DE4010087A1

DE4010087A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4010087A1
Application number: DE4010087A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Weitzenbuerger; Dieter Dipl Ing Esche; Michael Dipl Ing Klocke; Albert Dipl Ing Nolte
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1991-10-02
Also published as: EP0449129A1; EP0449129B1; US5209189A; ES2051536T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren wärmebelasteten Bauteile von einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise einen Flüssigkeits-Luftwärmetauscher für die Kühlflüssigkeit auf, der in Längsrichtung vor der Brennkraftmaschine angeordnet ist und dessen Kühlluft von einem Ventilator gefördert wird, der von der Brennkraftmaschine angetrieben ist, wobei Brennkraftmaschine und Flüssigkeits- Luftwärmetauscher in einem Fahrzeug oder, bei stationärer Anwendung, auf einem Rahmen getrennt gelagert sind. Bei wachsender Leistungsdichte und Kompaktheit der Brennkraftmaschine wird der Flüssigkeits-Luftwärmetauscher immer voluminöser, so daß dessen Unterbringung vor allem im Fahrzeug immer schwieriger wird. Die Platzverhältnisse verschärfen sich noch bei Verwendung von hydraulischen Aggregaten, deren Kühlleistungsbedarf 50% des Kühlleistungsbedarf der Brennkraftmaschine erreichen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakte, einbaufreundliche Kühlanlage für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Das Kühlgebläse mit Leitrad bewirkt im Gegensatz zu den üblichen leitradlosen Lüftern flüssigkeitsgekühlter Motoren einen erhöhten Kühlluftdruck. Dieser ermöglicht die Bautiefe des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers zu vergrößern bzw. dessen kühlluftseitigen Strömungswiderstand durch hochwirksame Kühllamellen zu erhöhen. Dadurch wird die Kühlluft stärker aufgeheizt und somit besser ausgenutzt, was zu einem geringeren Kühlluftbedarf und damit zu einer geringeren Baugröße des Flüssigkeits- Luftwärmetauschers führt. Außerdem wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedien und Umgebungsluft angehoben, wodurch ebenfalls die Aufheizung der Kühlluft erhöht und die Abmessungen des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers verringert werden. Weiterhin wird durch Vermindern der gekühlten Oberflächen die Kühlwärme abgesenkt und damit eine weitere Verminderung der Abmessungen des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers erreicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Vorteile eines kompakten Flüssigkeits-Luftwärmetauschers bei einem vom Motor getrennten Kühlaggregat genutzt. Dessen Anordnung kann aufgrund des gewählten Gebläseantriebes völlig frei gewählt werden und den jeweiligen Einbauverhältnissen in Fahrzeugen oder Aggregaten optimal angepaßt werden.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung gestattet den direkten Antrieb des Kühlgebläses vom Motor aus, und schafft damit die Voraussetzungen für eine kompakte Motor- Wärmetauschereinheit.

In weiteren Unteransprüchen werden vorteilhafte Ausführungsformen des Kühlgebläses beschrieben. So weist das Vorleitrad den Vorteil eines Berührungsschutzes für das Laufrad des Kühlgebläses auf, während das Nachleitradgebläse sich durch besonders niedrige Geräuschemissionen auszeichnet und, da der Abstand zwischen dem Nachleitrad und dem Kurbelgehäuse, Zylinder und Zylinderkopf sehr klein sein darf, eine kürzere axiale Baulänge des Rotors gestattet. Die Ausbildung als Druckgebläse hat den Vorteil eines niedrigen Gebläseleistungsbedarfs, da das Kühlgebläse nicht aufgeheizte Kühlluft fördert. Demgegenüber bietet das Sauggebläse den Vorteil einer gleichmäßigen Kühlluftbeaufschlagung der Wärmetauscher und eine einfache Führung der warmen Abluft.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden der bzw. die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher besonders platzsparend untergebracht und erlauben eine vorteilhafte Abführung der warmen Kühlluft. Dabei kann es von Vorteil sein, den bzw. die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher getrennt vom Motor und somit geschützt von dessen Vibrationen anzubringen. Die Verbindung zwischen motorfestem Kühlluftgebläse und Luftführungshutze wird vorteilhafterweise so gestaltet, daß eine Relativbewegung zwischen Flüssigkeits- Luftwärmetauscher und Gebläse bzw. Motor möglich ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bewirkt eine besonders kompakte Bauweise der Einheit aus Motor und Flüssigkeits-Luftwärmetauscher. Bei dieser Lösung fallen alle Schlauchverbindungen zwischen dem bzw. den Wärmetauschern und dem Motor fort. Das bietet den Vorteil erhöhter Einbaufreundlichkeit und Systemzuverlässigkeit.

In der DE-AS 11 94 202 wird zwar eine Hubkolbenbrennkraftmaschine beschrieben, deren Zylinder in Reihe angeordnet sind und deren Flüssigkeits-Luftwärmetauscher seitlich neben der Hubkolbenbrennkraftmaschine angebaut ist. Ein von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebenes Kühlluftgebläse fördert die Kühlluft in einen Kühlluftsammelraum zwischen Hubkolbenbrennkraftmaschine und Flüssigkeits- Luftwärmetauscher.

Bei dieser Hubkolbenbrennkraftmaschine handelt es sich aber um einen relativ niedrig belasteten Saugmotor, dessen Kühlflüssigkeits-Luftwärmetauscher trotz geringer Kühlwärme die gesamte Motorlänge einnimmt. Bei modernen hochbelasteten und kompakten Motoren, insbesondere Auflademotoren, ist es schwierig, den Flüssigkeits-Luftwärmetauscher in der beschriebenen Bauweise unterzubringen, zumal wenn zusätzlich Platz für einen geräteseitigen Ölkühler von Kühlsystemen mechanischer, hydrostatischer und hydrodynamischer Getriebe oder Retarder mit hoher Kühlleistung geschaffen werden muß.

Bei großer Fertigungsstückzahl ist es von Vorteil, den bzw. die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher aus jeweils nur einem Element herzustellen. Werden jedoch Motoren unterschiedlicher Leistung mit jeweils geringerer Stückzahl benötigt, ist es vorteilhaft, die einzelnen Wärmetauscher in Art eines Baukastensystems aus mehreren Elementen zusammenzusetzen. Dies kann durch Parallel- und durch Hintereinanderschalten der einzelnen Kühlerelemente geschehen. Auf diese Weise wird eine große Variantenvielfalt mit wenig Bauelementen ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist auf die Rückkühlung von Kühlleistung und Arbeitsflüssigkeit gerichtet, wie sie insbesondere bei Aggregaten mit hydrodynamischen oder hydrostatischen Getrieben oder mit Retardern auftreten. Auf diese Weise bietet das erfindungsgemäße Kompaktaggregat die Möglichkeit, nicht nur die Verlustwärme des Motors sondern auch die Verlustwärme von Hilfsaggregaten abzuführen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Motor-Kühler-Kompaktaggregates mit am Motor angebautem Flüssigkeits- Luftwärmetauscher,

Fig. 2 perspektivische Darstellung eines Motor-Kühler-Kompaktaggregates mit Tragvorrichtung zur getrennten Lagerung von Motor- und Flüssigkeits-Luftwärmetauscher,

Fig. 3 schematische Darstellung eines Zylinderkopfes mit weitgehend ungekühltem Abgaskanal.

Aus Fig. 1 geht die Anordnung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10, des Kühlgebläses 2, des Kühlflüssigkeits-Luftwärmetauschers 1 und des Kühlluftsammelraumes 6 hervor. Entsprechend ist aus Fig. 2 die Anordnung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 des Kühlflüssigkeits-Luftwärmetauschers 1, die auf der Tragvorrichtung 7 befestigt sind sowie des Kühlgebläses 2 mit der Hutze 8, die mittels eines elastischen Elementes 9 verbunden sind, ersichtlich. Aus beiden Abbildungen ist die sehr kompakte Bauweise der Aggregate erkennbar und bei der Anordnung nach Fig. 1 zusätzlich das völlige Fehlen von Schlauchverbindungen zwischen Motor und Wärmetauscher.

In Fig. 3 wird die geringe gekühlte Fläche des Abgaskanals 5 des Zylinderkopfes 4 dargestellt. Sie bewirkt eine deutliche Abnahme der Kühlwärme des Motors und damit der Größe des Flüssigkeits-Luftwärmetauschers.

Claims

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren wärmebelasteten Bauteile von einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden, wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Zylinder mit Kolben und einen dazugehörigen Zylinderkopf (4) mit einem Abgaskanal (5) sowie mindestens einem Flüssigkeits-Luftwärmetauschers (1) aufweist, der kühlluftseitig mit einem Kühlgebläse (2) in Strömungsverbindung steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) das Kühlgebläse (2) weist ein Leitrad (3) auf;
b) der oder die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) sind dem erhöhten Kühlluftdruck des Kühlgebläses (2) angepaßt;
c) der Druck des Kühlflüssigkeitssystems und/oder die Zusammensetzung der Kühlflüssigkeit sind so gewählt, daß die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit zwischen 110°C und 130°C vorzugsweise bei 125°C liegt;
d) der Abgaskanal (5) im Zylinderkopf (4) ist so weit wie möglich ungekühlt und/oder von benachbarten Zylinderkopfbereichen thermisch isoliert.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläse (2) und der oder die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) von der Brennkraftmaschine räumlich getrennt angeordnet sind, und der Antrieb des Kühlgebläses mechanisch, elektrisch oder hydraulisch erfolgt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläse (2) fest an die Brennkraftmaschine angebaut ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläse (2) ein Vorleitrad aufweist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläse (2) ein Nachleitrad aufweist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläse (2) in bezug auf den oder die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) als Druckgebläse ausgebildet ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläse (2) in bezug auf den oder die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) als Sauggebläse ausgebildet ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine in Reihenbauweise ausgeführt ist und der bzw. die Flüssigkeits- Luftwärmetauscher (1) seitlich mit Abstand neben der Brennkraftmaschine angeordnet sind.

9. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 oder 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Flüssigkeits- Luftwärmetauscher (1) an einer Tragvorrichtung (7) angebaut sind, auf der auch die Brennkraftmaschine gelagert ist und daß der oder die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) über eine Hutze (8) und elastische Elemente (9) mit dem Kühlluftgebläse (2) verbunden sind.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Flüssigkeits- Luftwärmetauscher (1) an die Brennkraftmaschine angebaut sind und zusammen mit dieser einen Kühlluftsammelraum (6) bilden.

11. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Flüssigkeits- Luftwärmetauscher (1) jeweils aus nur einem Element bestehen.

12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Kühlflüssigkeits- Luftwärmetauscher (1) aus mehreren Elementen bestehen, die luft- und flüssigkeitsseitig parallel geschaltet sind.

13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Flüssigkeits- Luftwärmetauscher (1) aus mehreren Elementen bestehen, die luft- und flüssigkeitsseitig hintereinander geschaltet sind.

14. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Luftwärmetauscher (1) vorzugsweise für eine Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine und/oder für Hydraulikflüssigkeit von Zusatzaggregaten vorgesehen sind.