WO2000043649A1 - Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten zylindern - Google Patents

Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten zylindern Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with liquid-cooled cylinders according to the preamble of claim 1.
  • DE 24 17 925 C2 provides that straight connection channels are arranged between two cooling chambers extending over the entire length of the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide an internal combustion engine with at least two liquid-cooled cylinders arranged one behind the other in a cylinder block, in which the most uniform possible cooling of the individual cylinders is achieved.
  • a sensor is preferably arranged on both sides of an annular cooling chamber in order to determine the variable depending on the flow rate.
  • Pressure sensors, noise sensors or flow meters can be used as sensors, the measurement signal of which is processed by a processor or the already existing motor controller and used to control the flow components.
  • the sensor arrangement can be implemented in a simple manner.
  • a controllable flow flap in the area of the flow against the first cylinder tube, which position enables the left and right flow components to be changed.
  • the flow flap can thus set the ratio of the flow velocities of the flow components on both sides to a desired value.
  • the position of the flow flap is selected so that the values determined on both sides of the cold rooms and depending on the flow rate receive the same values.
  • the flow flap can advantageously be controlled with piezo elements.
  • the flow flap can also be driven by means of a servomotor or in some other way.
  • the flow rate is also measured at several points in one or more cold rooms and is used to control the flow parts.
  • the flow distribution in the cooling rooms can be determined distributed over the entire internal combustion engine in order to then be able to optimally control the flow against the first cylinder tube.
  • the measurement of the flow velocities of the different flow components can be derived from the flow noise by means of a laser Doppler anemometer or acoustically if flow meters or other mechanical measuring devices are to be dispensed with.
  • the drawing shows a top view of a simplified horizontal section through an internal combustion engine with four cylinders arranged in series.
  • Each of the cylinders 1 to 4 has a cylinder tube 5 to 8, which are surrounded by annular cooling spaces 9 to 12.
  • the cooling liquid flows into the first annular cooling space 9 via an inlet 14 provided on the cylinder block 13, the cooling liquid being divided into a left first flow part 15 and a right second flow part 16.
  • the further arrows indicate the direction of the flow of the cooling liquid in the annular cooling spaces 9 to 12 which merge into one another.
  • the flow components 15, 16 can be changed by means of a controllable flow flap 17, which is located at the inlet 14. In the illustrated position of the flow flap 17, a stronger flow onto the right side of the annular cooling space 9 is achieved.
  • the position of the control flap 17 is changed by a processor P as a function of the flow speed of the two flow components 15, 16.
  • two sensors 18, 19 are arranged in the area of the cooling space 9 on both sides of the cylinder tube 5, which transmit a variable dependent on the flow rate of the flow components 15, 16 to a measuring device 20.
  • the measuring device 20 can process the measured variables supplied by further sensors 21, 22 and pass them on to the processor P. On the output side, this is connected to an actuator (not shown) of the control flap 17 in order to bring it into the desired position.
  • the processor P can adjust the flow components 15, 16 in such a way that a uniform flow distribution is achieved in all the cooling rooms 9 to 12.
  • the processor P adjusts the flow flap 17 taking into account further engine-specific parameters - for example taking cylinder temperatures into account - so that this results in a deliberately uneven flow distribution in the cold rooms at times.

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Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern (1 bis 4) vorgeschlagen, bei der die Strömungsverteilung der in ringförmigen Kühlräumen (9 bis 12) verlaufenden Flüssigkeitsströmung gesteuert wird. Hierzu wird eine von der Fliessgeschwindigkeit der linken und rechten Strömungsanteile (15, 16) abhängige Grösse mittels Sensoren (18, 19) ermittelt und über einen Prozessor (P) eine im Anströmbereich befindliche Strömungsklappe (17) in ihrer Stellung entsprechend verändert.

Description

Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten Zylindern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt, die hintereinander angeordneten Zylinder eines Reihenmotors in der Weise zu kühlen, daß die Zylinderrohre der einzelnen Zylinder von einer Kühlflüssigkeit umströmt werden. Zu diesem Zweck sind die Zylinderrohre von ringförmigen, ineinander übergehenden Kühlräumen umgeben. Die Kühlflüssigkeit strömt bezogen auf die Längsachse der Zylinderanordnung linksseitig und rechtsseitig an den Zylinderrohren entlang. Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 35 12 104 A1 bekannt, bei der die Kühlräume der aufeinanderfolgenden Zylinder wechselseitig seitlich versetzt angeordnet sind, um dadurch einen meanderförmigen Verlauf der Strömungsanteile zu erhalten.
Um eine an allen Zylindern gleichmäßigere Kühlung bei einer als Reihenmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine zu erhalten, ist in der DE 24 17 925 C2 vorgesehen, daß zwischen zwei über die gesamte Länge der Brennkraftmaschine sich erstreckenden Kühlkammern geradlinige Verbindungskanäle angeordnet sind.
Die aus den beiden Druckschriften genannten Maßnahmen zur besseren Kühlmittelverteilung in den Kühlräumen erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand und es läßt sich im Betrieb der Brennkraftmaschine kein Einfluß auf eine ungünstige Strömungsverteilung in den Kühlräumen nehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei in einem Zylinderblock hintereinander angeordneten flüssigkeitsgekühlten Zylindern zu schaffen, bei der eine möglichst gleichmäßige Kühlung der einzelnen Zylinder erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Durch Messung einer von der Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit abhängigen Größe kann festgestellt werden, in welchen Bereichen der Kühlräume zu hohe oder zu niedrige Fließgeschwindigkeiten auftreten. In Abhängigkeit von der ermittelten Größe wird dann die Fließgeschwindigkeit der unterschiedlichen Strömungsanteile gesteuert. Zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit können grundsätzlich unterschiedliche Einrichtungen verwendet werden, beispielsweise eine die Anströmung des ersten Zylinderrohres verändernde Steuerklappe oder querschnittsverengende Einrichtungen.
Bei zur Längsachse einer Brennkraftmaschine symmetrisch angeordneten ringförmigen Kühlräumen wird bevorzugt zu beiden Seiten eines ringförmigen Kühlraumes jeweils ein Sensor zur Bestimmung der von der Fließgeschwindigkeit abhängigen Größe angeordnet. Als Sensoren können dabei Drucksensoren, Geräuschsensoren oder Durchflußmesser eingesetzt werden, deren Meßsignal von einem Prozessor oder der ohnehin vorhandenen Motorsteuerung verarbeitet und zur Steuerung der Strömungsanteile verwendet wird. Die Sensoranordnung läßt sich dabei auf einfache Weise realisieren.
Besonders vorteilhaft ist es im Bereich der Anströmung des ersten Zylinderrohrs eine steuerbare Strömungsklappe anzuordnen, die durch ihre Stellung eine Veränderung der linken und rechten Strömungsanteile ermöglicht. Die Strömungsklappe kann somit in Abhängigkeit von ihrer Stellung das Verhältnis der Fließgeschwindigkeiten der beidseitigen Strömungsanteile auf einen gewünschten Wert einstellen. Bei symmetrisch aufgebauten Kühlräumen wird die Stellung der Strömungsklappe so gewählt, daß die zu beiden Seiten der Kühlräume ermittelten, fließgeschwindigkeitsabhängigen Größen gleiche Werte erhalten.
Die Strömungsklappe läßt sich vorteilhaft mit Piezoelementen ansteuern. Der Antrieb der Strömungsklappe kann jedoch auch mittels eines Stellmotors oder in anderer Weise erfolgen.
Um die Verteilung der Strömungsanteile in den ineinander übergehenden Kühlräumen umfassender Überwachen zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Fließgeschwindigkeit auch an mehreren Stellen eines oder mehrerer Kühlräume gemessen und zur Steuerung der Strömungsanteile verwendet wird. Dadurch läßt sich die Strömungsverteilung in den Kühlräumen verteilt über die gesamte Brennkraftmaschine ermitteln, um daraus dann eine optimale Steuerung der Anströmung des ersten Zylinderrohrs vornehmen zu können. Die Messung der Fließgeschwindigkeiten der unterschiedlichen Strömungsanteile kann mittels eines Laser-Doppler-Anemometer oder akustisch aus dem Strömungsgeräusch abgeleitet werden, wenn auf Durchflußmesser oder andere mechanische Meßeinrichtungen verzichtet werden soll.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in der Draufsicht einen vereinfachten Horizontalschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit vier in Reihe angeordneten Zylindern. Jeder der Zylinder 1 bis 4 besitzt ein Zylinderrohr 5 bis 8, die von ringförmigen Kühlräumen 9 bis 12 umgeben sind.
Die Kühlflüssigkeit strömt über einen am Zylinderblock 13 vorgesehenen Einlaß 14 in den ersten ringförmigen Kühlraum 9 ein, wobei sich die Kühlflüssigkeit in einen linken ersten Strömungsanteil 15 und einen rechten zweiten Strömungsanteil 16 aufteilt. Die weiteren Pfeile deuten die Richtung der Strömung der Kühlflüssigkeit in den ineinander übergehenden ringförmigen Kühlräumen 9 bis 12 an.
Mittels einer steuerbaren Strömungsklappe 17, die sich am Einlaß 14 befindet, können die Strömungsanteile 15, 16 verändert werden. In der dargestellten Stellung der Strömungsklappe 17 wird eine stärkere Anströmung der rechten Seite des ringförmigen Kühlraums 9 erreicht. Die Stellung der Steuerklappe 17 wird von einem Prozessor P in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit der beiden Strömungsanteile 15, 16 verändert. Zu diesem Zweck sind im Bereich des Kühlraumes 9 zwei Sensoren 18, 19 zu beiden Seiten des Zylinderrohres 5 angeordnet, die eine von der Fließgeschwindigkeit der Strömungsanteile 15, 16 abhängige Größe an eine Meßeinrichtung 20 übertragen. Die Meßeinrichtung 20 kann zur Steuerung der Strömungsklappe 17 die von weiteren Sensoren 21 , 22 gelieferten Meßgrößen verarbeiten und an den Prozessor P weitergeben. Dieser ist ausgangsseitig mit einem nicht näher dargestellten Stellantrieb der Steuerklappe 17 verbunden, um diese in die jeweils gewünschte Stellung zu bringen.
Der Prozessor P kann in Verbindung mit der Meßeinrichtung 20 die Strömungsanteile 15, 16 so einstellen, daß eine gleichmäßige Strömungsverteilung in sämtlichen Kühlräumen 9 bis 12 erreicht wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß der Prozessor P die Strömungsklappe 17 unter Berücksichtigung von weiteren motorspezifischen Parametern - beispielsweise unter Berücksichtigung von Zylindertemperaturen - einstellt, so daß sich dadurch zeitweise eine gewollt ungleichmäßige Strömungsverteilung in den Kühlräumen ergibt. BEZUGSZEICHEN LISTE
Zylinder
Zylinderrohr
Kühlräume
Zylinderblock
Einlaß
Strömungsanteil
Strömungsanteil
Strömungsklappe
Sensoren
Sensoren
Meßeinrichtung
Sensoren
Sensoren
Prozessor

Claims

PATE NTAN SP RÜ C H E
1. Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei in einem Zylinderblock (13) hintereinander angeordneten flüssigkeitsgekühlten Zylindern (1 bis 4), deren Zylinderrohre (5 bis 8) in ringförmigen, ineinander übergehenden Kühlräumen (9 bis 12) liegen und von der sich in Strömungsanteile (15, 16) verzweigenden Kühlflüssigkeit eines Kühlsystems umströmt werden, wobei ein erster Strömungsanteil (15) das Zylinderrohr (5) des ersten Zylinders (1) auf der einen Seite und ein zweiter Strömungsanteil (16) das Zylinderrohr (5) auf der anderen Seite umströmt, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit abhängige Größe für den ersten Strömungsanteil (15) und/oder für den zweiten Strömungsanteil (16) ermittelt wird, und daß in Abhängigkeit von dieser Größe die Fließgeschwindigkeiten der Strömungsanteile (15, 16) gesteuert werden.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegenden Seiten eines Kühlraumes (9; 11) Sensoren (18, 19; 21 , 22) zur Bestimmung der von der Fließgeschwindigkeit abhängigen Größe angeordnet sind.
3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Prozessor (P) eine steuerbare Strömungsklappe (17) betätigt wird, wobei sich in Abhängigkeit von der Stellung der Strömungsklappe (17) das Verhältnis der Fließgeschwindigkeiten der Strömungsanteile (15, 16) verändert.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsklappe (17) eine mit Piezoelementen ansteuerbare Klappe ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit an mehreren Stellen eines oder mehrerer Kühlräume (9, 11) gemessen und zur Steuerung der Strömungsanteile (15, 16) verwendet wird.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit mittels Piezoelementen, Durchflußmesser, Drucksensoren oder Prandtlsonden ermittelt wird.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Fließgeschwindigkeit abhängige Größe mittels eines Laser-Doppler- Anemometer oder akustisch aus dem Strömungsgeräusch abgeleitet wird.
PCT/EP1999/009632 1999-01-21 1999-12-08 Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühlten zylindern WO2000043649A1 (de)

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