Brennkraftmaschine

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren wärmebelastete Bauteile von einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise einen Flüssigkeits-Luftwärmetauscher für die Kühlflüssigkeit auf, der in Längsrichtung vor der Brennkraftmaschine angeordnet ist und dessen Kühlluft von einem Ventilator gefördert wird, der von der Brennkraftmaschine angetrieben ist, wobei Brennkraftmaschine und Flüssigkeits-Luftwärmetauscher in einem Fahrzeug oder, bei stationärer Anwendung, auf einem Rahmen getrennt gelagert sind. Bei wachsender Leistungsdichte und Kompaktheit der Brennkraftmaschine wird der Flüssigkeits-Luftwärmetauscher immer voluminöser, so daß dessen Unterbringung vor allem im Fahrzeug immer schwieriger wird. Die Platzverhältnisse verschärfen sich noch bei Verwendung von hydraulischen Aggregaten, deren Kühlleistungsbedarf 50 % des Kühlleistungsbedarf der Brennkraftmaschine erreichen kann.

[0003] Die DE-B 11 49 202 beschreibt eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, in denen Kolben geführt sind,und die von einem Zylinderkopf abgeschlossen sind, der für jeden Zylinder einen Abgaskanal aufweist, sowie mit mindestens einem Flüssigkeits-Luftwärmetauscher, der seitlich mit Abstand zur Brennkraftmaschine und mit seiner Ein- und Auslaßseite parallel zu deren Längsachse an derselben befestigt ist und mit einem Kühlluftsammelraum, in den ein an der Motorstirnseite angeordnetes und von der Brennkraftmaschine angetriebenes Kühlluftgebläse Kühlluft fördert.

[0004] Diese gattungsgemäße Lösung bietet Vorteile bezüglich Kompaktheit und Einbaufreundlichkeit der Kühlanlage. Diese Merkmale sollen durch die Erfindung verbessert werden.

[0005] Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Das Kühlgebläse mit Leitrad bewirkt im Gegensatz zu den üblichen leitradlosen Lüftern flüssigkeitsgekühlter Motoren einen erhöhten Kühlluftdruck. Dieser ermöglicht die Bautiefe des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers zu vergrößern, bzw. dessen kühlluftseitigen Strömungswiderstand durch hochwirksame Kühllamellen zu erhöhen. Dadurch wird die Kühlluft stärker aufgeheizt und somit besser ausgenutzt, was zu einem geringeren Kühlluftbedarf und damit zu einer geringeren Baugröße des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers führt. Außerdem wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Umgebungsluft angehoben, wodurch ebenfalls die Aufheizung der Kühlluft erhöht und die Abmessungen des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers verringert werden. Weiterhin wird durch Vermindern der gekühlten Oberflächen die Kühlwärme abgesenkt und damit eine weitere Verminderung der Abmessungen des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers erreicht.

[0006] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Vorteile eines kompakten Flüssigkeits-Luftwärmetauschers bei einem vom Motor getrennten Kühlaggregat genutzt. Dessen Anordnung kann aufgrund des gewählten Gebläseantriebes völlig frei gewählt werden und den jeweiligen Einbauverhältnissen in Fahrzeugen oder Aggregaten optimal angepaßt werden.

[0007] Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung gestattet den direkten Antrieb des Kühlgebläses vom Motor aus, und schafft damit die Voraussetzungen für eine kompakte Motor-Wärmetauschereinheit.

[0008] In weiteren Unteransprüchen werden vorteilhafte Ausführungsformen des Kühlgebläses beschrieben. So weist das Vorleitrad den Vorteil eines Berührungsschutzes für das Laufrad des Kühlgebläses auf, während das Nachleitradgebläse sich durch besonders niedrige Geräuschemissionen auszeichnet und, da der Abstand zwischen den, Nachleitrad und dem Kurbelgehäuse, Zylinder und Zylinderkopf sehr klein sein darf, eine kürzere axiale Baulänge des Rotors gestattet. Die Ausbildung als Druckgebläse hat den Vorteil eines niedrigen Gebläseleistungsbedarfs, da das Kühlgebläse nicht aufgeheizte Kühlluft fördert. Dem gegenüber bietet das Sauggebläse den Vorteil einer gleichmäßigen Kühlluftbeaufschlagung der Wärmetauscher und eine einfache Führung der warmen Abluft.

[0009] Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden der, bzw. die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher besonders platzsparend untergebracht und erlauben eine vorteilhafte Abführung der warmen Kühlluft. Dabei kann es von Vorteil sein, den bzw. die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher getrennt vom Motor und somit geschützt von dessen Vibrationen anzubringen. Die Verbindung zwischen motorfestem Kühlluftgebläse und Luftführungshutze wird vorteilhafterweise so gestaltet, daß eine Relativbewegung zwischen Flüssigkeits-Luftwärmetauscher und Gebläse bzw. Motor möglich ist.

[0010] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bewirkt eine besonders kompakte Bauweise der Einheit aus Motor und Flüssigkeits-Luftwärmetauscher. Bei dieser Lösung fallen alle Schlauchverbindungen zwischen dem bzw. den Wärmetauschern und dem Motor fort. Das bietet den Vorteil erhöhter Einbaufreundlichkeit und Systemzuverlässigkeit.

[0011] In der DE-AS 11 94 202 wird zwar eine Hubkolbenbrennkraftmaschine beschrieben, deren Zylinder in Reihe angeordnet sind und deren Flüssigkeits-Luftwärmetauscher seitlich neben der Hubkolbenbrennkraftmaschine angebaut ist. Ein von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebenes Kühlluftgebläse fördert die Kühlluft in einen Kühlluftsammelraum zwischen Hubkolbenbrennkraftmaschine und Flüssigkeits-Luftwärmetauscher.

[0012] Bei dieser Hubkolbenbrennkraftmaschine handelt es sich aber um einen relativ niedrig belasteten Saugmotor, dessen Kühlflüssigkeits-Luftwärmetauscher trotz geringer Kühlwärme die gesamte Motorlänge einnimmt. Bei modernen hochbelasteten und kompakten Motoren, insbesondere Auflademotoren, ist es schwierig, den Flüssigkeits-Luftwärmetauscher in der beschriebenen Bauweise unterzubringen, zumal wenn zusätzlich Platz für einen geräteseitigen Ölkühler von Kühlsystemen mechanischer, hydrostatischer und hydrodynamischer Getriebe oder Retarder mit hoher Kühlleistung geschaffen werden muß.

[0013] Bei großer Fertigungsstückzahl ist es von Vorteil, den bzw. die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher aus jeweils nur einem Element herzustellen. Werden jedoch Motoren unterschiedlicher Leistung mit jeweils geringerer Stückzahl benötigt, ist es vorteilhaft, die einzelnen Wärmetauscher in Art eines Baukastensystems aus mehreren Elementen zusammenzusetzen. Dies kann durch Parallel- und durch Hintereinanderschalten der einzelnen Kühlerelemente geschehen. Auf die Weise wird eine große Variantenvielfalt mit wenig Bauelementen ermöglicht.

[0014] Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist auf die Rückkühlung von Kühlflüssigkeit und Arbeitsflüssigkeit gerichtet, wie sie insbesondere bei Aggregaten mit hydrodynamischen oder hydrostatischen Getrieben oder mit Retardern auftreten. Auf diese Weise bietet das erfindungsgemäße Kompaktaggregat die Möglichkeit, nicht nur die Verlustwärme des Motors sondern auch die Verlustwärme von Hilfsaggregaten abzuführen.

[0015] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

[0016] Es zeigen:

Fig.1

Eine perspektivische Ansicht des Motor-Kühler-Kompaktaggregates mit am Motor angebautem Flüssigkeits-Luftwärmetauscher,

Fig.2:

perspektivische Darstellung eines Motor-Kühler-Kompaktaggregates mit Tragvorrichtung zur getrennten Lagerung von Motor- und Flüssigkeits-Luftwärmetauscher,

Fig.3:

schematische Darstellung eines Zylinderkopfes mit weitgehend ungekühltem Abgaskanal

[0017] Aus Fig.1 geht die Anordnung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10, des Kühlgebläses 2, des Kühlflüssigkeits-Luftwärmetauschers 1 und des Kühlluftsammelraumes 6 hervor. Entsprechend ist aus Fig.2 die Anordnung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 des Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers 1, die auf der Tragvorrichtung 7 befestigt sind sowie des Kühlgebläses 2 mit der Hutze 8, die mittels eines elastischen Elementes 9 verbunden sind, ersichtlich. Aus beiden Abbildungen ist die sehr kompakte Bauweise der Aggregate erkennbar und bei der Anordnung nach Fig.1 zusätzlich das völlige Fehlen von Schlauchverbindungen zwischen Motor und Wärmetauscher.

[0018] In Fig.3 wird die geringe gekühlte Fläche des Abgaskanales 5 des Zylinderkopfes 4 dargestellt. Sie bewirkt eine deutliche Abnahme der Kühlwärme des Motors und damit der Größe des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers.

Ansprüche

1. Flüssigkeitsgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, in denen Kolben geführt sind und die von einem Zylinderkopf (4) abgeschlossen sind, der für jeden Zylinder einen Abgaskanal (5) aufweist, sowie mindestens einem Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1), der seitlich mit Abstand zur Brennkraftmaschine und mit seiner Ein- und Auslaßseite parallel zu deren Längsachse an derselben befestigt ist und mit einem Kühlluftsammelraum, in den ein an der Motorstirnseite angeordnetes und von der Brennkraftmaschine angetriebenes Kühlluftgebläse Kühlluft fördert,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) das Kühlgebläse (2) weist ein Nachleitrad (3) auf;

b) der oder die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) sind dem durch das Nachleitrad (3) erhöhten Kühlluftdruck des Kühlgebläses (2) angepaßt;

c) der Druck des Kühlflüssigkeitssystems und/oder die Zusammensetzung der Kühlflüssigkeit sind so gewählt, daß die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit zwischen 110°C und 130°C vorzugsweise bei 125°C liegt;

d) der Abgaskanal (5) im Zylinderkopf (4) ist so weit wie möglich ungekühlt und/oder von benachbarten Zylinderkopfbereichen thermisch isoliert.

e) der oder die Wärmetauscher sind zur Ebene, die durch die Achsen der Zylinder verläuft geneigt angeordnet,
wobei der größte Abstand zwischen Wärmetauscher und Brennkraftmaschine im Bereich des Kühlluftgebläses liegt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) für eine Kühlflfüssigkeit der Brennkraftmaschine und/oder für Hydraulikflüssigkeit von Zusatzaggregaten vorgesehen sind.

Claims

1. A liquid-cooled piston engine comprising a number of cylinders disposed in a row, pistons being guided in the cylinders and the cylinders being closed by a head (4) having an exhaust-gas duct (5) for each cylinder, the engine also comprising at least one liquid/air heat exchanger (1) disposed at the side and at a distance from the engine and with its inlet and outlet side secured parallel to the longitudinal axis of the engine, the engine also comprising a cooling-air collecting chamber supplied with cooling air by a fan disposed in front and driven by the engine,
characterised by the following features:

a) the cooling fan (2) has a rear impeller (3);

b) the liquid/air heat exchanger or exchangers (1) are adjusted to the pressure of cooling air from the fan (2), increased by the rear impeller (3);

c) the pressure of the cooling-liquid system and/or the composition of the cooling liquid are chosen so that the boiling-point of the cooling liquid is between 110°C and 130°C, preferably about 125°C;

d) the exhaust duct (5) in the cylinder head (4) is substantially uncooled and/or heat-insulated from the neighbouring cylinder-head regions, and

e) the heat exchanger or exchangers are disposed at an angle to the plane through the axes of the cylinders, the heat exchanger being furthest apart from the engine in the region of the cooling-air fan.

2. An engine according to claim 1, characteriesd in that the liquid/air heat exchangers (1) are provided for a liquid for cooling the engine and/or for hydraulic fluid for additional units.

Revendications

1. Moteur à combustion interne, à pistons alternatifs, refroidi par un liquide, à plusieurs cylindres disposés en série, dans lesquels coulissent les pistons, et qui sont fermés par une culasse (4), qui présente pour chaque cylindre un canal de gaz d'échappement (5), ainsi qu'avec au moins un échangeur de chaleur liquide/air, qui est fixé sur le côté à une certaine distance par rapport au moteur à combustion interne sur celui-ci et par le côté de son entrée et de sa sortie parallèlement à l'axe longitudinal du moteur à combustion interne et avec une chambre collectrice d'air de refroidissement, dans laquelle une soufflante d'air de refroidissement entraînée par le moteur à combustion interne et disposée sur la face frontale du moteur refoule de l'air de refroidissement, moteur à combustion interne caractérisé par les particularités suivantes :

a) la soufflante d'air de refroidissement (2) présente un pré-diffuseur (3),

b) l'échangeur ou les échangeurs de chaleur liquide/air (1) sont adaptés à la pression de l'air de refroidissement de la soufflante de refroidissement (2) accrue par le pré-diffuseur (3),

c) la pression du système de liquide de refroidissement et/ou la composition du liquide de refroidissement sont choisies de telle façon que la température d'ébullition du liquide de refroidissement se trouve comprise entre 110°C et 130°C, de préférence à 125°C,

d) le canal des gaz d'échappement (5) dans la culasse (4) est non refroidi aussi loin que possible et/ou thermiquement isolé des zones voisines de la culasse,

e) l'échangeur ou les échangeurs de chaleur sont disposés de façon inclinée par rapport au plan, qui passe par les axes des cylindres, le plus grand intervalle entre l'échangeur de chaleur et le moteur à combustion interne se trouvant dans la zone de la soufflante d'air de refroidissement.

2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur liquide/air (1) sont prévus pour un liquide de refroidissement du moteur à combustion interne et/ou pour le liquide hydraulique d'unités additionnelles.

Zeichnung