DE3730682A1 - Internal combustion engine with closed cooling circuit - Google Patents
Internal combustion engine with closed cooling circuitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit ge schlossenem Kühlkreislauf gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to an internal combustion engine with ge closed cooling circuit according to the preamble of the first Claim.
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.Closed cooling circuits are used in water-cooled Internal combustion engines applied because the water is not with the other operating materials, such as fuel and lubricating oil, may come into contact. Water-cooled cooling circuits have the disadvantage that the water because of the frost and Corrosion hazard must be added to the additives decompose over time and therefore require maintenance fen. Furthermore, there is variable cooling of the internal combustion engine machine because of the limited maximum temperature range ches of water (100 ° C with low pressure systems) hardly possible.
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. The invention has for its object an internal combustion engine to create a machine with a closed cooling circuit, with which a variable cooling of the internal combustion engine is possible Lich and a freeze of the coolant with a damage to the components is avoided.
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.According to the invention this is achieved in that the cooling liquid is an oil. This has the advantage that the cooling tion of the internal combustion engine can be kept variable, because significantly higher and lower temperatures in the cooling cycle can be driven as with water as cooling liquid. There is also damage to the components by freezing the coolant no longer possible.
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.In a preferred embodiment according to the invention, the Coolant the lubricating oil of the internal combustion engine. Wei it is also advantageous to use a coolant Use thermal oil. With lubricating oil as the coolant cooling temperatures up to approx. 150 ° C can be achieved, while with thermal oil as a cooling liquid this is up to approx. 250 ° C would be possible. Higher cooling temperatures may have a. the advantage that the oil cooler is kept smaller can.
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.The thermostatic valve is advantageously not only of the oil temperature, but also via a controller from Mo door operating values regulated dependent, whereby the thermostat Valve expediently axially against a spring displaceable piston includes the position of the Flow through the valve controls and its axial position is controllable by an electric heater. With this Thermostatic valve allows the temperature of the coolant individually tailored to the requirements of the internal combustion engine adjust the machine.
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. An embodiment of the invention includes that the pump pe is a gear pump and an Si parallel to the pump Safety valve is arranged and the heat exchanger High pressure cooler.
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.In a preferred alternative embodiment, the pump a centrifugal pump or an impeller pump and the heat exchanger a low pressure cooler. This version is compared to the version with gear pump and high pressure cooler much cheaper to manufacture.
Damit sich im Wärmetauscher kein Kaltölpfropfen bildet, ist in diesem vorteilhafterweise ein elektrischer Heizer eingebaut.So that no cold oil plug forms in the heat exchanger, is advantageously an electric heater in this built-in.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den Figuren, die zwei Ausführungsformen der Erfindung zeigen und nachfolgend näher erläutert sind.Further features of the invention result from the Be writing and the figures, the two embodiments of the Show invention and are explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung eines geschlossenen Kühlölkreislaufes mit einer Kreiselpumpe und einem Niederdruckölkühler, Fig. 1 shows an embodiment of the present invention of a closed cooling oil circuit with a centrifugal pump and a low pressure oil cooler,
Fig. 2 eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer Zahnradpumpe und einem Hochdruckkühler im geschlossenen Kühlölkreislauf. Fig. 2 shows an alternative embodiment of the invention with a gear pump and a high pressure cooler in a closed cooling oil circuit.
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. Fig. 1 shows schematically a section through an internal combustion engine according to the Invention with a closed cooling oil circuit. With 13 , a lubricating oil circuit is characterized, which serves to lubricate the internal combustion engine. The lubricating oil pump 15 is arranged on the crankshaft 16 . In the flow direction behind the lubricating oil pump 15 there is a pressure relief valve 21 and a lubricating oil filter 17 . After passing through the lubricating oil filter 17, the lubricating oil reaches the parts to be lubricated of the internal combustion engine and from there back into the oil pan 18th The lubricating oil circuit 13 is completely separated from a cooling circuit 14 .
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.This cooling circuit 14 consists of cooling chambers 1 arranged in the engine, which both surround a cylinder liner 19 in a ring and are arranged in the cylinder head 20 . The inlet opening for the coolant is in the area of the cylinder liner. After the cooling liquid has flowed around the cylinder liner 19 in the circumferential direction, it flows out via the cylinder head 20 through an outlet opening from the engine. In the cooling circuit 14 , a heat exchanger 4 is also arranged, which is provided with egg ner bypass line 2 and a thermostatic valve regulating the engine inlet temperature of the coolant valve 3 passes the coolant either through the heat exchanger 4 or through the bypass line 2 . In the flow direction in front of the inlet opening of the coolant into the engine and behind the thermostatic valve, a pump 5 is arranged. Furthermore, an expansion tank 6 is provided between the pump 5 and the thermostatic valve 3 .
Erfindungsgemäß ist die Kühlflüssigkeit ein Öl. Hierbei kann es sich um das Schmieröl der Brennkraftmaschine oder um ein Thermoöl handeln.According to the invention, the cooling liquid is an oil. Here can it be the lubricating oil of the internal combustion engine or act as a thermal oil.
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. In Fig. 1, a preferred embodiment of the invention is shown, in which the pump 5 has a lower pressure level than a gear pump and is therefore cheaper to manufacture. This can be, for example, a centrifugal pump or an impeller pump.
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.Due to the lower pressure level, the heat exchanger 4 can be designed as a low-pressure cooler. Low pressure coolers have the advantage that they are much cheaper to manufacture than high pressure coolers. Should a plug of cold oil form in the heat exchanger 4 , its removal is facilitated by an electric heater 12 which is installed in the heat exchanger 4 . Furthermore, by means of suitable cooling oils, the cold oil plug can be avoided in the operating temperature range, making additional heating of the heat exchanger unnecessary. Preheating of the heat exchanger by the heated lubricating oil is also possible, while at the same time re-cooling of the lubricating oil is achieved.
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.If the lubricating oil of the internal combustion engine is used as the cooling liquid, then the pump 5 is advantageously integrated into the crankcase of the internal combustion engine or attached in such a way that leakage oil flows from the pump 5 into the oil pan 18 . As a result, the pump does not need to be absolutely tight, since a certain leakage rate of lubricating oil from the cooling circuit into the lubricating oil circuit of the internal combustion engine is insignificant.
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. The thermostatic valve 3 is regulated by a controller depending on the operating values of the motor, the thermostatic valve 3 including a piston 9 axially displaceable against a spring 8 , the position of which controls the flow through the valve and the axial position of which can be controlled by an electric heating. The heating can take place, for example, via a heating coil, while the axial adjustment is advantageously carried out via a lifting magnet 10 . This measure allows the cooling of the internal combustion engine to be individually adapted to the requirements.
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. Fig. 2 shows an alternative embodiment, in which the pump 5 is a gear pump in the closed cooling circuit and a safety valve 11 is arranged parallel to the pump 5 and the heat exchanger 4 is a high-pressure cooler. Otherwise, this embodiment is identical to that described in FIG. 1. With a gear pump, a much higher pressure level can be achieved than with a centrifugal pump or an impeller pump, whereby a cold oil plug can be pressed out of the heat exchanger 4 more quickly. However, the heat exchanger 4 must be designed as a high-pressure cooler in order to withstand the higher pressure.
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.The mode of operation of the closed cooling circuit is explained below with reference to FIG. 1. In the cold state of the oil or the internal combustion engine, the thermostatic valve 3 closes the output of the heat exchanger 4 and thereby allows the oil driven by the pump 5 to flow through the cooling rooms 1 and via the bypass line 2 in a short circuit. When the oil warms up, the thermostatic valve 3 switches over and the oil flows through the heat exchanger 4 . To avoid a plug of cold oil, a heater 12 , which is arranged in the heat exchanger 4 , can be switched on when the oil is cold. By using oil as the cooling liquid, the control range of the cooling can be made much more extensive than would be possible with water cooling.
Claims (8)
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