DE3730682A1 - Brennkraftmaschine mit geschlossenem kuehlkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit ge­ schlossenem Kühlkreislauf gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Geschlossene Kühlkreisläufe werden bei wassergekühlten Brennkraftmaschinen angewendet, da das Wasser nicht mit den anderen Betriebsstoffen, wie Treibstoff und Schmieröl, in Verbindung kommen darf. Wassergekühlte Kühlkreisläufe haben den Nachteil, daß dem Wasser wegen der Frost- und Korrosionsgefahr Zusatzmittel beigefügt werden müssen, die sich mit der Zeit zersetzen und somit einer Wartung bedür­ fen. Desweiteren ist eine variable Kühlung der Brennkraft­ maschine wegen des begrenzten maximalen Temperaturberei­ ches des Wassers (100°C bei Niederdrucksystemen) kaum möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraft­ maschine mit einem geschlossenen Kühlkreislauf zu schaffen, mit dem eine variable Kühlung der Brennkraftmaschine mög­ lich ist und ein Einfrieren des Kühlmittels mit einer ein­ hergehenden Beschädigung der Bauteile vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Kühl­ flüssigkeit ein Öl ist. Dies hat den Vorteil, daß die Küh­ lung der Brennkraftmaschine variabel gehalten werden kann, da wesentlich höhere und niedrigere Temperaturen im Kühl­ kreislauf gefahren werden können als mit Wasser als Kühl­ flüssigkeit. Ferner ist eine Beschädigung der Bauteile durch Einfrieren der Kühlflüssigkeit nicht mehr möglich.

In bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführung ist die Kühlflüssigkeit das Schmieröl der Brennkraftmaschine. Wei­ terhin ist es auch vorteilhaft, als Kühlflüssigkeit ein Thermoöl zu verwenden. Mit Schmieröl als Kühlflüssigkeit können Kühltemperaturen bis ca. 150°C gefahren werden, während bei Thermoöl als Kühlflüssigkeit dies bis ca. 250°C möglich wäre. Höhere Kühltemperaturen haben u. a. den Vorteil, daß die Ölkühler kleiner gehalten werden können.

Vorteilhafterweise ist das Thermostatventil nicht nur von der Öltemperatur, sondern auch über einen Regler von Mo­ torbetriebswerten abhängig geregelt, wobei das Thermostat­ ventil zweckmäßigerweise einen entgegen einer Feder axial verschiebbaren Kolben beinhaltet, dessen Stellung den Durchfluß durch das Ventil steuert und dessen axiale Lage durch eine elektrische Beheizung steuerbar ist. Mit diesem Thermostatventil läßt sich die Temperatur der Kühlflüssig­ keit individuell an die Erfordernisse der Brennkraftma­ schine anpassen.

Eine erfindungsgemäße Ausführung beeinhaltet, daß die Pum­ pe eine Zahnradpumpe ist und parallel zur Pumpe ein Si­ cherheitsventil angeordnet ist und der Wärmetauscher ein Hochdruckkühler ist.

In einer bevorzugten alternativen Ausführung ist die Pumpe eine Kreiselpumpe bzw. eine Flügelradpumpe und der Wärme­ tauscher ein Niederdruckkühler. Diese Ausführung ist gegenüber der Ausführung mit Zahnradpumpe und Hochdruck­ kühler wesentlich preiswerter in der Herstellung.

Damit sich im Wärmetauscher kein Kaltölpfropfen bildet, ist in diesem vorteilhafterweise ein elektrischer Heizer eingebaut.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und den Figuren, die zwei Ausführungsformen der Erfindung zeigen und nachfolgend näher erläutert sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung eines geschlossenen Kühlölkreislaufes mit einer Kreiselpumpe und einem Niederdruckölkühler,

Fig. 2 eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer Zahnradpumpe und einem Hochdruckkühler im geschlossenen Kühlölkreislauf.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem geschlossenen Kühlölkreislauf. Mit 13 ist ein Schmierölkreislauf be­ zeichnet, der zur Schmierung der Brennkraftmaschine dient. Die Schmierölpumpe 15 ist hierbei auf der Kurbelwelle 16 angeordnet. In Strömungsrichtung hinter der Schmierölpumpe 15 befindet sich ein Überdruckventil 21 und ein Schmieröl­ filter 17. Nach Durchlaufen des Schmierölfilters 17 ge­ langt das Schmieröl an die zu schmierenden Teile der Brennkraftmaschine und von dort aus zurück in die Ölwanne 18. Der Schmierölkreislauf 13 ist vollständig von einem Kühlkreislauf 14 getrennt.

Dieser Kühlkreislauf 14 besteht aus im Motor angeordneten Kühlräumen 1, welche sowohl eine Zylinderlaufbüchse 19 ringförmig umgeben als auch im Zylinderkopf 20 angeordnet sind. Die Eintrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit liegt im Bereich der Zylinderlaufbüchse. Nachdem die Kühl­ flüssigkeit die Zylinderlaufbüchse 19 in Umfangsrichtung umflossen hat, strömt sie über den Zylinderkopf 20 durch eine Austrittsöffnung aus dem Motor aus. Im Kühlkreislauf 14 ist ferner ein Wärmetauscher 4 angeordnet, der mit ei­ ner Bypaßleitung 2 versehen ist und ein die Motorein­ trittstemperatur der Kühlflüssigkeit regelndes Thermostat­ ventil 3 die Kühlflüssigkeit entweder durch den Wärmetau­ scher 4 oder durch die Bypaßleitung 2 leitet. In Strö­ mungsrichtung vor der Eintrittsöffnung der Kühlflüssigkeit in den Motor und hinter dem Thermostatventil ist eine Pum­ pe 5 angeordnet. Desweiteren ist zwischen der Pumpe 5 und dem Thermostatventil 3 ein Ausgleichsbehälter 6 vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist die Kühlflüssigkeit ein Öl. Hierbei kann es sich um das Schmieröl der Brennkraftmaschine oder um ein Thermoöl handeln.

In der Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung gezeigt, bei der die Pumpe 5 ein gegenüber einer Zahnradpumpe niedrigeres Druckniveau aufweist und dadurch billiger in der Herstellung ist. Hierbei kann es sich z.B. um eine Kreiselpumpe oder eine Flügelradpumpe handeln.

Durch das niedrigere Druckniveau kann der Wärmetauscher 4 als Niederdruckkühler ausgebildet sein. Niederdruckkühler haben den Vorteil, daß sie in der Herstellung wesentlich preisgünstiger sind als Hochdruckkühler. Sollte sich im Wärmetauscher 4 ein Kaltölpfropfen bilden, so wird dessen Beseitigung durch einen elektrischen Heizer 12, der im Wärmetauscher 4 eingebaut ist, erleichtert. Weiterhin kann durch geeignete Kühlöle der Kaltölpfropfen im Betriebs­ temperaturbereich vermieden werden, wodurch eine zusätzli­ che Heizung des Wärmetauschers unnötig wäre. Auch ist eine Vorwärmung des Wärmetauschers durch das erwärmte Schmieröl möglich, wobei gleichzeitig eine Rückkühlung des Schmier­ öls erreicht ist.

Wird als Kühlflüssigkeit das Schmieröl der Brennkraftma­ schine verwendet, so wird vorteilhafterweise die Pumpe 5 in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine integriert bzw. so angebracht, daß Lecköl aus der Pumpe 5 in die Öl­ wanne 18 fließt. Dadurch braucht die Pumpe nicht absolut dicht zu sein, da eine gewisse Leckrate von Schmieröl aus dem Kühlkreislauf in den Schmierölkreislauf der Brenn­ kraftmaschine unbedeutend ist.

Das Thermostatventil 3 ist über einen Regler von Motorbe­ triebswerten abhängig geregelt, wobei das Thermostatventil 3 einen entgegen einer Feder 8 axial verschiebbaren Kolben 9 beinhaltet, dessen Stellung den Durchfluß durch das Ventil steuert und dessen axiale Lage durch eine elektri­ sche Beheizung steuerbar ist. Die Beheizung kann z.B. über eine Heizspirale erfolgen, während die axiale Verstellung zweckmäßigerweise über einen Hubmagneten 10 erfolgt. Durch diese Maßnahme läßt sich die Kühlung der Brennkraftmaschi­ ne individuell an die Erfordernisse anpassen.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der die Pumpe 5 im geschlossenen Kühlkreislauf eine Zahnradpumpe ist und parallel zur Pumpe 5 ein Sicherheitsventil 11 an­ geordnet ist und der Wärmetauscher 4 ein Hochdruckkühler ist. Ansonsten ist diese Ausführungsform identisch mit der in Fig. 1 beschriebenen. Mit einer Zahnradpumpe läßt sich ein wesentlich höheres Druckniveau erreichen als mit einer Kreiselpumpe bzw. einer Flügelradpumpe, wodurch ein Kalt­ ölpfropfen schneller aus dem Wärmetauscher 4 herausge­ drückt werden kann. Der Wärmetauscher 4 muß jedoch als Hochdruckkühler ausgebildet sein, um dem höheren Druck Stand halten zu können.

Die Funktionsweise des geschlossenen Kühlkreislaufes wird im folgenden anhand der Fig. 1 erläutert. Im kalten Zu­ stand des Öls bzw. der Brennkraftmaschine verschließt das Thermostatventil 3 den Ausgang des Wärmetauschers 4 und läßt dadurch das Öl von der Pumpe 5 angetrieben durch die Kühlräume 1 und über die Bypaßleitung 2 in einem Kurz­ schluß fließen. Erwärmt sich das Öl, so schaltet das Thermostatventil 3 um und das Öl strömt durch den Wärme­ tauscher 4. Zur Vermeidung eines Kaltölpfropfens kann im kalten Zustand des Öls ein Heizer 12, der im Wärmetauscher 4 angeordnet ist, eingeschaltet werden. Durch die Verwen­ dung von Öl als Kühlflüssigkeit kann der Regelbereich der Kühlung wesentlich umfangreicher gestaltet werden, als dies bei Wasserkühlung möglich wäre.

Claims (8)

1. Brennkraftmaschine mit geschlossenem Kühlkreislauf, mit im Motor angeordneten Kühlräumen (1), einer Pumpe (5) und einem Wärmetauscher (4), wobei der Wärmetauscher (4) mit einer Bypaßleitung (2) versehen ist und ein die Motor­ eintrittstemperatur der Kühlflüssigkeit regelndes Thermo­ statventil (3) die Kühlflüssigkeit entweder durch den Wär­ metauscher (4) oder durch die Bypaßleitung (2) leitet und einem in Strömungsrichtung vor der Pumpe (5) angeordneten Ausgleichsbehälter (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit ein Öl ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit das Schmieröl der Brennkraftmaschine ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit ein Ther­ moöl ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatventil (3) über einen Regler von Motorbetriebswerten abhängig geregelt ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatventil (3) einen entgegen einer Feder (8) axial verschiebbaren Kolben (9) beinhaltet, dessen Stellung den Durchfluß durch das Ventil steuert und dessen axiale Lage durch eine elektrische Be­ heizung steuerbar ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (5) eine Zahnradpum­ pe ist und parallel zur Pumpe (5) ein Sicherheitsventil (11) angeordnet ist und der Wärmetauscher (4) ein Hoch­ druckkühler ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (5) eine Kreiselpum­ pe und der Wärmetauscher (4) ein Niederdruckkühler ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmetauscher (4) ein elektrischer Heizer (12) eingebaut ist.