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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem ein Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine kühlenden ersten Kühlmittelstrom, mindestens einem zweiten Kühlmittelstrom zur Kühlung mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine zugeordneten Zylinderkopfs und mindestens einem dritten Kühlmittelstrom zur Kühlung mehrerer Auslasskanäle der Zylindern, wobei der erste Kühlmittelstrom in einem Kurbelgehäuse-Wassermantel, der zweite Kühlmittelstrom in einem Zylinderkopf-Wassermantel und der dritte Kühlmittelstrom in einem Auslasskanal-Wassermantel vorgesehen ist, wobei der zweite und der dritte Kühlmittelstrom aus dem ersten Kühlmittelstrom gebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennkraftmaschine.
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Kühlsysteme der eingangs genannten Art werden zum Kühlen der Brennkraftmaschine verwendet, wobei sowohl das Kugelgehäuse der Brennkraftmaschine, als auch der Zylinderkopf und die Auslasskanäle ausreichend gekühlt werden müssen. Der erste, der zweite und der dritte Kühlmittelstrom werden dabei in den meisten Fällen getrennt voneinander mit Kühlmittel versorgt. Dies bedeutet ein hohe benötigte Kühlmittelmenge zur Abführung der von der Brennkraftmaschine abgegebenen Wärme, woraus ein niedriger Wirkungsgrad des Kühlsystems resultiert. Außerdem weisen die bekannten Kühlsysteme einen hohen Platzbedarf auf.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 4 590 894 A bekannt. Diese beschreibt einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderblock mit mindestens einer Reihe von Zylindern und mindestens einem Zylinderkopf aufweist. Dabei sind ein Kühlmittelverteilerkanal zum Zuführen eines Kühlmittels von einer Pumpe zu dem Wassermantel des Zylinderblocks vorgesehen sowie erste und zweite Verbindungslöcher, damit das Kühlmittel von dem Wassermantel des Zylinderblocks zu dem Wassermantel des Zylinderkopfes fließen kann, und ein Kühlmittelsammelkanal zum Rückführen des Kühlmittels von dem Wassermantel des Zylinderkopfes zu der Pumpe.
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Außerdem zeigt die Druckschrift
US 5 560 331 A eine Anzahl von Ausführungsformen von Zylinderkopfkonstruktionen für Verbrennungsmotoren, wobei die Ein- und Auslasskanäle durch den Zylinderkopf verlaufen und in der jeweiligen oberen und unteren Fläche des Zylinderkopfes enden, um die Bearbeitung zu vereinfachen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kühlsystem vorzuschlagen, welches sowohl eine effiziente Kühlung der Brennkraftmaschine erlaubt, als auch einen geringen Platzbedarf aufweist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Kühlsystem nach Anspruch 1 erreicht. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die Auslasskanäle in den Zylinderkopf integriert sind, wobei der dritte Kühlmittelstrom durch Anschlussstutzen in den Auslasskanal-Wassermantel gelangt, die Auslasskanäle zum Kühlen auf gegenüberliegenden Seiten umströmt und nach dem Kühlen der Auslasskanäle in dem Zylinderkopf auf der dem Anschlussstutzen gegenüberliegenden Seite der Auslasskanäle mit dem zweiten Kühlmittelstrom zusammengeführt ist, indem er dem Zylinderkopf-Wassermantel zugeführt wird und diesen zumindest bereichsweise durchströmt, sodass der dritte Kühlmittelstrom nach dem Kühlen der Auslasskanäle zusätzlich der Kühlung des Zylinderkopfs dient.
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Grundsätzlich ist vorgesehen, dass der zweite und der dritte Kühlmittelstrom aus dem ersten Kühlmittelstrom gebildet sind und der dritte Kühlmittelstrom nach dem Kühlen der Auslasskanäle in dem Zylinderkopf mit dem zweiten Kühlmittelstrom zusammengeführt ist. Das bedeutet, dass sich der erste Kühlmittelstrom, der das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine kühlt, derart aufteilt, dass ein Teil des Kühlmittels als zweiter Kühlmittelstrom den Zylinderkopf umströmt und ihn somit kühlt und ein weiterer als dritter Kühlmittelstrom Teil zunächst die Auslasskanäle des Zylinders kühlt und anschließend dem zweiten Kühlmittelstrom zugeführt wird. Der dritte Kühlmittelstrom dient also nach der Kühlung der Auslasskanäle der Zylinder zusätzlich der Kühlung des dem Zylinder zugeordneten Zylinderkopfs. Daraus ergibt sich ein sehr effizientes Kühlsystem mit einem hohen Wirkungsgrad. Das Zusammenführen des dritten Kühlmittelstroms mit dem zweiten Kühlmittelstrom erfolgt nach dem Kühlen der Auslasskanäle und in dem Zylinderkopf. Durch das Zusammenführen in dem Zylinderkopf ist es möglich, dass Kühlsystem mit einem geringen Platzbedarf umzusetzen. Der Zylinderkopf ist dabei so an dem Kurbelgehäuse angeordnet, dass er einen Verbrennungsraum des Zylinders abdichtet. Er ist also über einem oberen Totpunkt eines Kolbens des Zylinders angeordnet. Die Auslasskanäle können dabei auf beliebige Weise an/in dem Zylinderkopf und/oder dem Kugelgehäuse befestigt sein. Beispielsweise ist es vorstellbar, dass eine Befestigung mittels Verschraubung hergestellt ist. Der zweite und der dritte Kühlmittelstrom können an einer beliebigen Stelle aus dem ersten Kühlmittelstrom gebildet werden. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass der zweite und der dritte Kühlmittelstrom an unterschiedlichen Stellen aus dem ersten Kühlmittelstrom entnommen werden. Ebenso kann das Entnehmen des zweiten und des dritten Kühlmittelstroms erfolgen, bevor/während/nach der erste Kühlmittelstrom das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine kühlt. Prinzipiell ist auch die Stelle des Zusammenführens des zweiten und des dritten Kühlmittelstroms beliebig wählbar, solange sich diese in dem Zylinderkopf befindet und der dritte Kühlmittelstrom die Auslasskanäle durch Umströmen, gekühlt hat. Die Kühlung der Bauteile ist realisiert, indem die Bauteile von den Kühlmittelströmen umströmt werden, nämlich durch Durchströmen eines Wassermantels.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Auslasskanäle ein mit dem Zylinderkopf integrierte Auslasskanäle sind. Die Auslasskanäle sind also zumindest bereichsweise in dem Zylinderkopf enthalten bzw. von diesem umgeben und/oder ausgebildet. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine vergleichsweise geringe Abmessungen aufweisen. Vorzugsweise sind die Auslasskanäle in dem Zylinderkopf ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Auslasskanäle in dem Zylinderkopf zu integrieren, ohne dass sie direkt in diesem ausgebildet sind. In diesem Fall können beispielsweise die Auslasskanäle, wie bereits vorstehend erwähnt, mittels Verschraubung an dem Zylinderkopf und/oder dem Kurbelgehäuse befestigt sein. Die Auslasskanäle bilden den sogenannten „Krümmer“ der Brennkraftmaschine, über welchen Abgase einer Abgasleitung zugeführt werden. Diese führt direkt oder indirekt in die Umgebung der Brennkraftmaschine. Im letzteren Fall kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Turbolader und/oder Katalysator an die Abgasleitung bzw. die Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Auslasskanäle vorgesehen sind, die beispielsweise jeweils verschiedene Zylinderblöcke zusammenfassen und deren Abgase abführen. In diesem Fall können auch mehrere Turbolader an die Brennkraftmaschine angeschlossen sein, zum Beispiel in Form eines Bi-Turboladers.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite und der dritte Kühlmittelstrom nach dem Kühlen des Kurbelgehäuses aus dem ersten Kühlmittelstrom gebildet sind. Es ist also vorgesehen, dass der erste Kühlmittelstrom zunächst das Kurbelgehäuse kühlt. Dies kann beispielsweise geschehen, indem der erste Kühlmittelstrom das Kurbelgehäuse vollständig umströmt. Erst nach dem Kühlen bzw. Umströmen wird dann der zweite und der dritte Kühlmittelstrom aus dem ersten Kühlmittelstrom entnommen. Dabei ist es nicht notwendig, dass der zweite und der dritte Kühlmittelstrom aus dem gesamten ersten Kühlmittelstrom gebildet sind. Zumindest ein Teil des ersten Kühlmittelstroms kann also weiterströmen und anderen Einsatzzwecken zugeführt sein.
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Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass der zweite und der dritte Kühlmittelstrom aus dem gesamten ersten Kühlmittelstrom gebildet sind. Es erfolgt eine vollständige Aufteilung des ersten Kühlmittelstroms in den zweiten und den dritten Kühlmittelstrom. Der erste Kühlmittelstrom geht also vollständig in dem zweiten und dem dritten Kühlmittelstrom auf.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Kühlmittelstrom denselben oder einen höheren oder einen niedrigeren Durchsatz aufweist wie der dritte Kühlmittelstrom. Die Durchsätze des zweiten und des dritten Kühlmittelstroms können so an die Gegebenheiten angepasst werden. Beispielsweise kann der zweite Kühlmittelstrom einen höheren Durchsatz aufweisen wie der dritte Kühlmittelstrom, falls es zur Kühlung des Zylinderkopfs notwendig sein sollte, dort einen höheren Kühlmittelmassenstrom vorzusehen als für die Auslasskanäle. Ebenso kann der zweite Kühlmittelstrom jedoch einen niedrigeren Durchsatz aufweisen, falls die Anforderungen die Auslasskanäle höher sind als die des Zylinderkopfs, oder denselben Durchsatz. Vorzugsweise kann der Durchsatz des zweiten Kühlmittelstroms und des dritten Kühlmittelstroms während eines Betriebs des Kühlsystems angepasst werden, beispielsweise mittels einer Kühlsystemsteuerung/-regelungseinrichtung. Auf diese Weise kann der zweite Kühlmittelstrom und der dritte Kühlmittelstrom jeweils an die vorliegenden Bedingungen bzw. Kühlungsanforderung des Zylinderkopfs und der Auslasskanäle eingestellt werden.
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Zweckmäßigerweise ist der erste Kühlmittelstrom in einem Kurbelgehäuse-Wassermantel oder der zweite Kühlmittelstrom in einem Zylinderkopf-Wassermantel und/oder der dritte Kühlmittelstrom in einem Auslasskanal-Wassermantel vorgesehen. Die Kühlmittelströme verlaufen also durch Wassermäntel, die den jeweils zu kühlenden Bauteilen zugeordnet sind. So ist das Kurbelgehäuse von dem Kurbelgehäuse-Wassermantel zumindest bereichsweise umgriffen oder weist diesen auf. Der Zylinderkopf-Wassermantel ist zur Kühlung des Zylinderkopfs vorgesehen und ist im wesentlichen von dem zweiten Kühlmittelstrom durchströmt. Nach dem Zusammenführen des zweiten Kühlmittelstroms mit dem dritten Kühlmittelstrom ist der dritte Kühlmittelstrom vollständig in dem zweiten Kühlmittelstrom enthalten, ist also mit diesem zusammengeführt. Es erfolgt somit kein getrenntes Durchströmen des Zylinderkopf-Wassermantels mit dem zweiten und dem dritten Kühlmittelstrom. Der dritte Kühlmittelstrom ist schließlich in dem Auslasskanal-Wassermantel vorgesehen, so dass der dritte Kühlmittelstrom zunächst die Auslasskanäle umströmt und anschließend dem Zylinderkopf-Wassermantel zugeführt wird. Auf diese Weise ist ein semiparalleles Kühlkonzept realisiert. Dabei teilt sich der erste Kühlmittelstrom aus dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine derart auf, dass ein Teil des Kühlmittels direkt in den Zylinderkopf-Wassermantel strömt und dort den zweiten Kühlmittelstrom bildet und der davon separierte dritte Kühlmittelstrom erst die Auslasskanäle umströmt und anschließend mit dem zweiten Kühlmittelstrom zusammengeführt wird, also dem Zylinderkopf-Wassermantel zugeführt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlsystem gemäß den vorstehend Ausführungen. Das Kühlsystem der Brennkraftmaschine kann selbstverständlich gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Die Brennkraftmaschine mit dem so ausgebildeten Kühlsystem zeichnet sich besonders durch den geringen Raumbedarf in Längsrichtung, also in Richtung der mindestens einen Zylinderbank, aus.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine, und
- 2 eine isometrische Ansicht des Kühlsystems.
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Die 1 zeigt ein Kühlsystem 1 einer (nicht weiter dargestellten) Brennkraftmaschine. Während 2 dieses in einer isometrischen Ansicht darstellt. Die Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse, mindestens einen einem Zylinderkopf zugeordneten Zylinderkopf und mindestens einen Auslasskanal des Zylinders auf (alle nicht dargestellt). Der Auslasskanal ist dabei ein in den Zylinderkopf integrierter Auslasskanal. Dabei sind verschiedene Ausführungen vorstellbar. Zum einen kann der Auslasskanal durch den Zylinderkopf bzw. in diesem ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, dass der Auslasskanal lediglich in dem Zylinderkopf angeordnet ist. In letzterem Fall erfolgt eine Befestigung des Auslasskanals mit geeigneten Mitteln an dem Zylinderkopf und/oder dem Kurbelgehäuse. Auf diese Weise können ähnliche Vorteile erzielt werden, wie bei einem vollständig integrierten Auslasskanal 2.
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Durch den Auslasskanal 2 strömt Abgas aus einem Brennraum (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine zu einer Abgasleitung (ebenfalls nicht dargestellt). In dem dargestellten Beispiel weist der Auslasskanal 2 zwei Auslässe 3 und 4 auf, welche beispielsweise unterschiedlichen Zylindergruppen der Brennkraftmaschine zugeordnet sein können. Alternativ kann jedoch auch nur ein einzelner Auslass 3 oder 4 vorgesehen sein. Sind, wie in dem dargestellten Beispiel, mehrere Auslässe 3 und 4 vorgesehen, so können diese jeweils zu einem Turbolader führen, womit beispielsweise ein Bi-Turbolader realisiert ist. Der Turbolader ist insbesondere mehrstufig ausgeführt. Das Abgas der Brennkraftmaschine strömt also von einem Anschlussbereich 5, in welchem der Auslasskanal 2 an das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine anschließt, zu den Auslassen 3 und 4. Das bedeutet, dass heißes Abgas den Auslasskanal 2 erwärmt und dass dieser daher gekühlt werden muss. Die Brennkraftmaschine weist daher das Kühlsystem 1 auf, welches einen Kurbelgehäuse-Wassermantel 6, einen Zylinderkopf-Wassermantel 7 und einen Auslasskanal-Wassermantel 8 besitzt. Durch den Kurbelgehäuse-Wassermantel 6 strömt ein erster Kühlmittelstrom, durch den Zylinderkopf-Wassermantel 7 ein zweiter Kühlmittelstrom und durch den Auslasskanal-Wassermantel 8 ein drittel Kühlmittelstrom.
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Der erste Kühlmittelstrom wird dem Kurbelgehäuse-Wassermantel 6 über Einlassstutzen 9 zugeführt, von welchen nur einer dargestellt ist. Üblicherweise wird jeder einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnete Bereich 10 des Kurbelgehäuse-Wassermantel 6 einen Einlassstutzen 9 aufweisen. Das durch den Einlassstutzen 9 zugeführte Kühlmittel bildet den ersten Kühlmittelstrom aus. Dieses durchströmt den Kurbelgehäuse-Wassermantel 6 und kühlt dabei das Kurbelgehäuse. Nach dem Kühlen den Kurbelgehäuses teilt sich der erste Kühlmittelstrom in den zweiten und den dritten Kühlmittelstrom auf. Der zweite Kühlmittelstrom wird direkt dem Zylinderkopf-Wassermantel 7 zugeführt, während der dritte Kühlmittelstrom durch Anschlussstutzen 11 in den Auslasskanal-Wassermantel 8 gelangt. Es erfolgt also im wesentlichen eine gleichzeitige Kühlung des Zylinderkopfs durch den zweiten Kühlmittelstrom und des Auslasskanals durch den dritten Kühlmittelstroms. Der dritte Kühlmittelstrom durchläuft dabei den Auslasskanal-Wassermantel 8. Nach diesem Durchlaufen bzw. dem Kühlen des Auslasskanals 2 wird der dritte Kühlmittelstrom dem zweiten Kühlmittelstrom zugeführt, also in den Zylinderkopf-Wassermantel 7 geleitet. Dies geschieht in dem Zylinderkopf, es sind also kein extern verlaufenden Kühlmittelleitungen für den dritten Kühlmittelstrom notwendig.
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Durch das Zusammenführen des dritten Kühlmittelstroms und des zweiten Kühlmittelstroms in dem Zylinderkopf kann das Kühlsystems mit einem geringen Bauraum realisiert werden. Nach dem Kühlen des Auslasskanals 2 dient der dritte Kühlmittelstrom somit zusätzlich der Kühlung des Zylinderkopfs, indem er den Zylinderkopf-Wassermantel 7 zumindest bereichsweise durchströmt. Beim Zusammenführen des dritten Kühlmittelstroms zu dem zweiten Kühlmittelstrom wird der dritte Kühlmittelstrom von dem zweiten Kühlmittelstrom vollständig aufgenommen. Nach dem Durchlaufen des Zylinderkopf-Wassermantel 7, also dem Kühlen des Zylinderkopfs, kann der Kühlmittelstrom aus dem Zylinderkopf-Wassermantel 7 austreten, gekühlt und anschließend wieder dem Kurbelgehäuse-Wassermantel 6 als erster Kühlmittelstrom zugeführt werden. Sowohl Kurbelgehäuse, als auch Zylinderkopf und Auslasskanal können als Gussbauteile ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- Auslasskanal
- 3
- Auslass
- 4
- Auslass
- 5
- Anschlussbereich
- 6
- Kurbelgehäuse-Wassermantel
- 7
- Zylinderkopf-Wassermantel
- 8
- Auslasskanal-Wassermantel
- 9
- Einlassstutzen
- 10
- Bereich
- 11
- Anschlussstutzen
