DE3530472A1 - Fluessigkeitskreislauf einer brennkraftmaschine - Google Patents
Fluessigkeitskreislauf einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitskreislauf einer
Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der GB-PS 509,481 sind verschiedene Möglichkeiten be
kannt, Schmieröl einer Brennkraftmaschine von der Abgas
wärme regelbar zu erwärmen. Gemeinsamkeit aller offenbar
ten Varianten ist es, daß der Abgasstrom über zusätzliche
Abgasleitungen, die von Schiebern beherrscht werden, in
einen Wärmetauscher einleitbar ist.
Nachteil von derartigen Ausgestaltungen ist es, daß zu
sätzliche Abgasleitungen und Schieber installiert werden
müssen. Abgesehen davon, daß durch die Verwendung von den
zusätzlichen Abgasleitungen der Abgasstrom bis zum Ein
tritt in den Wärmetauscher wegen der notwendigen Leitungs
länge abkühlt und somit gerade nach dem Start der Brenn
kraftmaschine Abgaswärmeenergie verlorengeht, ist die Ver
wendung von Schiebern in den Abgasleitungen problematisch.
Um den Abgasstrom gezielt steuern zu können, müssen die
Schieber die Abgasleitungen vollständig sperren bzw. öff
nen können. Durch die hohen Abgastemperaturunterschiede
(ausgehend von einer Umgebungstemperatur von ca. 20°C bis
hin zu einer Abgastemperatur von über 600°C bei Vollast)
treten erhebliche Wärmespannungen in den Abgasleitungen
auf, die leicht zu einer Funktionsbeeinträchtigung der Ab
gasschieber führen. Hinzu kommen Rußablagerungen, die
ebenfalls die Freigängigkeit der Schieber behindern.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die verschiedenen
Abgasleitungen mit den je nach Regelstellung unterschied
lichen Schieberstellungen keinen konstanten Abgasgegen
druck zulassen, der aber für einen optimal abgestimmten
Ladungswechsel und somit für eine gute Verbrennung erfor
derlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssig
keits-Abgas-Wärmetauscher so in einer Abgasleitung einer
Brennkraftmaschine anzuordnen, daß bei einer zuverlässigen
Regelbarkeit ein hoher Wärmeübergangsfluß zwischen den
wärmeübertragenden Medien erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnen
de Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß der Wärme
tauscher ständig von Abgas durchströmt wird, entfallen die
sonst notwendigen zusätzlichen Abgasleitungen sowie die
zur Steuerung bei bekannten Ausführungen verwendeten
Schieber. Auch ist eine nachteilige Beeinflussung des Ab
gasgegendruckes durch Wegfall der Schieber nicht mehr ge
geben.
Gemäß Anspruch 2 ist der Wärmetauscher als das Abgasrohr
zumindest in einem Teilbereich umhüllender Mantel ausge
bildet. Somit ergibt sich beispielsweise die Möglichkeit,
den Wärmetauscher direkt in den an den Zylinderkopf der
Brennkraftmaschine angeflanschten Abgaskrümmer zu inte
grieren. Dadurch werden die durch Wärmeabstrahlung hervor
gerufenen Energieverluste des Abgasstromes auf ein Minimum
beschränkt. Zudem wird der Vorteil erreicht, daß das Ab
gasrohr durch den Wärmetauschermantel sowohl thermisch als
auch akustisch gegenüber der Umgebung besser isoliert ist.
Dieser Isolationseffekt kann durch beispielsweise außen an
dem Wärmetauscher befestigten und entsprechend temperatur
beständigen Dämmaterial noch verbessert werden. Erfin
dungsgemäß ist es auch möglich, den Wärmetauscher in den
Zylinderkopf einzusetzen. Dabei wird der Wärmetauscher ge
bildet von einem das abgehangene Abgasrohr umgebenden Raum
im Zylinderkopf, der von möglichen übrigen Räumen des Zy
linderkopfes abgetrennt und mit entsprechenden Flüssig
keitszu- und austrittsöffnungen versehen ist.
Gemäß Ausbildung nach Anspruch 3 erfolgt der Flüssigkeits
eintritt in den Wärmetauscher an der geodätisch höchsten
Stelle und der Flüssigkeitsaustritt an der geodätisch
niedrigsten Stelle des Wärmetauschers. Durch diese Ausbil
dung ist sichergestellt, daß bei einem nicht mit Flüssig
keit beschickten Wärmetauscher kein Flüssigkeitsrest in
dem Wärmetauscher zurückbleibt, der dann unzulässig er
hitzt wird. Damit ist beispielsweise sichergestellt, daß
sich in dem permanent abgasbeheizten Wärmetauscher bei
Verwendung von z.B. Öl als entsprechende Flüssigkeit keine
Ölkohle bilden kann. Dabei ist der Wärmetauscher im Be
reich der Flüssigkeitsaustrittsöffnung so gestaltet, daß
auch bei Schräglage der Brennkraftmaschine, soweit diese
nach den entsprechenden Herstellervorschriften zulässig
ist, die in dem Wärmetauscher befindliche Flüssigkeit
vollständig aus dem Wärmetauscher austritt.
Nach der Ausbildung gemäß Anspruch 4 mißt der Temperatur
schalter die Temperatur der Flüssigkeit an einer geeigne
ten Stelle, beispielsweise im Bereich einer Auffangwanne
oder vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine. Von dem
Temperaturschalter werden nun das Magnetventil und das
Entlüftungsventil derart gesteuert, daß beim Öffnen des
Magnetventiles gleichzeitig das Entlüftungsventil ge
schlossen wird und umgekehrt. Dabei ist das Magnetventil
so in den Flüssigkeitskreislauf eingesetzt, daß es den
Flüssigkeitszulauf zu dem Wärmetauscher beherrscht während
das Entlüftungsventil so angeordnet ist, daß sich die ge
nannte Zulaufleitung zu dem Wärmetauscher bei geschlosse
nem Magnetventil vollständig von der durchströmenden Flüs
sigkeit entleert.
Nach Ausbildung gemäß Anspruch 5 kann der Temperaturschal
ter und das Magnetventil durch ein Überdruckventil ersetzt
werden. Überdruckventil und Entlüftungsventil wirken der
art zusammen, daß bei geschlossenem Überdruckventil das
Entlüftungsventil geöffnet ist und umgekehrt. In diesem
Fall wird der Flüssigkeitsdurchfluß durch den Wärmetau
scher nicht in Abhängigkeit der Temperatur sondern in Ab
hängigkeit von dem Flüssigkeitsdruck gesteuert. Dies ist
quasi eine indirekte Temperatursteuerung, da sich bekann
termaßen die Viskosität von Flüssigkeiten in Abhängigkeit
der Temperatur ändert. Die Viskosität der Flüssigkeit ist
also das Maß für das entsprechende Öffnen und Schließen
der beiden Ventile.
Ergänzend zu den Ausbildungen nach Anspruch 4 und 5 wird
nach Anspruch 6 der Regeleinrichtung ein weiteres Über
druckventil vorgeschaltet, dessen Regelcharakteristik so
abgestimmt ist, daß es bei geöffnetem Magnetventil oder
erstem Überdruckventil geschlossen ist und bei geschlos
senem Magnetventil oder erstem Überdruckventil geöffnet
ist. Dieses weitere Überdruckventil ist so in den Flüssig
keitskreislauf eingeschaltet, daß es parallel zu den zuvor
genannten Ventilen angeordnet ist und mit einem Anschluß
an der Zulaufleitung zu den genannten Ventilen angeschlos
sen ist, während der Abfluß aus dem zusätzlichen Ventil
direkt in einen Flüssigkeitsvorratsbehälter erfolgt. Durch
dieses zusätzliche Überdruckventil ist durch entsprechende
gegenseitige Abstimmung der verschiedenen Ventile sicher
gestellt, daß unabhängig von den verschiedenen Ventilstel
lungen immer die gleiche Menge Flüssigkeit in die Brenn
kraftmaschine eintritt.
Nach Anspruch 7 ist der beschriebene Flüssigkeitskreislauf
der Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine. Als vor
teilig erweist es sich bei einer derartigen Ausbildung,
wenn für den Kühlmittelkreislauf Öl als Kühlmittel gewählt
wird.
Nach der Ausbildung gemäße Anspruch 8 ist es vorteilhaft,
den Flüssigkeitskreislauf als einen gemeinsamen Schmier
und Kühlmittelkreislauf unter Verwendung von Öl als Flüs
sigkeit auszubilden. Durch diese Maßnahme ist gewährlei
stet, daß das Öl nach dem Start der Brennkraftmaschine
schnell seine vorher bestimmte Betriebstemperatur er
reicht. Dies wirkt sich sowohl günstig auf die Schmierei
genschaften als auch auf die Kühlung der Brennkraftmaschi
ne aus. Zudem ist es bei einer derartigen Ausgestaltung
möglich, relativ frühzeitig Wärme aus dem Flüssigkeits
kreislauf abzuziehen, die beispielsweise zur Fahrgastraum
beheizung im Falle eines Einbaus der Brennkraftmaschine in
ein Nutzfahrzeug heranziehbar ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im ein
zelnen zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgestalteten Flüssigkeits
kreislauf in einer ersten Variante,
Fig. 2 einen Flüssigkeitskreislauf in einer zweiten Varian
te und
Fig. 3 einen erfindungsgemäß gestalteten Wärmetauscher.
Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Flüssigkeits
kreisläufen handelt es sich um Kühlölkreisläufe einer öl
gekühlten Brennkraftmaschine 1. Das Öl wird in einem sche
matisch dargestellten Ölsammelbehälter 2, der der Ölwanne
der Brennkraftmaschine 1 entspricht, gesammelt. Das Öl
wird von einer Kühlölpumpe 3, die mit ihrer Saugleitung 4
bis auf den Boden des Ölsammelbehälters 2 reicht, abge
saugt und in eine Druckleitung 5 gepumpt. Die Druckleitung
5, die in der Zeichnung zur besseren Übersichtlichkeit zu
sammen mit der Kühlölpumpe 3, der Saugleitung 4 und dem
Ölsammelbehälter 2 als aus der Brennkraftmaschine 1
herausgezogene Teile dargestellt ist, führt zu den ölge
kühlten Bauteilen der Brennkraftmaschine 1 wie Kolben, Zy
linderrohr und Zylinderkopf. Solange das Kühlöl seine Be
triebstemperatur nicht erreicht hat, schließt ein Termo
stat 6 die Zulaufleitung 7 zu einem Ölkühler 8 von der
Druckleitung 5 ab. Bei Erreichen einer vorgegebenen Öl
temperatur öffnet der Termostat 6 die Zulaufleitung 7 zu
dem Ölkühler stufenlos und verschließt gleichzeitig eine
den Ölkühler 8 umgehende Kurzschlußleitung 9. Von dem Öl
kühler 8 gelangt das Öl über eine Rücklaufleitung 10 wie
der in die zu der Brennkraftmaschine 1 führenden Drucklei
tung 5. Stromabwärts der Druckleitung 5 ist eine weitere
Verzweigungsleitung 11 vorgesehen, die zu einem Wärmetau
scher 12 führt, und nach dessen Durchströmung das Kühlöl
zurück in den Ölsammelbehälter 2 führt. Der Aufbau des
Wärmetauschers 12 ist in der Zeichnungsbeschreibung zu
Fig. 3 näher erläutert.
Gesteuert wird der Kühlölfluß in der Verzweigungsleitung
11 von einer Ventilanordnung 13. Die Ventilanordnung 13
nach Fig. 1 besteht aus einem Temperaturschalter 13 a, der
im dargestellten Ausführungsbeispiel die Kühlöleintritts
temperatur in die zu kühlenden Räume bzw. Bauteile der
Brennkraftmaschine 1 mißt. Weiterhin besteht die Ventilan
ordnung 13 aus einem Magnetventil 13 b und einem Entlüf
tungsventil 13 c, die beide in der Ventilanordnung 13 zu
sammengefaßt sind. Der Temperaturschalter 13 a steuert nach
Erreichen einer bestimmten gemessenen Kühlöltemperatur das
Magnetventil 13 b zu, so daß kein Kühlöl zu dem Wärmetau
scher 12 geleitet wird. Gleichzeitig wird der zwischen
Ventilanordnung 13 und Wärmetauscher 12 liegende Teilab
schnitt der Verzweigungsleitung 11 über das Entlüftungs
ventil 13 c entlüftet, so daß nach dem Entlüftungsvorgang
kein Kühlöl in dem entsprechenden Leitungsabschnitt und in
dem Wärmetauscher 12 verbleibt. Sinkt die von dem Tempera
turschalter 13 a gemessene Temperatur unter einen vorbe
stimmten Wert ab, werden die Ventile 13 b und 13 c umge
schaltet, so daß das Kühlöl durch die Verzweigungsleitung
11 dem Wärmetauscher 12 zugeführt wird.
Die Ausbildung nach Fig. 2 unterscheidet sich nur im Be
reich der Verzweigungsleitung 11 und der Ventilanordnung
13 von dem unter Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Daher wird im folgenden nur der unterschiedliche Teil des
Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 beschrieben. Die Ventil
anordnung 13 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus
einem Überdruckventil 13 d und einem Entlüftungsventil 13 e.
Die durch diese Ventilanordnung 13 erreichte Steuerung des
Kühlölflusses beruht auf den unterschiedlichen Viskosi
tätswerten des Schmieröls bei verschiedenen Temperaturen.
Liegt die Temperatur des Kühlöles unter der Betriebstempe
ratur, so steigt durch die dann höhere Ölviskosität der
Öldruck an und öffnet das Überdruckventil 13 d. Gleichzei
tig wird das Entlüftungsventil 13 e geschlossen. Nach Er
reichen der Betriebstemperatur des Kühlöls schließt das
Überdruckventil 13 d in folge der fallenden Viskosität und
somit fallenden Kühlöldruck das Überdruckventil 13 d und
öffnet gleichzeitig das Entlüftungsventil 13 e. Somit wird
die Verzweigungsleitung 11 im Bereich zu dem Wärmetauscher
12 wieder vollständig von Kühlöl entleert. Zusätzlich zu
der Verzweigungsleitung 11 ist in diesem Ausführungsbei
spiel eine weitere Verzweigungsleitung 11 a an gleicher
Stelle zu der Verzweigungsleitung 11 an die Druckleitung 5
angeschlossen. In diese Verzweigungsleitung 11 a ist ein
weiteres Überdruckventil 14 eingesetzt. Der Öffnungsdruck
des Überdruckventils 14 ist dabei so eingestellt, daß das
weitere Überdruckventil 14 seine offene Stellung einnimmt,
sobald das Überdruckventil 13 d in der Ventilanordnung 13
seine geschlossene Stellung angenommen hat. Das über das
weitere Überdruckventil 14 abgeleitete Kühlöl wird direkt
in den Ölsammelbehälter 2 abgeleitet. Durch dieses Anord
nung mit dem weiteren Überdruckventil 14 wird erreicht,
daß den zu kühlenden Teilen der Brennkraftmaschine 1 immer
die gleiche Kühlölmenge zugeleitet wird. Da die Kühlölför
derpumpe 3 ohnedies auf die max. erforderliche Fördermenge
ausgelegt sein muß (Einspeisung in die Brennkraftmaschine
zu den zu kühlenden Teilen und gleichzeitig Einspeisung in
die Verzweigungsleitung 11 zu dem Wärmetauscher 12), er
gibt die Verwendung des weiteren Überdruckventiles 14 den
Vorteil, daß immer eine konstante Kühlölmenge zu den zu
kühlenden Teilen in der Brennkraftmaschine 1 gefördert
wird. Die Verzweigungsleitung 11 a mit dem Überdruckventil
14 kann auch in einen Flüssigkeitskreislauf, der nach Fig.
1 ausgebildet ist, eingesetzt werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers
12. Ein Abgaskrümmer 15 ist mit Flanschen 16 versehen, mit
denen er an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 be
festigt wird. Um den Abgaskrümmer 15 ist ein Mantel 17 an
geordnet, der mit dem Abgaskrümmer 15 im Bereich der Flan
sche 16 dicht verbunden ist. Der Mantel 17 ist in einem
Abstand A 1 um den Abgaskrümmer 15 herum angeordnet. An der
geodätisch höchsten Stelle des Mantels 17 ist der Kühlöl
eintritt 18 vorgesehen. Der Kühlöleintritt 18 ist so aus
gebildet, daß in bekannter Weise die Verzweigungsleitung
11 durch beispielsweise Verschrauben an ihm befestigt wer
den kann. An der geodätisch niedrigsten Stelle des Mantels
17 ist der Kühlölaustritt 19 angeordnet. An den Kühlölaus
tritt 19 kann ebenfalls in bekannter Weise eine Leitung
durch z.B. Verschrauben befestigt werden. Weiterhin ist
der Innenumfang des Mantels 17 im Bereich des Kühlölaus
tritts 19 so gestaltet, daß auch bei Schräglage der Brenn
kraftmaschine 1 eine vollständige Entleerung des zwischen
Abgaskrümmer 15 und Mantel 17 befindlichen Kühlöls sicher
gestellt ist.
Claims (10)
1. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine 1,
wobei die Abgaswärme der Brennkraftmaschine (1) über einen
Wärmetauscher zumindest einem Teilstrom des Flüssigkeits
kreislauf regelbar zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ständig von
Abgas durchströmt wird.
2. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine (1)
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (12) als das
Abgasrohr (15) zumindest in einem Teilbereich umhüllender
Mantel (17) ausgebildet ist.
3. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine (1)
nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitseintritt (18)
in den Wärmetauscher (12) an der geodätisch höchsten Stel
le und der Flüssigkeitsaustritt (19) an der geodätisch
niedrigsten Stelle des Wärmetauschers (12) erfolgt.
4. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine (1)
nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Regeleinrich
tung zur Durchflußmengensteuerung von Flüssigkeit durch
den Wärmetauscher (12),
dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung aus den
Komponenten:
- a) Temperaturschalter (13 a)
b) Magnetventil (13 b)
c) Entlüftungsventil (13 c)
gebildet ist, wobei der Temperaturschalter (13 a) das Mag
netventil (13 b) und das Entlüftungsventil (13 c) derart
steuert, daß beim Öffnen des Magnetventils (13 b) gleich
zeitig das Entlüftungsventil (13 c) geschlossen wird und
umgekehrt.
5. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine (1)
nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Regeleinrich
tung zur Durchflußmengensteuerung von Flüssigkeit durch
den Wärmetauscher (12),
dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung aus den
Komponenten:
- a) Überdruckventil (13 d)
b) Entlüftungsventil (13 e)
gebildet ist, die derart zusammenwirken, daß bei geschlos
senem Überdruckventil (13 d) das Entlüftungsventil (13 e)
geöffnet ist und umgekehrt.
6. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine (1)
nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung ein wei
teres Überdruckventil (14) vorgeschaltet ist, dessen Re
gelcharakteristik so abgestimmt ist, daß es bei geöffnetem
Magnetventil (13 b) oder geöffnetem ersten Überdruckventil
(13 d) geschlossen ist und bei geschlossenem Magnetventil
(13 b) oder erstem Überdruckventil (13 d) geöffnet ist.
7. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine (1)
nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskreislauf der
Brennkraftmaschine (1) ein Kühlmittelkreislauf ist.
8. Flüssigkeitskreislauf einer Brennkraftmaschine (1)
nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Schmiermittel
kreislauf,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskreislauf ein
gemeinsamer Schmier- und Kühlmittelkreislauf ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853530472 DE3530472A1 (de) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | Fluessigkeitskreislauf einer brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853530472 DE3530472A1 (de) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | Fluessigkeitskreislauf einer brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3530472A1 true DE3530472A1 (de) | 1987-03-05 |
Family
ID=6279395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853530472 Withdrawn DE3530472A1 (de) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | Fluessigkeitskreislauf einer brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3530472A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102011116658A1 (de) * | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Daimler Ag | Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Betrieb eines Abgasturboladers |
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1985
- 1985-08-27 DE DE19853530472 patent/DE3530472A1/de not_active Withdrawn
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