. 3.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Pumpengehäuse 2' und das Thermostatventilgehäuse 3', wie oben beschrieben, einstückig ausgeführt, sie können jedoch als separate Maschinengehäuse ausgeführt sein. Neben der Ausführung der Kühlmittelpumpe 2 mit einem mechanischen Antrieb, d. h. im vorliegenden Fall mit einem Poly-V-Riemenantrieb über ein Riemenrad 5, ist auch ein elektrischer oder hydraulischer oder ein kombiniert elektromechanischer Antrieb der Kühlmittelpumpe 2 möglich.
  • Die Lagerung des Förderrades 2" erfolgt im Pumpengehäuse 2' mit dem Vorteil, dass durch die Lagerung im trockenen Bereich der Kühlmittelpumpe 2 im Fall eines Defekts eine Leckage vermieden wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden gleichzeitig folgende vorteilhaften Ziele erreicht:
    • ➢ Die Kühlmittel führende Verbindung, der Kühlmittelkanal 4, zwischen dem Thermostatventilgehäuse 3' und dem Förderrad 2" ist erfindungsgemäß nicht im Pumpengehäuse 2' integriert, da sie zwischen dem Förderrad 2"und dem Riemenrad 5 zusätzlichen Bauraum benötigen würde, da diese Bauausführung die Länge der Kühlmittelpumpe 2 und somit auch die der Brennkraftmaschine vergrößern würde. Stattdessen verläuft der Kühlmittelkanal 4 im Kurbelgehäuse 1 stirnseitig weitgehend unterhalb des Brennkraftmaschinen-Wassermantels in einem bisher ungenutzten Bauraum und dient an dieser Stelle gleichzeitig zur Kühlung des Kurbelgehäuses.
    • ➢ Die Kühlmittelpumpe 2 und das Thermostatventil 3 sind in unmittelbarer Nähe der vom Kühlmittel durchströmten Bereiche der Brennkraftmaschine angeordnet, wodurch im Warmlauf, also im kleinen Kühlmittelkreislauf, die erforderliche Kühlmittelmenge gering gehalten wird. Dadurch kann letztlich die Warmlaufphase kurz gehalten werden, was sich positiv auf die Reibleistung der Brennkraftmaschine und somit auch günstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.
    • ➢ Die Kühlmittelpumpe 2 und das Thermostatventil 3 sind in einem kompakten Bereich genau zwischen dem nicht dargestellten Kühlmittelwärmetauscher und den vom Kühlmittel durchströmten Bereichen der Brennkraftmaschine angeordnet, wodurch die Verbindungsleitungen zu und vom Kühlmittelwärmetauscher in vorteilhafter Weise geometrisch einfach und gleichzeitig kurz ausgestaltet werden können.
    • ➢ Das Thermostatventil 3 ist in das Pumpengehäuse 2' der Kühlmittelpumpe 2 integriert, obwohl im Pumpengehäuse 2' keine kühlmittelführende Verbindung zwischen der Thermostatventilkammer und dem Förderrad 2" besteht. Der Integrationsgrad des Systems ist daher hoch, wodurch die Bauteileanzahl reduziert wird, beispielsweise wird nur eine einzige Dichtung zwischen dem gemeinsamen Pumpen/Thermostatventilgehäuse 2', 3' und dem Kurbelgehäuse 1 verwendet.
    • ➢ Des Weiteren entstehen durch die hohe Integration der Kühlmittel führenden Bauteile Vorteile beim Bauraumbedarf, der Montage und der Logistik.
    • ➢ Das Förderrad 2" ist so orientiert, dass die axiale Zuströmung aus Richtung Kurbelgehäuse 1 erfolgt, also bleibt nur einzige eine Gleitringdichtung auf einer Druckseite der Kühlmittelpumpe 2, was mehr Sicherheit gegen mangelnde Schmierung und Kühlung der Dichtung bedeutet.
    Bezugszeichenliste:
    • 1.
    Kurbelgehäuse
    2.
    Kühlmittelpumpe
    2'
    Pumpengehäuse
    2"
    Förderrad
    3.
    Thermostatventil
    3'
    Thermostatventilgehäuse
    4.
    Kühlmittelkanal
    5.
    Riemenrad
    6.
    Lagerung

Claims (6)

  1. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse (1), mit einer Kühlmittelpumpe (2) in einem Pumpengehäuse (2') und einem Thermostatventil (3) in einem Thermostatventilgehäuse (3'), wobei mit dem Thermostatventil (3) ein aus einem Wärmetauscher und/oder aus der Brennkraftmaschine kommender Kühlmittelstrom temperaturabhängig zu einem Förderrad (2") der Kühlmittelpumpe (2) zuführbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (2') und das Thermostatventilgehäuse (3') an das Kurbelgehäuse (1) montierbar sind, wobei das Kurbelgehäuse (1) einen Kühlmittelkanal (4) aufweist, der das Pumpengehäuse (2') und das Thermostatventilgehäuse (3') Kühlmittel führend verbindet.
  2. Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (2') und das Thermostatventilgehäuse (3') einstückig und materialeinheitlich sind.
  3. Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (2) mechanisch und/oder elektrisch oder hydraulisch antreibbar ist.
  4. Kühlmittelkreislauf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel von dem Förderrad (2") radial nach außen förderbar ist.
  5. Kühlmittelkreislauf nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpengehäuse (2') eine Lagerung für das Förderrad (2") vorgesehen ist.
  6. Kühlmittelkreislauf nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei im Kurbelgehäuse ein Kühlmittel führender Bereich zur Kühlung von zumindest einem Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (4) geodätisch weitgehend unter dem Kühlmittel führenden Bereich angeordnet ist.
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