DE3708351A1 - Umlaufkuehlsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umlaufkühlsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 22 45 257 als bekannt hervorgeht.

Bei dem in der DE-OS 22 45 257 dargestellten Kühlsystem liegt die Brennkraftmaschine und der Ladeluftkühler in verschiedenen Kreislaufzweigen eines in sich geschlossenen Kreislaufs. Die Wärmeabfuhr aus dem Kühlsystem erfolgt über einen Rückkühler, der im Kreislaufzweig mit dem Ladeluftkühler liegt. Beide Kreislaufzweige sind an ein gemeinsames Leitungsstück angeschlossen, aus dem Kühlmittel für beide Kreislaufzweige mittels einer für beide Kreislaufzweige gemeinsamen Fördereinrichtung entnommen wird, und das als Mischraum für die zurückgeführten Kühlmittelströme dient. Die Temperatur des am Motoreintritt anstehenden Kühlmittels entspricht der Temperatur, die sich aus der Durchmischung der beiden aus den verschiedenen Kreislaufzweigen zurückfließenden Kühlmittelmengen ergibt. Da der Rückkühler dem Ladeluftkühler vorgeschaltet ist, läßt sich zwar ein niedrigeres Kühlmitteltemperaturniveau am Ladeluftkühlereintritt als am Motoreintritt erzeugen. Da aber das Temperaturniveau des Kühlmittels im Ladeluftkühlkreislauf wegen der Durchmischung der Kühlmittelströme im Mischraum auch die Vorlauftemperatur des direkt aus dem Mischraum angesaugten, zum Motor strömenden Kühlmittels bestimmt, und die Vorlauftemperatur, um optimale Verbrennungsverhältnisse zu erhalten und unnötige Wärmeabfuhr und Verschleiß zu vermeiden, einen gewissen Grenzwert nicht unterschreiten darf, ist eine optimale Kühlung der Ladeluft in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine nicht möglich.

In der DE-OS 20 14 169 ist ein Kühlsystem mit voneinander völlig unabhängigen Kühlkreisläufen für Brennkraftmaschine und Ladeluftkühler dargestellt. Es ist nicht vorgesehen, die Kühlmittelströme der Kühlkreisläufe zu vermischen. Beide Kreisläufe verfügen über eigene Fördereinrichtungen und eigene Rückkühler. Nachteilig ist, daß der Bauaufwand für separate Kreisläufe mit separaten Rückkühlern hoch ist. Nachteilig ist auch, daß die Kühlmittelmenge, die insgesamt umgewälzt wird, bei separaten Kühlkreisläufen recht groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem mit mehreren, untereinander über einen gemeinsamen Mischraum verbundenen Kreislaufzweigen aufzuzeigen, in dem für jeden Betriebszustand einer Brennkraftmaschine Kühlmittelmenge und -temperatur der verschiedenen Kreislaufzweige ohne gegenseitige Einflußnahme unabhängig voneinander regelbar sind, obwohl nur ein einziger Rückkühler verwendet wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Aus einem Mischraum, in dem sich die Kühlmittelströme der verschiedenen Kreislaufzweige mischen, wird durch separate Förderpumpen die in jedem Kreislaufzweig benötigte Kühlmittelmenge angesaugt. Durch geeignete Anordnung der dem Hochtemperaturkreislauf zugeordneten Förderpumpe, beispielsweise in der Motorzulaufleitung zwischen dem Anschluß einer Motorzu- und -rücklaufleitung verbindenden Nebenleitung und der Brennkraftmaschine, wird erreicht, daß zumindest ein Teil des in der Brennkraftmaschine erwärmten Kühlmittels vor der Durchmischung im Mischraum zum Motoreintritt zurückgeführt wird und in der Motorzulaufleitung angesaugtem Kühlmittel aus dem Mischraum zugemischt wird. Da also die Temperatur des aus dem Mischraum zum Motoreintritt fließenden Kühlmittelstroms mittels einer separaten Pumpe durch Zumischung von heißem Kühlmittel erhöht wird, ist die Temperatur des Kühlmittels im Mischraum auf dem Niveau einstellbar, wie es zur optimalen Ladeluftkühlung günstig ist. Es wird somit deutlich, daß keine gegenseitige Abhängigkeit der Kreislaufzweige bezüglich Temperaturen und Durchflußmengen vorliegt. Somit ist die Motorkühlung ebenso wie die Ladeluftkühlung in an den Motorbetrieb optimal angepaßter Weise möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß sich mit separaten Fördereinrichtungen in Hoch- und Niedertemperaturkreislauf die Vorwärmung der Ladeluft bei Teillast und in der Warmlaufphase in einfacher Weise realisieren läßt. In diesen Betriebszuständen fließt im Motor erwärmtes Kühlwasser durch den entsprechenden Ladeluftkühler. Zur Steuerung der Kühlmittelströme ist ein geeignetes schaltbares Ventil vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt die einzige Figur ein Prinzipschaubild eines Kühlsystems mit zwei Kreislaufzweigen für eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler.

In dem in Fig. 1 im Prinzipschaubild dargestellten Kühlsystem 1 für eine Brennkraftmaschine 2 mit mindestens einem Ladeluftkühler 3 und gegebenenfalls weiteren Ladeluftkühlern 4 wird der Mischraum 7 zweier Kreislaufzweige 5 und 6 aus einem gemeinsamen Leitungsabschnitt gebildet. Der Mischraum 7 kann auch die Form eines Behälters besitzen, in den die Leitungen der Kreisläufe einmünden. Aus dem Mischraum 7 wird mittels separater Fördereinrichtungen 8 und 9 für beide Kreislaufzweige 5 und 6 Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, entnommen und dorthin auch wieder zurückgeführt. Um den Einfluß unterschiedlicher Druckniveaus in den Kreislaufzweigen zu eliminieren, sind Drosselorgane 15, 16, 23 und 24 in verschiedenen Leitungsabschnitten angeordnet.

Im Kreislaufzweig 5 - Niedertemperaturkreislauf - ist der einzige Rückkühler 10 angeordnet, der in einer Leitung 11 liegt, deren Durchströmung durch ein Thermostatventil 12 abhängig von der Kühlmitteltemperatur im Kreislaufzweig 5 geregelt wird. Durch Pfeile ist angedeutet, daß der Rückkühler 10 von einem Rückkühlmedium durchströmt ist. Selbstverständlich ist, obwohl nicht dargestellt, zum Umlauf des Rückkühlmediums ebenfalls eine Förderpumpe erforderlich.

Im weiteren Kreislaufzweig 6 - dem Hochtemperaturkreislauf -, der die Brennkraftmaschine 2 enthält, liegt parallel zur Brennkraftmaschine 2 eine Nebenleitung 13, über die durch die Saugwirkung der Fördereinrichtung 9 unter Umgehung des Mischraums 7 ständig ein Teil des aus der Brennkraftmaschine 2 austretenden heißen Kühlmittels zur Motorzulaufleitung 14 zurückströmt. Die Fördereinrichtung 9 liegt in der Motorzulaufleitung 14, und zwar in Strömungsrichtung hinter dem Anschluß der Nebenleitung 13 an der Motorrücklaufleitung 14. Sie kann auch in der Motorrücklaufleitung 17 vor dem Thermostatventil 22 liegen. Da in den zum Mischraum führenden Leitungen der Kühlmitteldruck etwa in gleicher Höhe liegen muß, ist die Lage der Fördereinrichtung 8 entsprechend abzustimmen. Die aus der Nebenleitung 13 angesaugte heiße Kühlmittelmenge, deren Menge auch vom Thermostatventil 22 mitbestimmbar ist, vermischt sich durch die Förderwirkung der Fördereinrichtung 9 mit aus dem Mischraum angesaugtem kühlerem Kühlmittel, so daß Kühlmittel der erforderlichen Vorlauftemperatur zur Verfügung steht, und dennoch zugleich im Mischraum 7 Kühlmittel auf so niedrigem Temperaturniveau bereitgehalten wird, daß sich die Baugröße der Ladeluftkühler klein halten läßt, und eine optimale Kühlung der Ladeluft erfolgen kann. Denn, obwohl beide Kreislaufzweige zusammenhängen und nur ein Rückkühler verwendet wird, sind sie doch hinsichtlich Temperatur und Menge des durchlaufenden Kühlmittels völlig unabhängig voneinander.

In der in der Figur dargestellten Schaltstellung eines Ventils 19, einem 6/2-Wegeventil, läuft die Brennkraftmaschine 2 im Normalbetrieb, d. h. bei mittlerer oder hoher Last. Der Ladeluftkühler 3 und eventuell weitere Ladeluftkühler 4 und ein Ölkühler 25 werden vom Kühlmittel des Niedertemperaturkreislaufs durchströmt. Von der Motorrücklaufleitung 17 zweigen Leitungen 18 ab, die mit dem Ventil 19 in Verbindung stehen. Zwischen den Anschlüssen der Leitungen 18 ist in der Motorrücklaufleitung 17 eine Blende 20 angeordnet. Durch diese Blende 20 wird bewirkt, daß auch im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine Kühlmittel zu einem Durchgang im Ventil 19 und von dort sofort wieder zurück geführt wird. Dieser Durchgang ist so ausgebildet, daß sein Strömungswiderstand dem Strömungswiderstand des in der Warmlaufphase durchströmten Ladeluftkühlers 3 und seiner Anschlußleitungen 21 entspricht. Damit wird erreicht, daß beim Umschalten des Ventils 19 keine Druckschwankungen auftreten.

In der anderen Schaltstellung des Ventils 19 fließt über Leitung 18, Ventil 19 und die Anschlußleitungen 21 Motorkühlwasser durch den Ladeluftkühler 3, wodurch bei niedriger Last der Brennkraftmaschine 2 die Ladeluft angewärmt wird. Bei mehrstufiger Aufladung mit Zwischenkühlern wird vorzugsweise der Hochdruckladeluftkühler zur Aufwärmung der Ladeluft benutzt. Ladeluftkühler 3 entspräche dann einem Hochdruckladeluftkühler, während der in einer regelmäßig unterbrochen dargestellten Parallelleitung 26 angeordnete Ladeluftkühler 4 einem Niederdruckladeluftkühler entsprechen würde. In der Warmlaufphase ist durch das Thermostatventil 22 die Motorrücklaufleitung 17 gesperrt, so daß die gesamte durch den Ladeluftkühler 3 und Blende 20 hindurchströmende Motorkühlwassermenge über Nebenleitung 13 direkt zum Motoreingang zurückströmt. Das von der Fördereinrichtung 8 geförderte Kühlmittel fließt über einen Durchgang im Ventil 19 am Ladeluftkühler 3 vorbei, direkt zum Ölkühler 25 und dann zurück in den Mischraum 7.

Wie mit regelmäßig unterbrochenen Linien angeordnet, könnte der Ölkühler 25 auch so angeordnet sein, daß er in der Warmlaufphase vom Motorkühlwasser durchströmt wird, so daß das Schmieröl in dieser Betriebsart der Brennkraftmaschine 2 aufgewärmt wird. Dies würde den Vorteil haben, daß auf einen Temperaturregler zur Überwachung der niedrigsten Öltemperatur verzichtet werden könnte. Den Ölkühler 25 im Niedertemperaturkreislauf anzuordnen, wie dargestellt, hat den Vorteil der kleinstmöglichen Bauweise des Ölkühlers 25. Jedoch kann auf einen Öltemperaturregler dann nicht verzichtet werden.

Das Ventil 19 und die Verbindungsleitungen zwischen Motorrücklaufleitung 17 und Ladeluftkühler 3 entfallen, wenn den Thermostatventilen 12 und 22 eine - nicht dargestellte - Steuereinrichtung zugeordnet ist, die in der Warmlaufphase bzw. bei niedriger Last den Durchgang zum Rückkühler 10 und Nebenleitung 13 verschließt, so daß die Temperatur des Kühlmittels im Niedertemperaturkreis soweit ansteigt, daß auch eine Anwärmung der Ladeluft erfolgt. In der Steuereinrichtung werden beispielsweise die Temperatur des Hochtemperaturkühlkreislaufs und eventuell weitere Motorlastdaten, wie beispielsweise Ladedruck, Luft- oder/und Abgastemperaturen verarbeitet.

Selbstverständlich können mehr als nur zwei Kreislaufzweige vorgesehen werden. Beispielsweise können Gruppen von Ladeluftkühlern separaten Kreislaufzweigen zugeordnet sein. Den Kreislaufzweigen mit niedrigem Temperaturniveau des Kühlmittels ist dann ein gemeinsamer Rückkühler zugeordnet, den das aus dem Mischraum entnommene Kühlmittel bei Bedarf durchströmt.

Das aufgezeigte Kühlsystem stellt sich als in sich geschlossener Kreislauf mit nur zwei Anschlüssen zur Zufuhr von Fremdwasser, beispielsweise Seewasser - im Falle des Einbaus der Brennkraftmaschine in Seefahrzeugen -, zum Rückkühler dar. In vorteilhafter Weise kann der Kreislauf konstruktiv so ausgebildet sein, daß der Rückkühler am Motor anbaubar ist. Die Regelthermostaten 12 und 22 samt Drosseleinrichtungen 15, 16, 23 und 24 können in Verbindung mit dem Mischraum zu einem kompakten Bauteil zusammengefaßt sein.

Claims (4)

1. Umlaufkühlsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine, mit einem Kreislaufzweig, in dem die Brennkraftmaschine liegt - Hochtemperaturkreislauf -, und einem Kreislaufzweig, in dem wenigstens ein Ladeluftkühler und in Strömungsrichtung vor dem Ladeluftkühler ein Rückkühler mit einer durch Thermostatventil geregelten Kurzschlußleitung liegt - Niedertemperaturkreislauf -, wobei für beide Kreislaufzweige aus einem gemeinsamen Raum - Mischraum -, an den beide Kreislaufzweige angeschlossen sind, mittels einer Fördereinrichtung Kühlmittel entnommen und zur Durchmischung dorthin auch wieder zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Brennkraftmaschine (2) eine Nebenleitung (13) angeordnet ist, die die Motorzu­ (14) und -rücklaufleitung (17) des Hochtemperaturkreislaufs verbindet, und daß jedem Kreislaufzweig (5, 6) eine separate Fördereinrichtung (8, 9) zugeordnet ist, wobei die dem Hochtemperaturkreislauf zugeordnete Fördereinrichtung (9) im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine (2) über die Nebenleitung (13) unter Umgehung des Mischraums (7) ständig einen Teil des aus der Brennkraftmaschine (2) in die Motorrücklaufleitung (17) austretenden Kühlmittels zur Motorzulaufleitung (14) zurückfördert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Warmlaufphase und bei Teillast der Brennkraftmaschine (2) der Zu- und Abfluß von Kühlmittel von bzw. zum Mischraum (7) unterbrochen oder zumindest stark eingeschränkt ist, und der gesamte, durch die Brennkraftmaschine (2) hindurchfließende Kühlmittelstrom über die Nebenleitung (13) zum Motoreintritt zurückströmt und daß ein Ventil (19) vorgesehen ist, das in der Warmlaufphase und bei Teillast den Durchfluß von Motorkühlmittel aus dem Hochtemperaturkreislauf zum Ladeluftkühler (3) freigibt, wobei zugleich der Zufluß von Kühlmittel aus dem Niedertemperaturkreislauf zum Ladeluftkühler (3) blockiert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlüssen von Leitungen (18), die zum Ventil (19) führen, in der Motorrücklaufleitung (17) eine Blende (20) vorgesehen ist und im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine (2) Kühlmittel aus dem Hochtemperaturkreislauf von der Motorrücklaufleitung (17) über die Leitungen (18) zu einem Durchgang des Ventils (19) und sofort zur Motorrücklaufleitung (17) zurückströmt, und der Strömungswiderstand des Durchgangs im Ventil (19) dem Strömungswiderstand des in der Warmlaufphase durchströmten Ladeluftkühlers (3) und der zugehörigen, am Ventil (19) angeschlossenen Anschlußleitungen (21) entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (19) als 6/2-Wegeventil ausgebildet ist.