Durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine

Abstract

 Die Erfindung geht von einer durch Flüssigkeit gekühlten Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) mit einem Zylinderkopf (12) und einem Zylinderblock (14) aus, deren Kühlflüssigkeitsräume über getrennte Einlassleitungen (34, 36) an einem Kühlkreislauf (16) angeschlossen sind, der mindestens eine Wasserpumpe (18), einen Kühler (20) mit einem Lüfter (24) enthält, wobei die Wasserpumpe (18) über eine Druckleitung (32) Kühlflüssigkeit zu den Einlassleitungen (34, 36) fördert und mindestens in einer Einlassleitung (34, 36) ein Regelventil (42) angeordnet ist, das den Volumenstrom in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) steuert. Es wird vorgeschlagen, dass die Kühlflüssigkeitsräume des Zylinderkopfs (12) und des Zylinderblocks (14) voneinander getrennt und über getrennte Auslassleitungen (38, 40) an einer gemeinsamen Rückströmleitung (26) angeschlossen sind.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht von einer durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.

[0002] In bekannten Hubkolbenbrennkraftmaschinen wird die überschüssige Wärme über eine Kühlflüssigkeit abgeführt. Diese zirkuliert in einem Kühlkreislauf und wird von einer elektrisch oder mechanisch angetriebenen Wasserpumpe über eine Zulaufleitung zur Hubkolbenbrennkraftmaschine und von dort über eine Rückströmleitung zu einem Kühler gefördert, der mit einem elektrisch angetriebenen Gebläse zusammenarbeitet. Außerdem kann an dem Kühlkreislauf ein Heizkreislauf einer Fahrzeugheizung oder Klimaanlage angeschlossen sein.

[0003] In der Regel verbindet im Kühlkreislauf eine Bypassleitung die Rückströmleitung mit der Zulaufleitung. Sie überbrückt den Kühler und mündet stromaufwärts der Wasserpumpe in die Zulaufleitung. An der Abzweigung der Bypassleitung von der Rücklaufleitung ist ein Dreiwegeventil angeordnet, welches den Kühlflüssigkeitsstrom regelt und thermostatisch oder von einer Steuereinheit gesteuert wird. Die Steuereinheit ist über Signalleitungen mit zahlreichen, unterschiedlichen Sensoren verbunden, welche die Betriebsparameter und Umgebungsparameter der Hubkolbenbrennkraftmaschine und des Kühl- bzw. Heizkreislaufs erfassen. Aus diesen Eingangsgrößen wird eine Stellgröße für das Dreiwegeventil ermittelt und somit die Durchflußmenge der Kühlflüssigkeit zum Kühler bzw. über die Bypassleitung bestimmt.

[0004] Aus der US 5 121 714 A ist ein Kühlkreislauf bekannt, in dem sich die Zulaufleitung in zwei Einlassleitungen verzweigt, wobei die eine Einlassleitung im Bereich des Zylinderkopfs und die andere im Bereich des Zylinderblocks in die Hubkolbenbrennkraftmaschine mündet. Zudem wird der Kühlflüssigkeitsstrom über ein Ventil geregelt, welches in der Einlassleitung zum Zylinderblock angeordnet ist. Die Ventilstellung wird durch eine Steuereinheit geregelt, welche unter anderem Temperaturmessungen an der Hubkolbenbrennkraftmaschine auswertet. Ein erster Temperaturfühler misst die Temperatur der abfließenden Kühlflüssigkeit, welche Aufschluss über die Kühlung der Hubkolbenbrennkraftmaschine insgesamt gibt. Ein zweiter Temperaturfühler misst die Temperatur des Maschinenöls, wodurch die Kühlung im Bereich des Zylinderblocks ermittelt wird.

[0005] Entsprechend den Messdaten wird das Ventil eingestellt, so dass genau bestimmte Teilmengen über die getrennten Einlassleitungen zum Zylinderkopf bzw. zum Zylinderblock strömen. Durch das separate Anströmen, gelangt die Kühlflüssigkeit zwar zielgerichtet in die beiden Bereiche, wird aber später wieder vermengt, da die Kühlkanäle einen Volumenstrom zwischen den Bereichen und damit einen Austausch von Kühlflüssigkeit zulassen. Temperaturmessungen der vermischten Kühlflüssigkeit stellen nicht die tatsächlichen Betriebszustände in den einzelnen Bereichen der Hubkolbenbrennkraftmaschine dar, und die Regelung des Kühlkreislaufs ist nicht genau auf deren spezielle Temperaturverhältnisse abgestimmt.

Vorteile der Erfindung

[0006] Nach der Erfindung sind die Kühlflüssigkeitsräume des Zylinderkopfs und des Zylinderblocks voneinander getrennt und über getrennte Auslassleitungen an einer gemeinsamen Rückströmleitung angeschlossen. Die Kühlflüssigkeitsströme fließen über getrennte Einlassleitungen, in denen jeweils ein Regelventil vorgesehen ist, in die beiden Bereiche der Hubkolbenbrennkraftmaschine und werden auch während des Kühlvorgangs nicht vermischt. Zudem verlassen sie die Hubkolbenbrennkraftmaschine ebenfalls über separate Auslassleitungen.

[0007] Temperaturmessungen in der Auslassleitung des Zylinderkopfs bzw. des Zylinderblocks repräsentieren in diesem Fall den jeweiligen Kühlvorgang unverfälscht. Indem die Messergebnisse in einer Steuereinheit zu Stellgrößen für die Regelventile in den Einlassleitungen der getrennten Bereiche verarbeitet werden, ist es möglich, die durchfließende Kühlflüssigkeitsmenge effizient auf den zu kühlenden Bereich einzustellen. Zudem kann der Bereich des Zylinderkopfs durch einen erhöhten Kühlflüssigkeitsdurchfluss in einem optimalen Temperaturbereich gehalten werden, ohne dass der Zylinderblock, welcher in der Regel nicht so stark gekühlt werden muss, ebenfalls von der Kühlflüssigkeit umströmt wird.

[0008] Die Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, dass die beiden Regelventile in den Einlassleitungen einzeln oder gemeinsam ansteuerbar sind, so dass neben der bedarfsgerechten Drosselung des Kühlflüssigkeitsstroms zu einem der beiden, getrennten Bereiche der Hubkolbenbrennkraftmaschine in vielen Betriebspunkten auch der gesamte Volumenstrom der Kühlflüssigkeit reduziert wird, was bei bekannten Kühlkreisläufen nicht möglich ist. Alternativ können die beiden Regelventile anstatt in den Einlassleitungen in den Auslassleitungen angeordnet sein. Die erfindungsgemäße Kühlflüssigkeitsregelung bewirkt, dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine schnell ihre optimale Betriebstemperatur erreicht und über weite Betriebsbereiche beibehält. Dadurch werden der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission gesenkt.

Zeichnung

[0009] Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

[0010] Die einzige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0011] Eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 ist an einem Kühlkreislauf 16 angeschlossen. Eine Wasserpumpe 18 fördert Kühlflüssigkeit über eine Druckleitung 32 zur Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 und von dort durch eine Rückströmleitung 26 zu einem Kühler 20, der mit einem Lüfter 24 zusammenarbeitet. Vom Kühler 20 strömt die Kühlflüssigkeit durch eine Saugleitung 30 zur Wasserpumpe 18 zurück. Die Kühlflüssigkeitsströmung ist durch Pfeile angedeutet.

[0012] Die Druckleitung 32 verzweigt sich in eine erste Einlassleitung 34, die zu einem Zylinderkopf 12 der Brennkraftmaschine 10 führt, und in eine zweite Einlassleitung 36, die zu einem Zylinderblock 14 der Brennkraftmaschine 10 führt. Der Zylinderkopf 12 und der Zylinderblock 14 besitzen nicht näher dargestellte, getrennte Kühlflüssigkeitsräume. Die Trennung ist durch eine gestrichelte Linie 46 angedeutet. Der Zylinderkopf 12 ist über eine erste Auslassleitung 38 und der Zylinderblock 14 über eine zweite Auslassleitung 40 mit der gemeinsamen Rückströmleitung 26 verbunden. Durch die getrennte Kühlflüssigkeitsströmung im Zylinderkopf 12 und im Zylinderblock 14 ist die Temperatur der Kühlflüssigkeit in den Auslassleitungen 38, 40 repräsentativ für den Wärmeanfall und die Kühlvorgänge im Zylinderkopf 12 bzw. im Zylinderblock 14. Nicht näher dargestellte Sensoren in den Auslassleitungen 38, 40 können zusammen mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten Steuereinheit und der Regelventile 42, 44 in den Einlassleitungen 34, 36 das Temperaturverhalten im Zylinderkopf 12 und im Zylinderblock 14 präzise bestimmen.

[0013] In der Regel genügt ein erstes Regelventil 42, das in der ersten oder zweiten Einlassleitung 34, 36 angeordnet ist. Durch die Ansteuerung dieses Regelventils 42 wird der Volumenstrom durch die entsprechende Einlassleitung 34 bzw. 36 gedrosselt, während der restliche, von der Wasserpumpe 18 geförderte Volumenstrom durch die andere Einlassleitung 34 bzw. 36 strömt. Durch die Anordnung von einem ersten Regelventil 42 in der ersten Einlassleitung 34 und einem zweiten Regelventil 44 in der zweiten Einlassleitung 36 kann der gesamte Volumenstrom sowohl auf die beiden Einlassleitungen 34 und 36 aufgeteilt als auch gedrosselt werden, so dass die durch die Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 strömende Kühlflüssigkeitsmenge in Betriebsbereichen mit einem geringen Wärmeanfall reduziert werden kann. Anstatt auf der Zuströmseite der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 können das erste und zweite Regelventil 42, 44 auf der Abströmseite in den Auslassleitungen 38, 40 angeordnet werden.

[0014] Im übrigen kann der Kühlkreislauf 16 einen üblichen Aufbau haben, bei dem zwischen der Rückströmleitung 26 und der Saugleitung 30 parallel zum Kühler 20 eine Bypassleitung 28 und ein Heizwärmetauscher 22 geschaltet sind. Ein drittes Regelventil 48, das als Thermostatventil oder als ein von der Steuereinheit ansteuerbares Ventil ausgebildet ist, regelt den Durchfluss durch den Heizwärmetauscher 22, die Bypassleitung 28 und den Kühler 20. Zusätzlich kann der Kühlkreislauf 16 noch weitere Wärmetauscher für Arbeits- und Hilfsaggregate umfassen.

Bezugszeichen

[0015] 

10

Hubkolbenbrennkraftmaschine

12

Zylinderkopf

14

Zylinderblock

16

Kühlkreislauf

18

Wasserpumpe

20

Kühler

22

Heizwärmetauscher

24

Lüfter

26

Rückströmleitung

28

Bypassleitung

30

Saugleitung

32

Druckleitung

34

erste Einlassleitung

36

zweite Einlassleitung

38

erste Auslassleitung

40

zweite Auslassleitung

42

erstes Regelventil

44

zweites Regelventil

46

Linie

48

drittes Regelventil

Ansprüche

1. Durch Flüssigkeit gekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) mit einem Zylinderkopf (12) und einem Zylinderblock (14), deren Kühlflüssigkeitsräume über getrennte Einlassleitungen (34, 36) an einem Kühlkreislauf (16) angeschlossen sind, der mindestens eine Wasserpumpe (18), einen Kühler (20) mit einem Lüfter (24) enthält, wobei die Wasserpumpe (18) über eine Druckleitung (32) Kühlflüssigkeit zu den Einlassleitungen (34, 36) fördert und mindestens in einer Einlassleitung (34, 36) ein Regelventil (42) angeordnet ist, das den Volumenstrom in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeitsräume des Zylinderkopfs (12) und des Zylinderblocks (14) voneinander getrennt und über getrennte Auslassleitungen (38, 40) an einer gemeinsamen Rückströmleitung (26) angeschlossen sind.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Einlassleitungen (34, 36) jeweils ein Regelventil (42, 44) vorgesehen ist.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Regelventile (42, 44) einzeln oder gemeinsam ansteuerbar sind.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelventile (42, 44) anstatt in den Einlassleitungen (34, 36) in den Auslassleitungen (38, 40) angeordnet sind.

Zeichnung