WO2014016177A1 - Flüssigkühlsystem für eine brennkraftmaschine eines fahrzeuges - Google Patents

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Gernot Fuckar
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    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together

Definitions

  • the invention relates to a liquid cooling system for an internal combustion engine of a vehicle with a cylinder head having an integrated exhaust manifold, wherein the cylinder head has at least a first cooling space for cooling adjacent areas of a combustion chamber and at least a second cooling space for cooling the exhaust manifold, wherein the first and second cooling chambers separated from each other can be flowed through in parallel.
  • EP 0 856 650 A1 shows a cooling system for an outboard motor, wherein the exhaust ducts emanating from the combustion chamber are curved in a U-shape in the cylinder head and the flange faces for connecting an exhaust gas collector in the cylinder head plane.
  • the exhaust manifold is formed integrally with the cylinder housing.
  • US 7,051,685 B2 discloses a cylinder head with an integrated exhaust manifold, wherein the exhaust manifold is surrounded by a first and a second cooling space, wherein the two cooling chambers are interconnected by mitgegossene flow connections.
  • the first and the second cooling chamber are arranged one above the other.
  • the AT 500 442 Bl describes a cylinder head for an internal combustion engine with liquid cooling with a first central cooling chamber and an integrated exhaust manifold surrounding the second cooling chamber, wherein the coolant flow through the second cooling chamber is separated from the coolant flow through the first cooling chamber adjustable.
  • WO 2011/061248 A1 discloses a cylinder head for an internal combustion engine with liquid cooling and with a liquid-cooled exhaust gas collector formed integrally with the cylinder head, the cylinder head having at least first and second cooling spaces through which a coolant flows, and the area of the exhaust manifold is at least partially surrounded by the second refrigerator.
  • the first and the second cooling space are flow-connected to one another via at least one bore. It is known to arrange the vehicle radiator and the oil cooler parallel to the cooling space of the exhaust manifold. To avoid a disturbance of the cooling, a relatively complex cooling system is required.
  • the object of the invention is to improve the cooling management in an internal combustion engine of the aforementioned in the simplest possible way.
  • the oil cooler can be arranged in the cooling circuit upstream of the second cooling space, and the vehicle radiator in the cooling circuit downstream of the second cooling space.
  • a first partial cooling circuit leading to the first cooling chamber and a second partial cooling circuit leading to the second cooling chamber branches off the common main cooling circuit downstream of a coolant pump.
  • a first double-acting thermostatic valve can be arranged in the region of a merger of a main cooling circuit coming from the coolant cooler and a secondary cooling circuit bypassing the coolant center cooler.
  • the first cooling space is preferably connected via a first coolant line to the auxiliary cooling circuit.
  • the second cooling space is advantageously connected via a second coolant line to the main cooling circuit and / or the auxiliary cooling circuit, wherein a vehicle heating element is preferably arranged in the second coolant line.
  • At least one third cooling space arranged in the cylinder block is connected via at least one transfer passage to the first cooling space in the cylinder head.
  • the third cooling space is connected via a third coolant line to the main cooling circuit, wherein the connection with the main cooling circuit is arranged upstream of the coolant radiator.
  • An embodiment of the invention provides that in the third coolant line a single-acting thermostatic valve is arranged.
  • the third cooling space is connected via a fourth coolant line to the auxiliary cooling circuit and / or the first coolant line.
  • a fourth coolant line In the fourth coolant line while a single-acting thermostatic valve is arranged.
  • the described embodiments allow a simple cooling management, wherein the flow of the oil cooler and the vehicle heater has no adverse effects.
  • FIGS. show schematically:
  • Fig. 1 to Fig. 3 shows an inventive liquid cooling system for an internal combustion engine in a first embodiment
  • FIGS. 12 to FIG. 16 an inventive liquid cooling system for a
  • deactivated parts of the liquid cooling system K are each shown in dashed lines. Functionally identical parts are provided in the embodiment variants with the same reference numerals.
  • the figures each show a liquid cooling system K with a cooling circuit 1 for a vehicle having an internal combustion engine 2 with a cylinder head 3 and a cylinder block 4, wherein in the cylinder head 3 at least a first cooling chamber 5 for cooling adjacent to the combustion chamber thermally critical areas and at least a second Refrigerator 6 are arranged for cooling the integrated into the cylinder head 3 exhaust manifold 7. Furthermore, at least a third cooling chamber 8 is provided in the cylinder block 4 for cooling the cylinder 9.
  • the engine-side region of the cooling system K is denoted by KM, the vehicle-side region of the cooling system by KF.
  • the first and second cooling chambers 5, 6 are flowed through hydraulically in parallel in the cooling circuit 1 by the coolant, wherein a first partial cooling circuit 10 leads to the first cooling chamber 5 and a second partial cooling circuit 11 to the second cooling chamber 6.
  • the first and second partial cooling circuits 10, 11 branch downstream of a coolant pump 12 from a common main branch 13 of the liquid cooling system K.
  • an oil cooler 14 is arranged upstream of the second cooling space 6 and a vehicle heating element 15 is arranged downstream of the second cooling space.
  • the vehicle heater 15 can be deactivated via a bypass valve, not shown.
  • a first double-acting thermostatic valve 20 is disposed in the region of a merger 16 of a main cooling circuit 18 coming from the coolant cooler 17 and a secondary cooling circuit 19 bypassing the coolant center 17.
  • the first and the third cooling chambers 5, 8 are connected to one another via at least one transfer channel 21.
  • the second cooling chamber 6 is connected via a second coolant line 23 to the main cooling circuit 18 and / or the auxiliary cooling circuit 19, wherein the vehicle radiator 15 is arranged in the second coolant line 23.
  • the third cooling chamber 8 is connected via a third coolant line 24 to the main cooling circuit 18, wherein the connection 25 is arranged with the main cooling circuit 18 upstream of the coolant radiator 17.
  • first embodiment is only a single thermostat, namely the first double-acting thermostatic valve 20, provided.
  • 1 shows the first double-acting thermostatic valve 20 in an intermediate position, in which both the main cooling circuit 18 and the auxiliary cooling circuit 19 are connected to the main branch 13 having the coolant pump 12.
  • Fig. FIG. 2 shows the situation when the internal combustion engine 2 is at operating temperature, the secondary cooling circuit 19 being deactivated and the entire coolant quantity being conducted through the main cooling circuit 18.
  • Fig. 3 shows the liquid cooling system K in the cold state, wherein the main cooling circuit 18 is deactivated and the total amount of coolant - bypassing the coolant radiator 17 - is passed through the auxiliary cooling circuit 19.
  • the Fig. 4 to FIG. 7 show a second embodiment variant with various circuit options in which, in addition to the first double-acting thermostatic valve 20, a single-acting thermostatic valve 26 is also provided in the third coolant line 24. Furthermore, the first cooling space 5 is connected to the auxiliary cooling circuit 19 via a first coolant line 22.
  • Fig. 4 is the first double-acting thermostatic valve 20 - analogous to FIG. 1 - in a middle position, the single-acting thermostatic valve 26 is open.
  • coolant can flow unhindered both in the main cooling circuit 18, and in the auxiliary cooling circuit 19, as well as in the third coolant line 24.
  • the coolant can flow directly into the auxiliary cooling circuit 19 via the first coolant line 22.
  • FIG. 5 shows the situation with cold internal combustion engine 2, the main cooling circuit 18 being closed by the first double-acting thermostatic valve 20.
  • the entire coolant is passed through the auxiliary cooling circuit 19, wherein the coolant can again flow directly into the auxiliary cooling circuit 19 via the first coolant line 22.
  • the internal combustion engine 2 is in the low operating temperature range, wherein the secondary cooling circuit 19 is closed via the first double-acting thermostatic valve 20 and the main cooling circuit 18 is opened.
  • the cooling in the cylinder block 4 is deactivated.
  • the coolant thus flows through the first cooling chamber 5 into the first coolant line 22 and passes via the free part 19a of the secondary cooling circuit 19 in the main cooling circuit 18 upstream of the coolant radiator 17.
  • the coolant flows through the second partial cooling circuit 11 through oil cooler 14, second Working space 6 and vehicle heater 15 and passes - after union with the coolant from the first partial cooling circuit 10 - also in the coolant radiator 17th
  • Fig. 7 differs from Fig. 6, characterized in that the single-acting thermostatic valve 26 is now open, whereby the cooling of the cylinder block 4 - in the warm to hot temperature range of the internal combustion engine 2 - is activated.
  • the coolant passes from the cylinder head 3 via the transfer channels 21 in the third working space 8 and leaves the cylinder block 4 via the third coolant line 24 in the direction of the main cooling circuit 18 to deliver the heat absorbed in the coolant cooler 17.
  • FIGS. 8 to FIG. 11 show a third embodiment variant with various circuit options, in which the third cooling chamber 8 is connected via a fourth coolant line 27 to the auxiliary cooling circuit 19 and via the first coolant line 22 to the first cooling chamber 5.
  • a single-acting thermostatic valve 28 is still provided in the third coolant line 24.
  • no further transfer channels 21 between the first and third cooling chamber 5, 8 are provided - the function of the transfer channels 21 is taken over by the first and fourth coolant line 22, 27.
  • Fig. 8 is the first double-acting thermostatic valve 20 - analogous to FIG. 1 and FIG. 4 - in a middle position, the single-acting thermostatic valve 28 is open.
  • coolant can both in the main cooling circuit 18, as also in the auxiliary cooling circuit 19, as well as in the third and fourth coolant line 24, 27 flow freely.
  • the coolant can flow via the first coolant line 22 directly into the secondary cooling circuit 19 and flow from the secondary cooling circuit 19 via the fourth coolant line 27 into the third cooling chamber 8.
  • FIG. 9 shows the situation with cold internal combustion engine 2: the main cooling circuit 18 is closed by the first double-acting thermostatic valve 20 - the entire coolant is passed through the secondary cooling circuit 19, wherein the coolant can again flow directly into the auxiliary cooling circuit 19 via the first coolant line 22 , The single-acting thermostatic valve 28 is closed and thus prevents the flow in the first cooling chamber eighth
  • Fig. 10 is the internal combustion engine 2 -analog to Fig. 6 - in the lower operating temperature range, being closed via the first double-acting thermostatic valve 20 of the secondary cooling circuit 19 and the main cooling circuit 18 is opened.
  • the cooling in the cylinder block 4 is deactivated.
  • the coolant thus flows through the first cooling chamber 5 into the first coolant line 22 and passes via the free part 19a of the auxiliary cooling circuit 19 in the main cooling circuit 18 upstream of the coolant radiator 17.
  • the coolant flows through the second partial cooling circuit 11 through oil cooler 14, second working space. 6 and vehicle heater 15 and passes - after union with the coolant from the first partial cooling circuit 10 - also in the coolant cooler 17th
  • the single-acting thermostatic valve 28 is now open, whereby the cooling of the cylinder block 4 - in the warm to hot temperature range of the internal combustion engine 2 - is activated.
  • the coolant passes from the first cooling chamber 5 of the cylinder head 3 via the first and fourth coolant line 22, 27 in the third working chamber 8 of the cylinder block 4 and leaves the cylinder block 4 via the third coolant line 24 in the direction of the main cooling circuit 18 upstream of the coolant radiator 17th
  • the Fig. 12 to FIG. 16 show a fourth embodiment of the liquid cooling system K with various circuit options. Similar to the third embodiment, the third cooling chamber 8 is connected via a fourth coolant line 27 to the secondary cooling circuit 19 and via the first coolant line 22 to the first cooling chamber 5. Instead of the single-acting thermostatic valve 28 is now in addition to the first double-acting thermostatic valve 20, a second double-acting thermostatic valve 29 at the intersection 30 of the first and fourth coolant line 22, 27 provided with the auxiliary cooling circuit 19. Again, there are no other transfer channels 21 between the first and third cooling chamber 5, 8 provided - the function of the transfer channels 21 is taken over by the first and fourth coolant line 22, 27.
  • Fig. 12 are both double-acting thermostatic valve 20, 29 in middle positions.
  • coolant in both the main cooling circuit 18, and in the auxiliary cooling circuit 19, as well as in the third and fourth coolant line 24, 27 flow freely.
  • the coolant can flow via the first coolant line 22 directly into the auxiliary cooling circuit 19 or into the fourth coolant line 27 and flow from the auxiliary cooling circuit 19 via the fourth coolant line 27 into the third cooling chamber 8.
  • Fig. 13 shows the situation with cold engine 2:
  • the main cooling circuit 18 is closed - the entire coolant is passed through the auxiliary cooling circuit 19.
  • the first and the fourth coolant line 22, 27 are closed by the second double-acting thermostatic valve 29, so that the first cooling chamber 5 and the third cooling chamber 8 is not flowed through.
  • the coolant circulates through the second coolant line 11, the oil cooler 14, the second working space 7, the vehicle heater 15 and the auxiliary cooling circuit 19 only in the small circuit.
  • the first coolant line 22 is first opened via the second double-acting thermostatic valve 29, as shown in FIG. 14 is shown.
  • the first cooling space 5 in the cylinder head 3 is now also flowed through, with the coolant leaving the first cooling space 5 through the first coolant line 22 and flowing back to the coolant center pump 12 via the auxiliary cooling circuit 19.
  • the secondary cooling circuit 19 leading to the coolant pump 12 is blocked between the intersection point 30 and the junction 16 by the second double-acting thermostatic valve 29, as shown in FIG. 15 is shown.
  • the coolant leaving the first working chamber 5 through the first coolant line 22 now flows through the free part 19a of the auxiliary cooling circuit 19 into the main cooling circuit 18 upstream of the coolant cooler 17.
  • the first double-acting thermostatic valve 20 now blocks the auxiliary cooling circuit 19 and opens the main cooling circuit 18.
  • the second double-acting thermostatic valve 29 is now in its intermediate position, in which the first and the fourth coolant line 22, 27 are opened, whereby coolant from the first coolant line 22 in both the free part 19a of the secondary Cooling circuit 19, as well as in the fourth coolant line 27 can flow.
  • the first and third working spaces 5, 8 are flowed through.
  • the coolant passes from the first cooling chamber 5 of the cylinder head 3 via the first and fourth coolant line 22, 27 in the third working chamber 8 of the cylinder block 4 and leaves the cylinder block 4 via the third coolant line 24 in the direction of the main cooling circuit 18 upstream of the coolant radiator 17th

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Description

Flüssigkühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges
Die Erfindung betrifft ein Flüssigkühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges mit einem einen integrierten Abgassammler aufweisenden Zylinderkopf, wobei der Zylinderkopf zumindest einen ersten Kühlraum zur Kühlung von an einen Brennraum grenzenden Bereichen und zumindest einen zweiten Kühlraum zur Kühlung des Abgassammlers aufweist, wobei die ersten und zweiten Kühlräume voneinander getrennt parallel durchströmbar sind .
Aus der US 2005/0087154 AI ist es bekannt, den Abgassammler integral mit dem Zylinderkopf auszuführen. Der durch einen oberen und einen unteren Teilkühlraum gebildete Hauptkühlraum ist thermisch mit dem Abgassammler verbunden.
Die EP 0 856 650 AI zeigt ein Kühlsystem für einen Außenbordmotor, wobei die vom Brennraum ausgehenden Auslasskanäle im Zylinderkopf U-förmig gekrümmt sind und die Flanschflächen zum Anschluss eines Abgassammlers in der Zylinderkopfebene liegt. Der Abgassammler ist dabei integral mit dem Zylindergehäuse ausgebildet.
Die US 7,051,685 B2 offenbart einen Zylinderkopf mit integriertem Abgassammler, wobei der Abgassammler von einem ersten und einem zweiten Kühlraum umgeben ist, wobei die beiden Kühlräume durch mitgegossene Strömungsverbindungen miteinander verbunden sind. Der erste und der zweite Kühlraum sind dabei übereinander angeordnet.
Die AT 500 442 Bl beschreibt einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung mit einem ersten zentralen Kühlraum und einem einen integrierten Abgassammler umgebenden zweiten Kühlraum, wobei der Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlraum getrennt vom Kühlmittelstrom durch den ersten Kühlraum einstellbar ist.
Aus der WO 2011/061248 AI ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung und mit einem integral mit dem Zylinderkopf ausgebildeten flüssigkeitsgekühlten Abgassammler bekannt, wobei der Zylinderkopf zumindest einen ersten und einen zweiten, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlraum aufweist, und wobei der Bereich des Abgassammlers zumindest teilweise vom zweiten Kühlraum umgeben ist. Der erste und der zweite Kühlraum sind über zumindest eine Bohrung miteinander strömungsverbunden. Es ist bekannt, den Fahrzeugkühler und den Ölkühler parallel zum Kühlraum des Abgaskrümmers anzuordnen. Um eine Störung der Kühlung zu vermeiden, ist ein relativ aufwändiges Kühlsystem erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten auf möglichst einfache Weise das Kühlmanagement zu verbessern.
Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass zumindest ein Ölkühler und/oder zumindest ein Fahrzeugheizkörper in Serie mit dem zweiten Kühlraum im Kühlkreis angeordnet ist.
Der Ölkühler kann im Kühlkreis stromaufwärts des zweiten Kühlraumes, und der Fahrzeugheizkörper im Kühlkreis stromabwärts des zweiten Kühlraumes angeordnet sein.
Besonders vorteilhaft verzweigen sich ein zum ersten Kühlraum führender erster Teilkühlkreis und ein zum zweiten Kühlraum führender zweiter Teilkühlkreis stromabwärts einer Kühlmittelpumpe vom gemeinsamen Hauptkühlkreis.
Stromaufwärts der Kühlmittelpumpe kann im Bereich einer Zusammenführung eines vom Kühlmittekühler kommenden Hauptkühlkreises und eines den Kühlmittekühler umgehenden Nebenkühlkreises ein erstes doppelt wirkendes Thermostatventil angeordnet sein.
Der erste Kühlraum ist dabei bevorzugt über einen ersten Kühlmittelstrang mit dem Nebenkühlkreis verbunden.
Der zweite Kühlraum ist vorteilhafter Weise über einen zweiten Kühlmittelstrang mit dem Hauptkühlkreis und/oder dem Nebenkühlkreis verbunden, wobei vorzugsweise im zweiten Kühlmittelstrang ein Fahrzeugheizkörper angeordnet ist.
Weiters kann vorgesehen sein, dass zumindest ein im Zylinderblock angeordneter dritter Kühlraum über zumindest einen Übertrittskanal mit dem ersten Kühlraum im Zylinderkopf verbunden ist. Vorzugsweise ist der dritte Kühlraum über einen dritten Kühlmittelstrang mit dem Hauptkühlkreis verbunden ist, wobei die Verbindung mit dem Hauptkühlkreis stromaufwärts des Kühlmittelkühlers angeordnet ist. Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht dabei vor, dass im dritten Kühlmittelstrang ein einfach wirkendes Thermostatventil angeordnet ist.
In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Kühlraum über einen vierten Kühlmittelstrang mit dem Nebenkühlkreis und/oder dem ersten Kühlmittelstrang verbunden ist. Im vierten Kühlmittelstrang kann dabei ein einfach wirkendes Thermostatventil angeordnet ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, im Bereich eines Kreuzungspunktes des ersten Kühlmittelstranges, des vierten Kühlmittelstranges und des Nebenkühlkreises ein zweites doppelt wirkendes Thermostatventil anzuordnen.
Die beschriebenen Ausführungsvarianten erlauben ein einfaches Kühlmanagement, wobei der Durchfluss des Ölkühlers und des Fahrzeugheizkörpers keine nachteiligen Auswirkungen hat.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch :
Fig. 1 bis Fig . 3 ein erfindungsgemäßes Flüssigkühlsystem für eine Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante;
Fig. 4 bis Fig . 7 ein erfindungsgemäßes Flüssigkühlsystem für eine Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante;
Fig. 8 bis Fig . 11 ein erfindungsgemäßes Flüssigkühlsystem für eine
Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante; und
Fig. 12 bis Fig . 16 ein erfindungsgemäßes Flüssigkühlsystem für eine
Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante.
In den Figuren sind deaktivierte Teile des Flüssigkühlsystems K jeweils in strich- lierten Linien dargestellt. Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen jeweils ein Flüssigkühlsystem K mit einem Kühlkreis 1 für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 2 mit einem Zylinderkopf 3 und einem Zylinderblock 4, wobei im Zylinderkopf 3 zumindest ein erster Kühlraum 5 zur Kühlung von an den Brennraum grenzenden thermisch kritischen Bereichen und zumindest ein zweiter Kühlraum 6 zur Kühlung des in den Zylinderkopf 3 integrierten Abgassammlers 7 angeordnet sind. Weiters ist zumindest ein dritter Kühlraum 8 im Zylinderblock 4 zur Kühlung der Zylinder 9 vorgesehen.
Der motorseitige Bereich des Kühlsystems K ist mit KM, der fahrzeugseitige Bereich des Kühlsystem mit KF bezeichnet.
Die ersten und zweiten Kühlräume 5, 6 werden im Kühlkreis 1 hydraulisch parallel vom Kühlmittel durchströmt, wobei ein erster Teilkühlkreis 10 zum ersten Kühlraum 5 und ein zweiter Teilkühlkreis 11 zum zweiten Kühlraum 6 führt. Die ersten und zweiten Teilkühlkreise 10, 11 verzweigen sich stromabwärts einer Kühlmittelpumpe 12 von einem gemeinsamen Hauptstrang 13 des Flüssigkühlsystems K. Im zweiten Teilkühlkreis 11 ist stromaufwärts des zweiten Kühlraumes 6 ein Ölkühler 14 und stromabwärts des zweiten Kühlraumes ein Fahrzeugheizkörper 15 angeordnet. Der Fahrzeugheizkörper 15 kann über ein nicht weiter dargestelltes Umgehungsventil deaktiviert werden.
Stromaufwärts der Kühlmittelpumpe 12 ist im Bereich einer Zusammenführung 16 eines vom Kühlmittelkühler 17 kommenden Hauptkühlkreises 18 und eines den Kühlmittekühler 17 umgehenden Nebenkühlkreises 19 ein erstes doppelt wirkendes Thermostatventil 20 angeordnet.
In den ersten drei Ausführungsbeispielen ist der erste und der dritte Kühlraum 5, 8 über zumindest einen Übertrittskanal 21 miteinander verbunden.
Der zweite Kühlraum 6 ist über einen zweiten Kühlmittelstrang 23 mit dem Hauptkühlkreis 18 und/oder dem Nebenkühlkreis 19 verbunden, wobei im zweiten Kühlmittelstrang 23 der Fahrzeugheizkörper 15 angeordnet ist. Der dritte Kühlraum 8 ist über einen dritten Kühlmittelstrang 24 mit dem Hauptkühlkreis 18 verbunden, wobei die Verbindung 25 mit dem Hauptkühlkreis 18 stromaufwärts des Kühlmittelkühlers 17 angeordnet ist.
Bei der in den Fig . 1 bis Fig . 3 dargestellten ersten Ausführungsvariante ist nur ein einziges Thermostat, und zwar das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20, vorgesehen. Fig. 1 zeigt das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 in einer Zwischenstellung, in der sowohl der Hauptkühlkreis 18, als auch der Nebenkühlkreis 19 mit dem die Kühlmittelpumpe 12 aufweisenden Hauptstrang 13 verbunden ist. Fig . 2 zeigt die Situation bei betriebswarmer Brennkraftmaschine 2, wobei der Nebenkühlkreis 19 deaktiviert ist und die gesamte Kühlmittelmenge durch den Hauptkühlkreis 18 geleitet wird .
Fig. 3 zeigt das Flüssigkühlsystem K in kaltem Zustand, wobei der Hauptkühlkreis 18 deaktiviert ist und die gesamte Kühlmittelmenge - unter Umgehung des Kühlmittelkühlers 17 - durch den Nebenkühlkreis 19 geleitet wird.
Die Fig . 4 bis Fig . 7 zeigen eine zweite Ausführungsvariante mit verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten, bei der zusätzlich zu dem erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 noch ein einfach wirkendes Thermostatventil 26 im dritten Kühlmittelstrang 24 vorgesehen ist. Weiters ist der erste Kühlraum 5 über einen ersten Kühlmittelstrang 22 mit dem Nebenkühlkreis 19 verbunden.
In Fig . 4 befindet sich das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 - analog zu Fig . 1 - in einer Mittelstellung, das einfach wirkende Thermostatventil 26 ist geöffnet. Somit kann Kühlmittel sowohl im Hauptkühlkreises 18, als auch im Nebenkühlkreis 19, sowie im dritten Kühlmittelstrang 24 ungehindert strömen. Zum Unterschied zu der ersten Ausführung kann das Kühlmittel über den ersten Kühlmittelstrang 22 direkt in den Nebenkühlkreis 19 strömen.
Fig. 5 zeigt die Situation bei kalter Brennkraftmaschine 2, wobei durch das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 der Hauptkühlkreis 18 geschlossen ist. Das gesamte Kühlmittel wird durch den Nebenkühlkreis 19 geleitet, wobei das Kühlmittel wieder über den ersten Kühlmittelstrang 22 direkt in den Nebenkühlkreis 19 strömen kann.
In Fig. 6 befindet sich die Brennkraftmaschine 2 im unteren betriebswarmen Bereich, wobei über das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 der Nebenkühlkreis 19 geschlossen und der Hauptkühlkreis 18 geöffnet ist. Durch Schließen des einfach wirkenden Thermostatventils 26 wird die Kühlung im Zylinderblock 4 deaktiviert. Das Kühlmittel strömt somit durch den ersten Kühlraum 5 in den ersten Kühlmittelstrang 22 und gelangt über den freien Teil 19a des Neben- kühlkreises 19 in den Hauptkühlkreis 18 stromaufwärts des Kühlmittelkühlers 17. Parallel dazu strömt das Kühlmittel durch den zweiten Teilkühlkreis 11 durch Ölkühler 14, zweiten Arbeitsraum 6 und Fahrzeugheizkörper 15 und gelangt - nach Vereinigung mit dem Kühlmittel aus dem ersten Teilkühlkreis 10 - ebenfalls in den Kühlmittelkühlers 17.
Fig. 7 unterscheidet sich von Fig. 6 dadurch, dass das einfach wirkende Thermostatventil 26 nun geöffnet ist, wodurch die Kühlung des Zylinderblockes 4 - im betriebswarmen bis heißen Temperaturbereich der Brennkraftmaschine 2 - aktiviert ist. Das Kühlmittel gelangt dabei aus dem Zylinderkopf 3 über die Übertrittskanäle 21 in den dritten Arbeitsraum 8 und verlässt den Zylinderblock 4 über den dritten Kühlmittelstrang 24 in Richtung Hauptkühlkreis 18, um im Kühlmittelkühler 17 die aufgenommene Wärme abzugeben.
Die Fig. 8 bis Fig . 11 zeigen eine dritte Ausführungsvariante mit verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten, bei der der dritte Kühlraum 8 über einen vierten Kühlmittelstrang 27 mit dem Nebenkühlkreis 19 und über den ersten Kühlmittelstrang 22 mit dem ersten Kühlraum 5 verbunden ist. Zusätzlich zu dem ersten doppelt wirkenden Thermostatventil 20 ist noch ein einfach wirkendes Thermostatventil 28 im dritten Kühlmittelstrang 24 vorgesehen. In dieser Ausführung ist kein weiterer Übertrittskanäle 21 zwischen erstem und dritten Kühlraum 5, 8 vorgesehen - die Funktion der Übertrittskanäle 21 wird durch den ersten und vierten Kühlmittelstrang 22, 27 übernommen.
In Fig . 8 befindet sich das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 - analog zu Fig. 1 und Fig . 4 - in einer Mittelstellung, das einfach wirkende Thermostatventil 28 ist geöffnet. Somit kann Kühlmittel sowohl im Hauptkühlkreis 18, als auch im Nebenkühlkreis 19, sowie im dritten und vierten Kühlmittelstrang 24, 27 ungehindert strömen. Zum Unterschied zu der ersten Ausführung kann das Kühlmittel über den ersten Kühlmittelstrang 22 direkt in den Nebenkühlkreis 19 strömen und vom Nebenkühlkreis 19 über den vierten Kühlmittelstrang 27 in den dritten Kühlraum 8 strömen.
Fig. 9 zeigt die Situation bei kalter Brennkraftmaschine 2 : Durch das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 ist der Hauptkühlkreis 18 geschlossen - das gesamte Kühlmittel wird durch den Nebenkühlkreis 19 geleitet, wobei das Kühlmittel wieder über den ersten Kühlmittelstrang 22 direkt in den Nebenkühlkreis 19 strömen kann. Das einfach wirkende Thermostatventil 28 ist geschlossen und unterbindet somit die Strömung in den ersten Kühlraum 8.
In Fig . 10 befindet sich die Brennkraftmaschine 2 -analog zu Fig . 6 - im unteren betriebswarmen Bereich, wobei über das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 der Nebenkühlkreis 19 geschlossen und der Hauptkühlkreis 18 geöffnet ist. Durch Schließen des einfach wirkenden Thermostatventils 28 wird die Kühlung im Zylinderblock 4 deaktiviert. Das Kühlmittel strömt somit durch den ersten Kühlraum 5 in den ersten Kühlmittelstrang 22 und gelangt über den freien Teil 19a des Nebenkühlkreises 19 in den Hauptkühlkreis 18 stromaufwärts des Kühlmittelkühlers 17. Parallel dazu strömt das Kühlmittel durch den zweiten Teilkühlkreis 11 durch Ölkühler 14, zweiten Arbeitsraum 6 und Fahrzeugheizkörper 15 und gelangt - nach Vereinigung mit dem Kühlmittel aus dem ersten Teilkühlkreis 10 - ebenfalls in den Kühlmittelkühlers 17.
In Fig . 11 ist das einfach wirkende Thermostatventil 28 nun geöffnet, wodurch die Kühlung des Zylinderblockes 4 - im betriebswarmen bis heißen Temperaturbereich der Brennkraftmaschine 2 - aktiviert ist. Das Kühlmittel gelangt dabei aus dem ersten Kühlraum 5 des Zylinderkopfes 3 über den ersten und vierten Kühlmittelstrang 22, 27 in den dritten Arbeitsraum 8 des Zylinderblockes 4 und verlässt den Zylinderblock 4 über den dritten Kühlmittelstrang 24 in Richtung Hauptkühlkreis 18 stromaufwärts des Kühlmittelkühlers 17.
Die Fig . 12 bis Fig . 16 zeigen eine vierte Ausführungsvariante des Flüssigkühlsystems K mit verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten. Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsvariante ist der dritte Kühlraum 8 über einen vierten Kühlmittelstrang 27 mit dem Nebenkühlkreis 19 und über den ersten Kühlmittelstrang 22 mit dem ersten Kühlraum 5 verbunden. An Stelle des einfach wirkenden Thermostatventils 28 ist nun zusätzlich zu dem ersten doppelt wirkenden Thermostatventil 20 noch ein zweites doppelt wirkendes Thermostatventil 29 im Kreuzungspunkt 30 des ersten und vierten Kühlmittelstranges 22, 27 mit dem Nebenkühlkreis 19 vorgesehen. Auch hier sind keine weiteren Übertrittskanäle 21 zwischen erstem und dritten Kühlraum 5, 8 vorgesehen - die Funktion der Übertrittskanäle 21 wird durch den ersten und vierten Kühlmittelstrang 22, 27 übernommen.
In Fig . 12 befinden sich beide doppelt wirkenden Thermostatventil 20, 29 in Mittelstellungen. Somit kann Kühlmittel sowohl im Hauptkühlkreis 18, als auch im Nebenkühlkreis 19, sowie im dritten und vierten Kühlmittelstrang 24, 27 ungehindert strömen. Das Kühlmittel kann über den ersten Kühlmittelstrang 22 direkt in den Nebenkühlkreis 19 oder in den vierten Kühlmittelstrang 27 strömen und vom Nebenkühlkreis 19 über den vierten Kühlmittelstrang 27 in den dritten Kühlraum 8 strömen.
Fig. 13 zeigt die Situation bei kalter Brennkraftmaschine 2 : Durch das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 ist der Hauptkühlkreis 18 geschlossen - das gesamte Kühlmittel wird durch den Nebenkühlkreis 19 geleitet. Weiters ist durch das zweite doppelt wirkende Thermostatventil 29 der erste und der vierte Kühlmittelstrang 22, 27 geschlossen, so dass der erste Kühlraum 5 und der dritte Kühlraum 8 nicht durchströmt wird . Das Kühlmittel zirkuliert nur im kleinen Kreislauf durch den zweiten Kühlmittelstrang 11, den Ölkühler 14, den zweiten Arbeitsraum 7. den Fahrzeugheizkörper 15 und den Nebenkühlkreis 19.
Steigt die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 2, so wird zuerst über das zweite doppelt wirkende Thermostatventil 29 der erste Kühlmittelstrang 22 geöffnet, wie in Fig . 14 dargestellt ist. Dadurch wird nun auch der erste Kühlraum 5 im Zylinderkopf 3 durchströmt, wobei das Kühlmittel den ersten Kühlraum 5 durch den ersten Kühlmittelstrang 22 verlasst und über den Nebenkühlkreis 19 zur Kühlmittepumpe 12 zurückströmt.
Steigt die Temperatur der Brennkraftmaschine 2 weiter an, so wird der zur Kühlmittelpumpe 12 führende Nebenkühlkreis 19 zwischen dem Kreuzungspunkt 30 und der Zusammenführung 16 durch das zweite doppelt wirkende Thermostatventil 29 gesperrt, wie in Fig . 15 gezeigt ist. Das den ersten Arbeitsraum 5 durch den ersten Kühlmittelstrang 22 verlassende Kühlmittel fließt nun durch den freien Teil 19a des Nebenkühlkreises 19 in den Hauptkühlkreis 18 stromaufwärts des Kühlmittelkühlers 17.
Fig. 16 zeigt das Flüssigkühlsystem K bei betriebswarmer bis heißer Brennkraftmaschine 2. Das erste doppelt wirkende Thermostatventil 20 versperrt nun den Nebenkühlkreis 19 und öffnet den Hauptkühlkreis 18. Das zweite doppelt wirkende Thermostatventil 29 befindet sich nun in seiner Zwischenstellung, in der der erste und der vierte Kühlmittelstrang 22, 27 geöffnet sind, wodurch Kühlmittel aus dem ersten Kühlmittelstrang 22 sowohl in den freien Teil 19a des Neben- kühlkreises 19, als auch in den vierten Kühlmittelstrang 27 strömen kann. Somit können die ersten und dritten Arbeitsräume 5, 8 durchströmt werden. Das Kühlmittel gelangt dabei aus dem ersten Kühlraum 5 des Zylinderkopfes 3 über den ersten und vierten Kühlmittelstrang 22, 27 in den dritten Arbeitsraum 8 des Zylinderblockes 4 und verlässt den Zylinderblock 4 über den dritten Kühlmittelstrang 24 in Richtung Hauptkühlkreis 18 stromaufwärts des Kühlmittelkühlers 17.
Unabhängig von den Stellungen der Thermostatventile 20, 26 28 und 29 werden der Ölkühler 14, der zweite Arbeitsraum 6 zur Kühlung des Abgassammlers 7 und der Fahrzeugheizkörper 15 stets durchströmt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Flüssigkühlsystem (K) mit für eine Brennkraftmaschine (2) eines Fahrzeuges mit einem einen integrierten Abgassammler (7) aufweisenden Zylinderkopf (3), wobei der Zylinderkopf (3) zumindest einen ersten Kühlraum (5) zur Kühlung von an einen Brennraum grenzenden Bereichen und zumindest einen zweiten Kühlraum (6) zur Kühlung des Abgassammlers (7) aufweist, wobei die ersten und zweiten Kühlräume (5, 6) voneinander getrennt parallel durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ölkühler (14) und/oder zumindest ein Fahrzeugheizkörper (15) in Serie mit dem zweiten Kühlraum (6) im Kühlkreis (1) angeordnet ist.
2. Flüssigkühlsystem (K) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum ersten Kühlraum (5) führender erster Teilkühlkreis ( 10) und ein zum zweiten Kühlraum (6) führender zweiter Teilkühlkreis (11) sich vorzugsweise stromabwärts einer Kühlmittelpumpe (12) von einem gemeinsamen Hauptstrang (13) verzweigen.
3. Flüssigkühlsystem (K) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölkühler (14) im zweiten Teilkühlkreis (11) stromaufwärts des zweiten Kühlraumes (6) angeordnet ist.
4. Flüssigkühlsystem (K) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugheizkörper (15) im zweiten Teilkühlkreis (11) stromabwärts des zweiten Kühlraumes (6) angeordnet ist.
5. Flüssigkühlsystem (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Kühlmittelpumpe (12) im Bereich einer Zusammenführung (16) eines vom Kühlmittelkühler (17) kommenden Hauptkühlkreises (18) und eines den Kühlmittelkühler (17) umgehenden Nebenkühlkreises (19) ein erstes doppelt wirkendes Thermostatventil (20) angeordnet ist.
6. Flüssigkühlsystem (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlraum (5) über einen ersten Kühlmittelstrang (22) mit dem Nebenkühikreis (19) verbunden ist.
7. Flüssigkühlsystem (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlraum (6) über einen zweiten Kühlmittelstrang (23) mit dem Hauptkühlkreis (18) und/oder dem Nebenkühikreis (19) verbunden ist, wobei vorzugsweise im zweiten Kühlmittelstrang (23) der Fahrzeugheizkörper (15) angeordnet ist.
8. Flüssigkühlsystem (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein im Zylinderblock (4) angeordneter dritter Kühlraum (8) über zumindest einen Übertrittskanal (21) mit dem ersten Kühlraum (5) im Zylinderkopf (3) verbunden ist.
9. Flüssigkühlsystem (K) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlraum (8) über einen dritten Kühlmittelstrang (24) mit dem Hauptkühlkreis (18) verbunden ist, wobei die Verbindung (25) mit dem Hauptkühlkreis (18) stromaufwärts des Kühlmittelkühlers (17) angeordnet ist.
10. Flüssigkühlsystem (K) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Kühlmittelstrang (24) ein einfach wirkendes Thermostatventil (26) angeordnet ist.
11. Flüssigkühlsystem (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlraum (8) über einen vierten Kühlmittelstrang (27) mit dem Nebenkühlkreis (19) und/oder dem ersten Kühlmittelstrang (22) verbunden ist.
12. Flüssigkühlsystem (K) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Kühlmittelstrang (27) ein einfach wirkendes Thermostatventil (28) angeordnet ist.
13. Flüssigkühlsystem (K) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Kreuzungspunktes (30) des ersten Kühlmittelstranges (22), des vierten Kühlmittelstranges (24) und des Nebenkühlkreises (19) ein zweites doppelt wirkendes Thermostatventil (30) angeordnet ist.
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