Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art.
Eine Ausgestaltungsvariante eines solchen Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine
mit Zylindern in V-Anordnung ist in der Offenlegungsschrift DE 198 03 808
beschrieben. Bei diesem Kühlsystem sind die Kühlmittelzuströmöffnung, die Kühlmittelabströmöffnung,
der Kurzschlußkanal, die Mischkammer das Thermostatventil
und die Kühlmittelpumpe in den von den Zylinderbänken eingeschlossenen V-förmigen
Zwischenraum angeordnet. Diese Anordnung gestattet eine kurze
Bauform und einen einfachen Zusammenbau sowie eine einfache Wartung des
Kühlsystems der Brennkraftmaschine.
Nachteilig an der genannten Anordnung ist die hohe Druckbelastung des Kühlers
und eine ungünstige Wasserpumpenzuströmung. Diese resultiert aus Strömungswiderständen
aufgrund der Anordnung der Kühlsystemkomponenten.
Aufgabe ist es, die Nachteile der zuvor genannten Anordnung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
Bei dieser Anordnung der Kühlsystemkomponenten saugt die Kühlmittelpumpe das
Kühlmittel direkt aus dem Kühler. Da in dem Kühlmittelpumpenzulauf kein Druckabfall,
wie es ein Thermostatventil verursacht, vorkommt, hat das Kühlmittel den
geringstem Strömungswiderstand auf dem Weg vom Kühler zur Kühlmittelpumpe.
Somit ist die Druckbelastung des Kühlers minimiert und gleichzeitig die Anströmung
der Kühlmittelpumpe optimiert.
Nach Anspruch 2 ist eine einfache Montage und Wartung der Kühlmittelpumpe in
das Kühlmittelpumpengehäuse von der Stirnseite aus möglich.
Gemäß Anspruch 4 wird der gesamte Kühlmittelstrom in zwei unabhängige Kühlmittelteilströme,
bei Verwendung von nur einer Pumpe, aufgeteilt. Somit wird jede
Zylinderbank mit der gleichen Kühlmittelmenge beaufschlagt, was sich auf eine
gleichmäßige Kühlung beider Zylinderbänke positiv auswirkt.
Gemäß Anspruch 9 ist ein motoraustrittsgeregelter Kühlmittelfluss realisiert. Dies
bedeutet, dass das Thermostatventil von dem Kühlmittel, welches von der Brennkraftmaschine
kommend zum Kühler fließt, umflossen wird. Der Vorteil dieser Regelung
besteht aufgrund geringster Strömungswiderstände für das Kühlmittel in
einer sehr guten Zuströmung zur Kühlmittelpumpe und einer sehr kleinen Druckbelastung
des Kühlers.
Aufgrund der einstückigen Fertigung gemäß Anspruch 11 entfallen vorteilhaft Montage-
und Abdichtungsarbeiten für separat anzubringende Maschinengehäuse.
Durch die Verwendung von komplexen Gusskernen entfallen mechanische Nachbearbeitungen
im Bereich der Strömungskanäle. Eine wirtschaftliche Fertigung der
Brennkraftmaschine ist somit möglich. Weiter wird durch die kompakte Bauform die
Anzahl der zu verbindenden und abzudichtenden Leitungsanschlüsse reduziert,
wodurch Undichtigkeiten im Kühlsystem vermieden und darüberhinaus die Strömungswiderstände
für das Kühlmittel minimiert werden. Dadurch resultiert eine geringere
benötigte Kühlmittelpumpenleistung.
Vorteilhaft nach Anspruch 12 ist die Reduzierung der Stellkräfte zur Betätigung des
Thermostatventils. Die Fläche der Thermostatventilverschlussfläche, auf die der
Kühlmitteldruck wirkt, ist von der Kreisfläche eines Tellerventils auf die kleine Ringfläche
eines Ringschiebers reduziert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in
drei Zeichnungen näher erläutert:
- Fig. 1:
- Blick auf ein Kurbelgehäuse in Richtung Abtriebsseite;
- Fig. 2:
- Aufsicht auf das Kurbelgehäuse in Richtung Zwischenraum;
- Fig. 3:
- Vertikaler Längsschnitt durch das Kurbelgehäuse.
Fig. 1 zeigt ein Kurbelgehäuse 1 für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine
mit Blick auf die Stirnseite. Stirnseite wird die der Abtriebsseite gegenüberliegende
Seite genannt. Es ist eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, deren erste
Hälfte der Zylinder hintereinander in einer ersten Zylinderbank 3 und die zweite
Hälfte der Zylinder hintereinander in einer zweiten Zylinderbank 4 angeordnet sind.
Die Zylinderbänke 3 und 4 sind V-förmig angeordnet und bilden einen Zwischenraum
5 unter einem Winkel α zwischen 90° und 120°.
Die Ansauglufteinlasskanäle der hier nicht dargestellten Zylinderköpfe für die Zylinderbänke
3 und 4 sind im Zwischenraum 5 angeordnet. Die Abgaskanäle befinden
sich auf den, den Einlasskanälen gegenüberliegenden Seiten der Zylinderköpfe.
Im Zwischenraum 5 befindet sich mittig ein Doppelspiralgehäuse 12. In diesem wird
von der Betrachtungsseite aus eine Kühlmittelpumpe 11 verbaut. Im Doppelspiralgehäuse
12 ist ein Kurzschlusskanal 26 erkennbar. Eine erste Spirale 20 des Doppelspiralgehäuses
12 befindet sich direkt unter der Kühlmittelpumpe 11 und mündet
in einen ersten Längskanal 18. Eine zweite Spirale 21 des Doppelspiralgehäuses 12
befindet sich direkt oberhalb der Kühlmittelpumpe 11 und mündet in einen zweiten
Längskanal 19. Das geförderte Kühlmittel wird durch die Spiralen 20 und 21 in zwei
Teilkühlmittelströme aufgeteilt. Der von der ersten Spirale 20 kommende versorgt
die Zylinderbank 3 mit zugehörigem Zylinderkopf und der von der zweiten Spirale
21 kommende versorgt die Zylinderbank 4 mit zugehörigem Zylinderkopf mit Kühlmittel.
Die Teilkühlmittelströme sind durch Pfeile schematisch dargestellt.
Die Längskanäle 18 und 19, durch die das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 11
zu den zu kühlenden Bereichen gefördert wird, erstrecken sich kühlerseitig, ausgehend
vom Doppelspiralgehäuse 12, in Richtung der Abgaskanalseiten des Kurbelgehäuses
1 und von dort entlang der Zylinderbänke 3 und 4 in Richtung Abtriebsseite
28.
Unterhalb der Kühlmittelpumpe 11 befindet sich ein Lagerstuhl 22 eines Kurbelwellenlagers
der Brennkraftmaschine. Die den Lagerstuhl 22 begrenzende Kante 23 ist
eine Dichtebene für weitere, unterhalb des Kurbelgehäuses 1, noch zu montierende
Maschinenelemente, wie beispielsweise ein Bedplate oder eine Ölwanne.
Die Bezugszeichen von Fig. 1 gelten auch für die Fig. 2 und Fig. 3.
Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf das Kurbelgehäuse 1 in Richtung Zwischenraum 5. Erkennbar
ist die Zylinderbank 3 mit vier, in Reihe angeordneten Zylindern 2 und einen
Kühlmittelkanal 33 sowie die Zylinderbank 4 mit vier, in Reihe angeordneten
Zylindern 2 und einen Kühlmittelkanal und 33'. Zwischen den Zylinderbänken 3 und
4, im Zwischenraum 5, ist ein Gehäuse 36 auf einer Grundplatte 37. Ein Deckel 15
des Gehäuses 36 ist nicht dargestellt. In dem Gehäuse 36 sind auf der Abtriebsseite
28 ein Kühlmittelauslass 8, weiter in Richtung Stirnseite 29 eine mittlere
Kammer 32 mit einer Ringdichtfläche 27, anschließend zwei Kühlmittelzuläufe 34
und 34' und der Kurzschlusskanal 26 in einem Kühlmitteleinlass 10 angeordnet. In
der mittleren Kammer 32 wird ein Ringschieber eines hier nicht dargestellten Thermostatventils
13 eingebaut. Je nach Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine
dient ein Teil der Kammer 32 als eine Mischkammer 25.
Weiter in Richtung Stirnseite 29 ist das Doppelspiralgehäuse 12, an das die Längskanäle
18 und 19 angeordnet sind, an das Gehäuse 36 angeformt. Kurbelgehäuse
1, Gehäuse 36, Grundplatte 37, Doppelspiralgehäuse 12 und Längskanäle 18 und
19 sind einstückig gefertigt.
Der schematisch durch Pfeile dargestellte Kühlmittelstrom in der Brennkraftmaschine
verläuft wie folgt: Die Kühlmittelpumpe 11 saugt Kühlmittel durch den Kühlmitteleinlass
10 an und fördert es durch die Längskanäle 18 und 19 in die Zylinderbänke
3 und 4, weiter durch nicht Weiter bezeichnete Kühlkanäle im Kurbelgehäuse 1 in
die nicht dargestellten, nach dem Querstrom-Prinzip gekühlten Zylinderköpfe, weiter
durch die Kühlmittelkanäle 33 und 33' in die Kühlmittelzuläufe 34 und 34', von dort
durch einen Kanal in dem Deckel 15 in die mittlere Kammer 32. Das Kühlmittel kann
die mittlere Kammer 32 durch den Kühlmittelauslass 8 und/oder den Kurzschlusskanal
26 verlassen.
Die Anordnung der kühlerseitigen Abschnitte der Längskanäle 18 und 19 in einer
ersten Nockenwellen-Antriebsebene 30 und einer zweiten Nockenwellen-Antriebsebene
31, die um den Zylinderversatz von Zylinderbank 3 zu Zylinderbank 4
in Brennkraftmaschinenlängsachse zueinander verschoben sind, ermöglicht die
Verwendung von Gleichteilen, wie beispielsweise identischer Nockenwellen, für die
Zylinderbänke 3 und 4. Die mittige Anordnung der Kühlmittelpumpe 11 gewährleistet
gleiche Kühlkanallängen für beide Zylinderbänke 3 und 4.
Fig. 3 zeigt einen zentrischen, vertikalen Längsschnitt durch das Kurbelgehäuse 1
mit den Zylindern 2 von der ersten Zylinderbank 3 und durch Pfeile schematisch
dargestellte Kühlkreisläufe. Der äußere Kühlkreislauf besteht aus einem Kühler 6,
an den eine Vorlaufleitung 7 und eine Rücklaufleitung 9 angeordnet sind. Brennkraftmaschinenseitig
mündet die Vorlaufleitung 7 in einen ersten Anschlussstutzen
16 und die Rücklaufleitung 9 in einen zweiten Anschlussstutzen 17. Beide Anschlussstutzen
16 und 17 sind an den Deckel 15, der den äußeren gegen den inneren
Kühlmittelkreislauf abgrenzt, angeordnet.
Im inneren Kühlmittelkreislauf -innerhalb der Brennkraftmasschine- ist der erste
Anschlussstutzen 16 dem Kühlmittelauslass 8 und der zweite Anschlussstutzen 17
dem Kühlmitteleinlass 10 zugeordnet. Der Kühlmitteleinlass 10 führt zur Kühlmittelpumpe
11, die im Doppelspiralgehäuse 12 montiert ist. In einem Thermostatventilgehäuse
14 im Deckel 15 und der mittleren Kammer 32 befindet sich ein Thermostatventil
13, ein Ringschieberthermostatventil.
Der in Fig. 3 schematisch dargestellte Kühlmittelkreislauf arbeitet in Ergänzung zur
Beschreibung von Fig. 2 folgendermaßen: Die Kühlmittelpumpe 11 saugt das
Kühlmittel aus dem äußeren Kühlmittelkreislauf und oder aus dem Kurzschlusskanal
26 an und fördert es, wie bereits beschrieben, durch die Brennkraftmaschine.
Durch zwei Sammelleitungen im Zylinderkopf wird das Kühlmittel durch die hier
nicht erkennbaren Kühlmittelkanäle 33 und 33' in die hier ebenfalls nicht erkennbaren
Kühlmittelzuläufe 34, 34' und von hier in den Kanal im Deckel 15 zurück in die
mittlere Kammer 32 des Thermostatventilgehäuses 14 geleitet. In diesem sitzt das
Thermostatventil 13 mit einem Ringschieber 35. Das Thermostatventil 13 nimmt die
Temperatur des ankommenden Kühlmittels, entsprechend dem Betriebszustand der
Brennkraftmaschine an. Drei Betriebszustände werden für den Kühlmittelkreislauf
unterschieden:
Die Brennkraftmaschine ist kalt, der Ringschieber 35 befindet sich in einer oberen
Position A und verschließt eine Zulauföffnung 24 zu dem Kühlmittelauslasskanal 8.
Das kalte Kühlmittel wird in den Kurzschlusskanal 26 geleitet, der eine direkte Verbindung
- Kurzschluss - zum Kühlmitteleinlasskanal 10 darstellt. Die Kühlmittelpumpe
11 pumpt das Kühlmittel in einem kleinen Kühlkreislauf über den Kurzschlusskanal
26 direkt zurück.
Die Brennkraftmaschine ist heiß, der Ringschieber 35 des Thermostatventils 13
schiebt sich in Richtung Kurzschlusskanal 26, einer Position B, und verschließt den
Kurzschlusskanal 26 gegen die Ringdichtfläche 27. Das heiße Kühlmittel wird durch
die Zulauföffnung 24 zum Kühlmittelauslasskanal 8 und durch den Anschlussstutzen
16 und die Vorlaufleitung 7 zum Kühler 6 gefördert. Im Kühler 6 wird das Kühlmittel
abgekühlt und von der Kühlmittelpumpe 11 über die Rücklaufleitung 9 erneut
angesaugt.
Die Brennkraftmaschine befindet sich im Warmlauf, der Ringschieber 35 des Thermostatventils
13 befindet sich in einer Stellung zwischen Position A und B, Position
C. Die Stirnseite des Ringschiebers 35 dichtet nicht gegen die Ringdichtfläche 27,
somit sind der Kurzschlusskanal 26 und die Zulauföffnung 24 offen. Dies hat zur
Folge, daß in dieser Übergangsphase zwei Kühlkreisläufe ausbildet werden. Ein
kleiner Kühlkreislauf wie bei einer kalten Brennkraftmaschine und ein großer Kühlkreislauf
wie für den Fall der heißen Brennkraftmaschine. Somit fungiert der vom
Ringschieber 35 eingeschlossene Teil der mittleren Kammer 32 als Mischkammer
25.
Bezugszeichenliste:
- 1
- Kurbelgehäuse
- 2
- Zylinder
- 3
- Erste Zylinderbank
- 4
- Zweite Zylinderbank
- 5
- Zwischenraum
- 6
- Kühler
- 7
- Vorlaufleitung
- 8
- Kühlmittelauslass
- 9
- Rücklaufleitung
- 10
- Kühlmitteleinlass
- 11
- Kühlmittelpumpe
- 12
- Doppelspiralgehäuse
- 13
- Thermostatventil
- 14
- Thermostatventilgehäuse
- 15
- Deckel
- 16
- Erster Anschlussstutzen
- 17
- Zweiter Anschlussstutzen
- 18
- Erster Längskanal
- 19
- Zweiter Längskanal
- 20
- Erste Spirale
- 21
- Zweite Spirale
- 22
- Lagerstuhl
- 23
- Kante
- 24
- Zulauföffnung
- 25
- Mischkammer
- 26
- Kurzschlusskanal
- 27
- Ringdichtfläche
- 28
- Getriebeseite
- 29
- Stirnseite
- 30
- Erste Nockenwellen-Antriebsebene
- 31
- Zweite Nockenwellen-Antriebsebene
- 32
- mittlere Kammer
- 33, 33'
- Kühlmittelkanal
- 34, 34'
- Kühlmittelzulauf
- 35
- Ringschieber
- 36
- Gehäuse
- 37
- Grundplatte