AT514793B1 - Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einemZylinderkopf, welcher über eine Zylinderkopfdichtfläche mit zumindest einem Zylinderblockverbunden ist, mit zumindest einem im Zylinderkopf angeordneten ersten Kühlmantel, der mitmindestens einem Kühlmitteleintritt und mindestens einem ersten Kühlmittelaustritt strömungs¬verbunden ist, und mit zumindest einem im Zylinderblock angeordneten zweiten Kühlmantel,der mit mindestens einem zweiten Kühlmittelaustritt verbunden ist, wobei der erste und derzweite Kühlmantel über zumindest einen durch eine Öffnung in der Zylinderkopfdichtflächeverlaufenden Verbindungsströmungsweg miteinander verbunden und nacheinander von einemflüssigen Kühlmittel durchströmbar sind, und wobei der Kühlmittelstrom durch den zweitenKühlmantel über zumindest ein erstes Ventil, vorzugsweise ein Thermostatventil, steuerbar ist,welches in einer ersten Ventilstellung den Kühlmitteistrom durch den zweiten Kühlmantel sperrtund in zumindest einer zweiten Ventilstellung freigibt.

[0002] Aus der GB 2 348 485 A ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und einemZylinderblock bekannt, wobei Zylinderkopf und Zylinderblock jeweils einen Kühlmantel aufwei¬sen. Der Kühlmantel des Zylinderblockes ist mit dem Kühlmantel des Zylinderkopfes in Strö¬mungsverbindung, wobei das Kühlmittel in den Kühlmantel des Zylinderkopfes eintritt und vomKühlmantel des Zylinderkopfes in den Kühlmantel des Zylinderblockes strömt.

[0003] Die EP 1 258 609 A2 offenbart eine ähnliche wassergekühlte Brennkraftmaschine miteinem Kühlmantel im Zylinderkopf und einem Kühlmantel im Zylinderblock, wobei im kaltenZustand das Kühlmittel nur durch den Kühlmantel des Zylinderkopfes und im warmen Zustandzusätzlich auch durch den Kühlmantel des Zylinderblockes sowie einem dem Zylinderblocknachgeschalteten Radiator geleitet wird. Das Kühlmittel aus dem Kühlmantel des Zylinderkop¬fes strömt direkt in die zur Kühlmittelpumpe führenden Rücklaufleitung.

[0004] Sowohl bei der GB 2 348 485 A, als auch bei der EP 1 258 609 A2 befinden sich Kühl¬mitteleintritt und Kühlmittelaustritt des Kühlmantels des Zylinderkopfes an verschiedenen Endendes Zylinderkopfes, wodurch der Kühlmantel des Zylinderkopfes in Längsrichtung durchströmtwird. Dadurch wird ein relativ großer Kühlmantelquerschnitt im Zylinderkopf erforderlich. Durchdas nötige relativ große Kühlmittelvolumen ergibt sich der Nachteil von relativ langen Aufheiz¬zeiten des Kühlmittels.

[0005] Die EP 2 562 379 A1 beschreibt einen getrennten Kühlmittelkreislauf für eine Brenn¬kraftmaschine, wobei ein Zylinderkopfwassermantel und ein Motorblockwassermantel vorgese¬hen sind. Der getrennte Kühlmittelkreislauf weist eine Pumpe, einen Kühler, ein Steuerelement,ein Auslassgehäuse und eine Heizung auf, wobei in dem getrennten Kühlmittel ein Kühlmittelzirkuliert. Das Steuerelement ist dabei dem Zylinderkopfwassermantel nachgeschaltet und weisteinen Thermostaten und ein davon getrenntes Proportionalventil auf. Über das Steuerelementkann das Kühlmittel entweder einem Kühler oder dem Motorblockwassermantel zugeführt wer¬den. Sowohl der Zylinderkopfwassermantel als auch der Zylinderblockwassermantel werdenlängs durchströmt. Diese Längsströmung, sowie eine relativ große Anzahl an erforderlichenexternen Leitungen zwischen Zylinderkopfwassermantel und Zylinderblockwassermantel wirkensich nachteilig auf das Kühlmittelvolumen aus.

[0006] Die Druckschrift DE 69707980 T2 offenbart ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine,wobei der Kühlkreislauf aus zwei voneinander getrennten hintereinander angeordneten Teilengebildet ist, welche dem ersten bzw. zweiten Kühlmantel der vorliegenden Anmeldung entspre¬chen. Der erste Teil ist dabei in der Wand des Zylinderkopfes und der zweite in der Wand desZylinderblocks angeordnet. Der im Zylinderblock angeordnete zweite Teil des Kreislaufes istnach dem ersten Teil durchströmbar. Der erste Teil des Kreislaufes umfasst eine Reihe querverlaufender Leitungen, die sich zwischen den Köpfen der Zylinder im Inneren der Wände desZylinderkopfes erstrecken. Das aus dem Kühler stammende und durch die Pumpe zirkulierendeWasser fließt in den ersten Teil des Kreislaufes zu dessen auf der Einlassseite in dem Zylinder¬kopf vorgesehenen Eingang und durchspült auf diese Weise die ganze Zylinderkopfwand auf deren dem Einlass entsprechenden Fläche längs und auch quer zwischen den Zylinderköpfenmittels querverlaufender Leitungen. Am Ausgang des ersten Teiles kann das Wasser vollstän¬dig oder teilweise entweder in Richtung des Eingangs des zweiten Teils des Kreislaufes oderdirekt in eine Rücklaufleitung durch einen thermostatischen Mischer geleitet werden, wodurchder Zylinderblock auf dem in dessen Wand vorgesehenen haarnadelförmigen Kühlweg gekühltoder eben nicht gekühlt wird.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und das Kühl- und Aufheiz¬verhalten zu verbessern.

[0008] Erfindungsgemäß wird es dadurch erreicht, dass der erste Kühlmantel, vorzugsweiseauch der zweite Kühlmantel, in einer Querrichtung der Brennkraftmaschine durchströmbar ist,wobei im Strömungsweg zwischen dem ersten Kühlmantel und dem ersten Kühlmittelaustrittzumindest ein sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine erstreckenderSammelraum und/oder im Strömungsweg zwischen dem Kühlmitteleintritt und dem erstenKühlmantel ein sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine erstreckendeVerteilerraum angeordnet ist.

[0009] Unter Längsrichtung der Brennkraftmaschine ist hier eine Richtung parallel zur Kurbel¬wellenachse zu verstehen. Unter Querrichtung der Brennkraftmaschine wird eine etwa normalzur Kurbelwellenachse und normal zur Zylinderachse orientierte Richtung verstanden.

[0010] Dadurch, dass der erste Kühlmantel in Querrichtung der Brennkraftmaschine durch¬strömt wird, können einerseits externe Leitungen zwischen dem ersten und dem zweiten Kühl¬mantel entfallen und andererseits der Querschnitt des ersten Kühlmantels - normal zur Kurbel¬wellenachse betrachtet - klein gehalten werden, wodurch das Kühlmittelvolumen drastischverringert werden kann. Der zweite Kühlmantel wird bedarfsgerecht aktiviert oder deaktiviert,wobei der erste Kühlmantel des Zylinderkopfes stets von der vollen Kühlmittelmenge durch¬strömt wird. Somit kann eine ausreichende Wärmeabfuhr aus den thermisch hochbelastetenBereichen um die Auslassventile im Feuerdeck in jedem Betriebsbereich der Brennkraftmaschi¬ne gewährleistet werden.

[0011] Der Sammelraum für das Kühlmittel kann gemäß einer ersten Ausführungsvariante derErfindung in den Zylinderblock integriert werden. Der Sammelraum ist dabei innerhalb desZylinderblockes vom zweiten Kühlmantel hydraulisch getrennt. Diese Variante hat den Vorteil,dass im Zylinderkopf keine konstruktiven Maßnahmen zur Unterbringung des Sammelraumesgetroffen werden müssen, was die Herstellung des Zylinderkopfes vereinfacht.

[0012] In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sammel¬raum im Zylinderkopf angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Sammelraum zwischen denAuslasskanälen und der Zylinderkopfdichtfläche angeordnet ist. Diese Anordnung hat denVorteil, dass durch den in den Zylinderkopf integrierten Sammelraum die Auslasskanäle, undeventuell auch ein in den Zylinderkopf integrierter Abgaskrümmer, zusätzlich gekühlt werdenkönnen.

[0013] Der Sammelraum kann sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Zylinderkop¬fes bzw. des Zylinderblockes erstrecken.

[0014] Um in jedem Betriebsbereich einen ausreichenden Wärmetransport aus thermisch kriti¬scher Bereiche des Zylinderkopfes und ein rasches Aufwärmen nach einem Kaltstart zu ermög¬lichen, ist es vorteilhaft, wenn der erste Kühlmittelaustritt des Zylinderkopfes ständig mit derRücklaufleitung des Kühlsystems strömungsverbunden und der zweite Kühlmittelaustritt desZylinderkopfes über das erste Ventil schaltbar mit einer Rücklaufleitung des Kühlsystems ver¬bunden ist.

[0015] Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Mischraum des ersten Ventils einen ersten undeinen zweiten Ventileintritt, sowie einen Ventilaustritt aufweist und der erste Kühlmittelaustrittdes Zylinderkopfes mit dem ersten Ventileintritt, der zweite Kühlmittelaustritt mit dem zweitenVentileintritt und der Ventilaustritt mit einer Rücklaufleitung des Kühlsystems strömungsverbun¬ den ist, wobei vorzugsweise durch das erste Ventil nur die Strömungsverbindung zwischen demzweiten Ventileintritt und dem Ventilaustritt schaltbar ist.

[0016] Die Rücklaufleitung kann einen langen Rücklaufstrang mit zumindest einem Radiatorund einem den Radiator umgehenden kurzen Rücklaufstrang aufweisen, wobei die Kühlmittel¬strömung durch den kurzen oder langen Rücklaufstrang durch zumindest ein zweites Ventil,vorzugsweise ein Thermostatventil, gesteuert werden kann. Über das zweite Ventil kann dasKühlmittel entweder direkt oder über einen Kühler der Kühlmittelpumpe wieder zugeführt wer¬den.

[0017] Bei allen Ausführungsvarianten der Erfindung wird der erste Kühlmantel vom gesamtenKühlmittelstrom durchströmt. Stromabwärts des ersten Kühlmantels ist das erste Ventil ange¬ordnet, welches in einer ersten Stellung den Abfluss des Kühlmittels aus dem zweiten Kühlman¬tel des Zylinderblockes vollkommen sperrt. Somit wird das gesamte Kühlmittel direkt der Rück¬laufleitung des Kühlsystems zugeführt. Bewegt sich das erste Ventil in die zweite Stellung, wirdein Teilstrom des Kühlmittels in den zweiten Kühlmantel des Zylinderblockes geleitet. NachDurchströmung des zweiten Kühlmantels wird das Kühlmittel über einen Übertrittskanal wiederin den Zylinderkopf geleitet, wo es über das erste Ventil dem Kühlmittelsystem zugeführt wird.

[0018] In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelpumpedurch eine vorzugsweise im Zylinderkopf angeordnete Nockenwelle angetrieben ist. DieseMaßnahme hat den Vorteil, dass das Kühlmittelvolumen zwischen der Kühlmittelpumpe unddem ersten Kühlmantel auf ein Minimum reduziert werden kann, was sich vorteilhaft auf dieAufheizzeit des Kühlmittels auswirkt.

[0019] E in besonders geringes Kühlmittelvolumen und damit sehr kurze Aufheizzeiten lassensich erreichen, wenn der Kühlmitteleintritt, der erste Kühlmittelaustritt und der zweite Kühlmittel¬austritt im Zylinderkopf angeordnet sind.

[0020] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0021] Es zeigen: [0022] Fig. 1 die Kühlmäntel eines erfindungsgemäßen Kühlsystems in einer ersten Ausfüh¬ rungsvariante in einer Schrägansicht, [0023] Fig. 1a den zweiten Kühlmantel in einer Draufsicht auf die Zylinderkopfdichtebene, [0024] Fig. 2 die Kühlmäntel in einer weiteren Schrägansicht [0025] Fig. 3 das erfindungsgemäße Kühlsystem in einer schematischen Darstellung in einer ersten Ausführungsvariante, [0026] Fig. 4 das Kühlsystem aus Fig. 3 in einer ersten Schaltstellung, [0027] Fig. 5 die Kühlmittelströmung in der ersten Schaltstellung in einem Querschnitt durch die Kühlmäntel, [0028] Fig. 6 das Kühlsystem aus Fig. 3 in einer zweiten Schaltstellung, [0029] Fig. 7 die Kühlmittelströmung in der zweiten Schaltstellung in einem Querschnitt durch die Kühlmäntel, [0030] Fig. 8 das Kühlsystem aus Fig. 3 in einer dritten Schaltstellung, [0031] Fig. 9 die Kühlmittelströmung in der dritten Schaltstellung in einem Querschnitt durch die Kühlmäntel, [0032] Fig. 10 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Schrägansicht, [0033] Fig. 10a den zweiten Kühlmantel in einer Draufsicht auf die Zylinderkopfdichtebene, [0034] Fig. 11 das erfindungsgemäße Kühlsystem in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ausführungsvariante, [0035] Fig. 12 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer ersten Schaltstellung, [0036] Fig. 13 die Kühlmittelströmung in der ersten Schaltstellung in einem Querschnitt durch die Kühlmäntel, [0037] Fig. 14 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer zweiten Schaltstellung, [0038] Fig. 15 die Kühlmittelströmung in der zweiten Schaltstellung in einem Querschnitt durch die Kühlmäntel, [0039] Fig. 16 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer dritten Schaltstellung, [0040] Fig. 17 die Kühlmittelströmung der dritten Schaltstellung in einem Querschnitt durch die Kühlmäntel, und [0041] Fig. 18 das Kühlsystem aus Fig. 11 in einer Seitenansicht.

[0042] Funktionsgleiche Merkmale sind in den Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszei¬chen versehen.

[0043] In den Fig. 4, 6, 8 und 12, 14, 16 sind nicht durchströmte Elemente des Kühlsystems 4der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.

[0044] Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 1 und einen Zylinderblock 2 für jeweilsmehrere Zylinder 3, sowie ein Kühlsystem 4 mit einem flüssigen Kühlmedium auf. Im Zylinder¬kopf 1 ist ein erster Kühlmantel 5 angeordnet, welcher zur Kühlung thermisch-kritischer Berei¬che im Zylinderkopf 1 dient. Der Zylinderblock 2 weist einen zweiten Kühlmantel 6 auf, welchermit dem ersten Kühlmantel 5 strömungsverbunden ist. Der Kühlmantel 5 ist mit einem Kühlmit¬teleintritt 27 und einem ersten Kühlmittelaustritt 19 des Zylinderkopfes 1 strömungsverbunden.

[0045] Neben dem ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 weist das Kühlsystem 4weiters eine Kühlmittelpumpe 7, ein als Thermostatventil ausgebildetes erstes Ventil 8, ein alsThermostatventil ausgebildetes zweites Ventil 9, einen Radiator 10, eine Innenraumheizung 11,einen Expansionstank 12 und einen Ölkühler 13 auf, wie in den Fig. 3 und 11 gezeigt ist. Wei¬ters weist das Kühlsystem einen sich in Längsrichtung des Zylinderblockes 2 bzw. des Zylinder¬kopfes 1 erstreckenden Sammelraum 14a bzw. 14b auf, welcher entweder im Zylinderblock 2(Fig. 1 bis 9) oder im Zylinderkopf 1 (Fig. 10 bis 17) angeordnet ist.

[0046] Die Bauteile Kühlmittelpumpe 7, erstes Thermostatventil 8 und zweites Ventil 9 könnenin einem Pumpen/ Thermostat-Modul zusammengefasst sein. Die Kühlmittelpumpe 7 ist vorteil¬hafterweise im oder am Zylinderkopf 1 angeordnet und wird durch eine oben liegende Nocken¬welle angetrieben, welche in Fig. 1 durch die Nockenwelleachse 15 angedeutet ist.

[0047] Von der Kühlmittelpumpe 7 wird das Kühlmittel über einen sich in Längsrichtung derBrennkraftmaschine erstreckenden Verteilerraum 16 innerhalb des Zylinderkopfes 1 zum erstenKühlmantel 5 geleitet. Der Verteilerraum 16 ist in den Ausführungsbeispielen auf der Auslass¬seite E des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Die Einlassseite ist mit Bezugszeichen I angedeutet.Von dem Verteilerraum 16 strömt das Kühlmittel in Querrichtung des Zylinderkopfes 1 durchden ersten Kühlmantel 5, wobei thermisch hoch beanspruchte Bereiche um die Auslassventileetc. gekühlt werden. Der erste Kühlmantel 5 steht über Öffnungen 17a in der Zylinderkopfdicht¬fläche 28 bzw. in der nicht weiter dargestellten Zylinderkopfdichtung mit dem zweiten Kühlman¬tel 6 in Strömungsverbindung. Der erste Kühlmantel 5 ist weiters mit dem Sammelraum 14abzw. 14b über Sammelkanäle 18 verbunden, wobei zumindest ein Sammelkanal 18 pro Zylinder3 vorgesehen ist. Der Sammelraum 14a, 14b ist mit einem im Zylinderkopf 1 angeordnetenersten Austritt 19 verbunden. Weiters ist der zweite Kühlmantel 6 des Zylinderblockes 2 übereinen Steigkanal 21 mit einem zweiten Austritt 20 im Zylinderkopf 1 strömungsverbunden.

[0048] Bei der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsvariante weist die Zylinderkopfdich¬tung Öffnungen 18a auf, über welche das Kühlmittel durch die Sammelkanäle 18 in den Sam¬melraum 14a gelangt. Weiters weist die Zylinderkopfdichtung im Bereich einer Stirnseite derBrennkraftmaschine eine Übertrittsöffnung 18b auf, über welche das Kühlmittel vom Sammel¬raum 14a im Zylinderblock 2 in einen Austrittskanal 22 im Zylinderkopf 1 zum ersten Austritt 19 gelangt. Die Öffnungen 17a, 18a und die Übertrittsöffnung 18b ist deutlich der Fig. 1a zu ent¬nehmen.

[0049] Zum Unterschied dazu können bei der in den Fig. 10 bis 17 dargestellten Ausführungs¬variante mit einem in den Zylinderkopf 1 integrierten Sammelraum 14b die Öffnungen 18a,sowie die Übertrittsöffnung 18b in der Zylinderkopfdichtung entfallen. Der Sammelraum 14b istdabei unterhalb, also auf der dem Zylinderblock 2 zugewandten Seite, der Abgaskanäle 29 bzw.eines in den Zylinderkopf 1 integrierten Abgaskrümmers 30 (siehe Fig. 18) angeordnet. DieAbgaskanäle werden somit einerseits durch den Verteilerraum 16 nach oben und dem Sammel¬raum 14b nach unten begrenzt, wodurch eine besonders hohe Wärmeabfuhr aus dem Bereichder Auslasskanäle ermöglicht wird (siehe Fig. 10).

[0050] Bei beiden Ausführungsvarianten sind erster Kühlmittelaustritt 19 und zweiter Kühlmit¬telaustritt 20 mit einem ersten bzw. zweiten Ventileintritt 8a, 8b des ersten Ventils 8 verbunden,wobei vom Ventilaustritt 8c des ersten Ventils 8 eine Rückflussleitung 25 über einen kurzenRücklaufstrang 23 bzw. einen langen Rücklaufstrang 24 wieder zurück zur Kühlmittelpumpe 7führt. In der langen Rücklaufleitung 24 ist der Radiator 10 zur Kühlung des Kühlmittels ange¬ordnet. Der Weg durch den kurzen Rücklaufstrang 23 bzw. den langen Rücklaufstrang 24 wirddurch das zweite Ventil 9 gesteuert. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist durch Pfeileangedeutet.

[0051] Für beide Ausführungsvarianten gilt: Das gesamte Kühlmittel durchströmt den erstenKühlmantel 5 des Zylinderkopfes 1, durch das erste Ventil 8 wird in Anhängigkeit der Tempera¬tur des Kühlmittels der zweite Kühlmantel 6 im Zylinderblock 2 von einem Teil des in den erstenKühlmantel 5 eintretenden Kühlmittels durchströmt. Über das zweite Ventil 9 wird das Kühlmittelentweder über den Radiator 10 oder direkt - unter Umgehung des Radiators 10 - zur Kühlmittel¬pumpe 7 zurückgeführt.

[0052] Die Kühlmittelströme sind durch Pfeile angedeutet. ERSTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE (FIG. 1 BIS 9) [0053] In der in Fig. 4 dargestellten ersten Schaltstellung des Kühlsystems 4 befinden sich daserste Ventil 8 und das zweite Ventil 9 in einer ersten Ventilstellung, wobei die ersten Schaltstel¬lungen dem kalten Zustand des Kühlmittels zugeordnet sind. Das Kühlmittel wird durch dieKühlmittelpumpe 7 in den ersten Kühlmantel 5 des Zylinderkopfs 1 gefördert. In der erstenVentilstellung des ersten Ventils 8 ist der erste Kühlmittelaustritt 19 mit dem Ventilaustritt 8c desersten Thermostatventils 8 verbunden, der zweite Kühlmittelaustritt 20 ist aber vom Ventilaustritt8c des ersten Ventils 8 getrennt. Durch den gesperrten Abfluss aus dem zweiten Kühlmantel 6kann das Kühlmittel nicht vom ersten Kühlmantel 5 in den zweiten Kühlmantel 6 überströmen,wodurch nur der erste Kühlmantel 5 im Zylinderkopf 1 vom Kühlmittel durchströmt wird. Dasgesamte Kühlmittel gelangt aus dem ersten Kühlmantel 5 über die Sammelkanäle 18 in den imZylinderblock 2 angeordneten Sammelraum 14a und strömt vom Sammelraum 14a über dieÜbertrittsöffnung 18b und den Austrittskanal 22 zum ersten Kühlmittelaustritt 19 des Zylinder¬kopf 1 und weiter zum ersten Ventileintritt 8a der ersten Ventils 8. Das zweite Ventil 9 befindetsich in der in Fig. 4 dargestellten ersten Ventilstellung, wodurch der Kühlmittelabfluss aus demRadiator 10 geschlossen ist. Somit gelangt das Kühlmittel vom ersten Ventil 8 direkt zurück zurKühlmittelpumpe 7. Fig. 5 zeigt die Strömung zwischen Verteilerraum 16 und Sammelraum 14afür diese erste Schaltstellung des Kühlsystems 4.

[0054] 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 ersten Ventilstellungbefindet. Die zweite Ventilstellung des ersten Ventils 8 ist warmen oder heißen Kühlmitteltempe¬raturen zugeordnet. In der zweiten Ventilstellung des ersten Ventils 8 ist sowohl der erste Ven¬tileintritt 8a, als auch der zweite Ventileintritt 8b des ersten Ventils 8 mit dem Ventilaustritt 8cströmungsverbunden. Dadurch ist der Abfluss vom zweiten Ventilaustritt 20 und somit vomzweiten Kühlmantel 6 des Zylinderblocks 2 frei gegeben. Das Kühlmittel strömt nun sowohl überdie Sammelkanäle 18 in den Sammelraum 14a, als auch über die Verbindungsströmungswege 17 und die Öffnungen 17a der Zylinderkopfdichtfläche 28 bzw. der Zylinderkopfdichtung in denim zweiten Zylinderblock 2 angeordnet zweiten Kühlmantel 6. Vom zweiten Kühlmantel 6 ge¬langt das Kühlmittel über den Steigkanal 21 zum zweiten Austritt 20 des Zylinderkopfes 1.Innerhalb des ersten Ventils 8 erfolgt in einem Mischraum 26 des ersten Ventils 8 die Zusam¬menführung des durch den ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 strömendenTeilstromes. Über das sich in der ersten Ventilstellung befindende zweite Ventil 9 wird dasKühlmittel direkt zur Kühlmittelpumpe 7 zurückgeleitet. Fig. 7 zeigt die Strömung zwischenVerteilerraum 16 und zweitem Kühlmantel 6 bzw. Sammelraum 14a für diese zweite Schaltstel¬lung des Kühlsystems 4.

[0055] Steigt die Temperatur der Brennkraftmaschine und somit die Temperatur des Kühlmittelsweiter an, so schaltet das zweite Ventil 9 in die zweite Ventilstellung, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Indieser zweiten Ventilstellung ist der Abfluss aus dem Radiator 10 zur Kühlmittelpumpe 7 freige¬geben, wodurch das Kühlmittel durch den langen Rücklaufstrang 24 und den Radiator 10strömt. Die Strömung durch den ersten und den zweiten Kühlmantel 5, 6, erfolgt analog zu denFig. 6 und 7, wie in Fig. 9 gezeigt ist. ZWEITE AUSFÜHRUNGSVARIANTE (FIG. 10 BIS 17) [0056] Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 bis 9 gezeigtenersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Sammelraum 14b nun nicht im Zylinderblock 2,sondern im Zylinderkopf 1 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Kühlmittelvolumenweiter reduziert und der Zylinderblock 2 einfacher gestaltet werden kann. Wie in Fig. 10a er¬sichtlich ist, sind wesentlich weniger Öffnungen 17a in der Zylinderkopfdichtfläche 28 erforder¬lich.

[0057] Die Fig. 12 und 13 zeigen für die zweite Ausführungsvariante eine erste Schaltstellungdes Kühlsystems 4, wobei das erste Ventil 8 und das zweite Ventil 9 sich jeweils in der erstenVentilstellung befinden, wobei die ersten Ventilstellungen der kalten Brennkraftmaschine bzw.der kalten Kühlflüssigkeit zugeordnet sind. Das Kühlmittel strömt dabei von der Kühlmittelpum¬pe 7 in den Verteilerraum 16 und weiter in den ersten Kühlmantel 5 des Zylinderkopfes 1, wel¬chen es in Querrichtung durchströmt. Danach gelangt das Kühlmittel durch Sammelkanäle 18 inden ebenfalls im Zylinderkopf 1 angeordneten Sammelraum 14b. Da durch das erste Ventil 8die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Ventileintritt 8b und dem Ventilaustritt 8cgesperrt ist, wird der Abfluss aus dem zweiten Kühlmantel 6 des Zylinderblocks 2 verhindertund somit ein Überströmen des Kühlmittels vom ersten Kühlmantel 5 in den zweiten Kühlmantel6 unterbunden. Das gesamte Kühlmittel des ersten Kühlmantels 5 gelangt aus dem Sammel¬raum 14b zum ersten Kühlmittelaustritt 19 des Zylinderkopfs 1, welcher mit dem ersten Ventil¬eintritt 8a des ersten Ventils 8 verbunden ist. Da die Strömungsverbindung zwischen dem ers¬ten Ventileintritt 8a und dem Ventilaustritt 8c innerhalb des ersten Ventils 8 geöffnet und durchdie erste Ventilstellung des zweiten Ventils 9 der Abfluss aus dem Radiator 10 gesperrt ist,strömt das aus dem ersten Kühlmantel 5 ausströmende Kühlmittel durch den kurzen Rück¬laufstrang 23 zurück zur Kühlmittelpumpe 7.

[0058] Sobald das Kühlmittel eine erste Schalttemperatur für das erste Thermostatventil 8überschritten hat, wird das erste Ventil 8 in die zweite Ventilstellung geschaltet, wie in Fig. 14dargestellt ist. In dieser Stellung wird sowohl die Strömungsverbindung zwischen dem erstenVentileintritt 8a und dem Ventilaustritt 8c des ersten Ventils 8, als auch die Strömungsverbin¬dung zwischen dem zweiten Ventileintritt 8b und dem Ventilaustritt 8c freigegeben. Dadurchströmt ein Teil des Kühlmittels vom ersten Kühlmantel 5 des Zylinderkopfes 1 über die Verbin¬dungsströmungswege 17 in den zweiten Kühlmantel 6 und gelangt von diesem über den Steig¬kanal 21 zum zweiten Kühlmittelaustritt 20 des Zylinderkopfs 1. Nach Zusammenführung deraus dem ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 stammenden Kühlmittelteilströmeim Mischraum 26 des ersten Ventils 8 wird das Kühlmittel über den kurzen Rücklaufstrang 23zur Kühlmittelpumpe 7 zurückgeführt. Fig. 15 zeigt die Strömung zwischen Verteilerraum 16 undzweiten Kühlmantel 6 bzw. Sammelraum 14b für diese zweite Schaltstellung des Kühlsys¬tems 4.

[0059] Wird die Brennkraftmaschine und damit das Kühlmittel weiter erwärmt, so schaltet auchdas zweite Ventil 9 ab einer zweiten Schalttemperatur in die zweite Ventilstellung, welche in Fig.16 dargestellt ist. Dadurch wird der kurze Rücklaufstrang 23 gesperrt und der Ablauf aus demRadiator 10 zur Kühlmittelpumpe 7 freigegeben. Das das erste Ventil 8 verlassende Kühlmitteldurchströmt nun über den langen Rücklaufstrang 24 den Radiator 10 und gelangt nach Passie¬ren des zweiten Ventils 9 zur Kühlmittelpumpe 7. Die in Fig. 17 gezeigte Durchströmung desersten Kühlmantels 5 und des zweiten Kühlmantels 6 erfolgt analog zu Fig. 14 und 15.

[0060] Die zweite Ausführungsvariante mit dem im Zylinderkopf 1 zwischen zumindest einemAuslasskanal 29 und der Zylinderkopfdichtfläche 28 des Zylinderkopfes 1 angeordneten Sam¬melraum 14b hat den Vorteil, dass das Kühlmittelvolumen des Kühlsystems 4 sehr klein ausge¬legt werden kann, und dass andererseits eine besonders hohe Wärmeabfuhr aus dem Bereichder Auslasskanäle 29 möglich wird, insbesondere, wenn auch der Abgaskrümmer 30 in denZylinderkopf 1 integriert wird, wie aus Fig. 18 ersichtlich ist. Dies wiederum wirkt sich besondersvorteilhaft auf die Aufheizdauer des Kühlmittels bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine aus.

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Kühlsystem (4) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderkopf (1), welcherüber eine Zylinderkopfdichtfläche (28) mit zumindest einem Zylinderblock (2) verbunden ist,mit zumindest einem im Zylinderkopf (1) angeordneten ersten Kühlmantel (5), der mit min¬destens einem Kühlmitteleintritt (27) und mindestens einem ersten Kühlmittelaustritt (19)strömungsverbunden ist, und mit zumindest einem im Zylinderblock (2) angeordneten zwei¬ten Kühlmantel (6), der mit mindestens einem zweiten Kühlmittelaustritt (20) verbunden ist,wobei der erste und der zweite Kühlmantel (5, 6) über zumindest einen durch eine Öffnung(17a) in der Zylinderkopfdichtfläche (28) verlaufenden Verbindungsströmungsweg (17) mit¬einander verbunden und nacheinander von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar sind,und wobei der Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlmantel (6) über zumindest ein erstesVentil (8), vorzugsweise ein Thermostatventil, steuerbar ist, welches in einer ersten Ventil¬stellung den Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlmantel (6) sperrt und in zumindest ei¬ner zweiten Ventilstellung freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmantel(5), vorzugsweise auch der zweite Kühlmantel (6), in einer Querrichtung der Brennkraftma¬schine durchströmbar ist, wobei im Strömungsweg zwischen dem ersten Kühlmantel (5)und dem ersten Kühlmittelaustritt (19) zumindest ein sich im Wesentlichen in Längsrichtungder Brennkraftmaschine erstreckender Sammelraum (14a, 14b) und/oder im Strömungs¬weg zwischen dem Kühlmitteleintritt (27) und dem ersten Kühlmantel (5) ein sich im We¬sentlichen in Längsrichtung der Brennkraftmaschine erstreckende Verteilerraum (16) an¬geordnet ist.
2. 2. Kühlsystem (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (14a)im Zylinderblock (2) angeordnet ist.
3. 3. Kühlsystem (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (14b)im Zylinderkopf (1) angeordnet ist.
4. 4. Kühlsystem (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (14b)zwischen zumindest einem Auslasskanal (29) und/oder einem in den Zylinderkopf (1) inte¬grierten Abgaskrümmer (30), und der Zylinderkopfdichtfläche (28) des Zylinderkopfes (1)angeordnet ist.
5. 5. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dererste Kühlmittelaustritt (19) des Zylinderkopfes (1) ständig mit zumindest einer Rücklauflei¬tung (25) des Kühlsystems (4) strömungsverbunden ist.
6. 6. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass derzweite Kühlmittelaustritt (20) des Zylinderkopfes (1) über das erste Ventil (8) schaltbar miteiner Rücklaufleitung (25) des Kühlsystems (4) verbunden ist.
7. 7. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einMischraum (26) des ersten Ventils (8) einen ersten und einen zweiten Ventileintritt (8a, 8b),sowie einen Ventilaustritt (8c) aufweist und der erste Kühlmittelaustritt (19) des Zylinder¬kopfes (1) mit dem ersten Ventileintritt (8a), der zweite Kühlmittelaustritt (20) mit dem zwei¬ten Ventileintritt (8b) und der Ventilaustritt (8c) mit zumindest einer Rücklaufleitung (25) desKühlsystems (4) strömungsverbunden ist, wobei vorzugsweise durch das erste Ventil (8)nur die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Ventileintritt (8b) und dem Ventilaus¬tritt (8c) schaltbar ist.
8. 8. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieRücklaufleitung (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 zumindestein zweites Ventil (9), vorzugsweise ein Thermostatventil, steuerbar ist.
9. 9. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieKühlmittelpumpe (7) durch eine vorzugsweise im Zylinderkopf (1) angeordnete Nockenwel¬le angetrieben ist.
10. 10. Kühlsystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu¬mindest ein Kühlmitteleintritt (27) und/oder zumindest ein erster Kühlmittelaustritt (19)und/oder zumindest ein zweiter Kühlmittelaustritt (20) im Zylinderkopf (1) angeordnet sind. Hierzu 10 Blatt Zeichnungen