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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Kraftfahrzeugantrieb, mit einem Zylinderkopf-Kühlmantel, einem Brennraum-Kühlmantel und einem Abgas-Kühlmantel, ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit der Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Kühlen der Brennkraftmaschine.
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Aus der
US 2014/0026829 A1 ist ein System zur Flüssigkühlung einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf mit einem integrierten Kühlmantel, einem Zylinderblock mit einem integrierten Kühlmantel und einem Ventil mit einem Drehschieber bekannt, das in einer ersten Arbeitsstellung eine erste Rückführleitung von dem Zylinderkopf-Kühlmantel zu dem Ventil, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist, von einer Versorgungsleitung von dem Ventil zu den Kühlmänteln, in der eine Pumpe angeordnet ist, trennt und eine zweite Rückführleitung von dem Brennraum-Kühlmantel zu dem Ventil und eine zu dem Wärmetauscher parallelgeschaltete Bypassleitung mit der Versorgungsleitung verbindet, und in einer zweiten Arbeitsstellung die Bypassleitung von dem Zylinderkopf-Kühlmantel von der Versorgungsleitung trennt und die erste und zweite Rückführleitung mit der Versorgungsleitung verbindet.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, und/oder deren Kühlung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 14, 15 stellen ein Kraftfahrzeug mit einer hier beschriebenen Brennkraftmaschine bzw. ein Verfahren zum Kühlen einer hier beschriebenen Brennkraftmaschine unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Kraftfahrzeugantrieb, insbesondere eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens,
ein ein- oder mehrteiligen Gehäuse, insbesondere Zylinderkopfgehäuse, mit einem Zylinderkopf-Kühlmantel, einem Abgaskanal-Kühlmantel und einem Brennraum-Kühlmantel, und
ein Ventil auf, das
durch einen Kühlmitteleinlass des Ventils mit, insbesondere flüssigem und/oder gasförmigem, Kühlmittel beström- bzw. versorgbar ist, insbesondere beströmt bzw. versorgt bzw. beschickt bzw. -liefert ist bzw. wird bzw. das hierzu eingerichtet ist,
und durch das
ein (mit dem Kühlmittel) durchströmbarer, insbesondere durchströmter, Querschnitt eines Abgaskanal-Kühlmittelauslasses des Ventils, durch den der Abgaskanal-Kühlmantel (mit Kühlmittel aus dem Ventil bzw. Kühlmitteleinlass) beström- bzw. versorgbar ist, insbesondere beströmt bzw. versorgt bzw. beschickt bzw. -liefert ist bzw. wird bzw. der hierzu eingerichtet ist, und
ein (mit dem Kühlmittel) durchströmbarer, insbesondere durchströmter, Querschnitt eines Brennraum-Kühlmittelauslasses des Ventils, durch den der Brennraum-Kühlmantel (mit Kühlmittel aus dem Ventil bzw. Kühlmitteleinlass) beström- bzw. versorgbar ist, insbesondere beströmt bzw. versorgt bzw. beschickt bzw. -liefert ist bzw. wird bzw. der hierzu eingerichtet ist,
verstell- bzw. veränderbar ist, insbesondere verstellt wird bzw. das hierzu eingerichtet ist.
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Hierdurch kann in einer Ausführung die Beschickung von Abgaskanal- und Brennraum-Kühlmantel mit Kühlmittel vorteilhaft eingestellt und so insbesondere dessen Durchströmung und/oder Kühlwirkung variiert werden.
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In einer Ausführung sind der Kühlmitteleinlass, der Abgaskanal-Kühlmittelauslass und/oder der Brennraum-Kühlmittelauslass des Ventils (strömungstechnisch) mehrkanalig ausgebildet bzw. weisen (jeweils) mehrere voneinander getrennte bzw. beabstandete Durchgangsöffnungen auf. Der durchströmbare, insbesondere durchströmte, Querschnitt eines solchen mehrkanaligen Ein- bzw. Auslasses setzt sich dann in einer Ausführung additiv aus den durchströmbaren, insbesondere durchströmten, (Einzel)Querschnitten seiner Durchgangsöffnungen zusammen.
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Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft eine Beströmung verbessert und/oder ein Druckverlust reduziert werden.
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In einer Ausführung sind bzw. werden die durchströmbaren Querschnitte des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und des Brennraum-Kühlmittelauslasses gekoppelt, insbesondere synchron und/oder gegensinnig, verstellbar bzw. verstellt. Insbesondere kann in einer Ausführung der durchströmbare Querschnitt des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses verkleinert/vergrößert und zugleich der durchströmbare Querschnitt des Brennraum-Kühlmittelauslasses, insbesondere betragsgleich, vergrößert/verkleinert werden bzw. das Ventil hierzu eingerichtet bzw. derart ausgebildet sein.
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Zusätzlich oder alternativ sind bzw. werden in einer Ausführung die durchströmbaren Querschnitte des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und/oder des Brennraum-Kühlmittelauslasses kontinuierlich bzw. stetig zu- bzw. abnehmend verstellt bzw. ist das Ventil hierzu eingerichtet bzw. derart ausgebildet.
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Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils eine Beströmung verbessert werden.
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In einer Ausführung ist bzw. wird das Gehäuse ein- oder mehrteilig aus Metall hergestellt, insbesondere urgeformt, insbesondere gegossen.
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In einer Ausführung weist der Abgaskanal-Kühlmantel einen Kühlmitteleinlass auf, der mit dem Abgaskanal-Kühlmittelauslass des Ventils strömungstechnisch kommuniziert bzw. verbunden ist, insbesondere (unmittelbar bzw. direkt) an diesen anschließt bzw. in diesen übergeht. Insbesondere kann der mehrkanalige Kühlmitteleinlass des Abgaskanal-Kühlmantels mehrere voneinander beabstandete Durchgangsöffnungen aufweisen, die an Durchgangsöffnungen des mehrkanaligen Abgaskanal-Kühlmittelauslass angrenzen.
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Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung der Brennraum-Kühlmantel einen Kühlmitteleinlass auf, der mit dem Brennraum-Kühlmittelauslass des Ventils strömungstechnisch kommuniziert bzw. verbunden ist, insbesondere (unmittelbar bzw. direkt) an diesen anschließt bzw. in diesen übergeht. Insbesondere kann der mehrkanalige Kühlmitteleinlass des Brennraum-Kühlmantels mehrere voneinander beabstandete Durchgangsöffnungen aufweisen, die an Durchgangsöffnungen des mehrkanaligen Brennraum-Kühlmittelauslass angrenzen.
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In einer Ausführung kann der Brennraum-Kühlmantel und/oder der Abgaskanal-Kühlmantel mit dem Zylinderkopf-Kühlmantel von dem Ventil beabstandet strömungstechnisch verbunden sein bzw. kommunizieren, insbesondere zum Abführen von Kühlmittel nach Durchströmen des Abgaskanal-Kühlmantel und/oder des Brennraum-Kühlmantels über den bzw. aus dem Zylinderkopf-Kühlmantel. Insbesondere kann der Zylinderkopf-Kühlmantel mehrere voneinander beabstandete Durchgangsöffnungen, die an Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslass angrenzen, und/oder mehrere voneinander beabstandete Durchgangsöffnungen aufweisen, die an Durchgangsöffnungen des Abgaskanals-Kühlmittelauslass angrenzen, so dass der Zylinderkopf-Kühlmantel mit dem Abgaskanal-Kühlmantel und/oder dem Brennraum-Kühlmantel von dem Ventil beabstandet strömungstechnisch mehrkanalig verbunden ist.
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Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung der Zylinderkopf-Kühlmantel einen von dem Ventil beabstandeten Kühlmittelauslass zum Abführen von Kühlmittel insbesondere aus dem Gehäuse auf.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhaft Durchströmung der Mäntel und/oder Temperierung des Gehäuses erreicht werden.
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In einer Ausführung weist das Ventil einen, insbesondere rohrförmigen, Drehschieber auf, der in einem Lager, insbesondere kühlmitteldicht, drehbar gelagert ist, welches den Abgaskanal-Kühlmittelauslass und den Brennraum-Kühlmittelauslass aufweist, wobei der durchströmbare Querschnitt des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und des Brennraum-Kühlmittelauslasses des Ventils durch Verdrehen des Drehschiebers verstellbar sind bzw. verstellt werden.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte Bauform und/oder vorteilhafte Durchströmung und/oder Aktuierung des Ventils zur Verfügung gestellt werden.
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In einer Weiterbildung weist der Drehschieber einen oder mehrere, insbesondere in seiner Axial- bzw. Längs(erstreckungs)richtung voneinander, insbesondere wenigstens im Wesentlichen äquidistant, beabstandtete Axialabschnitte auf, die jeweils (genau) einen oder mehrere durchgangsoffene Umfangsabschnitte, insbesondere S(teuers)chlitze bzw. Langlöcher, und jeweils einen daran anschließenden geschlossenen Umfangsabschnitt, insbesondere Steg, zum wenigstens teilweisen Verschließen wenigstens einer Durchgangsöffnung des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und/oder einer Durchgangsöffnung des Brennraum-Kühlmittelauslasses aufweisen, wobei in Axialrichtung benachbarte durchgangsoffene Umfangsabschnitte jeweils durch einen Steg voneinander getrennt sein können.
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In einer Ausführung sind bzw. werden eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses in einer ersten Drehstellung bzw. Winkellage des Drehschiebers teilweise oder, wenigstens im Wesentlichen, vollständig bzw. kühlmitteldicht durch einen oder mehrere geschlossene Umfangsabschnitte des Drehschiebers verschließbar bzw. verschlossen, so dass in einer Weiterbildung der Brennraum-Kühlmittelauslass in der ersten Drehstellung insbesondere einen minimalen durchströmbaren Querschnitt aufweist, insbesondere einen durchströmbaren Querschnitt, der, wenigstens im Wesentlichen, gleich Null ist.
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Zusätzlich oder alternativ überdecken bzw. -lappen die Durchgangsöffnungen) des Brennraum-Kühlmittelauslasses und eine oder mehrere durchgangsoffene Umfangsabschnitte des Drehschiebers einander in einer zweiten Drehstellung des Drehschiebers wenigstens teilweise, insbesondere stärker als in der ersten Drehstellung, so dass der Brennraum-Kühlmittelauslass in der zweiten Drehstellung einen größeren durchströmbaren Querschnitt als in der ersten Drehstellung, insbesondere einen maximalen durchströmbaren Querschnitt.
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Zusätzlich oder alternativ sind bzw. werden eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses in einer, insbesondere der zweiten, Drehstellung bzw. Winkellage des Drehschiebers teilweise oder, wenigstens im Wesentlichen, vollständig bzw. kühlmitteldicht verschließbar bzw. verschlossen, so dass in einer Weiterbildung der Abgaskanal-Kühlmittelauslass in dieser Drehstellung insbesondere einen minimalen durchströmbaren Querschnitt aufweist, insbesondere einen durchströmbaren Querschnitt, der, wenigstens im Wesentlichen, gleich Null ist.
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Zusätzlich oder alternativ überdecken bzw. -lappen die Durchgangsöffnung(en) des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und eine oder mehrere durchgangsoffene Umfangsabschnitte des Drehschiebers einander in einer, insbesondere der ersten, Drehstellung bzw. Winkellage des Drehschiebers wenigstens teilweise, insbesondere stärker als in der vorstehend genannten, insbesondere zweiten, Drehstellung, so dass der Abgaskanal-Kühlmittelauslass in dieser Drehstellung einen größeren durchströmbaren Querschnitt als in der vorstehend genannten, insbesondere zweiten, Drehstellung aufweist, insbesondere einen maximalen, durchströmbaren Querschnitt.
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In einer Ausführung überdecken der- oder dieselben durchgangsoffenen Umfangsabschnitte des Drehschiebers in der ersten Drehstellung wenigstens teilweise eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und in der zweiten Drehstellung wenigstens teilweise eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses. Zusätzlich oder alternativ verschließen der- oder dieselben geschlossenen Umfangsabschnitte des Drehschiebers in der ersten Drehstellung eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses und in der zweiten Drehstellung eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses. Zusätzlich oder alternativ überdecken der- oder dieselben durchgangsoffenen Umfangsabschnitte des Drehschiebers in einer dritten Drehstellung eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses und eine oder mehrere Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses jeweils wenigstens teilweise.
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Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft eine axial kompakte Bauform des Drehschiebers realisiert werden.
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In einer Ausführung weist der Drehschieber einen oder mehrere, insbesondere in seiner Axial- bzw. Längs(erstreckungs)richtung voneinander, insbesondere wenigstens im Wesentlichen äquidistant, beabstandtete Axialabschnitte auf, die jeweils (genau) einen oder mehrere durchgangsoffene Umfangsabschnitte, insbesondere S(teuers)chlitze bzw. Langlöcher, und jeweils einen daran anschließenden geschlossenen Umfangsabschnitt, insbesondere Steg, zum wenigstens teilweisen Verschließen wenigstens einer Durchgangsöffnung des Kühlmitteleinlasses des Ventils aufweisen, wobei in Axialrichtung benachbarte durchgangsoffene Umfangsabschnitte jeweils durch einen Steg voneinander getrennt sein können.
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In einer Weiterbildung ist wenigstens eine Durchgangsöffnung des Kühlmitteleinlasses des Ventils in Axialrichtung des Drehschiebers zwischen zwei Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und/oder des Brennraum-Kühlmittelauslasses angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Weiterbildung wenigstens eine Durchgangsöffnung des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und/oder des Brennraum-Kühlmittelauslasses in Axialrichtung des Drehschiebers zwischen zwei Durchgangsöffnungen des Kühlmitteleinlasses des Ventils angeordnet.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte Beströmung realisiert werden.
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In einer Ausführung weist die Brennkraftmaschine einen, insbesondere elektrischen bzw. elektrisch betriebenen, Aktuator zum Verstellen des Ventils, insbesondere zum (Ver)Drehen seines Drehschiebers auf.
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Hierdurch kann das Ventil in einer Ausführung vorteilhaft, insbesondere wenigstens teilweise automatisiert, verstellt werden. In einer Ausführung weist der Antrieb einen Elektromotor auf, der, insbesondere über ein Getriebe, insbesondere ein Zahnradgetriebe, mit dem Ventil, insbesondere seinem Drehschieber, wirkverbunden, insbesondere drehgekoppelt, sein kann. Hierdurch kann in einer Ausführung eine präzise und/oder kompakte Aktuierung des Ventils realisiert werden.
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In einer Ausführung weist in einer bzw. der ersten Stellung des Ventils, insbesondere Drehstellung seines Drehschiebers, der Abgaskanal-Kühlmittelauslass des Ventils einen ersten, insbesondere maximalen, durchströmbaren Querschnitt und der Brennraum-Kühlmittelauslass des Ventils einen ersten, insbesondere minimalen, durchströmbaren Querschnitt auf, der insbesondere, wenigstens im Wesentlichen, gleich null sein kann, und in einer bzw. der zweiten Stellung des Ventils, insbesondere Drehstellung seines Drehschiebers, der Abgaskanal-Kühlmittelauslass des Ventils einen zweiten, insbesondere minimalen, durchströmbaren Querschnitt, der insbesondere, wenigstens im Wesentlichen, gleich null sein kann, und der Brennraum-Kühlmittelauslass des Ventils einen zweiten, insbesondere maximalen, durchströmbaren Querschnitt auf.
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In einer Weiterbildung weist in wenigstens einer dritten Stellung des Ventils, insbesondere Drehstellung seines Drehschiebers, die insbesondere in einer Drehrichtung von der ersten zu der zweiten (Dreh)Stellung zwischen der ersten und zweiten (Dreh)Stellung angeordnet sein kann, der Abgaskanal-Kühlmittelauslass des Ventils einen dritten durchströmbaren Querschnitt, der kleiner als der erste und größer als der zweite durchströmbare Querschnitt des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses ist, und der Brennraum-Kühlmittelauslass des Ventils einen dritten durchströmbaren Querschnitt auf, der größer als der erste und kleiner als der zweite durchströmbare Querschnitt des Brennraum-Kühlmittelauslasses ist.
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Zusätzlich oder alternativ sind bzw. werden in einer Weiterbildung in einer vierten Stellung des Ventils, insbesondere Drehstellung seines Drehschiebers, die insbesondere in der Drehrichtung zwischen der zweiten und ersten (Dreh)Stellung angeordnet sein kann, der Abgaskanal-Kühlmittelauslass und der Brennraum-Kühlmittelauslass des Ventils durch das Ventil bzw. dessen geschlossene(n) Umfangsabschnitt(e), wenigstens im Wesentlichen, vollständig bzw. kühlmitteldicht verschließbar bzw. verschlossen.
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In einer Ausführung ist der Kühlmitteleinlass des Ventils in der ersten, zweiten, wenigstens einen dritten und/oder vierten Stellung geöffnet. Insbesondere können Durchgangsöffnungen des Kühlmitteleinlass des Ventils und durchgangsoffene Umfangsbereiche des Drehschiebers einander in der ersten, zweiten, wenigstens einen dritten und/oder vierten Stellung wenigstens teilweise überdecken. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung, insbesondere in der vierten oder einer fünften Stellung des Ventils, insbesondere Drehstellung seines Drehschiebers, der Kühlmitteleinlass des Ventils gesperrt bzw. verschlossen sein. Insbesondere können Durchgangsöffnungen des Kühlmitteleinlass des Ventils in der vierten oder fünften Stellung durch geschlossene Umfangsbereiche des Drehschiebers verschlossen sein bzw. werden.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte variable Beströmung und insbesondere die vorstehend genannte gekoppelte Verstellung realisiert sein.
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Der Abgaskanal-Kühlmittelauslass und der Brennraum-Kühlmittelauslass des Ventils können in einer Ausführung wenigstens teilweise (strömungstechnisch) miteinander verbunden sein bzw. kommunizieren, insbesondere aneinander anschließen bzw. ineinander übergehen, oder (strömungstechnisch) voneinander getrennt bzw. beabstandet sein.
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Somit können in einer Ausführung eine erste Durchgangsöffnung des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und eine erste Durchgangsöffnung des Brennraum-Kühlmittelauslasses ineinander übergehen bzw. aneinander anschließen, und bei einer mehrkanaligen Ausbildung wenigstens eine weitere Durchgangsöffnung des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses und eine weiteren Durchgangsöffnung des Brennraum-Kühlmittelauslasses ineinander übergehen bzw. aneinander anschließen. In einer anderen Ausführung sind die Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses und des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses voneinander getrennt bzw. beabstandet.
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Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführung eine erste Durchgangsöffnung des Kühlmitteleinlasses des Brennraum-Kühlmantels und eine erste Durchgangsöffnung des Kühlmitteleinlasses des Abgaskanal-Kühlmantels ineinander übergehen bzw. aneinander anschließen, und bei einer mehrkanaligen Ausbildung wenigstens eine weitere Durchgangsöffnung des Kühlmitteleinlasses des Brennraum-Kühlmantels und eine weiteren Durchgangsöffnung des Kühlmitteleinlasses des Abgaskanal-Kühlmantels ineinander übergehen bzw. aneinander anschließen. Gleichermaßen können in einer Ausführung der Kühlmitteleinlass des Brennraum-Kühlmantels und der Kühlmitteleinlass des Abgaskanal-Kühlmantels, insbesondere deren Durchgangsöffnungen, (strömungstechnisch) getrennt bzw. voneinander beabstandet sein.
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In einer Ausführung ist das Ventil in dem Gehäuse angeordnet, in einer Weiterbildung sein Lager integral mit dem Gehäuse ausgebildet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte und/oder stabile Anordnung des Ventils realisiert werden.
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In einer Ausführung werden bzw. sind der Zylinderkopf-Kühlmantel und/oder der Brennraum-Kühlmantel und/oder der Abgaskanal-Kühlmantel separat von dem Gehäuse ausgebildet.
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In einer Ausführung werden bzw. sind der Zylinderkopf-Kühlmantel und/oder der Brennraum-Kühlmantel und/oder der Abgaskanal-Kühlmantel integral mit dem Gehäuse ausgebildet, insbesondere urgeformt, insbesondere durch Gießen, insbesondere mit einem oder mehreren, separat hergestellten, insbesondere verlorenen, Kernen. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte und/oder thermisch vorteilhafte Anordnung des jeweiligen Kühlmantels realisiert werden.
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In einer Ausführung umschließt der Zylinderkopf-Kühlmantel einen oder mehrere Zylinderköpfe der Brennkraftmaschine jeweils über deren gesamtem Umfang oder einem Teil hiervon. Zusätzlich oder alternativ umschließt in einer Ausführung der Brennraum-Kühlmantel eine oder mehrere Brennräume der Brennkraftmaschine jeweils über deren gesamtem Umfang oder einem Teil hiervon. Zusätzlich oder alternativ umschließt in einer Ausführung der Abgaskanal-Kühlmantel einen Abgaskanal, insbesondere Abgaskrümmer, der Brennkraftmaschine wenigstens über einen Teil seines Umfangs. Hierdurch können in einer Ausführung der bzw. die Zylinderköpfe, die Brennraum(n) bzw. der Abgaskanal vorteilhaft temperiert werden.
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In einer Ausführung ist der Abgaskanal, insbesondere Abgaskrümmer, der Brennkraftmaschine integral mit dem Gehäuse ausgebildet bzw. hergestellt, insbesondere urgeformt. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte und/oder thermisch vorteilhafte Anordnung des Abgaskanals realisiert werden.
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Die Brennkraftmaschine kann insbesondere eine Diesel- oder Otto-Brennkraftmaschine bzw. ein Diesel- oder Ottomotor sein, insbesondere eine (druck)aufgeladene Brennkraftmaschine bzw. einen Verdichter zum Verdichten von dem bzw. den Zylindern zugeführter Luft aufweisen, insbesondere einen mechanischen Verdichter, einen elektrischen Verdichter oder einen Abgasturbolader.
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In einer Ausführung wird zum Kühlen der Brennkraftmaschine das Ventil, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere einer Temperatur des Gehäuses, eines Abgases der Brennkraftmaschine und/oder eines bzw. des Kühlmittels, teilweise oder vollständig automatisiert verstellt, insbesondere in die erste und/oder zweite und/oder wenigstens eine dritte und/oder vierte und/oder fünfte Stellung.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 verlorene Kerne zum Gießen eines Gehäuses mit einem Zylinderkopf-Kühlmantel, einem Abgaskanal-Kühlmantel und einem Brennraum-Kühlmantel sowie einen Drehscheiber und Kühlmitteleinlass eines Ventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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2A Teile des Abgaskanal-Kühlmantels und des Brennraum-Kühlmantels sowie den Drehschieber in einer ersten Drehstellung;
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2B den Drehschieber in einer dritten Drehstellung;
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2C den Drehschieber in einer zweiten Drehstellung; und
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3 das Gehäuse in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt verlorene Kerne zum Gießen eines in 3 in perspektivischer Ansicht gezeigten Gehäuses 1 mit einem Zylinderkopf-Kühlmantel 10 zum Kühlen von Zylinderköpfen, einem Abgaskanal-Kühlmantel 20 zum Kühlen eines in dem Gehäuse 1 integrierten Abgaskanals 6 und einem Brennraum-Kühlmantel 30 zum Kühlen von Zylinderbrennräumen sowie einen Drehschieber 41 und Kühlmitteleinlass 45 eines Ventils einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Die verlorenen Kerne entsprechend bis auf Nachbearbeitungen, insbesondere das wenigstens teilweise Entfernen von Kernstützen und das Verschließen von hierdurch entstandenen Außenöffnungen, dem somit integral mit dem Gehäuse 1 ausgebildeten Zylinderkopf-, Abgaskanal- bzw. Brennraum-Kühlmantel 10, 20 bzw. 30, so dass deren Ausbildung anhand der verlorenen Kerne besonders anschaulich darstellbar ist, die daher in 1 mit den entsprechenden Bezugszeichen der Kühlmäntel gekennzeichnet sind.
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Das Ventil wird durch den mehrkanaligen Kühlmitteleinlass 45 mit Kühlmittel beströmt, wie in 2A durch Strömungspfeile angedeutet.
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Durch das Ventil, insbesondere Verdrehen seines Drehschiebers 41, kann in nachfolgend mit Bezug auf 2A–2C näher erläuterte Weise ein durchströmbarer Querschnitt eines mehrkanaligen Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 des Ventils, durch den der Abgaskanal-Kühlmantel 20 mit Kühlmittel aus dem Ventil bzw. dessen Kühlmitteleinlass 45 beströmbar ist, und ein durchströmbarer Querschnitt eines mehrkanaligen Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 des Ventils, durch den der Brennraum-Kühlmantel 30 mit Kühlmittel aus dem Ventil bzw. dessen Kühlmitteleinlass 45 beströmbar ist, gekoppelt und kontinuierlich verstellt werden.
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Der Abgaskanal-Kühlmantel 20 weist einen mehrkanaligen Kühlmitteleinlass auf, der bzw. dessen Durchgangsöffnungen unmittelbar an den mehrkanaligen Abgaskanal-Kühlmittelauslass 42 des Ventils bzw. dessen Durchgangsöffnungen anschließt bzw. anschließen. Der Brennraum-Kühlmantel 30 weist einen mehrkanaligen Kühlmitteleinlass auf, der bzw. dessen Durchgangsöffnungen unmittelbar an den Brennraum-Kühlmittelauslass 43 des Ventils bzw. dessen Durchgangsöffnungen anschließt bzw. anschließen, wie insbesondere in 2A, 2C erkennbar, in denen zur Verdeutlichung jeweils zwei Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslass und daran anschließende Durchgangsöffnungen des Kühlmitteleinlasses des Abgaskanal-Kühlmantels 20 gemeinsam mit 42 (vgl. 2A) bzw. zwei Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslass und daran anschließende Durchgangsöffnungen des Kühlmitteleinlasses des Brennraum-Kühlmantels 30 gemeinsam mit 43 (vgl. 2C) gekennzeichnet sind.
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Der Brennraum-Kühlmantel 30 und der Abgaskanal-Kühlmantel 20 sind mit dem Zylinderkopf-Kühlmantel 10 von dem Ventil beabstandet zum Abführen von Kühlmittel nach Durchströmen des Abgaskanal-Kühlmantel 20 und des Brennraum-Kühlmantels 30 über den bzw. aus dem Zylinderkopf-Kühlmantel 10 strömungstechnisch mehrkanalig über Durchgangsöffnungen verbunden, von denen in 1 exemplarisch mehrere mit D angedeutet sind.
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Zusätzlich weist der Zylinderkopf-Kühlmantel 10 einen von dem Ventil beabstandeten Kühlmittelauslass A zum Abführen von Kühlmittel aus dem Gehäuse auf, der durch Aufbohren der in 1 mit A' bezeichneten Kernstütze hergestellt wird.
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Wie insbesondere in 2A–2C erkennbar, weist das Ventil den rohrförmigen Drehschieber 41 auf, der in einem integral mit dem Gehäuse ausgebildeten Lager drehbar gelagert ist, welches den mehrkanaligen Abgaskanal-Kühlmittelauslass 42 und den mehrkanaligen Brennraum-Kühlmittelauslass 43 aufweist, wobei der durchströmbare Querschnitt des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 und des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 durch Verdrehen des Drehschiebers 41 verstellbar sind.
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Der Drehschieber 41 weist mehrere in seiner Axialrichtung voneinander beabstandtete Axialabschnitte auf, die jeweils einen durchgangsoffenen Umfangsabschnitt in Form eines Steuerschlitzes bzw. Langloches 46 und einen daran anschließenden geschlossenen Umfangsabschnitt in Form eines Stegs 47 zum Verschließen je einer Durchgangsöffnung des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 und des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 aufweisen, wobei in Axialrichtung benachbarte durchgangsoffene Umfangsabschnitte 46 jeweils durch einen Steg voneinander getrennt sind.
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Die Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 sind bzw. werden in einer in 2A gezeigten ersten Drehstellung des Drehschiebers 41, wenigstens im Wesentlichen, vollständig durch geschlossene Umfangsabschnitte 47 des Drehschiebers 41 verschlossen, so dass der Brennraum-Kühlmittelauslass 43 in der ersten Drehstellung einen minimalen durchströmbaren Querschnitt aufweist, der, wenigstens im Wesentlichen, gleich Null ist.
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In einer in 2C gezeigten zweiten Drehstellung überdecken die Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 und durchgangsoffene Umfangsabschnitte 46 des Drehschiebers 41 einander, so dass der Brennraum-Kühlmittelauslass 43 in der zweiten Drehstellung seinen maximalen durchströmbaren Querschnitt aufweist. Dies ist in 2C dadurch angedeutet, dass die Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 und die durchgangsoffenen Umfangsabschnitte 46 des Drehschiebers 41 gemeinsame Bezugspfeile aufweisen.
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Gegensinnig hierzu sind bzw. werden die Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 in der zweiten Drehstellung des Drehschiebers 41, wenigstens im Wesentlichen, vollständig durch dieselben geschlossenen Umfangsabschnitte 47 des Drehschiebers 41 verschlossen, so dass der Abgaskanal-Kühlmittelauslass 42 in dieser zweiten Drehstellung einen minimalen durchströmbaren Querschnitt aufweist, der, wenigstens im Wesentlichen, gleich Null ist.
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Entsprechend überdecken die Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 und dieselben durchgangsoffenen Umfangsabschnitte 46 des Drehschiebers 41 einander in der ersten Drehstellung, so dass der Abgaskanal-Kühlmittelauslass 42 in dieser ersten Drehstellung seinen maximalen durchströmbaren Querschnitt aufweist. Dies ist in 2A dadurch angedeutet, dass die Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 und die durchgangsoffenen Umfangsabschnitte 46 des Drehschiebers 41 gemeinsame Bezugspfeile aufweisen.
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Somit überdecken dieselben durchgangsoffenen Umfangsabschnitte 46 des Drehschiebers 41 in der ersten Drehstellung die Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 und in der zweiten Drehstellung die Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43, dieselben geschlossenen Umfangsabschnitte 47 des Drehschiebers 41 verschließen in der ersten Drehstellung die Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 und in der zweiten Drehstellung die Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42.
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In einer in 2B gezeigten dritten Drehstellung überdecken dieselben durchgangsoffenen Umfangsabschnitte 46 des Drehschiebers 41 die Durchgangsöffnungen des Brennraum-Kühlmittelauslasses 42 und die Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 43 jeweils teilweise, so dass der Abgaskanal-Kühlmittelauslass 42 des Ventils einen dritten durchströmbaren Querschnitt, der kleiner als der erste und größer als der zweite durchströmbare Querschnitt des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses ist, und der Brennraum-Kühlmittelauslass 43 des Ventils einen dritten durchströmbaren Querschnitt aufweist, der größer als der erste und kleiner als der zweite durchströmbare Querschnitt des Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 ist.
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Zusätzlich können in einer nicht dargestellten vierten Drehstellung des Drehschiebers 41, die in einer Drehrichtung von der ersten über die dritte zu der zweiten Drehstellung auf die in 2C gezeigte zweite Drehstellung folgt, sowohl der Abgaskanal-Kühlmittelauslass 42 als auch der Brennraum-Kühlmittelauslass 43 des Ventils durch dieselben geschlossenen Umfangsabschnitte 47, wenigstens im Wesentlichen, vollständig verschlossen werden bzw. sein.
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In analoger Weise weist der Drehschieber 41 mehrere in seiner Axialrichtung voneinander beabstandtete Axialabschnitte auf, die jeweils einen durchgangsoffenen Umfangsabschnitte in Form eines Steuerschlitzes bzw. Langlochs 48 und einen daran anschließenden geschlossenen Umfangsabschnitt in Form eines Stegs 49 zum Verschließen je einer Durchgangsöffnung des Kühlmitteleinlasses 45 des Ventils aufweisen, wobei in Axialrichtung benachbarte durchgangsoffene Umfangsabschnitte 48 jeweils durch einen Steg voneinander getrennt sind.
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Dabei sind die Durchgangsöffnungen des Kühlmitteleinlasses 45 des Ventils in Axialrichtung des Drehschiebers 41 jeweils zwischen zwei Durchgangsöffnungen des Abgaskanal-Kühlmittelauslasses 42 und Brennraum-Kühlmittelauslasses 43 angeordnet.
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In der ersten, zweiten und dritten Drehstellung ist, wie in 2A–2C erkennbar, der Kühlmitteleinlass 45 des Ventils geöffnet. In der vierten Drehstellung des Drehschiebers 41 ist hingegen auch der Kühlmitteleinlass 45 des Ventils durch die geschlossenen Umfangsbereiche 49 verschlossen.
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Die Brennkraftmaschine weist einen elektrischen Aktuator zum Verdrehen des Drehschiebers 41 mit einem Elektromotor (nicht dargestellt) auf, der über ein Zahnrad 5 des Aktuators mit dem Drehschieber 41 drehgekoppelt ist.
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Der Zylinderkopf-Kühlmantel 10, der Brennraum-Kühlmantel 30 und der Abgaskanal-Kühlmantel 20 werden bzw. sind integral mit dem Gehäuse durch Gießen mit den in 1 gezeigten mehreren separat hergestellten verlorenen Kernen urgeformt.
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Zum Kühlen wird der Brennkraftmaschine der Drehschieber 41 des Ventils durch den Aktuator in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere einer Temperatur des Gehäuses, eines Abgases der Brennkraftmaschine und/oder des Kühlmittels, wenigstens teilweise automatisiert verstellt, insbesondere wechselnd in die vorstehend erläuterte erste, zweite, dritte oder vierte Stellung.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
| 1 | Gehäuse |
| 10 | (Kern zum Herstellen des) Zylinderkopf-Kühlmantel |
| 20 | (Kern zum Herstellen des) Abgaskanal-Kühlmantel |
| 30 | (Kern zum Herstellen des) Brennraum-Kühlmantel |
| 41 | Drehschieber |
| 42 | Abgaskanal-Kühlmittelauslass |
| 43 | Brennraum-Kühlmittelauslass |
| 45 | Kühlmitteleinlass des Ventils |
| 46, 48 | durchgangsoffener Umfangsbereich |
| 47, 49 | geschlossener Umfangsbereich |
| 5 | Zahnrad (Aktuator) |
| 6 | Abgaskanal |
| A | Kühlmittelauslass |
| A' | Kernstütze |
| D | Durchgangsöffnungen |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0026829 A1 [0002]
