DE19736606A1 - Kühlsystem für einen wassergekühlten Motor - Google Patents

Kühlsystem für einen wassergekühlten Motor

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Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen wassergekühlten Motor mit einer verbesserten Heiz- oder Aufwärmcharakteristik des Kraftfahr­ zeugmotors nach dem Anlassen bei Kälte und eine Funktion zum Verhin­ dern des Vereisens eines Drosselkörpers.
Im allgemeinen ist das Kühlsystem einer wassergekühlten Maschine in ei­ nem Automobil so aufgebaut, wie in Fig. 3 gezeigt, um die Maschine bzw. den Motor 100 durch zirkulierendes Kühlwasser zu kühlen. Die Zirkula­ tion des Kühlwassers wird durch den Pumpbetrieb einer Wasserpumpe 104 erreicht, die an der Einlaßseite eines Wassermantels 103 angebracht ist, der am Zylinderblock 101 und Zylinderkopf 102 des Motors 100 ausge­ bildet ist. Da die Kühlwasserzirkulation durch den Wassermantel 103 während einer Anfangszeit nach dem Starten des Motors in einem Zustand ist, in dem das Kühlwasser nicht auf eine angemessene Temperatur (mehr oder weniger als 80°C) aufgeheizt ist, ist das System so aufgebaut, daß ein Thermostat 106 einer Wassertemperatursteuervorrichtung 105 den Fluß von Kühlwasser zu einem Drosselkörper 107 und einem Heizkern 108 her­ bei führt, um den Drosselkörper 107 und den Heizkern 108 vorzuheizen. Wenn eine vorbestimmte Zeit nach dem Starten abgelaufen und das Kühl­ wasser dann auf eine angemessene Temperatur aufgeheizt ist, bewirkt der Thermostat 106, daß das Kühlwasser zu einem Kühler 109 fließt, so daß das geheizte Kühlwasser durch einen Wärmeaustauschbetrieb gekühlt wird und zum Motor zurück fließt.
Da die Vorheizmittel von Drosselkörper und Heizkern nur von der Heiz- oder Wärmequelle des Kühlwassers abhängen, besteht jedoch bei der her­ kömmlichen Technik das Problem, daß beim Starten bei Kälte der Vorheiz­ effekt nicht erhalten werden kann, wenn das Kühlwasser des Motors nicht geheizt ist, und da der Drosselkörper nach dem Starten bei Kälte nicht vor­ geheizt ist, wird dem Motor kalte Luft zugeführt, wodurch eine Verschlech­ terung des Verbrennungswirkungsgrades bewirkt und die Heiz- oder Auf­ wärmeigenschaft verringert wird. Diese Probleme treten vermehrt im Win­ ter, also in der sehr kalten Jahreszeit auf.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kühl­ system für einen Motor zu schaffen, das insbesondere eine Verbesserung der Heizkapazität nach dem Starten in der Kälte der sehr kalten Jahreszeit zusammen mit einer Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades er­ möglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Kühlsystem nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird also unter Benutzung von Vorheizmitteln des Drosselkörpers und Heizkerns mit Hochtemperaturabgas vom Motor als Wärmequelle ein Vereisen des Drosselkörpers verhindert, ohne nur vom Kühlwasser als Wärmequelle abhängig zu sein.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Heizvorrichtung, die ein wesentlicher Teil der vorliegenden Erfindung ist, und
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Kühlsystems mit herkömmlicher Technik.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Zylinderkopf, der mit einem Zylinderblock zusammengebaut und mit einem Wassermantel ausgebildet ist, welcher mit einer Wassertemperatursteuervorrichtung 4 versehen mit einer Wasserpumpe 2 auf der Einlaßseite und einem Thermostat 3 auf der Auslaßseite versehen ist.
Eine erste Kühlwasserzuführleitung 7 zum Zuführen von Kühlwasser zu einem Drosselkörper 5 und einem Heizkern 6 und eine zweite Kühlwasser­ zuführleitung 9 zum Zirkulieren des Kühlwassers zu einem Kühler 8 sind an der Wassertemperatursteuervorrichtung 4 vorgesehen. Der Drossel­ körper 5 und der Heizkern 6 sind mittels einer ersten bzw. einer zweiten Rücklaufleitung 10, 11 mit der Wasserpumpe 2 verbunden, während eine dritte Kühlwasserrücklaufleitung 12 von Kühler 8 ebenfalls mit der Was­ serpumpe 2 verbunden ist.
Eine mittels eines ersten Gehäuses 131 und eines zweiten Gehäuses 132 als eine Vorrichtung aufgebaute Heizvorrichtung 13 ist an der ersten Kühlwasserzuführleitung 7 vorgesehen. Das zweite Gehäuse 132 umgibt dabei das erste Gehäuse 131, und die Heizvorrichtung ist so zusammenge­ baut, daß sie mit einem Auspuffdurchlaß 133 ausgebildet ist.
Ein mit der ersten Kühlwasserzuführleitung 7 verbundener Strömungs­ einlaß 134 und mit dem Drosselkörper 5 und dem Heizkern 6 verbundene Strömungsauslässe 135, 136 sind an dem ersten Gehäuse 131 vorgese­ hen, während ein Strömungseinlaß 137 und ein Strömungsauslaß 138 zum Ein- bzw. Ausströmen von Auspuffgas an dem zweiten Gehäuse 132 vorgesehen sind.
Ein Saugrohr 14 zum Zuführen von Luft zum Zylinderkopf 1 und ein Aus­ puffkrümmer 15 zum Auslassen von Auspuff- oder Abgas sind vorgesehen. Ein Katalysator 17 und ein Auspufftopf 18 sind in einer Auspuffleitung 16 des Auspuffkrümmers 15 vorgesehen. Eine mit einem Umschaltventil 19 versehene Abgasflußsteuervorrichtung 20 ist zwischen dem Auspuff­ krümmer 15 und dem Katalysator 17 vorgesehen, um Auspuffgas zu dem zweiten Gehäuse 132 der Heizvorrichtung 13 durch die Bypass- oder Nebenleitung 21 zuführen zu können.
Andererseits ist ein Wassertemperaturfühler 22 zum Feststellen einer Kühlwassertemperatur nach dem Starten des Motors bei Kälte und zum Senden eines Signals zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU) an der Wassertemperatursteuervorrichtung 4 vorgesehen. Die ECU, die das Was­ sertemperatursignal empfängt, ist so ausgebildet, daß sie die Abgasfluß­ steuervorrichtung 20 und ein Magnetventil 23 steuern kann, die in der Auspuffleitung 16 bzw. der Nebenleitung 21 vorgesehen sind.
Nun wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Kühlsystems mit dem be­ schriebenen Aufbau erläutert.
Da das Kühlwasser beim Starten des Motors anfangs noch nicht geheizt ist, d. h., zur Zeit des Startens bei Kälte, wird die Wassertemperatur des durch einen Pumpbetrieb der Wasserpumpe 2 zum Auslaß des Zylinder­ kopfes 1 zirkulierenden Kühlwassers festgestellt, wodurch das Ventil des Thermostaten 3 zur ersten Kühlwasserzuführleitung 7 hin geöffnet wird. Dadurch zirkuliert das Kühlwasser durch die erste Kühlwasserzuführlei­ tung 7 zum ersten Gehäuse 131 der Heizvorrichtung 13. Gleichzeitig dazu sendet die ECU ein Ausgangssignal zur Abgasflußsteuervorrichtung 20 und zum Magnetventil 23, wenn der Wassertemperaturfühler 22 die Tem­ peratur des zu der ersten Kühlwasserzuführleitung 7 zirkulierenden Kühlwassers feststellt und ein Signal zur ECU sendet, wodurch das Schaltventil 19 so betrieben wird, daß das Abgas durch die Nebenleitung 21 fließt. Zur gleichen Zeit wird das Magnetventil 23 geöffnet (siehe Fig. 1), so daß das aus dem Auspuffkrümmer 15 ausgelassene Abgas hoher Tem­ peratur in das zweite Gehäuse 132 der Heizvorrichtung 13 durch die Ne­ benleitung 21 strömt, wodurch das erste Gehäuse 31 vom heißen Auspuff­ gas geheizt wird, das durch den Auspuffdurchlaß 133 zum Ausströmaus­ laß 138 ausströmt.
Somit heizt das den Abgasdurchlaß 133 der Heizvorrichtung 13 durchströ­ mende Abgas das Kühlwasser. Um die Heizwirkung für das erste Gehäuse 131 zu verbessern, ist das erste Gehäuse 131 wendelförmig aufgebaut. Hierdurch wird der Abgasfluß verzögert und gleichzeitig ein Kontaktflä­ chenbereich zwischen dem durch das Innere des ersten Gehäuses 131 hin­ durchfließenden Kühlwasser und dem Abgas außerhalb des ersten Gehäu­ ses vergrößert, wodurch das als Wärmequelle dienende Abgas das Kühl­ wasser schneller heizen kann.
Dementsprechend wird das Kühlwasser, das durch einen Betrieb des Thermostats 3 der Heizvorrichtung 13 nach dem Starten bei Kälte durch das erste Gehäuse 31 hindurchgeht durch das Hochtemperaturabgas ge­ heizt, das zu dem Abgasdurchlaß 133 fließt, der einen wendelförmigen Strömungsraum zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse 131, 132 bil­ det und einen Wärmetauschbetrieb gewährleistet. Das Kühlwasser geht durch den Drosselkörper 5 und den Heizkern 6 hindurch und zirkuliert durch die erste und die zweite Kühlwasserrücklaufleitung 10, 9 zur Was­ serpumpe 2. Das somit durch die Heizvorrichtung 13 geheizte Kühlwasser heizt den Drosselkörper 5 und den Heizkern 6 vor, so daß der Drosselkör­ per 5 der Verbrennungskammer genügend vorgeheizte Luft zuführt, wo­ durch der Verbrennungswirkungsgrad vergrößert wird. Der Heizkern 6 wird ebenfalls in der Heizwirkung verbessert.
Wenn andererseits das durch den Zylinderkopf 1 zirkulierende Kühlwas­ ser eine angemessene Temperatur erreicht, wird der Thermostat 3 betä­ tigt, wodurch bewirkt wird, daß zum Auslaß fließendes Kühlwasser zu der zweiten Kühlwasserzuführleitung 9 zirkuliert. Zu dieser Zeit arbeitet die ECU, die ein die Wassertemperatur feststellendes Signal des Wassertem­ peraturfühlers 22 empfängt so, daß das Umschaltventil 19 der Abgasfluß­ steuervorrichtung 20 die Nebenleitung 21 schließt. Zur selben Zeit wird das Magnetventil 23 geschlossen, wodurch das vom Auspuffkrümmer 15 ausströmende Abgas durch die Auspuffleitung 16 zum Katalysator 17 fließt. Nach dem Anlassen bei Kälte fließen das Kühlwasser und das Abgas nicht mehr zu der Heizvorrichtung 13.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird beim Kaltstart eines Mo­ tors, insbesondere beim Anlassen eines Motors bei großer Kälte die Auf­ wärmzeit des Motors reduziert indem das durch den Zylinderblock und den Zylinderkopf zirkulierende Kühlwasser schneller auf eine ange­ messene Temperatur angehoben wird. Dies geschieht durch Mittel welche die Zirkulation des Kühlwasser zu der Heizvorrichtung bewirken, wobei gleichzeitig vom Auspuffkrümmer kommendes Hochtemperaturabgas die Heizvorrichtung heizt und ausgelassen wird. Das von der Heizvorrichtung geheizte Kühlwasser heizt den Drosselkörper und den Heizkern vor, so daß eine Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades und einer Aufwärm­ charakteristik gegeben wird. Dadurch wird eine Charakteristik gegeben, die die allgemeine Kapazität eines Motors verbessert und die die Erzeu­ gung von Motorproblemen unmittelbar der Anfangszeit des Anlassens minimiert.

Claims (5)

1. Kühlsystem für einen wassergekühlten Motor, bei dem
  • - eine Wasserpumpe (2) auf einer Einlaßseite eines Wassermantels ei­ nes Zylinderkopfs (1) und eine Wassertemperatursteuervorrichtung (4) mit einem Thermostaten auf einer Auslaßseite vorgesehen sind,
  • - eine erste Kühlwasserzuführleitung (7) zum Zuführen von Kühlwas­ ser zu einem Drosselkörper (5) und einem Heizkern (6) und eine zweite mit einem Kühler (8) verbundene Kühlwasserleitung (9) mit der Wassertempe­ ratursteuervorrichtung (4) verbunden sind,
  • - eine erste Kühlwasserrücklaufleitung (10) und eine zweite Kühl­ wasserrücklaufleitung (11) der Wasserpumpe (2) mit dem Drosselkörper (5) und dem Heizkern (6) verbunden sind,
  • - eine dritte Kühlwasserrücklaufleitung (12) mit dem Kühler (8) ver­ bunden ist, und
  • - eine Auspuffleitung (16) eines Auspuffkrümmers (15) vorgesehen ist, der auf einer einem Ansaugrohr (14) gegenüberliegenden Seite von Zy­ lindern angebracht ist,
wobei ein Wassertemperaturfühler (22) zum Feststellen der Wassertempe­ ratur des in die Wassertemperatursteuervorrichtung (4) fließenden Kühl­ wassers und zum Senden eines Signals an eine elektronische Steuerein­ heit (ECU) vorgesehen ist,
  • - ein erstes Gehäuse (131) mit einer ersten Auslaßleitung (135) und einer zweiten Auslaßleitung (136) vorgesehen ist, die mit der ersten Kühl­ wasserzuführleitung (7) verbunden sind, um Kühlwasser zum Drosselkör­ per (5) und zum Heizkern (6) zuzuführen,
  • - eine Abgasflußsteuervorrichtung (20) mit einem Schaltventil (19) an der Auspuffleitung (16) angebracht ist, um den Abgasfluß zu schalten,
  • - ein Magnetventil (23) in einer Nebenleitung (21) angeordnet ist, die mit der Abgasflußsteuervorrichtung (20) verbunden ist, und deren Öff­ nungs- und Schließbetrieb durch die elektronische Steuereinheit (ECU) gesteuert wird,
  • - ein zweites Gehäuse (132), das mit einem Strömungseinlaß (137) mit der Nebenleitung (21) und mit einem Ausströmauslaß (138) mit einer Auslaßleitung verbunden ist, um Abgas zu der Auspuffleitung (16) abzu­ lassen, und das das erste Gehäuse (131) umgibt, um so einen Auspuff­ durchlaß (133) zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse (131, 132) zu bilden, und
  • - eine Heizvorrichtung (13) vorgesehen ist, die das durch das erste Gehäuse (131) hindurchfließende Kühlwasser durch das durch das zweite Gehäuse (132) hindurch strömende Abgas heizt,
  • - so daß das Kühlwasser durch eine Wärmequelle des Abgases nach dem Anlassen, insbesondere bei Kälte, geheizt wird.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (19) und das Magnetventil (23) der Abgasflußsteuervorrich­ tung (20), die in der Abgasleitung (16) und der Bypassleitung (21) vorgese­ hen sind, so aufgebaut sind, daß die elektronische Steuereinheit (ECU) sie durch den Wassertemperaturfühler (22) steuern kann.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser, das durch das erste Gehäuse (131) der Heizvorrichtung (13) hindurchfließt, durch Abgas geheizt wird, welches in das zweite Gehäuse (132) durch die Nebenleitung (21) strömt und durch den Auspuffdurchlaß (133) abströmt, um die Drosselklappe (5) und den Heizkern (6) vorzuhei­ zen.
4. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuse (131) der Heizvorrichtung (13) wendelförmig ist.
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