[0001] Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine,
deren Zylinderblock und Zylinderkopf von Kühlmittel durchströmt sind, das von einer
Pumpe gefördert und nach Durchlauf durch die Brennkraftmaschine in einem geschlossenen
Kreislauf zu einem Kühler geführt wird, wobei im Zylinderblock ein oberes den Brennräumen
der Zylinder zugeordnetes Kanalsystem und ein davon getrenntes dem Kurbeltrieb benachbartes
unteres Kanalsystem ausgebildet sind.
[0002] Ein derartiges Kühlsystem ist mit DE 32 26 880 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten
Kühlsystem liegt oberhalb des oberen im Zylinderblock angeordneten Kanalsystems ein
weiteres im Zylinderkopf befindliches Kanalsystem, welches über das untere im Zylinderblock
befindliche Kanalsystem über ein Thermostatventil mit relativ kühlem Kühlmittel versorgt
wird. Eine Verbindung zwischen dem oberen im Zylinderblock angeordneten Kanalsystem
und dem Kanalsystem im Zylinderkopf besteht neben der thermostatgeregelten Zuleitung
nicht. Mit diesem Kühlsystem kann zwar die angestrebte unterschiedlich starke Kühlung
des unteren Zylinderblockes und der Brennräume erreicht werden, und es steht auch
relativ früh nach Start der Brennkraftmaschine erwärmtes Kühlmittel für Heizzwecke
zur Verfügung. Es bilden sich im Bereich um die Brennräume der Zylinder aber auch
zwei unterschiedliche Temperaturbereiche auf relativ hohem Temperaturniveau aus, nämlich
einmal im oberen Bereich des Zylinderblockes im Unterbereich der Kolben und zum anderen
im Bereich der Brennraumboden des Zylinderkopfes. Diese unterschiedlichen Temperaturbereiche
in enger Nachbarschaft führen zu einer unerwünschten unterschiedlichen Wärmedehnung
der dort befindlichen Materialien und zu von diesen ausgelösten Spannungen, die zwischen
den beiden Temperaturbereichen von diesem Material, insbesondere durch eine Zylinderkopfdichtung,
aufgenommen werden muß. Die damit auftretenden Dauerbelastungen reduzieren die Lebensdauer
der dort befindlichen Bauteile. Nachteilig ist auch, daß der Zylinderkopf nur in seiner
Längsrichtung vom Kühlmittel durchströmt wird, wodurch eine gezielte Anströmung wärmegefährdeter
Bereiche in der Nähe der Zylinderkopfbodenplatte nicht möglich ist.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei dem unter Beibehaltung der durch ein solches System eintretenden Vorteile zusätzlich
um die Brennräume ein ausgeglichenes Temperaturniveau eintritt, so daß Wärmespannungen
in diesem Bereich weitestgehend vermieden werden können und daß eine gezielte Anströmung
wärmegefährdeter Bereiche in Nähe der Zylinderkopfbodenplatte möglich ist.
[0004] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind mit den Merkmalen der weiteren Ansprüche
dargestellt.
[0005] Damit ist im Bereich der Brennräume der Brennkraftmaschine sowohl den Zylinderblock
als auch den Zylinderkopf einbeziehend eine einheitliche Temperatur vorhanden, so
daß unerwünschte thermische Verspannungen beherrschbar bleiben. Gleichzeitig ist durch
die unmittelbare Verbindung des Teilkanalsystemes des Zylinderblockes mit dem Teilkanalsystem
des Zylinderkopfes über mehrere verteilt über die gesamte Berührungsfläche zwischen
Zylinderblock und Zylinderkopf angeordnete Durchlässe eine gezielte Anströmung der
wärmegefährdeten Bereiche, insbesondere in Nähe der Zylinderkopfbodenplatte, möglich.
[0006] Da im Bereich des oberen Umkehrpunktes des Hubkolbens infolge der dort auftretenden
Verweilzeit des Kolbens eine erhebliche Wärmemenge vom Kolben auf die Zylinderwand
übertragen wird, ist es vorteilhaft, das obere Kanalsystem so weit nach unten in den
Zylinderblock hineinzuziehen, daß von ihm der Bereich bis zur Höhe der Kolbenringe
in OT-Stellung der Hubkolben mit umfaßt ist. Damit kann diese erhebliche Wärmemenge
durch die im oberen Kanalsystem befindliche Kühlflüssigkeit aufgenommen werden, ebenso
wie die Wärmemenge, welche im Zylinderkopf anfällt. Die durch das obere Kanalsystem
zirkulierende Kühlflüssigkeit wird sich somit sehr schnell erwärmen und steht so auch
relativ früh nach Start der Brennkraftmaschine für Heizzwecke, zum Beispiel zur Scheibenentfrostung,
mit ausreichender Temperatur zur Verfügung.
[0007] Der im unteren Kanalsystem, also nahe des Kurbeltriebes, befindliche Anteil der Kühlflüssigkeit
nimmt gegenüber dem oberen Kanalsystem eine wesentlich geringere Wärmemenge auf, nämlich
die über die Zylinderwände abgegebene; wobei wiederum im unteren Umkehrpunkt der Hubkolben
infolge der Verweildauer der Hubkolben der größere Wärmeanteil vorliegt, so daß vorzugsweise
vom unteren Kanalsystem besonders dieser Bereich umfaßt ist.
[0008] Bei kalter Brennkraftmaschine soll sich die Kühlflüssigkeit schnell erwärmen. Das
geschieht für die im oberen Kanalsystem befindliche, gegenüber der Gesamtmenge um
den Anteil der im unteren Kanalsystem befindlichen reduzierten Menge dadurch, daß
durch ein Hauptthermostatventil und eine Kurzschlußleitung in an sich bekannter Weise
der Kühler kurzgeschlossen wird und die um die Brennräume anfallende Wärmemenge annähernd
vollständig in der umlaufenden Kühlflüssigkeit verbleibt. In diesem Kreislauf befindet
sich auch der Wärmetauscher für eine Heizung. Somit steht sehr schnell nach dem Start
der Brennkraftmaschine ausreichend erwärmte Kühlflüssigkeit für Heizungszwecke zur
Verfügung. Erst nach Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wird
der Kühler in den Kreislauf einbezogen, so daß dann überschüssige Wärme über den Kühler
abgeführt wird.
[0009] Die im unteren Kanalsystem befindliche Kühlflüssigkeit wird erst dann in den Kühlmittelkreislauf
einbezogen, wenn das Thermostatventil am Abfluß dieses Kanalsystems öffnet, was bei
Erreichen einer Temperatur geschieht, die annähernd der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
entspricht, jedoch geringfügig unter dieser liegt.
[0010] Durch das Verweilen der Kühlflüssigkeit im unteren Kanalsystem wird auch dort die
erwünschte Betriebstemperatur trotz der dort weniger anfallenden Wärmemenge schnell
erreicht.
[0011] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand von Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1:
- die schematisierte Ansicht einer Hubkolbenbrennkraftmaschine;
- Fig. 2:
- einen Schnitt entlang der Linie A - A in Figur 1;
- Fig. 3 bis Fig. 5:
- je eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch eine Zylinderwand von Brennkraftmaschinen;
- Fig. 6:
- einen Schnitt durch die Wand am Zylinderblockende einer Brennkraftmaschine.
[0012] Eine Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 3 auf.
Der Zylinderblock 2 enthält benachbart zu dem in ihm befindlichen Kurbeltrieb 4 ein
Kanalsystem 5, welches nach oben hin durch eine Trennwand 6 begrenzt ist, die in einer
Ebene dicht unterhalb von Kolbenringen 7 der in der Brennkraftmaschine 1 im oberen
Totpunkt befindlichen Hubkolben 8 liegt. Oberhalb der Trennwand 6 befindet sich noch
innerhalb des Zylinderblockes 2 ein Teilkanalsystem 9, welches mit einem Teilkanalsystem
10 im Zylinderkopf 3 über mehrere verteilt über die Zylinderkopfbodenplatte angeordnete
Durchlässe 11 verbunden ein oberes Kanalsystem 12 bildet. Dieses obere Kanalsystem
12 erstreckt sich somit um die brennraumnahen Gebiete sowohl des Zylinderkopfes 3
als auch des Zylinderblockes 2. Es ist mit dem unterhalb der Trennwand 6 befindlichen
unteren Kanalsystem 5 lediglich durch eine Verbindungsleitung 13 verbunden. In der
Verbindungsleitung 13 befindet sich ein Thermostatventil 14, welches die Verbindungsleitung
13 verschließt, solange eine in dem unteren Kanalsystem 5 befindliche Kühlflüssigkeit
nicht eine Temperatur nahe der optimalen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
1 erreicht hat. Sowohl das obere Kanalsystem 12 als auch das untere Kanalsystem 5
werden von einer gemeinsamen Pumpe 15 mit Kühlflüssigkeit versorgt. Ein für die Fahrzeugheizung
oder dergleichen vorgesehener Wärmetauscher 23, der parallel zur Kurzschlußleitung
20 angeordnet ist, wird somit sehr schnell nach dem Start der Brennkraftmaschine 1
mit ausreichend erwärmter Kühlflüssigkeit versorgt. Vom oberen Kanalsystem 12 führt
ein Abfluß 16 zu einem Hauptthermostatventil 17. Das Hauptthermostatventil 17 gibt
bei Betriebstemperatur der Kühlflüssigkeit einen Leitungsweg 18 über einen Kühler
19 zur Pumpe 15 frei. Wenn die Kühlflüssigkeit die Betriebstemperatur noch nicht erreicht
hat, dann verschließt das Hauptthermostatventil 17 den Leitungsweg 18 und gibt dafür
eine Kurzschlußleitung 20 unter Umgehung des Kühlers 19 direkt zur Pumpe 15 frei.
Die Trennwand 6 zwischen den beiden Kanalsystemen 5 und 12 kann, wie in Figur 2 ersichtlich,
durch einen mit dem Guß des Zylinderblockes 2 hergestellten Steg gebildet sein. In
Figur 3 ist eine Trennwand 6 dargestellt, welche sich über einen Bereich 21, der in
etwa dem Kolbenhub entspricht, erstreckt, so daß sich in diesem Bereich keine Kühlmittelräume
befinden. Diese Ausführung des Steges ist ebenfalls mit dem Guß des Zylinderblockes
2 hergestellt. Bei dieser Ausführung wird eine geringere Menge an Kühlflüssigkeit
benötigt, so daß die tatsächlich vorhandene Kühlflüssigkeit insgesamt schneller auf
Betriebstemperatur erwärmt wird. Der gleiche vorteilhafte Effekt tritt bei einer Ausführung
gemäß Figur 4 ein, bei welcher die Trennwand 6 durch einen in den Zylinderblock 2
in an sich bekannter Weise eingesetzen Einsatz aus Kunststoff oder dergleichen gebildet
ist. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich dadurch ein vereinfachtes Gußteil für den
Zylinderblock 2. Bei der Ausführung nach Figur 5 ist die Trennwand 6 durch einen Bund
an einer nassen Zylinderlaufbüchse 22 gebildet. Dadurch kann das Gußteil für den Zylinderblock
2 weiter vereinfacht werden. Figur 6 zeigt die Anordnung des Thermostatventils 14
in der Verbindungsleitung 13 an der Rückwand des Zylinderblockes 2. Das Thermostatventil
14 ist hier vor dem Aufsetzen des Zylinderkopfes 3 von oben her in die Verbindungsleitung
13 eingesetzt. Es ist jedoch ebenso möglich, das Thermostatventil 13 durch ein Fenster
an der Rückwand des Zylinderblockes 2 einzusetzen.
1. Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine (1), deren Zylinderblock
(2) und Zylinderkopf (3) von Kühlmittel durchströmt sind, das von einer Pumpe (15)
gefördert und nach Durchlauf durch die Brennkraftmaschine (1) in einem geschlossenen
Kreislauf zu einem Kühler (19) geführt wird, wobei im Zylinderblock (2) ein oberes
den Brennräumen der Zylinder zugeordnetes Teilkanalsystem (9) und ein davon getrenntes,
dem Kurbeltrieb (4) benachbartes unteres Kanalsystem (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Teilkanalsystem (9) des Zylinderblockes (2) zum Zylinderkopf (3) hin
offen ist und mit Kühlflüssigkeitsräumen im Zylinderkopf (3) ein einheitliches oberes
Kanalsystem (12) bildet, wobei die im Zylinderkopf (3) befindlichen Kühlflüssigkeitsräume
vom Teilkanalsystem (9) im Zylinderblock (2) durch mehrere über die Zylinderkopfbodenplatte
verteilte Durchlässe (11) mit Kühlflüssigkeit versorgt werden.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einheitliche obere Kanalsystem (12) nach unten in Richtung Kurbeltrieb (4)
bis zur Höhe der Kolbenringe (7) bei in OT-Stellung befindlichen Hubkolben (8) der
Brennkraftmaschine (1) geführt ist.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere im Zylinderblock (2) befindliche Kanalsystem (5) den Bereich des
unteren Kolbenumkehrpunktes umfaßt.
4. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das untere im Zylinderblock (2) befindliche Kanalsystem (5) sowie das obere
einheitliche im Zylinderblock (2) und im Zylinderkopf (3) befindliche Kanalsystem
(12) von einer gemeinsamen Pumpe (15) mit Kühlflüssigkeit beschickt werden und der
Abfluß des unteren im Zylinderblock (2) befindlichen Kanalsystems (5) über eine ein
annähernd bei Betriebstemperatur öffnendes Thermostatventil (14) enthaltende Verbindungsleitung
(13) in das obere Kanalsystem erfolgt und der Abfluß (14) des oberen Kanalsystems
(5) in an sich bekannter Weise über ein Hauptthermostatventil (17) zu einem Kühler
(19) und von diesem zur Pumpe (15) geführt ist, wobei durch das Hauptthermostatventil
(17) bei einer Kühlmitteltemperatur unterhalb der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
(1) eine Kurzschlußleitung (20) zwischen Hauptthermostatventil (17) und Pumpe (15)
freigegeben und gleichzeitig der Leitungsweg über den Kühler (19) verschlossen ist.
