EP4034760A1 - Zylinderkopf mit eingegossener wasserpumpe und integriertem thermostat - Google Patents

Zylinderkopf mit eingegossener wasserpumpe und integriertem thermostat

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EP4034760A1
EP4034760A1 EP20781434.4A EP20781434A EP4034760A1 EP 4034760 A1 EP4034760 A1 EP 4034760A1 EP 20781434 A EP20781434 A EP 20781434A EP 4034760 A1 EP4034760 A1 EP 4034760A1
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Definitions

  • the 35 17 002 A1 shows a water-cooled internal combustion engine in which the water pump is connected directly to the camshaft of the internal combustion engine and is driven by this.
  • the valve slide which is slidably mounted in the pump housing, has flow openings and an additional bypass connection opening into the slide working chamber0, is characterized in that a pressure ring disk is arranged on the slide rear wall of the valve slide, or the slide rear wall itself is designed as a pressure ring disk, and that this pressure ring disk is located on the pulley side opposite one / more contact surface (s) is / are arranged on the pump housing, and that one / more of these / outlet opening (s) surrounded by these contact surface (s) is / are arranged, which opens into the bypass nozzle, and that when the impeller outlet is fully released by the outer cylinder of the valve slide, the thrust washer is directly or indirectly in operative connection with the contact surface (s) on the pump housing and this closes the outlet opening (s).
  • the invention relates to a coolant pump for internal combustion engines that is mechanically driven by a belt pulley, a gearwheel, a stub shaft or the like and controllable by means of a valve slide.
  • WO 2018/158272 A1 shows a water pump which is arranged on the front side of the crankcase and is driven by a belt.
  • the object of the present invention is to avoid the aforementioned disadvantages and to create an internal combustion engine that has smaller construction dimensions, in particular in its linear expansion.
  • Fig. 1 Cylinder head with water pump, thermostat and connecting piece.
  • Fig. 2 Cylinder head with water pump housing, rotated view of Fig. 1.
  • Fig. 3 Cylinder head with thermostat from above.
  • Fig. 4 Section B-B from Fig. 3.
  • Fig. 5 Section C-C from Fig. 3.
  • Fig. 6 ModuM5 from Fig. 3.
  • the cylinder head 1 shown in FIG. 1 has a water pump 2 cast into the cylinder head 1; this water pump 2 has a thermostat 5 and a connecting piece 8.
  • the length, height and width of the motor are crucial in order to keep the devices in which this motor is to be installed compact.
  • One criterion for the engine length, width and height is the cylinder head 1 including the attachment of the water pump 2.
  • Today's constructions show consoles that are screwed in front of or on the cylinder crankcase and / or in front of or on the cylinder head 1. The consoles partially accommodate thermostats 5 and lines for the water supply to the water pump 2. These constructions require a sufficiently large installation space.
  • Other constructions show water pumps 2 in cylinder crankcases, which make the engine unusable wide in the area of the wheel lock in tractor applications.
  • FIG. 2 shows the rotated cylinder head with water pump housing from FIG. 1.
  • Fig. 3 shows the cylinder head 1 with thermostat 5 and module 15 from above.
  • the water pump 2 no longer determines the length of the engine.
  • the additional integration of the thermostat 5, as can be seen in Fig. 3, above the water pump 2 saves space in height and long distances of the water channels 7, which are an integral part of the common cast body, consisting of cylinder head 1 and water pump 2 are and saves additional piping, as shown in Fig. 4, to the water pump 2, since the water pump 2 is connected by means of water channel 7 directly to the cooling water volume of the cylinder head 1 through a channel in the cylinder crankcase.
  • FIG. 5 shows section CC from FIG. 3 with cylinder head 1, pressure channel 4, water pump worm 9 as parts of module 15.
  • the pressure channel 4 is directly connected to the water volume of the cylinder crankcase.
  • Fig. 6 the module 15 from FIGS. 3, 4 and 5 with impeller 10, to drive shaft with bearing 11 and housing cover 12 is shown.

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Abstract

Beschrieben wird eine Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens einen Zylinderkopf mit einer ins Zylinderkopfgehäuse eingegossenen Wasserpumpe.

Description

Zylinderkopf mit eingegossener Wasserpumpe und integriertem Thermostat
B E S C H R E I B U N G
Die 35 17 002 A1 zeigt eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, bei der die Wasserpumpe direkt mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine ver bunden ist und durch diese angetrieben wird.
5 In der DE 10 2010 050 261 (B3) wird eine mechanisch angetriebene regel bare Kühlmittelpumpe gezeigt, die im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und den Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert, und die zudem fertigungs- und montagetechnisch einfach herstellbar, kostengünstig, mit minimalem Aufwand, r\ U ohne den Einsatz zusätzlicher elektrischer Hilfspumpen, wie auch ohne den Einbau von zusätzlichen Aktuatoren und auch ohne eine Überdimen sionierung der Kühlmittelpumpe, d. h. mit geringerer Antriebsleistung, die Kühlung spezieller Komponenten, wie z. B. der Abgasrückführung, des Abgaskrümmers, der Heizung u. a. m. bei stehendem Kühlwasser im Zylinder¬5 kurbelgehäuse und im Zylinderkopf mit hoher Betriebssicherheit und Zuver lässigkeit bei hohem Wirkungsgrad gewährleistet, und dabei aber gleichzeitig eine einfache und kostengünstige Einbindung ins Motormanagement ermöglicht. Die im Pumpengehäuse verschiebbar gelagerten Ventilschieber, mit Durchflussöffnungen und einem in die Schieberarbeitskammer0 mündenden zusätzlichen Bypassstutzen, zeichnet sich dadurch aus, dass an der Schieberrückwand des Ventilschiebers eine Druckringscheibe angeordnet ist, oder die Schieberrückwand selbst als Druckringscheibe ausge bildet ist, und dass dieser Druckringscheibe riemenscheibenseitig gegenüberliegend am Pumpengehäuse eine/mehrere Anlagefläche/n, ange5 ordnet ist/sind, und dass im Pumpengehäuse eine/mehrere von dieser/ diesen Anlagefläche/n umschlossene Auslassöffnung/en angeordnet ist/ sind, welche in den Bypassstutzen mündet/münden, und dass bei vollstän dig vom Außenzylinder des Ventilschiebers freigegebenem Flügelradaustritt die Druckringscheibe mit der/den Anlagefläche/n am Pumpengehäuse unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung tritt und dadurch die Aus lassöffnung/en verschließt.
Die Erfindung betrifft eine mechanisch von einer Riemenscheibe, einem Zahnrad, einer Steckwelle o. ä. angetriebene, mittels eines Ventilschiebers regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotoren.
Die WO 2018/158272 A1 zeigt eine Wasserpumpe, die stirnseitig am Kurbelgehäuse von einem Riemen angetrieben angeordnet ist.
Daran ist nachteilig, dass die Anordnung der Wasserpumpe an einer Stirnseite des Kurbelgehäuses die Baulänge des gesamten Motors für manche Anwendungen zu lang ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die geringere Bau maße aufweist, insbesondere in ihrer Längenausdehnung.
Die Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü chen.
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 : Zylinderkopf mit Wasserpumpe, Thermostat und Anschlussstut zen.
Fig. 2: Zylinderkopf mit Wasserpumpengehäuse, gedrehte Ansicht von Fig.1. Fig. 3: Zylinderkopf mit Thermostat von oben.
Fig. 4: Schnitt B-B aus Fig. 3.
Fig. 5: Schnitt C-C aus Fig. 3.
Fig. 6: ModuM5 aus Fig. 3.
Der in Fig. 1 dargestellte Zylinderkopf 1 verfügt über eine in den Zylinder kopf 1 eingegossene Wasserpumpe 2, diese Wasserpumpe 2 verfügt über einen Thermostat 5 und Anschlussstutzen 8.
Bei der Entwicklung von Motoren wird sehr starker Wert auf die Kom paktheit gelegt. Insbesondere die Länge, Höhe und Breite des Motors ist entscheidend, um die Geräte, in die dieser Motor eingebaut werden soll, kompakt zu halten. Ein Kriterium für die Motorlänge, -breite und -höhe ist der Zylinderkopf 1 inklusive dem Anbau der Wasserpumpe 2. Heutige Kon struktionen zeigen Konsolen die vor bzw. an das Zylinderkurbelgehäuse und/oder vor bzw. an den Zylinderkopf 1 geschraubt werden. Die Konsolen nehmen teilweise Thermostate 5 und Leitungen der Wasserführung zur Wasserpumpe 2 auf. Diese Konstruktionen erfordern einen ausreichend großen Bauraum. Andere Konstruktionen zeigen Wasserpumpen 2 in Zylinderkurbelgehäusen, die den Motor bei Traktoranwendungen im Bereich des Radeinschlages unbrauchbar breit machen.
Fig. 2 zeigt den gedrehten Zylinderkopf mit Wasserpumpengehäuse aus Fig. 1.
Vorliegend wird eine Lösung dargestellt, die die Baulänge, -breite und -hö he des Motors erheblich reduziert. Bei einer Traktoranwendung steht im Bereich des Radeinschlages nichts im Wege. Dies wird erreicht, indem man das Wasserpumpengehäuse 14, bestehend aus Wasserpumpen schnecke 9, Druckkanal 4 und Saugkanal 3, in den Zylinderkopf 1 inte griert. Der Saugkanal 3, wie in Fig. 4 dargestellt, der Druckkanal 4 und die Wasserpumpenschnecke 9, die in Fig. 5 gezeigt wird, werden in den Zylinderkopf 1 eingegossen. Das Flügelrad 10, die Antriebswelle mit Lage rung 11 und der Gehäusedeckel 12, wie das in Fig. 6 gezeigt wird, der Pumpe werden als Modul 15 über eine stirnseitige Öffnung 13, wie dies Fig. 2 offenbart, in das Wasserpumpengehäuse 14 montiert. Hierdurch ist es möglich, die Wasserpumpe sehr nahe neben den Motor zu setzen und gleichzeitig noch genügend Platz für die Einlasskanäle 6, die in Fig. 1 zu sehen sind, am Zylinderkopf 1 anzuordnen. Durch die hohe Position der Wasserpumpe 2 baut der Motor erst in höheren Lagen breiter auf, jedoch nicht so breit wie bei einer Konstruktion mit externer Wasserpumpe 2. Der Bereich des Radeinschlages beim Traktor bleibt unberührt. Durch das Einrücken der Wasserpumpe 2 vor die Einlasskanäle 6 aus Fig. 1 reduziert sich die Motorlänge.
Fig. 3 zeigt den Zylinderkopf 1 mit Thermostat 5 und Modul 15 von oben.
Die Wasserpumpe 2 ist nicht mehr motorlängenbestimmend. Die zusätzliche Integration des Thermostats 5, wie dies in Fig. 3 zu sehen ist, oberhalb der Wasserpumpe 2 erspart Platz in der Höhe und weite Wege der Wasserkanäle 7, die integraler Bestandteil des gemeinsamen Gusskörpers, be stehend aus Zylinderkopf 1 und Wasserpumpe 2, sind und spart zusätzliche Verrohrungen, wie dies in Fig. 4 dargestellt wird, zur Wasserpumpe 2, da die Wasserpumpe 2 mittels Wasserkanal 7 direkt mit dem Kühlwasser volumen des Zylinderkopfes 1 durch einen Kanal im Zylinderkurbelgehäuse verbunden ist.
In Fig. 4 wird der Schnitt B-B aus Fig. 3 offenbart.
Lediglich ein Anschlussstutzen 8, zu sehen in Fig. 1 , ist erforderlich. Mit dieser Konstruktion werden die Dichtflächen und die Leitungslängen im gesamten Wassersystem reduziert. Die Integration der Wasserpumpe 2 in den Kopf sorgt somit, mit Ausnahme der Zu- und Ableitung zum Kühler, für ein weitgehend leitungsloses Kühlsystem mit weniger Bauteilen und we niger Dichtflächen. Fig. 5 zeigt den Schnitt C-C aus Fig. 3 mit Zylinderkopf 1 , Druckkanal 4, Wasserpumpenschnecke 9 als Teile des Moduls 15.
Der Druckkanal 4 ist direkt mit dem Wasservolumen des Zylinderkurbelge häuses verbunden.
In Fig. 6 wird das Modul 15 aus den Fig. 3, 4 und 5 mit Flügelrad 10, An triebswelle mit Lagerung 11 und Gehäusedeckel 12 dargestellt.
Bezugszeichenliste
1 Zylinderkopf
2 Wasserpumpe
3 Saugkanal
4 Druckkanal
5 Thermostat
6 Einlasskanäle
7 Wasserkanäle
8 Anschlussstutzen
9 Wasserpumpenschnecke
10 Flügelrad
11 Antriebswelle mit Lagerung
12 Gehäusedeckel
13 stirnseitige Öffnung
14 Wasserpumpengehäuse
15 Modul

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens einen Zylinderkopf (1) mit einer ins Zylinderkopfgehäuse integrierten Wasserpumpe (2).
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserpumpengehäuse (14) Bestandteil des Gusskörpers des Zylinderkopfs (1) ist.
3. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserpumpengehäuse (14) eine stirn- seitige Öffnung (13) aufweist.
4. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserpumpengehäuse (14) eine Was serpumpenschnecke (9), einen Druckkanal (4) und einen Saugkanal (3) aufweist.
5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (2) wenigstens einen in tegrierten Thermostat (5) enthält.
6. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (2) aus Wasserpumpengehäuse (14) und Modul (15) besteht.
7. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (15) ein Flügelrad (10), eine Antriebswelle mit Lagerung (11) und einen Gehäusedeckel (12) aufweist.
8. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (12) des Moduls (15) mittels Schrauben mit dem Wasserpumpengehäuse (14) verschraubbar ausgeführt ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (2) mittels Wasserkanal (7) direkt mit dem Kühlwasservolumen des Zylinderkopfes (1) durch einen Kanal im Zylinderkurbelgehäuse verbunden ist, wobei der Druckkanal 4 direkt mit dem Kühlwasservolumen des Zylinderkurbelgehäuses verbunden ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche aufweist.
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