EP4034760B1 - Zylinderkopf mit eingegossener wasserpumpe und integriertem thermostat - Google Patents

Zylinderkopf mit eingegossener wasserpumpe und integriertem thermostat Download PDF

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EP4034760B1
EP4034760B1 EP20781434.4A EP20781434A EP4034760B1 EP 4034760 B1 EP4034760 B1 EP 4034760B1 EP 20781434 A EP20781434 A EP 20781434A EP 4034760 B1 EP4034760 B1 EP 4034760B1
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Definitions

  • the DE3517002A1 shows a water-cooled internal combustion engine in which the water pump is directly connected to the camshaft of the internal combustion engine and is driven by it.
  • outlet opening(s) enclosed by this contact surface(s) is/are arranged, which opens/open into the bypass nozzle, and that when the impeller outlet is completely released by the outer cylinder of the valve slide, the thrust washer comes into direct or indirect operative connection with the contact surface(s) on the pump housing and thereby closes the outlet opening(s).
  • the invention relates to a coolant pump for internal combustion engines which is mechanically driven by a pulley, a gear, a stub shaft or the like and which can be controlled by means of a valve slide.
  • the WO 2018/158272 A1 shows a water pump that is mounted on the front of the crankcase and driven by a belt.
  • the disadvantage is that the arrangement of the water pump on one end of the crankcase makes the overall length of the engine too long for some applications.
  • GB1567303A , FR2966876A1 , US202056433A1 and US2010162974A1 disclose internal combustion engines comprising at least one cylinder head with a water pump integrated into the cylinder head housing.
  • the object of the present invention is to avoid the aforementioned disadvantages and to provide an internal combustion engine which has smaller dimensions, in particular in its longitudinal extension.
  • the Fig. 1 The cylinder head 1 shown has a water pump 2 cast into the cylinder head 1; this water pump 2 has a thermostat 5 and connecting piece 8.
  • the length, height, and width of the engine are particularly important in order to keep the equipment into which the engine 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.
  • Current designs feature brackets that are screwed in front of or onto the cylinder crankcase and/or in front of or onto the cylinder head 1. The brackets sometimes accommodate thermostats 5 and water lines to the water pump 2. These designs require a sufficiently large installation space.
  • Other designs feature water pumps 2 in cylinder crankcases, which make the engine unusably wide in the wheel turning area for tractor applications.
  • Fig. 2 shows the turned cylinder head with water pump housing from Fig. 1 .
  • Fig. 2 disclosed, mounted in the water pump housing 14. This makes it possible to place the water pump very close to the engine and at the same time still have enough space for the inlet channels 6, which are in Fig. 1 can be seen, on the cylinder head 1. Due to the high position of the water pump 2, the engine only becomes wider at higher altitudes, but not as wide as in a design with an external water pump 2. The wheel turning area of the tractor remains unaffected. By engaging the water pump 2 in front of the inlet ports 6 from Fig. 1 the motor length is reduced.
  • Fig. 3 shows cylinder head 1 with thermostat 5 and module 15 from above.
  • the water pump 2 no longer determines the engine length.
  • the additional integration of the thermostat 5, as shown in Fig. 3 As can be seen, above the water pump 2 saves space in height and long paths of the water channels 7, which are an integral part of the common cast body, consisting of cylinder head 1 and water pump 2, and saves additional piping, as is the case in Fig. 4 shown, to the water pump 2, since the water pump 2 is connected directly to the cooling water volume of the cylinder head 1 by means of a water channel 7 through a channel in the cylinder crankcase.
  • connection piece 8 Only one connection piece 8, shown in Fig. 1 , is required. This design reduces the sealing surfaces and pipe lengths throughout the entire water system. The integration of water pump 2 into the head thus ensures a largely pipeless cooling system with fewer components and fewer sealing surfaces, with the exception of the supply and discharge lines to the radiator.
  • Fig. 5 shows the section CC from Fig. 3 with cylinder head 1, pressure channel 4, water pump screw 9 as parts of module 15.
  • the pressure channel 4 is directly connected to the water volume of the cylinder crankcase.
  • Module 15 is selected from the Fig. 3, 4 and 5 with impeller 10, drive shaft with bearing 11 and housing cover 12.

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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die DE3517002A1 zeigt eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, bei der die Wasserpumpe direkt mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und durch diese angetrieben wird.
  • In der DE 10 2010 050 261 (B3 ) wird eine mechanisch angetriebene regelbare 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, ohne den Einsatz zusätzlicher elektrischer Hilfspumpen, wie auch ohne den Einbau von zusätzlichen Aktuatoren und auch ohne eine Überdimensionierung 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 Zylinderkurbelgehäuse und im Zylinderkopf mit hoher Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit 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 Schieberarbeitskammer mündenden zusätzlichen Bypassstutzen, zeichnet sich dadurch aus, dass an der Schieberrückwand des Ventilschiebers eine Druckringscheibe angeordnet ist, oder die Schieberrückwand selbst als Druckringscheibe ausgebildet ist, und dass dieser Druckringscheibe riemenscheibenseitig gegenüberliegend am Pumpengehäuse eine/mehrere Anlagefläche/n, angeordnet 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 vollständig vom Außenzylinder des Ventilschiebers freigegebenem Flügelradaustritt die Druckringscheibe mit der/den Anlagefläche/n am Pumpengehäuse unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung tritt und dadurch die Auslassöffnung/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 Anwendunaen zu lang ist.
  • GB1567303A , FR2966876A1 , US202056433A1 und US2010162974A1 offenbaren Brennkraftmaschinen, umfassend wenigstens einen Zylinderkopf mit einer ins Zylinderkopfgehäuse integrierten Wasserpumpe.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die geringere Baumaße aufweist, insbesondere in ihrer Längenausdehnun.
  • Die Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1:
    Zylinderkopf mit Wasserpumpe, Thermostat und Anschlussstutzen.
    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:
    Modul 15 aus Fig. 3.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Zylinderkopf 1 verfügt über eine in den Zylinderkopf 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 Kompaktheit 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 Konstruktionen 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 -höhe 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 Wasserpumpenschnecke 9, Druckkanal 4 und Saugkanal 3, in den Zylinderkopf 1 integriert. 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 Lagerung 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, bestehend 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 Kühlwasservolumen 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 weniger 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 Zylinderkurbelgehäuses verbunden.
  • In Fig. 6 wird das Modul 15 aus den Fig. 3, 4 und 5 mit Flügelrad 10, Antriebswelle 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 (4)

  1. Brennkraftmaschine, umfassend:
    wenigstens einen Zylinderkopf (1) mit einer ins Zylinderkopfgehäuse integrierten Wasserpumpe (2)
    mit einem Wasserpumpengehäuse (14) der Wasserpumpe (2), das eine Wasserpumpenschnecke (9), einen Druckkanal (4), einen Saugkanal (3) und eine stirnseitige Öffnung (13) aufweist,
    wobei das Wasserpumpengehäuse (14) Bestandteil eines Gusskörpers des Zylinderkopfs (1) ist, und
    mit einem Modul (15), das ein Flügelrad (10), eine Antriebswelle mit Lagerung (11) und einen Gehäusedeckel (12) aufweist,
    wobei das Modul (15) über die stirnseitige Öffnung (13) in das Wasserpumpengehäuse (14) montiert ist.
  2. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (2) wenigstens einen integrierten Thermostat (5) enthält.
  3. 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.
  4. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (2) mittels eines Wasserkanals (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.
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