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WO2003093661A1 - Einrichtung und verfahren zur kühlung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Einrichtung und verfahren zur kühlung einer brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
WO2003093661A1
WO2003093661A1 PCT/EP2003/002088 EP0302088W WO03093661A1 WO 2003093661 A1 WO2003093661 A1 WO 2003093661A1 EP 0302088 W EP0302088 W EP 0302088W WO 03093661 A1 WO03093661 A1 WO 03093661A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling water
channel
cylinder head
cylinder
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/002088
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kuhn
Peter Wastl
Franz Lukas
Stephan Adam
Barna Hanula
Original Assignee
Audi Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi Ag filed Critical Audi Ag
Publication of WO2003093661A1 publication Critical patent/WO2003093661A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/021—Cooling cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P2003/028—Cooling cylinders and cylinder heads in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/08—Temperature
    • F01P2025/30—Engine incoming fluid temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/08—Temperature
    • F01P2025/32—Engine outcoming fluid temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10—Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a cylinder crankcase, with a cylinder head and with a cooling water circuit according to the features of the preamble of claim 1 with a first cooling water channel extending in the cylinder head between an inlet opening and an outlet opening and with a separate in the cylinder crankcase between an inlet opening and one Outlet opening extending second cooling water channel and with a common cooling water pump arranged in the cooling water circuit and a method for separate cooling of the cylinder crankcase on the one hand and the cylinder head on the other hand of an internal combustion engine, with a cooling water circuit and a common cooling water pump according to the features of the preamble of claim 9.
  • the common pump has the effect that the pressure level in the cooling water passed through the cylinder head and the pressure level in the cooling water passed through the cylinder crankcase largely correspond.
  • the desired degassing from the crankcase for reliable cooling cannot be guaranteed without additional measures. This makes it possible that individual areas of the internal combustion engine are temporarily not adequately supplied with cooling water, despite the well-designed routing of the cooling water channels in the internal combustion engine, which can lead to overheating.
  • the invention is therefore based on the object of providing a water cooling system for the cylinder head and for the crankcase, in which the advantages of separate cooling water flow through the cylinder head and through the cylinder crankcase can be combined with reliable degassing of the cooling water from the cylinder crankcase into the cylinder head.
  • the object is achieved by designing an internal combustion engine according to the features of claim 1 with a cylinder crankcase and a cylinder head, with a cooling water circuit with a first cooling water channel extending in the cylinder head between an inlet opening and an outlet opening and with a separate one in the cylinder crankcase between an inlet opening and an outlet opening extending second cooling water channel and with a common cooling water pump arranged in the cooling water circuit, in which a third cooling water channel connects the outlet opening of the first cooling water channel formed in the cylinder head with the inlet opening of the cooling water pump, in which a fourth cooling water channel connects the outlet opening of the cooling water pump with the inlet opening of the second Cooling water channel formed in the cylinder crankcase for forwarding the cooling water from the first in connects the second cooling water channel.
  • the object is also achieved according to the invention by the method for separately cooling the cylinder crankcase on the one hand and the cylinder head on the other hand of an internal combustion engine, with a cooling water circuit and a common cooling water pump according to the features solved from claim 9, wherein the cooling water in the flow direction first through a first cooling water channel formed in the cylinder head between an inlet opening and an outlet opening, then through the common cooling water pump and only then through a second cooling water channel formed in the cylinder crankcase between an inlet opening and an outlet opening becomes.
  • the pump and the sequence of the coolant flow have the effect that the pressure in the cooling water emerging from the pump and entering the cylinder crankcase is increased compared to the cooling water emerging from the cylinder head and entering the pump.
  • This pressure drop between the cooling water in the cylinder crankcase and the cylinder head means that gas bubbles which have formed in the lower, hotter cylinder crankcase can escape into the cooler cylinder head within the cooling system of the internal combustion engine.
  • the arrangement of the water pump after a cylinder head manifold enables a particularly suitable axial feed to the centrifugal pump when using a centrifugal pump.
  • the training according to the features of claim 3 allows to easily regulate the inlet or outlet temperature of the cooling water in the cylinder head.
  • the embodiment according to the features of claim 4 enables the amount of cooling water passed through the cylinder crankcase and thus the outlet temperature of the cooling water at the outlet from the cylinder crankcase to be regulated in a simple manner.
  • the embodiment according to the features of claim 5 is preferred, as a result of which both the inlet or outlet temperature of the cooling water at the cylinder head and the outlet temperature of the cooling water at the outlet from the cylinder crankcase can be regulated very easily and independently of one another, so that the individually desired temperatures in the cylinder head and can be adjusted in the cylinder crankcase as required.
  • the individually required temperature is particularly advantageously possible through the configurations according to the features of claims 6 or 7.
  • the invention is explained in more detail below with reference to the embodiment shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 Herein shows:
  • Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with a cooling circuit
  • FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine 1 of a known type with a cylinder crankcase 2 and cylinder head 3.
  • the cylinders are indicated schematically using the example of a four-cylinder in-line engine with the cylinders 4, 5, 6, 7.
  • the cooling water is guided out of a water cooler 15 via a cooling water guide channel 22, a cooling water channel 23 and the access opening 8 in the front side of the cylinder head into the cooling water guide system of a known type (not shown further) within the cylinder head 3 and occurs on the opposite front side of the internal combustion engine 1 at a suitable point Exit opening 9 from the cylinder head 3. From here, it is fed via a cooling water duct 18 to a water pump 12 of a known type, which can be regulated by volume flow.
  • the cooling water is guided via a cooling water guide channel 19 into an access opening 10 formed in the same end face of the internal combustion engine 1 as the outlet opening 9 into the known cooling water guide system within the cylinder crankcase 2.
  • the cooling water enters via an outlet opening 11, which is formed on the same end face as the inlet opening 8 of the internal combustion engine 1 on the cylinder crankcase 2, into a cooling water guide channel 20 and is fed by this via a cooling water guide channel 21 to the water cooler 15 for cooling by heat exchange.
  • a cooling water duct formed as a bypass 25 branches off from the water duct 19 and, like the water duct 20, opens into the water duct 21.
  • a mixing valve 13 - for example a thermostatic valve or a rotary slide valve, which is electrically controlled - is formed, which controls the volume flow through the cylinder crankcase in accordance with the individually desired crankcase outlet temperature of the cooling water.
  • a further cooling water guide channel formed as a bypass 24 from the cooling water guide channel 21 branches off, which, like the cooling water guide channel 22, opens into the cooling water guide channel 23.
  • a mixing valve 14 of a known type - for example a thermostatic valve or a rotary slide valve, which is electrically controlled - is formed.
  • the cooling water mixed in this way is supplied to the inlet 8 of the cylinder head 3 via the cooling water guide channel 23.
  • the cooling water is supplied in a known manner via the cooling water duct system to areas at risk for cooling and exits the cylinder head 3 at the outlet 9.
  • the cooling water is sucked in by the water pump 12 through the cylinder head 3 and, as required, is pressed into the cylinder crankcase 2 via the cooling water guide channel 19.
  • the cooling water is likewise supplied to the areas particularly at risk from temperature via the known cooling water guide channel system formed there, emerges from the cylinder crankcase 2 at the outlet opening 11 and is fed in the mixing valve 13 with the bypass channel 25 directly from the cooling water guide channel 19 and not through the cylinder crankcase 2 heated cooling water controlled according to the individually desired outlet temperature at the outlet 11 of the cylinder crankcase 2 with respect to their flow ratio.
  • the cooling water mixed in this way is introduced into the cooling water channel 21. Through the cooling water channel 21, the cooling water is returned to the water cooler 15 for cooling again.
  • an uncooled amount of cooling water is branched off from the cooling water guide channel 21 via the bypass 24 and the mixing valve 14 is branched off for mixing with the cooled water 22 in order to achieve the inlet or outlet temperature to be set for the cylinder head.
  • the high temperature area in the central cylinder crankcase is under increased pressure, which already reduces the tendency to boiling effects.
  • the resulting gas bubbles are removed as described.
  • the mixing valves 13, 14 are controlled by a suitable controller 30, preferably by the engine control unit.
  • the temperature is, for example, via temperature sensors which are arranged in the area of the cylinder head 3 - for example in the area of the cylinder head inlet 8 or cooling water outlet 9 - and in the area of the cylinder crankcase 2 - for example in the area of the outlet 11 - for detecting component and / or media temperatures , determined, which are connected to the control unit 30 for the purpose of data transmission.
  • model-based critical temperatures can be calculated in the control unit.
  • the volume flow of the water pump 12 can be controlled as required by means of a suitable control, which is preferably integrated in the engine control unit.
  • the mixing valve 13 can be completely closed by channel 20 and channel 25 to prevent the volume flow of the cooling water.
  • the mixing valve 13 is closed, an internal short circuit circuit of the cooling water between the water pump, the cylinder crankcase and the cylinder head can form through the degassing holes, which allows a reduction in the water pump drive power with a low volume flow. This can be useful, for example, during a cold start.
  • the cooling water is supplied or removed to the cylinder head 3 or to the cylinder crankcase 2 in each case via opposite side faces of the internal combustion engine, which are opposite end faces in the exemplary embodiments described.
  • the coolant is supplied or dissipation in an analogous manner via opposite side surfaces of the internal combustion engine.
  • the inlet and outlet openings of the cylinder head and of the cylinder crankcase can also be implemented within the outer housing components of the internal combustion engine and the connections within these housing components.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkurbelgehäuse (2) und einem Zylinderkopf (3), mit einem Kühlwasserkreislauf mit einem Zylinderkopf (3) zwischen einer Zutrittsöffnung (8) und einer Austrittsöffnung (9) erstreckend ausgebildeten ersten Kühlwasserkanal und mit einem hiervon getrennt im Zylinderkurbelgehäuse (2) zwischen einer Zutrittsöffnung (10) und einer Austrittsöffnung (11) erstreckend ausbegildeten zweiten Kühlwasserkanal und mit einer im Kühlwasserkreislauf angeordneten gemeinsamen Kühlwasserpumpe (12), bei dem ein dritter Kühlwasserkanal (18) die Austrittsöffnung (9) des ersten im Zylinderkopf (3) ausgebildeten Kühlwasserkanals mit der Zutrittsöffnung der Kühlwasserpumpe (12) verbindet, bei dem ein vierter Kühlwasserkanal (19) die Austrittsöffnung der Kühlwasserpumpe (12) mit der Zutrittsöffnung (10) des zweiten im Zylinderkurbelgehäuse (2) ausgebildeten Kühlwasserkanals zur Weiterleitung des Kühlwassers aus dem ersten in den zweiten Kühlwasserkanal verbindet.

Description

EINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR KÜHLUNG EINER BRENNKRAFTMASCHINE
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkurbelgehäuse, mit einem Zylinderkopf und mit einem Kühlwasserkreislauf gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 mit einem im Zylinderkopf zwischen einer Zutrittsöffnung und einer Austrittsöffnung erstreckend ausgebildeten ersten Kühlwasserkanal und mit einem hiervon getrennt im Zylinderkurbelgehäuse zwischen einer Zutrittsöffnung und einer Austrittsöffnung erstreckend ausgebildeten zweiten Kühlwasserkanal und mit einer im Kühlwasserkreislauf angeordneten gemeinsamen Kühlwasserpumpe sowie ein Verfahren zum getrennten Kühlen des Zylinderkurbelgehäuses einerseits und des Zylinderkopfs andererseits eines Verbrennungsmotors, mit einem Kühlwasserkreislauf und einer gemeinsamen Kühlwasserpumpe gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 9.
Ein derartiger Verbrennungsmotor und ein derartiges Verfahren sind bereits aus der EP 0 894 953 A1 bekannt. In Strömungsrichtung der gemeinsamen Wasserpumpe nachgeordnet wird die Kühlwasserführung getrennt in zwei Führungskanäle, von denen einer durch den Zylinderkopf und der andere parallel hierzu durch das Zylinderkurbelgehäuse geführt ist. Nach ihrem Austreten aus dem Verbrennungsmotor werden beide Führungskanäle vereinigt und der gemeinsamen Wasserpumpe zugeführt. Die getrennte Kühlwasserführung für Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse ermöglicht es, das Temperaturniveau vom Zylinderkopf niedriger zuhalten als das Temperaturniveau im Zylinderkurbelgehäuse. Durch niedere Temperaturen im Zylinderkopf kann die Füllungsqualität im Zylinder und das Klopfverhalten posi- tiv beeinflusst werden. Durch höhere Temperaturen im Zylinderkurbelgehäuse sind die Reibungseinflüsse bei der Kolbenbewegung gering.
Allerdings bewirkt die gemeinsame Pumpe, dass das Druckniveau in dem durch den Zylinderkopf durchgeführten Kühlwasser und das Druckniveau in dem durch das Zylinderkurbelgehäuse hindurchgeführten Kühlwasser sich weitgehend entsprechen. Die für eine zuverlässige Kühlung gewünschte Entgasung aus dem Kurbelgehäuse kann hierdurch ohne zusätzliche Maßnahmen nicht sicher gewährleistet werden. Hierdurch ist es möglich, dass einzelne Bereiche des Verbrennungsmotors trotz gut ausgebildetem Führungsweg der Kühlwasserkanäle im Verbrennungsmotor zeitweise nicht ausreichend mit Kühlwasser versorgt werden, was zu Überhitzungen führen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wasserkühlung für Zylinderkopf und für Zylinderkurbelgehäuse zu schaffen, bei der baulich einfach die Vorteile der getrennten Kühlwasserführung durch den Zylinderkopf und durch das Zylinderkurbelgehäuse mit einer zuverlässigen Entgasung des Kühlwassers aus den Zylinderkurbelgehäuse in den Zylinderkopf verbunden werden können.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch die Ausbildung eines Verbrennungsmotors gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Zylinderkopf, mit einem Kühlwasserkreislauf mit einem im Zylinderkopf zwischen einer Zutrittsöffnung und einer Austrittsöffnung erstreckend ausgebildeten ersten Kühlwasserkanal und mit einem hiervon getrennt im Zylinderkurbelgehäuse zwischen einer Zutrittsöffnung und einer Austrittsöffnung erstreckend ausgebildeten zweiten Kühlwasserkanal und mit einer im Kühlwasserkreislauf angeordneten gemeinsamen Kühlwasserpumpe, bei dem ein dritter Kühlwasserkanal die Auslassöffnung des ersten im Zylinderkopf ausgebildeten Kühlwasserkanals mit der Zutrittsöffnung der Kühlwasserpumpe verbindet, bei dem ein vierter Kühlwasserkanal die Austrittsöffnung der Kühlwasserpumpe mit der Zutrittsöffnung des zweiten im Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Kühlwasserkanals zur Weiterleitung des Kühlwassers aus dem ersten in den zweiten Kühlwasserkanal verbindet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch das Verfahren zum getrennten Kühlen des Zylinderkurbelgehäuses einerseits und des Zylinderkopfs andererseits eines Verbrennungsmotors, mit einem Kühlwasserkreislauf und einer gemeinsamen Kühlw^sserpumpe gemäß den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst, bei dem das Kühlwasser in Strömungsrichtung zunächst durch einen im Zylinderkopf zwischen einer Zutrittsöffnung und einer Austrittsöffnung erstreckend ausgebildeten ersten Kühlwasserkanal, danach durch die gemeinsame Kühlwasserpumpe und erst danach durch einen im Zylinderkurbelgehäuse zwischen einer Zutrittsöffnung und einer Austrittsöffnung erstreckend ausgebildeten zweiten Kühlwasserkanal geführt wird.
Die Pumpe und die Reihenfolge des Kühlmittelflusses bewirken, dass der Druck im aus der Pumpe austretenden und in das Zylinderkurbelgehäuse eintretenden Kühlwasser gegenüber dem in aus dem Zylinderkopf austretenden und in die Pumpe eintretenden Kühlwasser erhöht ist. Dieses Druckgefälle zwischen Kühlwasser im Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderkopf bewirkt, dass Gasblasen, die sich im unteren heißeren Zylinderkurbelgehäuse gebildet haben, innerhalb des Kühlsystems des Verbrennungsmotors in den kühleren Zylinderkopf entweichen können.
Die Anordnung der Wasserpumpe nach einem Zylinderkopf-Sammelkanal ermöglicht bei Verwendung einer Kreiselpumpe eine besonders geeignete axiale Zufuhr zur Kreiselpumpe.
Bevorzugt ist eine Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 2.
Die Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 3 ermöglicht in einfacher Weise die Eintritts- oder Austrittstemperatur des Kühlwassers in den Zylinderkopf zu regulieren. Die Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 4 ermöglicht in einfacher Weise die durch das Zylinderkurbelgehäuse hindurchgeführte Kühlwassermenge und somit die Austrittstemperatur des Kühlwassers am Austritt aus dem Zylinderkurbelgehäuse zu regulieren. Bevorzugt ist die Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 5, wodurch sehr einfach und unabhängig voneinander sowohl die Ein- oder Austrittstemperatur des Kühlwassers am Zylinderkopf als auch die Austrittstemperatur des Kühlwassers am Austritt aus den Zylinderkurbelgehäuse reguliert werden können, so dass die individuell gewünschten Temperaturen im Zylinderkopf und im Zylinderkurbelgehäuse je nach Anforderung eingestellt werden können. Besonders vorteilhaft ist die individuell erforderliche Temperatur durch die Ausbildungen gemäß den Merkmalen der Ansprüche 6 oder 7 möglich. Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierin zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Kühlkreislauf
Figur 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 1 bekannter Art mit Zylinderkurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 3. Schematisch angedeutet sind die Zylinder am Beispiel eines Vierzylinderreihenmotors mit den Zylindern 4,5,6,7. Das Kühlwasser wird aus einem Wasserkühler 15 über einen Kühlwasserführungskanal 22, einen Kühlwasserkanal 23 und die Zutrittsöffnung 8 in der Stirnseite des Zylinderkopfes in das nicht weiter dargestellte Kühlwasserführungssystem bekannter Art innerhalb des Zyliήderkopfes 3 geführt und tritt an der gegenüberliegenden Stirnseite des Verbrennungsmotors 1 geeigneter Stelle an der Austrittsöffnung 9 aus dem Zylinderkopf 3 aus. Von hier wird es über einen Kühlwasserführungskanal 18 einer Wasserpumpe 12 bekannter Art , die volumenstromregelbar sein kann, zugeführt. Von der Wasserpumpe 12 wird das Kühlwasser über einen Kühlwasserführungskanal 19 in eine in der gleichen Stirnfläche des Verbrennungsmotors 1 wie die Auslassöffnung 9 ausgebildete Zutrittsöffnung 10 in das nicht weiter dargestellte Kühlwasserführungssystem bekannter Art innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses 2 geführt. Das Kühlwasser tritt über eine Auslassöffnung 11 , die an der gleichen Stirnfläche wie die Einlassöffnung 8 des Verbrennungsmotors 1 am Zylinderkurbelgehäuse 2 ausgebildet ist, in einen Kühlwasserführungskanal 20 ein und wird von diesem über einen Kühlwasserführungskanal 21 dem Wasserkühler 15 zur Kühlung durch Wärmetausch wieder zugeführt.
Zwischen Wasserpumpe 12 und Einlassöffnung 10 zweigt vom Wasserführungskanal 19 ein als Bypass 25 ausgebildeter Kühlwasserführungskanal ab, der ebenso wie der Wasserführungskanal 20 in den Wasserführungskanal 21 mündet. Im Mündungsbereich des Bypasses 25 und des Wasserführungskanals 20 in den Wasserführungskanal 21 ist ein Mischventil 13 - beispielsweise ein Thermostatventil oder ein Drehschieber, welcher elektrisch angesteuert ist - ausgebildet, das entsprechend der individuell gewünschten Kurbelgehäuse-Austrittstemperatur des Kühlwassers den Volumenstrom durch das Zylinderkurbelgehäuse regelt.
Zwischen Mischventil 13 und Wasserkühler 15 ist vom Kühlwasserführungskanal 21 ein weite'rer als Bypass 24 ausgebildeter Kühlwasserführungskanal abgezweigt, der ebenso wie der Kühlwasserführungskanal 22 in den Kühlwasserführungskanal 23 mündet. In der Position der Mündung der Kühlwasserführungskanäle 22, 24 in den Kühlwasserführungskanal 23 ist ein Mischventil 14 bekannter Art - beispielsweise ein Thermostatventil oder ein Drehschieber, welcher elektrisch angesteuert ist - ausgebildet.
Zur Kühlung wird das vom Wasserkühler 15 gekühlte Kühlwasser über den Kühlwasserführungskanal 22 und das über den Bypass 24 ungekühlt herangeführte Kühlwasser entsprechend der gewünschten Eingangstemperatur des Kühlwassers in den Zylinderkopf oder der Ausgangstemperatur aus dem Zylinderkopf in der Position des Einlasses 8 bezüglich ihres Durchflussverhältnisses mittels Mischventil 14 auf die gewünschte Zylinderkopfeintritts- oder -austrittstemperatur geregelt. Das auf diese Weise gemischte Kühlwasser wird über den Kühlwasserführungskanal 23 dem Einlass 8 des Zylinderkopfes 3 zugeführt. Im Zylinderkopf 3 wird das Kühlwasser in bekannter Weise über das Kühlwasserführungskanalsystem temperaturgefährdeten Bereichen zur Kühlung zugeführt und tritt am Auslass 9 aus dem Zylinderkopf 3 aus. Das Kühlwasser wird hierzu von der Wasserpumpe 12 durch den Zylinderkopf 3 angesaugt und bedarfsorientiert über den Kühlwasserführungska- nal 19 in das Zylinderkurbelgehäuse 2 gedrückt. Im Zylinderkurbelgehäuse 2 wird das Kühlwasser ebenfalls über das dort ausgebildete bekannte Kühlwasserführungskanalsystem den besonders temperaturgefährdeten Bereichen zugeführt, tritt an der Austrittsöffnung 11 aus dem Zylinderkurbelgehäuse 2 aus und wird im Mischventil 13 mit dem über den Bypasskanal 25 direkt vom Kühlwasserführungskanal 19 zugeführten und nicht durch das Zylinderkurbelgehäuse 2 aufgeheizten Kühlwasser entsprechend der individuell gewünschten Austrittstemperatur am Austritt 11 des Zylinderkurbelgehäuses 2 bezüglich ihres Durchflussverhältnisses geregelt. Das derart gemischte Kühlwasser wird in den Kühlwasserkanal 21 eingeführt. Durch den Kühlwasserkanal 21 wird das Kühlwasser wieder dem Wasserkühler 15 zur erneuten Kühlung zugeführt. Je nach individueller Anforderung durch das Mischventil 14 wird vom Kühlwasserführungskanal 21 eine nicht gekühlte Menge an Kühlwasser über den Bypass 24 abgezweigt und dem Mischventil 14 zur Mischung mit dem gekühlten Wasser 22 zur Erzielung der den Zylinderkopf einzustellenden Zutritts- oder Austrittstemperatur abgezweigt.
Die aufgrund der hohen Temperaturen im Zylinderkurbelgehäuse 2 im Kühlwasserführungssystem des Zylinderkurbelgehäuses 2 auftretenden Gasblasen entweichen! aufgrund der über die Wasserpumpe 12 erzielten Druckdiffe- renz zwischen Kühlwasser im Zylinderkurbelgehäuse 2 und Kühlwasser im Zylinderkopf 3 über die kalibrierten Verbindungen zwischen dem Kühlwas- serführungskanalsystem des Zylinderkurbelgehäuses 2 und des Zylinderkopfes 3 in den Zylinderkopf 3, aus dem sie in bekannter Weise abgeführt werden.
Der Bereich hoher Temperatur im zentralen Zylinderkurbelgehäuse steht unter erhöhtem Druck, wodurch bereits die Neigung zu Siedeffekten reduziert ist. Die dennoch entstehenden Gasblasen werden - wie beschrieben - abgeführt.
Zur Regelung der Temperatur sind die Mischventile 13,14 mit geeigneter Steuerung 30, vorzugsweise vom Motorsteuergerät, gesteuert. Die Temperatur wird dabei beispielsweise über Temperatursensoren, die im Bereich des Zylinderkopfes 3 - beispielsweise im Bereich des Zylinderkopfzutritts 8 oder Kühlwasseraustritt 9 - und im Bereich des Zylinderkurbelgehäuses 2 - beispielsweise im Bereich des Austritts 11 - zur Erfassung von Bauteil- und/oder Medientemperaturen angeordnet sind, ermittelt, die mit dem Steuergerät 30 zwecks Datenübertragung verbunden sind. Alternativ können kritische Temperaturen modellgestützt im Steuergerät errechnet werden.
Eine bedarfsgerechte Steuerung des Volumenstroms der Wasserpumpe 12 kann über eine geeignete Steuerung, die vorzugsweise im Motorsteuergerät integriert ist, erfolgen.
Bei Bedarf kann das Mischventil 13 zur Unterbindung des Volumenstroms des Kühlwassers sowohl durch Kanal 20 wie auch Kanal 25 vollkommen geschlossen werden. Bei geschlossenem Mischventil 13 kann sich durch die Entgasungsbohrungen ein interner Kurzschlusskreislauf des Kühlwassers zwischen Wasserpumpe, Zylinderkurbelgehäuse und Zylinderkopf bilden, der bei geringem Volumenstrom eine Reduzierung der Wasserpumpenantriebs- leistung erlaubt. Dies kann beispielsweise beim Kaltstart sinnvoll sein.
Wie beschrieben, erfolgt die Kühlwasserzufuhr bzw. -abfuhr zum Zylinderkopf 3 bzw. zum Zylinderkurbelgehäuse 2 jeweils über gegenüberliegende Seitenflächen des Verbrennungsmotors, welche in den beschriebenen Ausführungsbeispielen gegenüberliegende Stirnflächen sind. In einer anderen, nicht weiter dargestellten Ausführung erfolgt die Kühlmittelzufuhr bzw. - abfuhr in analoger Weise über gegenüberliegende Seitenflächen des Verbrennungsmotors.
Die Zu- und Austrittsöffnungen des Zylinderkopfes sowie des Zylinderkurbelgehäuses können auch innerhalb äußerer Gehäusebauteile des Verbrennungsmotors und die Verbindungen innerhalb dieser Gehäusebauteile verwirklicht sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
Zylinderblock
Zylinderkurbelgehäuse
Zylinderkopf
Zylinder
Zylinder
Zylinder
Zylinder
Kühlwasserzutritt
Kühlwasseraustritt
Kühlwasserzutritt
Kühlwasseraustritt
Kühlwasserpumpe
Mischventil
Mischventil
Wasserkühler
Kühlwasserführungskanal
Kühlwasserführungskanal
Kühlwasserführungskanal
Kühlwasserführungskanal
Kühlwasserführungskanal
Kühlwasserführungskanal
Kühlwasserführungskanal
Kühlwasserführungskanal
Bypass
Bypass
Motorsteuergerät

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkurbelgehäuse (2) und einem Zylinderkopf (3), mit einem Kühlwasserkreislauf mit einem im Zylinderkopf (3) zwischen einer Zutrittsöffnung (8) und einer Austrittsöffnung (9) erstreckend ausgebildeten ersten Kühlwasserkanal und mit einem hiervon getrennt im Zylinderkurbelgehäuse (2) zwischen einer Zutrittsöffnung (10) und einer Austrittsöffnung (11) erstreckend ausgebildeten zweiten Kühlwasserkanal und mit einer im Kühlwasserkreislauf angeordneten gemeinsamen Kühlwasserpumpe (12),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass ein dritter Kühlwasserkanal (18) die Austrittsöffnung (9) des ersten im Zylinderkopf (3) ausgebildeten Kühlwasserkanals mit der Zutrittsöffnung der Kühlwasserpumpe (12) verbindet, dass ein vierter Kühlwasserkanal (19) die Austrittsöffnung der Kühlwasserpumpe (12) mit der Zutrittsöffnung (10) des zweiten im Zylinderkurbelgehäuse (2) ausgebildeten Kühlwasserkanals zur Weiterleitung des Kühlwassers aus dem ersten in den zweiten Kühlwasserkanal verbindet.
Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 , wobei ein fünfter Kühlwasserkanal (20,21) die Austrittsöffnung (11) des zweiten im Zylinderkurbelgehäuse (2) ausgebildeten Kühlwasserkanals mit dem Einlass eines Wasserkühlers (15) und ein sechster Kühlwasserkanal (22,23) den Auslass des Wasserkühlers (15) mit der Zutrittsöffnung (8) des ersten im Zylinderkopf (3) ausgebildeten Kühlwasserkanals verbindet.
Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen von Anspruch 2, mit einem Bypasskanal (24), der vom fünften Kühlwasserkanal (21) abgezweigt direkt in den sechsten Kühlwasserkanal (22) mündend ausge- bildet ist mit einem gesteuerten Ventil (14) zur Regelung des Durchströmungsverhältnisses zwischen Bypasskanal (24) und Wasserkühler (15).
4. Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen von Anspruch 2, mit einem Bypasskanal (25), der vom vierten Kühlwasserkanal (19) abgezweigt direkt in den fünften Kühlwasserkanal (21) mündend ausgebildet ist mit einem gesteuerten Ventil (13) zur Regelung des Durchströmungsverhältnisses zwischen Bypasskanal (25) und Zylinderkurbelgehäuse (2).
5. Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen von Anspruch 2, mit einem ersten Bypasskanal (24), der vom fünften Kühlwasserkanal (21) abgezweigt direkt in den sechsten Kühlwasserkanal (22) mündend ausgebildet ist mit einem gesteuerten Ventil (14) zur Regelung des Durchströmungsverhältnisses zwischen Bypasskanal (24) und Wasserkühler (15), und mit einem zweiten Bypasskanal (25), der vom vierten Kühlwasserkanal (19) abgezweigt direkt in den fünften Kühlwasserkanal (21) mündend ausgebildet ist mit einem gesteuerten Ventil (13) zur Regelung des Durchströmungsverhältnisses zwischen Bypasskanal (25) und Zylinderkurbelgehäuse (2), wobei die Abzweigung des ersten Bypasskanals (24) vom fünften Kühlwasserkanal (21) der Position der Einmündung des zweiten Bypasskanals (25) in den fünften Kühlwasserkanal (20) in Strömungsrichtung nachgeordnet ausgebildet ist.
6. Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen von Anspruch 3 oder 5, wobei das gesteuerte Ventil (14) zur Regelung des Durchströmungsverhältnisses zwischen Bypasskanal (24) und Wasserkühler (15) ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des in den Zylinderkopf (3) einströmenden oder aus dem Zylinderkopf (3) ausströmenden Kühlwassers ist.
7. Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen von Anspruch 4 oder 5, wobei das gesteuerte Ventil (13) zur Regelung des Durchströmungsverhältnisses zwischen Bypasskanal (25) und Zylinderkurbelgehäuse (2) ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des aus dem Zylinderkurbelgehäuse (2) ausströmenden Kühlwassers ist.
Verfahren zum getrennten Kühlen des Zylinderkurbelgehäuses (2) einerseits und des Zylinderkopfes (3) andererseits eines Verbrennungsmotors, mit einem Kühlwasserkreislauf und einer gemeinsamen Kühlwasserpumpe (12),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Kühlwasser in Strömungsrichtung zunächst durch einen im Zylinderkopf (3) zwischen einer Zutrittsöffnung (8) und einer Austrittsöffnung (9) erstreckend ausgebildeten ersten Kühlwasserkanal, danach durch die gemeinsame Kühlwasserpumpe (12) und erst danach durch einen im Zylinderkurbelgehäuse (2) zwischen einer Zutrittsöffnung (10) und einer Austrittsöffnung (11) erstreckend ausgebildeten zweiten Kühlwasserkanal geführt wird.
Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch (8) , bei dem entweder die Temperatur des in die Zutrittsöffnung (8) im Zylinderkopf (3) einfließenden Kühlwassers und/oder die Temperatur des aus der Austrittsöffnung (11) im Zylinderkopf (3) ausfließenden Kühlwassers, und/oder die Temperatur des aus der Austrittsöffnung (11) im Zylinderkurbelgehäuse (2) ausfließenden Kühlwassers geregelt wird.
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