AT514793A1 - Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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AT514793A1
AT514793A1 ATA50587/2013A AT505872013A AT514793A1 AT 514793 A1 AT514793 A1 AT 514793A1 AT 505872013 A AT505872013 A AT 505872013A AT 514793 A1 AT514793 A1 AT 514793A1
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coolant
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cylinder head
cooling jacket
cooling system
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Christof Knollmayr
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Avl List Gmbh
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (4) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderkopf (1), welcher über eine Zylinderkopfdichtfläche (28) mit zumindest einem Zylinderblock (2) verbunden ist, mit zumindest einem im Zylinderkopf (1) angeordneten ersten Kühlmantel (5), der mit mindestens einem Kühlmitteleintritt (27) und mindestens einem ersten Kühlmittelaustritt (19) strömungsverbunden ist, und mit zumindest einem im Zylinderblock (2) angeordneten zweiten Kühlmantel (6), der mit mindestens einem zweiten Kühlmittelaustritt (20) im Zylinderkopf (1) verbunden ist, wobei der erste und der zweite Kühlmantel (5, 6) über zumindest einen - vorzugsweise durch eine Öffnung (17a) in der Zylinderkopfdichtfläche (28) verlaufenden - Verbindungsströmungsweg (17) miteinander verbunden und nacheinander von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar sind, und wobei der Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlmantel (6) über zumindest ein erstes Ventil (8), vorzugsweise ein Thermostatventil, steuerbar ist, welches in einer ersten Ventilstellung den Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlmantel (6) sperrt und in zumindest einer zweiten Ventilstellung freigibt. Um eine rasche Erwärmung des Kühlmittels bei optimaler Kühlung der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der erste Kühlmantel (5) in einer Querrichtung der Brennkraftmaschine durchströmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindesteinem Zylinderkopf, welcher über zumindest eine Zylinderkopfdichtfläche mitzumindest einem Zylinderblock verbunden ist, mit zumindest einem im Zylinderkopfangeordneten ersten Kühlmantel, der mit mindestens einem Kühlmitteleintritt undmindestens einem ersten Kühlmittelaustritt strömungsverbunden ist, und mitzumindest einem im Zylinderblock angeordneten zweiten Kühlmantel, der mitmindestens einen zweiten Kühlmittelaustritt verbunden ist, wobei der erste und derzweite Kühlmantel über zumindest einen - vorzugsweise durch eine Öffnung ineiner Zylinderkopfdichtfläche verlaufenden - Verbindungsströmungswegmiteinander verbunden und nacheinander von einem flüssigen Kühlmitteldurchströmbar sind, und wobei der Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlmantelüber zumindest ein erstes Ventil, vorzugsweise ein Thermostatventil, steuerbar ist,welches in einer ersten Ventilstellung den Kühlmittelstrom durch den zweitenKühlmantel sperrt und in zumindest einer zweiten Ventilstellung freigibt.
Aus der GB 2 348 485 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf undeinem Zylinderblock bekannt, wobei Zylinderkopf und Zylinderblock jeweils einenKühlmantel aufweisen. Der Kühlmantel des Zylinderblockes ist mit dem Kühlmanteldes Zylinderkopfes in Strömungsverbindung, wobei das Kühlmittel in denKühlmantel des Zylinderkopfes eintritt und vom Kühlmantel des Zylinderkopfes inden Kühlmantel des Zylinderblockes strömt.
Die EP 1 258 609 A2 offenbart eine ähnliche wassergekühlte Brennkraftmaschinemit einem Kühlmantel im Zylinderkopf und einem Kühlmantel im Zylinderblock,wobei im kalten Zustand das Kühlmittel nur durch den Kühlmantel desZylinderkopfes und im warmen Zustand zusätzlich auch durch den Kühlmantel desZylinderblockes sowie einem dem Zylinderblock nachgeschalteten Radiator geleitetwird. Das Kühlmittel aus dem Kühlmantel des Zylinderkopfes strömt direkt in diezur Kühlmittelpumpe führenden Rücklaufleitung.
Sowohl bei der GB 2 348 485 A, als auch bei der EP 1 258 609 A2 befinden sichKühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt des Kühlmantels des Zylinderkopfes anverschiedenen Enden des Zylinderkopfes, wodurch der Kühlmantel desZylinderkopfes in Längsrichtung durchströmt wird. Dadurch wird ein relativ großerKühlmantelquerschnitt im Zylinderkopf erforderlich. Durch das nötige relativ großeKühlmittelvolumen ergibt sich der Nachteil von relativ langen Aufheizzeiten desKühlmittels.
Die EP 2 562 379 Al beschreibt einen getrennten Kühlmittelkreislauf für eineBrennkraftmaschine, wobei ein Zylinderkopfwassermantel und einMotorblockwassermantel vorgesehen sind. Der getrennte Kühlmittelkreislauf weisteine Pumpe, einen Kühler, ein Steuerelement, ein Auslassgehäuse und eine Heizung auf, wobei in dem getrennten Kühlmittel ein Kühlmittel zirkuliert. DasSteuerelement ist dabei dem Zylinderkopfwassermantel nachgeschaltet und weisteinen Thermostaten und ein davon getrenntes Proportionalventil auf. Über dasSteuerelement kann das Kühlmittel entweder einem Kühler oder demMotorblockwassermantel zugeführt werden. Sowohl der Zylinderkopfwassermantelals auch der Zylinderblockwassermantel werden längs durchströmt. DieseLängsströmung, sowie eine relativ große Anzahl an erforderlichen externenLeitungen zwischen Zylinderkopfwassermantel und Zylinderblockwassermantelwirken sich nachteilig auf das Kühlmittelvolumen aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und das Kühl- undAufheizverhalten zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird es dadurch erreicht, dass der erste Kühlmantel,vorzugsweise auch der zweite Kühlmantel, in einer Querrichtung derBrennkraftmaschine durchströmbar ist, wobei vorzugsweise im Strömungswegzwischen dem ersten Kühlmantel und dem ersten Kühlmittelaustritt zumindest einsich im Wesentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine erstreckenderSammelraum und/oder im Strömungsweg zwischen dem Kühlmitteleintritt und demersten Kühlmantel ein sich im Wesentlichen in Längsrichtung derBrennkraftmaschine erstreckende Verteilerraum angeordnet ist.
Unter Längsrichtung der Brennkraftmaschine ist hier eine Richtung parallel zurKurbelwellenachse zu verstehen. Unter Querrichtung der Brennkraftmaschine wirdeine etwa normal zur Kurbelwellenachse und normal zur Zylinderachse orientierteRichtung verstanden.
Dadurch, dass der erste Kühlmantel in Querrichtung der Brennkraftmaschinedurchströmt wird, können einerseits externe Leitungen zwischen dem ersten unddem zweiten Kühlmantel entfallen und andererseits der Querschnitt des erstenKühlmantels - normal zur Kurbelwellenachse betrachtet - klein gehalten werden,wodurch das Kühlmittelvolumen drastisch verringert werden kann. Der zweiteKühlmantel wird bedarfsgerecht aktiviert oder deaktiviert, wobei der ersteKühlmantel des Zylinderkopfes stets von der vollen Kühlmittelmenge durchströmtwird. Somit kann eine ausreichende Wärmeabfuhr aus den thermischhochbelasteten Bereichen um die Auslassventile im Feuerdeck in jedemBetriebsbereich der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.
Der Sammelraum für das Kühlmittel kann gemäß einer ersten Ausführungsvarianteder Erfindung in den Zylinderblock integriert werden. Der Sammelraum ist dabeiinnerhalb des Zylinderblockes vom zweiten Kühlmantel hydraulisch getrennt. DieseVariante hat den Vorteil, dass im Zylinderkopf keine konstruktiven Maßnahmen zurUnterbringung des Sammelraumes getroffen werden müssen, was die Herstellungdes Zylinderkopfes vereinfacht.
In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass derSammelraum im Zylinderkopf angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Sammelraumzwischen den Auslasskanälen und der Zylinderkopfdichtfläche angeordnet ist. DieseAnordnung hat den Vorteil, dass durch den in den Zylinderkopf integriertenSammelraum die Auslasskanäle, und eventuell auch ein in den Zylinderkopfintegrierter Abgaskrümmer, zusätzlich gekühlt werden können.
Der Sammelraum kann sich im Wesentlichen über die gesamte Länge desZylinderkopfes bzw. des Zylinderblockes erstrecken
Um in jedem Betriebsbereich einen ausreichenden Wärmetransport aus thermischkritischer Bereiche des Zylinderkopfes und ein rasches Aufwärmen nach einemKaltstart zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der erste Kühlmittelaustritt desZylinderkopfes ständig mit der Rücklaufleitung des Kühlsystemsströmungsverbunden und der zweite Kühlmittelaustritt des Zylinderkopfes über daserste Ventil schaltbar mit einer Rücklaufleitung des Kühlsystems verbunden ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Mischraum des ersten Ventils einen erstenund einen zweiten Ventileintritt, sowie einen Ventilaustritt aufweist und der ersteKühlmittelaustritt des Zylinderkopfes mit dem ersten Ventileintritt, der zweiteKühlmittelaustritt mit dem zweiten Ventileintritt und der Ventilaustritt mit einerRücklaufleitung des Kühlsystems strömungsverbunden ist, wobei vorzugsweisedurch das erste Ventil nur die Strömungsverbindung zwischen dem zweitenVentileintritt und dem Ventilaustritt schaltbar ist.
Die Rücklaufleitung kann einen langen Rücklaufstrang mit zumindest einemRadiator und einem den Radiator umgehenden kurzen Rücklaufstrang aufweisen,wobei die Kühlmittelströmung durch den kurzen oder langen Rücklaufstrang durchzumindest ein zweites Ventil, vorzugsweise ein Thermostatventil, gesteuert werdenkann. Über das zweite Ventil kann das Kühlmittel entweder direkt oder über einenKühler der Kühlmittelpumpe wieder zugeführt werden.
Bei allen Ausführungsvarianten der Erfindung wird der erste Kühlmantel vomgesamten Kühlmittelstrom durchströmt. Stromabwärts des ersten Kühlmantels istdas erste Ventil angeordnet, welches in einer ersten Stellung den Abfluss desKühlmittels aus dem zweiten Kühlmantel des Zylinderblockes vollkommen sperrt.Somit wird das gesamte Kühlmittel direkt der Rücklaufleitung des Kühlsystemszugeführt. Bewegt sich das erste Ventil in die zweite Stellung, wird ein Teilstromdes Kühlmittels in den zweiten Kühlmantel des Zylinderblockes geleitet. NachDurchströmung des zweiten Kühlmantels wird das Kühlmittel über einenÜbertrittskanal wieder in den Zylinderkopf geleitet, wo es über das erste Ventil demKühlmittelsystem zugeführt wird.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass dieKühlmittelpumpe durch eine vorzugsweise im Zylinderkopf angeordneteNockenwelle angetrieben ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass dasKühlmittelvolumen zwischen der Kühlmittelpumpe und dem ersten Kühlmantel aufein Minimum reduziert werden kann, was sich vorteilhaft auf die Aufheizzeit desKühlmittels auswirkt.
Ein besonders geringes Kühlmittelvolumen und damit sehr kurze Aufheizzeitenlassen sich erreichen, wenn der Kühlmitteleintritt, der erste Kühlmittelaustritt undder zweite Kühlmittelaustritt im Zylinderkopf angeordnet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Kühlmäntel eines erfindungsgemäßen Kühlsystems in einer ersten
Ausführungsvariante in einer Schrägansicht,
Fig. la den zweiten Kühlmantel in einer Draufsicht auf dieZylinderkopfdichtebene,
Fig. 2 die Kühlmäntel in einerweiteren Schrägansicht
Fig. 3 das erfindungsgemäße Kühlsystem in einer schematischen Darstellungin einer ersten Ausführungsvariante,
Fig. 4 das Kühlsystem aus Fig. 3 in einer ersten Schaltstellung,
Fig. 5 die Kühlmittelströmung in der ersten Schaltstellung in einem
Querschnitt durch die Kühlmäntel,
Fig. 6 das Kühlsystem aus Fig. 3 in einer zweiten Schaltstellung,
Fig. 7 die Kühlmittelströmung in der zweiten Schaltstellung in einem
Querschnitt durch die Kühlmäntel,
Fig. 8 das Kühlsystem aus Fig. 3 in einer dritten Schaltstellung,
Fig. 9 die Kühlmittelströmung in der dritten Schaltstellung in einem
Querschnitt durch die Kühlmäntel,
Fig. 10 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem in einer zweitenAusführungsvariante in einer Schrägansicht,
Fig. 10a den zweiten Kühlmantel in einer Draufsicht auf dieZylinderkopfdichtebene,
Fig. 11 daserfindungsgemäße Kühlsystem in einer schematischen Darstellungin einer zweiten Ausführungsvariante,
Fig. 12 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer ersten Schaltstellung,
Fig. 13 die Kühlmittelströmung in der ersten Schaltstellung in einem
Querschnitt durch die Kühlmäntel,
Fig. 14 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer zweiten Schaltstellung,
Fig. 15 die Kühlmittelströmung in der zweiten Schaltstellung in einem
Querschnitt durch die Kühlmäntel,
Fig. 16 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer dritten Schaltstellung,
Fig. 17 die Kühlmittelströmung der dritten Schaltstellung in einem Querschnitt durch die Kühlmäntel, und
Fig. 18 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer Seitenansicht.
Funktionsgleiche Merkmale sind in den Ausführungsbeispielen mit gleichenBezugszeichen versehen.
In den Fig. 4, 6, 8 und 12, 14, 16 sind nicht durchströmte Elemente desKühlsystems 4 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 1 und einen Zylinderblock 2 fürjeweils mehrere Zylinder 3, sowie ein Kühlsystem 4 mit einem flüssigenKühlmedium auf. Im Zylinderkopf 1 ist ein erster Kühlmantel 5 angeordnet, welcherzur Kühlung thermisch-kritischer Bereiche im Zylinderkopf 1 dient. DerZylinderblock 2 weist einen zweiten Kühlmantel 6 auf, welcher mit dem erstenKühlmantel 5 strömungsverbunden ist. Der Kühlmantel 5 ist mit einemKühlmitteleintritt 27 und einem ersten Kühlmittelaustritt 19 des Zylinderkopfes 1strömungsverbunden.
Neben dem ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 weist dasKühlsystem 4 weiters eine Kühlmittelpumpe 7, ein als Thermostatventilausgebildetes erstes Ventil 8, ein als Thermostatventil ausgebildetes zweites Ventil9, einen Radiator 10, eine Innenraumheizung 11, einen Expansionstank 12 undeinen Ölkühler 13 auf, wie in den Fig. 3 und 11 gezeigt ist. Weiters weist dasKühlsystem einen sich in Längsrichtung des Zylinderblockes 2 bzw. desZylinderkopfes 1 erstreckenden Sammelraum 14a bzw. 14b auf, welcher entwederim Zylinderblock 2 (Fig. 1 bis 9) oder im Zylinderkopf 1 (Fig. 10 bis 17) angeordnetist.
Die Bauteile Kühlmittelpumpe 7, erstes Thermostatventil 8 und zweites Ventil 9können in einem Pumpen/ Thermostat-Modul zusammengefasst sein. DieKühlmittelpumpe 7 ist vorteilhafterweise im oder am Zylinderkopf 1 angeordnet undwird durch eine oben liegende Nockenwelle angetrieben, welche in Fig. 1 durch dieNockenwelleachse 15 angedeutet ist.
Von der Kühlmittelpumpe 7 wird das Kühlmittel über einen sich in Längsrichtungder Brennkraftmaschine erstreckenden Verteilerraum 16 innerhalb desZylinderkopfes 1 zum ersten Kühlmantel 5 geleitet. Der Verteilerraum 16 ist in denAusführungsbeispielen auf der Auslassseite E des Zylinderkopfes 1 angeordnet. DieEinlassseite ist mit Bezugszeichen I angedeutet. Von dem Verteilerraum 16 strömtdas Kühlmittel in Querrichtung des Zylinderkopfes 1 durch den ersten Kühlmantel5, wobei thermisch hoch beanspruchte Bereiche um die Auslassventile etc. gekühltwerden. Der erste Kühlmantel 5 steht über Öffnungen 17a in derZylinderkopfdichtfläche 28 bzw. in der nicht weiter dargestelltenZylinderkopfdichtung mit dem zweiten Kühlmantel 6 in Strömungsverbindung. Dererste Kühlmantel 5 ist weiters mit dem Sammelraum 14a bzw. 14b überSammelkanäle 18 verbunden, wobei zumindest ein Sammelkanal 18 pro Zylinder 3vorgesehen ist. Der Sammelraum 14a, 14b ist mit einem im Zylinderkopf 1angeordneten ersten Austritt 19 verbunden. Weiters ist der zweite Kühlmantel 6des Zylinderblockes 2 über einen Steigkanal 21 mit einem zweiten Austritt 20 imZylinderkopf 1 strömungsverbunden.
Bei der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsvariante weist dieZylinderkopfdichtung Öffnungen 18a auf, über welche das Kühlmittel durch dieSammelkanäle 18 in den Sammelraum 14a gelangt. Weiters weist dieZylinderkopfdichtung im Bereich einer Stirnseite der Brennkraftmaschine eineÜbertrittsöffnung 18b auf, über welche das Kühlmittel vom Sammelraum 14a imZylinderblock 2 in einen Austrittskanal 22 im Zylinderkopf 1 zum ersten Austritt 19gelangt. Die Öffnungen 17a, 18a und die Übertrittsöffnung 18b ist deutlich derFig. la zu entnehmen.
Zum Unterschied dazu können bei der in den Fig. 10 bis 17 dargestelltenAusführungsvariante mit einem in den Zylinderkopf 1 integrierten Sammelraum 14bdie Öffnungen 18a, sowie die Übertrittsöffnung 18b in der Zylinderkopfdichtungentfallen. Der Sammelraum 14b ist dabei unterhalb, also auf der dem Zylinderblock2 zugewandten Seite, der Abgaskanäle 29 bzw. eines in den Zylinderkopf 1integrierten Abgaskrümmers 30 (siehe Fig. 18) angeordnet. Die Abgaskanälewerden somit einerseits durch den Verteilerraum 16 nach oben und demSammelraum 14b nach unten begrenzt, wodurch eine besonders hoheWärmeabfuhr aus dem Bereich der Auslasskanäle ermöglicht wird (siehe Fig. 10).
Bei beiden Ausführungsvarianten sind erster Kühlmittelaustritt 19 und zweiterKühlmittelaustritt 20 mit einem ersten bzw. zweiten Ventileintritt 8a, 8b des ersten
Ventils 8 verbunden, wobei vom Ventilaustritt 8c des ersten Ventils 8 eineRückflussleitung 25 übereinen kurzen Rücklaufstrang 23 bzw. einen langenRücklaufstrang 24 wieder zurück zur Kühlmittelpumpe 7 führt. In der langenRücklaufleitung 24 ist der Radiator 10 zur Kühlung des Kühlmittels angeordnet. DerWeg durch den kurzen Rücklaufstrang 23 bzw. den langen Rücklaufstrang 24 wirddurch das zweite Ventil 9 gesteuert. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels istdurch Pfeile angedeutet. Für beide Ausführungsvarianten gilt: Das gesamte Kühlmittel durchströmt denersten Kühlmantel 5 des Zylinderkopfes 1, durch das erste Ventil 8 wird inAnhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels der zweite Kühlmantel 6 imZylinderblock 2 von einem Teil des in den ersten Kühlmantel 5 eintretendenKühlmittels durchströmt. Über das zweite Ventil 9 wird das Kühlmittel entwederüber den Radiator 10 oder direkt - unter Umgehung des Radiators 10 - zurKühlmittelpumpe 7 zurückgeführt.
Die Kühlmittelströme sind durch Pfeile angedeutet.
Erste Ausführungsvariante (Fig. 1 bis 9)
In der in Fig. 4 dargestellten ersten Schaltstellung des Kühlsystems 4 befinden sichdas erste Ventil 8 und das zweite Ventil 9 in einer ersten Ventilstellung, wobei dieersten Schaltstellungen dem kalten Zustand des Kühlmittels zugeordnet sind. DasKühlmittel wird durch die Kühlmittelpumpe 7 in den ersten Kühlmantel 5 desZylinderkopfs 1 gefördert. In der ersten Ventilstellung des ersten Ventils 8 ist dererste Kühlmittelaustritt 19 mit dem Ventilaustritt 8c des ersten Thermostatventils 8verbunden, der zweite Kühlmittelaustritt 20 ist aber vom Ventilaustritt 8c desersten Ventils 8 getrennt. Durch den gesperrten Abfluss aus dem zweitenKühlmantel 6 kann das Kühlmittel nicht vom ersten Kühlmantel 5 in den zweitenKühlmantel 6 überströmen, wodurch nur der erste Kühlmantel 5 im Zylinderkopf 1vom Kühlmittel durchströmt wird. Das gesamte Kühlmittel gelangt aus dem erstenKühlmantel 5 über die Sammelkanäle 18 in den im Zylinderblock 2 angeordnetenSammelraum 14a und strömt vom Sammelraum 14a über die Übertrittsöffnung 18bund den Austrittskanal 22 zum ersten Kühlmittelaustritt 19 des Zylinderkopf 1 undweiter zum ersten Ventileintritt 8a der ersten Ventils 8. Das zweite Ventil 9 befindetsich in der in Fig. 4 dargestellten ersten Ventilstellung, wodurch derKühlmittelabfluss aus dem Radiator 10 geschlossen ist. Somit gelangt dasKühlmittel vom ersten Ventil 8 direkt zurück zur Kühlmittelpumpe 7. Fig. 5 zeigt dieStrömung zwischen Verteilerraum 16 und Sammelraum 14a für diese ersteSchaltstellung des Kühlsystems 4.
Fig. 6 zeigt das Kühlsystem 4 bei warmer Brennkraftmaschine, wobei sich das ersteVentil 8 in der zweiten Ventilstellung und das zweite Ventil 9 noch in der erstenVentilstellung befindet. Die zweite Ventilstellung des ersten Ventils 8 ist warmenoder heißen Kühlmitteltemperaturen zugeordnet. In der zweiten Ventilstellung desersten Ventils 8 ist sowohl der erste Ventileintritt 8a, als auch der zweiteVentileintritt 8b des ersten Ventils 8 mit dem Ventilaustritt 8c strömungsverbunden.Dadurch ist der Abfluss vom zweiten Ventilaustritt 20 und somit vom zweitenKühlmantel 6 des Zylinderblocks 2 frei gegeben. Das Kühlmittel strömt nun sowohlüber die Sammelkanäle 18 in den Sammelraum 14a, als auch über dieVerbindungsströmungswege 17 und die Öffnungen 17a der Zylinderkopfdichtfläche28 bzw. der Zylinderkopfdichtung in den im zweiten Zylinderblock 2 angeordnetzweiten Kühlmantel 6. Vom zweiten Kühlmantel 6 gelangt das Kühlmittel über denSteigkanal 21 zum zweiten Austritt 20 des Zylinderkopfes 1. Innerhalb des erstenVentils 8 erfolgt in einem Mischraum 26 des ersten Ventils 8 die Zusammenführungdes durch den ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 strömendenTeilstromes. Über das sich in der ersten Ventilstellung befindende zweite Ventil 9wird das Kühlmittel direkt zur Kühlmittelpumpe 7 zurückgeleitet. Fig. 7 zeigt dieStrömung zwischen Verteilerraum 16 und zweitem Kühlmantel 6 bzw. Sammelraum14a für diese zweite Schaltstellung des Kühlsystems 4.
Steigt die Temperatur der Brennkraftmaschine und somit die Temperatur desKühlmittels weiter an, so schaltet das zweite Ventil 9 in die zweite Ventilstellung,wie in Fig. 8 gezeigt ist. In dieser zweiten Ventilstellung ist der Abfluss aus demRadiator 10 zur Kühlmittelpumpe 7 freigegeben, wodurch das Kühlmittel durch denlangen Rücklaufstrang 24 und den Radiator 10 strömt. Die Strömung durch denersten und den zweiten Kühlmantel 5, 6, erfolgt analog zu den Fig. 6 und 7, wie inFig. 9 gezeigt ist.
Zweite Ausführungsvariante (Fig. 10 bis 17)
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 bis 9gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Sammelraum 14b nunnicht im Zylinderblock 2, sondern im Zylinderkopf 1 angeordnet ist. Dies hat denVorteil, dass das Kühlmittelvolumen weiter reduziert und der Zylinderblock 2einfacher gestaltet werden kann. Wie in Fig. 10a ersichtlich ist, sind wesentlichweniger Öffnungen 17a in der Zylinderkopfdichtfläche 28 erforderlich.
Die Fig. 12 und 13 zeigen für die zweite Ausführungsvariante eine ersteSchaltstellung des Kühlsystems 4, wobei das erste Ventil 8 und das zweite Ventil 9sich jeweils in der ersten Ventilstellung befinden, wobei die ersten Ventilstellungender kalten Brennkraftmaschine bzw. der kalten Kühlflüssigkeit zugeordnet sind. DasKühlmittel strömt dabei von der Kühlmittelpumpe 7 in den Verteilerraum 16 und weiter in den ersten Kühlmantel 5 des Zylinderkopfes 1, welchen es in Querrichtungdurchströmt. Danach gelangt das Kühlmittel durch Sammelkanäle 18 in denebenfalls im Zylinderkopf 1 angeordneten Sammelraum 14b. Da durch das ersteVentil 8 die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Ventileintritt 8b und demVentilaustritt 8c gesperrt ist, wird der Abfluss aus dem zweiten Kühlmantel 6 desZylinderblocks 2 verhindert und somit ein Überströmen des Kühlmittels vom erstenKühlmantel 5 in den zweiten Kühlmantel 6 unterbunden. Das gesamte Kühlmitteldes ersten Kühlmantels 5 gelangt aus dem Sammelraum 14b zum erstenKühlmittelaustritt 19 des Zylinderkopfs 1, welcher mit dem ersten Ventileintritt 8ades ersten Ventils 8 verbunden ist. Da die Strömungsverbindung zwischen demersten Ventileintritt 8a und dem Ventilaustritt 8c innerhalb des ersten Ventils 8geöffnet und durch die erste Ventilstellung des zweiten Ventils 9 der Abfluss ausdem Radiator 10 gesperrt ist, strömt das aus dem ersten Kühlmantel 5ausströmende Kühlmittel durch den kurzen Rücklaufstrang 23 zurück zurKühlmittelpumpe 7.
Sobald das Kühlmittel eine erste Schalttemperatur für das erste Thermostatventil 8überschritten hat, wird das erste Ventil 8 in die zweite Ventilstellung geschaltet, wiein Fig. 14 dargestellt ist. In dieser Stellung wird sowohl die Strömungsverbindungzwischen dem ersten Ventileintritt 8a und dem Ventilaustritt 8c des ersten Ventils8, als auch die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Ventileintritt 8b unddem Ventilaustritt 8c freigegeben. Dadurch strömt ein Teil des Kühlmittels vomersten Kühlmantel 5 des Zylinderkopfes 1 über die Verbindungsströmungswege 17in den zweiten Kühlmantel 6 und gelangt von diesem über den Steigkanal 21 zumzweiten Kühlmittelaustritt 20 des Zylinderkopfs 1. Nach Zusammenführung der ausdem ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 stammendenKühlmittelteilströme im Mischraum 26 des ersten Ventils 8 wird das Kühlmittel überden kurzen Rücklaufstrang 23 zur Kühlmittelpumpe 7 zurückgeführt. Fig. 15 zeigtdie Strömung zwischen Verteilerraum 16 und zweiten Kühlmantel 6 bzw.Sammelraum 14b für diese zweite Schaltstellung des Kühlsystems 4.
Wird die Brennkraftmaschine und damit das Kühlmittel weiter erwärmt, so schaltetauch das zweite Ventil 9 ab einer zweiten Schalttemperatur in die zweiteVentilstellung, welche in Fig. 16 dargestellt ist. Dadurch wird der kurzeRücklaufstrang 23 gesperrt und der Ablauf aus dem Radiator 10 zurKühlmittelpumpe 7 freigegeben. Das das erste Ventil 8 verlassende Kühlmitteldurchströmt nun über den langen Rücklaufstrang 24 den Radiator 10 und gelangtnach Passieren des zweiten Ventils 9 zur Kühlmittelpumpe 7. Die in Fig. 17 gezeigteDurchströmung des ersten Kühlmantels 5 und des zweiten Kühlmantels 6 erfolgtanalog zu Fig. 14 und 15.
Die zweite Ausführungsvariante mit dem im Zylinderkopf 1 zwischen zumindesteinem Auslasskanal 29 und der Zylinderkopfdichtfläche 28 des Zylinderkopfes 1 angeordneten Sammelraum 14b hat den Vorteil, dass das Kühlmittelvolumen desKühlsystems 4 sehr klein ausgelegt werden kann, und dass andererseits einebesonders hohe Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Auslasskanäle 29 möglich wird,insbesondere, wenn auch der Abgaskrümmer 30 in den Zylinderkopf 1 integriertwird, wie aus Fig. 18 ersichtlich ist. Dies wiederum wirkt sich besonders vorteilhaftauf die Aufheizdauer des Kühlmittels bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschineaus.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Kühlsystem (4) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einemZylinderkopf (1), welcher über eine Zylinderkopfdichtfläche (28) mit zumindesteinem Zylinderblock (2) verbunden ist, mit zumindest einem im Zylinderkopf (1) angeordneten ersten Kühlmantel (5), der mit mindestens einemKühlmitteleintritt (27) und mindestens einem ersten Kühlmittelaustritt (19)strömungsverbunden ist, und mit zumindest einem im Zylinderblock (2)angeordneten zweiten Kühlmantel (6), der mit mindestens einem zweitenKühlmittelaustritt (20) verbunden ist, wobei der erste und der zweiteKühlmantel (5, 6) über zumindest einen - vorzugsweise durch eine Öffnung(17a) in der Zylinderkopfdichtfläche (28) verlaufenden - Verbindungsströmungsweg (17) miteinander verbunden und nacheinander voneinem flüssigen Kühlmittel durchströmbar sind, und wobei der Kühlmittelstromdurch den zweiten Kühlmantel (6) über zumindest ein erstes Ventil (8),vorzugsweise ein Thermostatventil, steuerbar ist, welches in einer erstenVentilstellung den Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlmantel (6) sperrtund in zumindest einer zweiten Ventilstellung freigibt, dadurchgekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel (5), vorzugsweise auch derzweite Kühlmantel (6), in einer Querrichtung der Brennkraftmaschinedurchströmbar ist, wobei vorzugsweise im Strömungsweg zwischen demersten Kühlmantel (5) und dem ersten Kühlmittelaustritt (19) zumindest einsich im Wesentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine erstreckenderSammelraum (14a, 14b) und/oder im Strömungsweg zwischen demKühlmitteleintritt (27) und dem ersten Kühlmantel (5) ein sich imWesentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine erstreckendeVerteilerraum (16) angeordnet ist.
  2. 2. Kühlsystem (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derSammelraum (14a) im Zylinderblock (2) angeordnet ist.
  3. 3. Kühlsystem (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derSammelraum (14b) im Zylinderkopf (1) angeordnet ist.
  4. 4. Kühlsystem (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass derSammelraum (14b) zwischen zumindest einem Auslasskanal (29) und/oder einem in den Zylinderkopf (1) integrierten Abgaskrümmer (30), und derZylinderkopfdichtfläche (28) des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.
  5. 5. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass der erste Kühlmitte laustritt (19) des Zylinderkopfes (1) ständig mit zumindest einer Rücklaufleitung (25) des Kühlsystems (4)strömungsverbunden ist.
  6. 6. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, dass der zweite Kühlmittelaustritt (20) des Zylinderkopfes (1) über das erste Ventil (8) schaltbar mit einer Rücklaufleitung (25) desKühlsystems (4) verbunden ist.
  7. 7. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchgekennzeichnet, dass ein Mischraum (26) des ersten Ventils (8) einenersten und einen zweiten Ventileintritt (8a, 8b), sowie einen Ventilaustritt (8c)aufweist und der erste Kühlmittelaustritt (19) des Zylinderkopfes (1) mit demersten Ventileintritt (8a), der zweite Kühlmittelaustritt (20) mit dem zweitenVentileintritt (8b) und der Ventilaustritt (8c) mit zumindest einerRücklaufleitung (25) des Kühlsystems (4) strömungsverbunden ist, wobeivorzugsweise durch das erste Ventil (8) nur die Strömungsverbindungzwischen dem zweiten Ventileintritt (8b) und dem Ventilaustritt (8c) schaltbarist.
  8. 8. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurchgekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (25) einen langen Rücklaufstrang (24) mit zumindest einem Radiator (10) und einen den Radiator (10)umgehenden kurzen Rücklaufstrang (23) aufweist, wobei dieKühlmittelströmung durch den kurzen oder langen Rücklaufstrang (23, 24)durch zumindest ein zweites Ventil (9), vorzugsweise ein Thermostatventil,steuerbar ist.
  9. 9. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurchgekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (7) durch eine vorzugsweise imZylinderkopf (1) angeordnete Nockenwelle angetrieben ist.
  10. 10. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlmitteleintritt (27) und/oderzumindest ein erster Kühlmittelaustritt (19) und/oder zumindest ein zweiterKühlmittelaustritt (20) im Zylinderkopf (1) angeordnet sind.
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