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Dokumentenidentifikation DE19701543B4 07.10.2004
Titel Kühlanordnung in einem Motorblock
Anmelder Cummins Inc., Columbus, Ind., US
Erfinder Calhoun, Keith A., Carmel, Ind., US
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Anmeldedatum 17.01.1997
DE-Aktenzeichen 19701543
Offenlegungstag 24.07.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.10.2004
IPC-Hauptklasse F01P 11/08
IPC-Nebenklasse F01M 5/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf zusammenwirkende Anordnungen von Kühlmittel- und Ölströmungswegen für einen Dieselmotor und die dazu notwendigen baulichen Komponenten. Die Ölkühleranordnung, die Ausführung der Kühlmittelleitung im Motorblock und die Kühlerabdeckung, welche verschiedene Strömungswege für das Öl bereitstellt, sind Teil der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verwendung zweier getrennter Ölkühler, die mit im wesentlichen parallelen Kreisläufen für den Ölstrom versehen sind, wobei ihre entsprechenden Stellen für den Stromauslaß nahe der Mitte des Dieselmotorblocks angeordnet sind. Ein wichtiger Teil der vorliegenden Erfindung ist die zusammenwirkende Gestaltung des Hohlraums für den Kühlmittelstrom (d.h. der Leitung), der eine sich von vorn nach hinten verjüngende Form hat und für eine ausgeglichene Kühlmittelabgabe an alle Zylinder sorgt.

Eine wichtige Überlegung bei der Konstruktion eines Dieselmotors ist, wie den kritischen Bereichen des Motors Schmieröl zugeführt wird. Eine damit zusammenhängende Überlegung betrifft das Leiten und Zuführen des Motorkühlmittels zu den Motorzylindern. Zwischen dem Aufbau des Ölkühlers, dem Kühlmittelströmungsweg und der Zuführung des Öls und Kühlmittels zu verschiedenen Teilen des Motors, wie zum Beispiel den Motorzylindern, besteht ein Zusammenhang. Der Ölkühler kann an irgendeiner Stelle im Kühlmittelkreislauf angeordnet werden, um die Temperatur des Öls vor Abgabe an die Hauptölleitung zu senken. Ferner muß das Kühlmittel zu kritischen Bereichen des Motors auf einem Weg geführt werden, der eine wirksame und ausgeglichene Kühlung liefert. Insbesondere muß die Kühlmittelzuführung zu den Zylindern im Hinblick auf die Wärmeübertragung ausgeglichen sein, um eine ausgeglichene und gleichmäßige Kühlung zu schaffen, so daß alle Zylinder bei im wesentlichen der gleichen Temperatur arbeiten können.

Schmieröl muß zu Motorbereichen geleitet werden, wie z.B. den Hauptlagern, Pleuellagern, Kolbenkühldüsen, Ventiltrieben und dem Nockenwellentrieb. Die Wirksamkeit des Schmieröls hängt zum Teil von der Öltemperatur ab. Um der Wärmeübertragung, die stattfindet, während das Schmieröl über und um diese kritischen Motorkomponenten strömt, ausreichend Rechnung zu tragen, ist es wichtig, einen Ölkühler im Schmierölkreislauf anzuordnen. In einer Abwandlung eines typischen Dieselmotoraufbaus wird zuerst Öl von der Wanne zu einem Hauptstromfilter und von dort zum Einlaß des Ölkühlers gepumpt. Ein alternativer Aufbau und einer, der für denjenigen repräsentativ ist, der mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, leitet das Öl zum Ölkühler und danach zum Hauptstrom-Ölfilter. Stromaufwärts vom Einlaß zum Ölkühler ist typischerweise ein thermostatgeregeltes Umgehungsventil angeordnet, und dieses Ventil ist so aufgebaut, daß es das Öl um den Ölkühler herum leitet, wenn die Öltemperatur nicht hoch genug ist, um eine Kühlung zu erfordern (d.h. die Betriebstemperatur noch nicht erreicht ist).

Verschiedene Anordnungen von Strömungswegen für Schmieröl, Ölfilter und Bypassmöglichkeiten findet man typischerweise in verschiedenen Dieselmotorausführungen und Motoren verschiedener Größe. Das Hauptaugenmerk der vorliegenden Erfindung ist jedoch auf eine spezielle Ölkühlerausführung, ihre spezielle Anordnung innerhalb des Strömungskreises und die entsprechende Gestaltung der Kühlmittelzuführung gerichtet. Eine vollständige Erklärung der vielen Abwandlungen für eine Reihe von Dieselmotorausführungen ist daher nicht notwendig. Es ist wichtig zu verstehen, daß die Gestaltung der Kühlmittelzuführung einschließlich der speziellen Ausführung des Kühlmittelhohlraums bzw. der Leitungswege des Kühlmittels ein wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist.

In einer typischen Ausführung eines Schmierölkreislaufs ist der Ölkühler ein langgestrecktes Bauteil, das viele eng aneinandergereihte Kühlrippen mit einer durch diese verlaufenden durchgehenden Einweg-Ölstromleitung enthält. Von der Ölwanne (oder dem Hauptstromfilter) aus gelangt Schmieröl an einem Ende in den Ölkühler und strömt durch diesen zu einem Auslaß am gegenüberliegenden Ende der Ölkühlers. Der Ölkühler ist typischerweise seitlich des Motorblocks in einem vertieften Hohlraum angebracht, der mit dem Motorkühlmittel in Strömungsverbindung steht. Die Kühlrippen des Ölkühlers sind dem Motorkühlmittel direkt ausgesetzt, um die erforderliche Wärmeübertragung und Kühlung des Schmieröls zu bewerkstelligen. Eine andere Möglichkeit für den Ölkühleraufbau verwendet eine kompakte Ölkühlerkonstruktion, bei der die Rippen zum vorderen Ende des Motorblocks hin angeordnet sind. Diese Konstruktion führt jedoch zu einem höheren Verlust an Motorleistung und repräsentiert somit eine Art eines parasitären Verlustes.

Man hat festgestellt, daß bei denjenigen Konstruktionen, bei denen der Ölkühler langgestreckt ist und sich über einen Großteil der Länge des Motorblocks erstreckt, über die Länge des Ölkühlers ein beträchtlicher Druckabfall auftritt. Dieser Druckabfall wird als zu groß betrachtet, denn er erhöht unnötigerweise parasitäre Verluste. Eine weitere Tatsache, die man aus der langgestreckten Ölkühlerversion gelernt hat, wenn man sie mit einer typischen Kühleinrichtung kombiniert, ist, daß der Großteil der Wärmeübertragung im allerersten Abschnitt am Beginn des Strömungsweges durch den Ölkühler erfolgt.

Um die Kühlmittelverteilung auf die Motorzylinder zu verbessern und parasitäre Verluste des Schmiersystems und Kühlsystems zu verringern, wurde die vorliegende Erfindung entwickelt. In der vorliegenden Erfindung werden zwei Ölkühler verwendet, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, so daß sie die körperliche Anordnung eines langgestreckten Ölkühlers simulieren. In den Motorblock ist ein langgestreckter Kühlmittelhohlraum mit einer sich von vorn nach hinten verjüngenden Form entlang der unteren Oberfläche gegossen. Der Kühlmittelstrom wird dadurch gleichmäßiger und ausgeglichener, während er zu jedem Zylinder strömt. Der Ölstrom tritt in den vorderen Teil des vorderen Kühlers und parallel dazu in den hinteren Teil des hinteren Kühlers ein.

Der Strom verläuft durch jeden Ölkühler zur Mitte des Motors hin und dann zum Ölfilterkopf, wo das Öl gefiltert und dann durch den Motor zwischen den beiden Ölkühlern und zur Hauptölleitung zurückgeschickt wird. Ein Vorteil eines solchen Ölkreislaufes ist, daß das gekühlte Öl in die Mitte der Hauptölleitung eintritt und eine gleichmäßigere Verteilung liefert. Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist mit der verjüngten Leitung für den Kühlmittelstrom verbunden, so daß der Kühlmittelstrom zu den Ölkühlern (der Strom über die Rippen) relativ gleichmäßig und imstande ist, eine gleichmäßigere und ausgeglichenere Kühlung des Motors zu liefern.

Zwei getrennte Ölkühler sind zumindest einmal in der Dieselmotorausführung K19 von Cummins Engine Company in Columbus, Indiana, USA, verwendet worden. In der K19-Motoranordnung sind die Ölkühler nicht langgestreckt, derart, daß sie sich in Längsrichtung hintereinander angeordnet über die ganze Länge des Motorblocks erstrecken. Als Folge liegen daher mehr Beschränkungen und größere parasitäre Verluste vor. Die Stromwege durch diese beiden K19-Ölkühler verlaufen parallel mit dem Stromeintritt am vorderen Ende jedes Kühlers und dem Stromaustritt(-auslaß) am hinteren Ende jedes Kühlers. Der Zustrom wird geteilt, und die austretenden Ströme werden wieder vereinigt. Bei der Betrachtung dieser K19-Motorausführung ist die Tatsache wichtig, daß die austretenden Ströme nicht nahe der Mitte des Motorblocks austreten, sondern vielmehr zum hinteren Teil des Motors strömen, um sich mit der Hauptölleitung zu verbinden. Man hat festgestellt, daß mit dem von vorne nach hinten verlaufenden Strom die hinteren Zylinder heißer als die vorderen Zylinder laufen. Diese K19-Ausführung liefert demnach keine ausgeglichenere und gleichmäßigere Verteilung entsprechend der vorliegenden Erfindung. Ein weiterer Unterschied zwischen der vorliegenden Erfindung und dem K19-Motor ist der nach hinten verjüngte Kühlmittelhohlraum (d.h. die Leitung) und die sich ergebenden Kühlmittelstromwege zu jedem Zylinder. Diese Ausführung schafft einen gleichmäßigeren und ausgeglicheneren Kühlmittelstrom zu jedem Zylinder.

Zusätzlich zur K19-Motoranlage gibt es verschiedene Patentdokumente, welche eine Reihe von Kühlerausführungen und Kühlkonzepten offenbaren. Man ist der Ansicht, daß die folgenden aufgelisteten Patentdokumente einen repräsentativen Querschnitt solch früherer patentierter Ausführungen sind:

Aus der AT 228 010 ist eine Doppelölkühlanordnung bekannt, bei der die Kühler jeweils in zylindrischen, im Motorblock ausgebildeten Kanälen angeordnet sind.

Die US 1,931,935 offenbart eine Doppelölkühlereinrichtung für ein Fahrzeug mit zwei im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Kühleinrichtungen.

Die US 2,067,421 offenbart einen langgestreckten Ölkühler, der in einem in einem Motorblock ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist.

Die US 2,623,612 offenbart ebenfalls einen langgestreckten Ölkühler, der in einem in einem Motorblock ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist, wobei dem Ölkühler ein Ölfilter nachgeschaltet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Ölkühler- und Motorkühlmittelaufbau zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Doppelölkühleranordnung und ein Kühlmittelverteilungs- und Schmierölsystem nach Anspruch 1 gelöst.

Die Doppelölkühleranordnung zum Anbringen in einem verjüngten Hohlraum für einen Kühlmittelstrom eines Dieselmotorblocks umfaßt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen langgestreckten vorderen Ölkühler, der zum Kupplungsgegenseitenabschnitt des Motorblocks hin angeordnet ist und einen zu seinem der Kupplungsgegenseite zugewandten Ende benachbarten Öleinlaß sowie einen zu seinem der Kupplungsseite zugewandten Ende benachbarten Ölauslaß aufweist, einen langgestreckten hinteren Ölkühler, der zum Kupplungsseitenabschnitt des Motorblocks hin angeordnet ist und einen zu seinem der Kupplungsseite zugewandten Ende benachbarten Öleinlaß sowie einen zu seinem der Kupplungsgegenseite zugewandten Ende benachbarten Ölauslaß aufweist, ein Strömungsleitungsnetz, das die Öleinlässe auf parallele Weise mit einer Versorgungsquelle für Öl und die Ölauslässe mit einem Ölfilter verbindet, wobei der Motorblock einen ungefähren Mittelpunkt zwischen dem Kupplungsgegenseitenabschnitt und dem Kupplungsseitenabschnitt derart aufweist, daß die Ölauslässe diesem Mittelpunkt des Motors benachbart angeordnet sind. Der verjüngte Hohlraum für den Kühlmittelstrom fungiert als Kühlmittelleitung, die Kühlmittel zu jedem Zylinder führt. Die sich von vorn nach hinten verengende Verjüngung erzeugt einen ausgeglicheneren und gleichmäßigeren Kühlmittelstrom zu jedem Zylinder, wodurch ein verbesserter Kühlmittelkreislauf geschaffen wird.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 einen Seitenriß eines Dieselmotorblocks, in den eine gemäß einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruierte Ölkühlerbaugruppe eingebaut ist;

2 einen Seitenriß des Motorblocks von 1, wobei die Außenabdeckung für die Ölkühlerbaugruppe entfernt ist;

3 einen Seitenriß des Motorblocks von 2, wobei die beiden langgestreckten Ölkühler entfernt sind;

4 einen vorderen Aufriß der Außenabdeckung für die Ölkühlerbaugruppe von 1;

5 einen hinteren Aufriß der Außenabdeckung des Ölkühlers von 4;

6 einen Aufriß der rechten Seite der Außenabdeckung des Ölkühlers gemäß 4;

7 eine Draufsicht der Außenabdeckung des Ölkühlers gemäß 4 von unten;

8 eine fragmentarische Draufsicht der Ölkühlerbaugruppe von 1, wie sie im Motorblock gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;

9 eine perspektivische Darstellung eines Ölkühlers, der zur Verwendung als Teil eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung geeignet ist;

10 eine schematische Veranschaulichung des gesamten Strömungswegnetzes für den Ölfluß gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

11 eine schematische Veranschaulichung des gesamten Strömungswegnetzes für den Kühlmittelfluß gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In 1 ist ein Dieselmotorblock 20 dargestellt, der eine Ölkühleranordnung 21 enthält, welche unterhalb einer Außenabdeckung 22 im Block 20 angeordnet ist. Die Außenabdeckung 22 enthält einen Teil der gesamten Ölkühleranordnung 21 aufgrund der verschiedenen Strömungsöffnungen und Leitungen, die in die Außenabdeckung 22 gearbeitet sind (siehe 4-7). Diese verschiedenen Strömungsöffnungen und Leitungen nehmen den Ölstrom auf.

Das Öl, das in und durch die Ölkühleranordnung 21 strömt, wird aufgeteilt und durch zwei Ölkühler geführt. Die entsprechenden beiden Austrittsströme werden vereinigt und durch ein Ölfilter 24 geleitet. Das Ölfilter 24 ist von einem Anschlußstück 25 fest aufgenommen. Das Anschlußstück 25 ist Teil des einstückigen Gußteils, das die Außenabdeckung 22 bildet.

In 1 ist der Motorblock 20 nur teilweise veranschaulicht. Der Zweck ist, eine allgemeine Vorstellung davon zu geben, wo die Ölkühleranordnung 21 in bezug auf einen typischen Motorblock angeordnet ist. Eine Ölwanne 29 ist als Hilfe zum Verständnis der Orientierung des Motorblocks 20, der Lage der Außenabdeckung 22 und der Anordnung des Ölfilters 24 veranschaulicht. Alle speziellen Einzelheiten des Motorblocks oder Merkmale, die weggelassen wurden, sind für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung.

In 2 ist die Darstellung von 1 des Motorblocks 20 und der Ölkühleranordnung 21 wiederholt, wobei aber nun die Außenabdeckung 22 entfernt ist, um die beiden Ölkühler 31 und 32 zu zeigen. Die beiden Ölkühler 31 und 32 sind an der Innenfläche der Außenabdeckung 22 fest angebracht, wobei sie durch eine (nicht dargestellte) Dichtung mit Zwischenraum angeordnet sind. Die Ölkühler 31 und 32 sind in Längsrichtung hintereinander in einer Weise angeordnet, die zwei, im allgemeinen symmetrische oder parallele Strömungskreisläufe ergibt. Jeder Ölkühler 31 und 32 ist in einem Strömungshohlraum 33 angebracht, der eine im Motorblock 20 angeordnete Gußvertiefung in Längsrichtung ist. Der Ölkühler 31 ist der "vordere" Kühler, und der Ölkühler 32 ist der "hintere" Kühler (wenn man von der üblichen Längsanordnung eines Motors ausgeht).

Die am äußeren Rand gelegene periphere Lippenfläche 35 des Hohlraums 33 stellt eine glatt bearbeitete Oberfläche dar mit einem Muster aus achtzehn (18) beabstandeten Schraubenaufnahmen 36 mit Innengewinde. Diese Schraubenaufnahmen 36 entsprechen den achtzehn (18) Befestigungs-(Durchsteck-)Löchern in der Außenabdeckung 22. Zwischen der peripheren Lippenfläche 35 und der Außenabdeckung 22 sind geeignete Dichtungen, typischerweise in Form eines länglichen Blattes oder Bogens, angebracht, wie es für eine fluiddichte und abgedichtete Berührungsfläche zwischen der Außenabdeckung 22 und dem Motorblock 20 um die ganze periphere Lippenfläche 35 zweckmäßig ist.

Die Ölkühler 31 und 32 sind in Größe, Form und Aufbau praktisch identisch und haben jeweils eine langgestreckte Form. Mehrere beabstandete Rippen mit hindurch verlaufenden Strömungsleitungen bilden für jeden Ölkühler das Mittel zum Wärmeaustausch. In jedem Ölkühler wird heißes Öl durch die Strömungsleitungen von einem Ende zum gegenüberliegenden Ende geleitet. Während das Öl strömt, wird Wärme vom Öl von der umgebenden Aluminiumleitung zu den aneinandergereihten Aluminiumrippen geleitet. Der große Flächeninhalt der Rippen sorgt für einen ausgezeichneten Wärmeübertragungsmechanismus.

Die Rippen umströmendes Kühlmittel entzieht einen Teil der Wärme von den Rippen, wodurch die Temperatur des Kühlmittels steigt und den Rippen ermöglicht wird, mehr Wärme vom Schmieröl aufzunehmen und wiederum zu übertragen.

Die mit jedem Ölkühler 31 und 32 verbundenen Ölströmungswege beginnen mit der Zuführung von Öl von einer (nicht veranschaulichten) Ölpumpe zu jedem Ölkühler 31, 32. Das Öl wird zu Anfang mittels eines Thermostatregelventils (siehe 10) zugeführt, welches eine Messung vornimmt, um festzustellen, ob das Öl ausreichend heiß ist, um eine Kühlung zu erfordern. Falls das Öl basierend auf der vorbestimmten Schwellentemperatur am Thermostatregelventil nicht heiß genug ist, um eine Kühlung zu erfordern, umgeht es die Ölkühler 31 und 32 und strömt direkt zum Ölfilter 24. Vom Ölfilter 24 wird das Öl zur Hauptölleitung und von dort zu denjenigen Bereichen des Motors geleitet, welche eine kühlende Schmierung benötigen.

Einer der Unterschiede zwischen dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und bestimmten Anlagen nach dem Stand der Technik ist mit der Verwendung zweier, praktisch identischer Ölkühler 31, 32 verbunden, die in Längsrichtung hintereinander in einem parallelen Strömungsnetz angeordnet sind. Ein anderer Unterschied besteht in der langgestreckten Form (Länge) jedes Ölkühlers 31 und 32 und der Tatsache, daß sie sich praktisch über die gesamte Länge des Motorblocks 20 erstrecken, wenn sie in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind. Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik besteht in den speziellen Stellen für einen Stromeintritt und -austritt für jeden Ölkühler 31, 32. Wie in 2 veranschaulicht und in 10 schematisch dargestellt ist, hat der vordere Ölkühler 31 einen vorderen Öleinlaß 39 und einen hinteren Ölauslaß 40. Der hintere Ölkühler 32 hat einen hinteren Öleinlaß 41 und einen vorderen Ölauslaß 42.

Falls das eintretende Öl eine Kühlung erfordert, strömt das Öl in den vorderen Öleinlaß 39 des vorderen Ölkühlers 31 und parallel dazu in den hinteren Öleinlaß 41 des hinteren Ölkühlers 32. Ein Durchgang 45 (siehe 5-10) leitet den Ölstrom zum hinteren Ölkühler 32. Der Ölstrom durch jeden Ölkühler 31, 32 ist praktisch der gleiche, mit Ausnahme der Strömungsrichtung. Der Ölstrom durch den vorderen Ölkühler 31 erfolgt von vorn nach hinten, während der Ölstrom durch den hinteren Ölkühler 32 von hinten nach vorn stattfindet. Als Folge dieser Anordnung treten die beiden Ölströme aus ihren entsprechenden Ölkühlern 31, 32 zur Mitte des Motorblocks 20 hin aus. Die beiden Ströme, die an dieser Stelle fast nebeneinander vorliegen, werden kombiniert und in das Ölfilter 24 eingeführt. Das gefilterte Öl wird dann vom Ölfilter 24 über einen Durchgang 46 zur Hauptölleitung zur Verteilung auf andere Teile des Motors geleitet. Ein wesentlicher Vorteil dieses Strömungsweges ist, daß das gekühlte und gefilterte Öl in die ungefähre Mitte der Hauptölleitung gelangt und für eine gleichmäßigere Verteilung des gekühlten Schmieröls sorgt.

In 3 ist nun die Darstellung von 2 des Motorblocks 20 und der Ölkühleranordnung 21 wiederholt, wobei aber nun die beiden Ölkühler 31 und 32 entfernt sind, um so die Größe, Form und Ausführung des Strömungshohlraums 33 zu zeigen. Der Strömungshohlraum 33 ist als langgestreckte Vertiefung gestaltet, die in den Motorblock 20 gegossen ist. Die vorgesehene Funktion des Strömungshohlraums 33 ist, einen Hohlraum zur Aufnahme der beiden Ölkühler 31 und 32 mit einem ausreichenden Zwischenraum um die beiden Ölkühler 31, 32 herum bereitzustellen, um eine angemessene Zirkulation des Motorkühlmittels zur Wärmeübertragung zu ermöglichen. Die spezielle Gestaltung des Strömungshohlraums 33 ist ebenfalls darauf gerichtet, einen besonderen Kühlmittelströmungsweg für eine ausgeglichenere und gleichmäßigere Kühlmittelzuführung zu jedem Motorzylinder zu erzeugen und zu steuern.

Der Strömungshohlraum 33 ist an einer hinteren Endwand 48 und entlang einer Boden-(flächen-)Wand 49 geschlossen. An einer vorderen Endwand 51 ist ein eingegossener Stromdurchgang 52 für das eintretende Motorkühlmittel vorgesehen. Entlang einer oberen Wand 53 gibt es eine Öffnung in eine Kammer, wo die sechs Zylinder liegen. Der Austrittsströmungsweg ist durch die sechs gestrichelten Linien 56a56f schematisch veranschaulicht, eine für jeden Zylinder, auch wenn eine offene Strömung vorliegt. Die vordere Seite des Strömungshohlraums 33 ist offen und von einer peripheren Lippenfläche 35 umgeben. Die hintere Seite oder der hintere Teil ist durch eine Gußwand 57 abgeschlossen. In die Gußwand 57 ist eine in Längsrichtung verlaufende, sich auswärts erstreckende Rippe 58 gegossen. Die Rippe 58 beginnt an einer Stelle nahe dem vorderen Ende des Strömungshohlraums 33 und erstreckt sich zu einer Stelle kurz vor der hinteren Endwand 48. Obwohl es schwierig zu veranschaulichen ist, erkennt man, daß die Höhe des Strömungshohlraums 33 von der Bodenwand 49 zur oberen Wand 53 von der vorderen Endwand 51 zur hinteren Endwand 48 gleichmäßig abnimmt. Weil die obere Wand 53 im wesentlichen eben ist, wird die sich gleichmäßig ändernde Tiefe durch Vorsehen einer Steigung an der Bodenwand 49 geschaffen. Diese Steigung, welche durch eine gestrichelte Linie 49a schematisch veranschaulicht ist, ist über ihre gesamte Länge im wesentlichen gleichmäßig. Vergleicht man die Höhe des Strömungshohlraums 33 an seinen beiden Endpunkten der vorderen Endwand 51 und der hinteren Endwand 48, mißt der Höhenunterschied annähernd 3,8 cm (1.5 Inches). Der höchste Teil des Strömungshohlraums 33 (in der Bildebene) ist der vorderen Endwand 51 benachbart, während der niedrigste Teil der hinteren Endwand 48 benachbart ist.

Ein äußerer Rand 61 der Rippe 58 legt die Einbautiefe in den Strömungshohlraum 33 von der peripheren Lippenfläche 35 für die Ölkühler 31 und 32 fest. Die Rippe 58 muß daher über ihre gesamte Länge in Bezug auf die periphere Lippenfläche 35 die gleiche Tiefe (senkrecht zur Bildebene) einrichten. Wenn die beiden Ölkühler 31 und 32 eingebaut sind, liegen sie als Folge dieses Aufbaus am äußeren Rand 61 an und passen genau in den Strömungshohlraum 33. Dieser genaue Sitz ermöglicht, daß die Außenabdeckung 22 und zugehörige Hilfsmittel, wie z.B. Dichtungen, ohne eine etwaige, nicht hinnehmbare Beeinträchtigung eingebaut werden. Diese Kombination wird dann an Ort und Stelle durch die ausgerichteten Muster der achtzehn (18) Löcher verschraubt.

Die abnehmende verjüngte Form des Strömungshohlraums 33 erzeugt über den Verlauf des Strömungshohlraums 33 von der vorderen Endwand 51 zur hinteren Endwand 48 eine kleinere abnehmende Querschnittsfläche. Tatsächlich liegt ein abnehmendes Volumen vor, das den Strömungsweg für das Motorkühlmittel beeinflußt, welches der vorderen Endwand 51 benachbart in den Strömungshohlraum 33 eingeführt wird. Während das Kühlmittel beginnt, in, über und um den Ölkühler 31 zu zirkulieren, hat dessen weiterer Strömungsweg zwei Möglichkeiten: Einerseits kann das Kühlmittel, oder zumindest ein Teil von ihm, durch den Strömungshohlraum 33 nach hinten zum Rest des Ölkühlers 31 und dann weiter zum Ölkühler 32 strömen. Andererseits kann das Motorkühlmittel, oder zumindest ein Teil von ihm, durch den Austrittsstromdurchgang ausströmen, der eine Verbindung mit der Kammer herstellt, wo die Zylinder liegen. Der Kühlmittelstrom in Richtung des ersten Zylinders ist durch eine gestrichelte Linie 56a bezeichnet. Dieser spezielle Strömungsweg, der eine direkte Verbindung mit dem Strömungshohlraum 33 und dem entsprechenden Motorzylinder bildet, dient dazu, das aufwärts strömende Kühlmittel (tatsächlich nur einen Teil des Kühlmittels) aufzunehmen.

Durch das richtige Ausgleichen des Stromvolumens und der Strömungsrate, der Größe und Form des Strömungshohlraums 33, seiner Verjüngungsrate von vorn nach hinten und des durch gestrichelte Linien 56a56f bezeichneten Austrittsstroms hat man festgestellt, daß ein im wesentlichen gleichmäßiger und ausgeglichener Strom eines Motorkühlmittels auf direktem Weg zu jedem und um jeden Motorzylinder herum geleitet wird. Obwohl das restliche Volumen des Strömungshohlraums 33 links von der gestrichelten Linie 56a im Vergleich zur Größe des der Linie 56a entsprechenden Austrittsstromdurchgangs relativ groß ist, erzeugt die sich verjüngende Form des Strömungshohlraums 33 eine Strömungsbeschränkung, welche bewirkt, daß ein Teil des zirkulierenden Motorkühlmittels zum ersten Motorzylinder abgeleitet wird.

Da das Kühlmittel weiter um den Ölkühler 31 zirkuliert, während das Kühlmittel zur hinteren Endwand 48 strömt, findet an der ungefähren Lage des nächsten Zylinders, die durch eine gestrichelte Linie 56b dargestellt ist, eine Stromteilung der gleichen Art statt. Obwohl dort infolge der kürzeren Restlänge an der Stelle der Linie 56b eine geringere Beschränkung im Strömungshohlraum 33 vorliegt, herrscht dort tatsächlich ein geringerer Strömungsdruck aufgrund dessen, was durch den Durchgang bei der Linie 56a abgeleitet wird. Die Folge dieses Aufbaus ist, daß ein Teil des Motorkühlmittels abgeleitet wird und direkt zum entsprechenden Motorzylinder strömt, der in diesem Fall der zweite Zylinder wäre. Der gleiche Sachverhalt wird für die restlichen vier (4) Zylinder und die entsprechenden Ströme ausgenutzt, die durch gestrichelte Linien 56c56f bezeichnet sind. Es ist zu bemerken, daß, obgleich ein Sechszylindermotor veranschaulicht worden ist, die spezielle Stromtrennung und -ableitung wie beschrieben für eine beliebige Anzahl von Motorzylindern verwendbar wäre. Während sich der Strom über die Länge des Strömungshohlraums 33 bewegt, ist die Wärmeübertragung ziemlich ausgeglichen, und ein Teil des Motorkühlmittels wird durch die Öffnung, die den Strömungshohlraum 33 mit der Kammer verbindet, wo die Zylinder liegen, zu einem entsprechenden Motorzylinder abgeleitet.

Es hat sich herausgestellt, daß die Strömungsrate und das Volumen des Motorkühlmittels in jedem einzelnen Strömungsweg, das aus dem Strömungshohlraum 33 zu den verschiedenen Motorzylindern abgeleitet wird, hinsichtlich des Volumens, der Strömungsrate und der Kühlkapazität im wesentlichen gleich ist. Jeder Motorzylinder empfängt ungeachtet der Zylinderlage einen im wesentlichen gleichen und ausgeglichenen Teil des Motorkühlmittels. Es besteht daher nicht das Problem, daß zu den ersten paar Zylindern zu viel Kühlmittel abgeleitet wird und für die letzten paar Zylinder nicht genug übrig bleibt, noch an jedem Zylinder ein etwaiger beträchtlicher Unterschied in der Kühlmitteltemperatur vorliegt. Tatsächlich laufen aufgrund des Aufbaus für den Kühlmittelstrom keine Zylinder heißer als irgendwelche anderen Zylinder. Ohne die verjüngte Form des Strömungshohlraums 33 und das spezielle Strömungsnetz mit den verschiedenen Strömungswegen ist die Kühlmittelzuführung zu den verschiedenen Zylinder gewöhnlich ungleichmäßig. Das Ergebnis ist ein Ungleichgewicht in den Zylindertemperaturen, und dieses Ungleichgewicht beeinträchtigt die Motorleistung. Auf lange Sicht kann dieses Ungleichgewicht bzw. diese Unzulänglichkeit zu ernsteren Motorproblemen führen. Es wird nicht nur eine einzigartige Ölkühleranordnung, sondern ein äußerst vorteilhaftes Kühlsystem geschaffen.

Ein ebenfalls mit der verjüngten Form des Strömungshohlraums 33 in Verbindung stehender Konstruktionsaspekt ist die Gleichmäßigkeit, mit der das Kühlmittel die verschiedenen Rippen des Ölkühlers 31, 32 hinauf, über und um diese strömt. Dieser Strom ist über die Länge jedes Ölkühlers 31, 32 ausgeglichen. Der Strömungshohlraum 33 dient als Leitung zur Kühlmittelverteilung, und der gleichmäßige Strom über die Ölkühler 31, 32 entspricht dem gleichmäßigen und ausgeglichenen Strom zu jedem Zylinder. Durch Ausgleichen des Stroms und der Wärmeübertragung innerhalb des Strömungshohlraums 33 besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß die Temperatur des zu jedem Zylinder strömenden Kühlmittels im wesentlichen die gleiche sein wird sowie eine Kühlmittelströmungsrate vorliegt, die im wesentlichen die gleiche ist.

In den 4-7 ist die Außenabdeckung 22 ausführlicher dargestellt. Die Außenabdeckung 22 enthält einen Hauptabdekkungsteil 65, der an der Oberseite durch einen oberen Befestigungsflansch 66 und am Boden durch einen unteren Befestigungsflansch 67 abgegrenzt ist. Jeder Befestigungsflansch 66, 67 enthält neun (9) beabstandete Befestigungs- (Durchsteck-) Löcher 68. Diese achtzehn (18) Befestigungslöcher 68 sind für eine Ausrichtung mit den achtzehn (18) Schraubenaufnahmen 36 angeordnet. Anschlußstücke 25 erstrecken sich vom Hauptabdekkungsteil 65 nach oben und enthalten einen im allgemeinen zylindrischen Teil 69 (siehe 7), der die Grenzfläche für das Ölfilter 24 bildet.

Das Thermostatregelventil und die Verbindungsdurchgänge zu einem Druckregler sind am vorderen Ende 72 (6) vorgesehen. Eine zylindrische Öffnung 73 bildet die Stelle für das Thermostatregelventil, wie vorher erwähnt wurde, und eine Öffnung 74 ist für einen Druckreglerkolben vorgesehen. Öffnungen 75 und 76 (siehe 7) sind für einen Ölstrom zum Regler vorgesehen.

Falls die Temperatur des eintretenden Öls unterhalb der Schwellentemperatur liegt, die durch das in der zylindrischen Öffnung 73 gelegene Thermostatregelventil eingestellt wird, strömt das eintretende Öl unter Umgehung der beiden Ölkühler 31 und 32 direkt zum Ölfilter 24. Der Durchgang für den Umgehungs- bzw. Bypassstrom ist in die Außenabdeckung 22 gearbeitet. Wenn das eintretende Öl zu den beiden Ölkühlern 31 und 32 geleitet werden soll, strömt das eintretende Öl vom Thermostatregelventil in der zylindrischen Öffnung 73 durch einen kleinen Teil der Außenabdeckung 22 und tritt aus einer Öffnung 80 für den einen Ölkühler und aus einer Öffnung 82 für den anderen Ölkühler aus. Die Öffnungen 80 und 82 sind in der bearbeiteten Oberfläche 81 angeordnet. Ist die Ölkühleranordnung 21 richtig zusammengebaut und im Motorblock 20 eingebaut, ist die Öffnung 80 mit dem vorderen Öleinlaß 39 des vorderen Ölkühlers 31 ausgerichtet. Der Durchgang 45 leitet gleichzeitig einen Teil des eintretenden Öls durch die Außenabdeckung 22 zur Öffnung 82. Die Öffnung 82 ist mit dem hinteren Öleinlaß 41 des hinteren Ölkühlers 32 ausgerichtet. Durch das feste Auflager der Außenabdeckung 22 am Motorblock 20 und mit der geeigneten Berührungsfläche mit Dichtungen ist ein Ölströmungsweg von der Außenabdeckung 22 in jeden Ölkühler 31 und 32 eingerichtet.

Nachdem das Öl durch den vorderen Ölkühler 31 geströmt ist, kehrt es aufgrund der Ausrichtung des hinteren Ölauslasses 40 mit einer Öffnung 85 zur Außenabdeckung 22 zurück. Der vorher beschriebene parallele Strömungsweg durch den hinteren Ölkühler 32 tritt aus dem vorderen Ölauslaß 42 in eine Öffnung 86 aus. Die Öffnungen 85 und 86 repräsentieren Durchgänge zum Einlaß des Ölfilters 24. Sind die beiden Ölströmungswege einmal zusammengeführt und das Öl gefiltert, tritt das Öl aus dem Ölfilter 24 in die Außenabdeckung 22 aus. Das austretende Öl strömt von der Außenabdeckung 22 durch eine Öffnung 87 und gelangt in einen Durchgang 46, der in den Motorblock 20 gearbeitet ist und direkt mit der Hauptölleitung an einer ziemlich in der Mitte gelegenen Stelle in Verbindung steht.

In 8 ist eine fragmentarische Draufsicht der Ölkühleranordnung 21 veranschaulicht. Diese schematische Darstellung zeigt die Art und Weise, in der die Ölkühler 31 und 32 in den Strömungshohlraum 33 passen, und ihr Angrenzen an den äußeren Rand 61 der Rippe 58. Der äußere Rand 61 der Rippe 58 schafft eine im wesentlichen ebene Auflagefläche als Sitz für die Ölkühler 31 und 32, die mit der Außenabdeckung 22 zusammengebaut werden. Der Abstand zwischen dem äußeren Rand 61 und der Gußwand 57 schafft einen Strömungsraum für das Motorkühlmittel, um dessen Weg durch, über und um die Rippen jedes Ölkühlers 31, 32 auszubilden.

In 9 ist eine perspektivische Darstellung eines Ölkühlers veranschaulicht. Obgleich der Ölkühler 31 dargestellt ist, versteht es sich, daß der Ölkühler 32 praktisch identisch ist. Der Ölkühler 31 enthält einen vorderen Öleinlaß 39 und einen hinteren Ölauslaß 40. Diese Öffnungen repräsentieren die Anfangs- und Endpunkte einer geschlossenen Leitung, welche sich auf ihrem gewundenen Weg durch die aneinandergereihte Reihe der Rippen 90 erstreckt. Jeder Ölkühler enthält zehn (10) Rippen 90, die ähnlich geformt und gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Der Abstand zwischen benachbarten Rippen 90 ist annähernd gleich der Dicke jeder Rippe 90.

In 10 ist das Ölströmungsnetz schematisch veranschaulicht. In 10 sind Darstellungen für eine Schmierölpumpe 94, ein Thermostatregelventil 95, eine Umgehungs- bzw. Bypassleitung 96 und eine Hauptölleitung 97 enthalten. Die restlichen Teile der Darstellung in 10 sind so numeriert, daß sie den vorher beschriebenen baulichen Elementen entsprechen. Das Thermostatregelventil 95 leitet das eintretende Öl durch entweder die Bypassleitung 96 oder in den Durchgang 45. Die Bypassleitung 96 führt direkt zum Ölfilter 24.

Der Durchgang 45 steht in Strömungsverbindung mit dem Öleinlaß jedes Ölkühlers 31 und 32. Die beiden Strömungswege des aus den Ölkühlern 31, 32 austretenden Öls verlaufen in das Ölfilter 24. Das das Ölfilter 24 verlassende gefilterte Öl wird durch die Hauptölleitung 97 zu entfernt gelegenen Teilen des Motors geleitet. Es sind verschiedene, mit Pfeilen dargestellte Wege an jeder Abzweigung angezeigt, die gesonderte Ströme von der Hauptölleitung 97 darstellen. Diese Ströme werden zu den Hauptlagern, den Pleuellagern, den Kolbenkühldüsen bzw. -strahlen und dem Nockenwellengetriebe geleitet. Diese Ströme sind Beispiele der Austrittsstellen aus der Hauptölleitung 97.

In 11 ist die schematische Darstellung von 10 allgemein wiederholt. In der Darstellung von 11 repräsentieren jedoch die verschiedenen Pfeile die verschiedenen Strömungswege für das Motorkühlmittel, und die Pfeile für den Ölströmungsweg sind entfernt worden. In der Darstellung von 11 ist der Kühlmittelfluß des gesamten Strömungsnetzes veranschaulicht. Eine Wasserpumpe 100 repräsentiert die Einführung eines Kühlmittels in den Strömungshohlraum 33. Die obere Wand 53 enthält eine Strömungsöffnung 101, die mit der Kammer 102 in Verbindung steht, in der die sechs Motorzylinder 103108 liegen. Obwohl die Motorzylinder als kreisförmige Konturen veranschaulicht worden sind, versteht es sich, daß diese spezielle Zylinderorientierung tatsächlich um 90 Grad aus ihrer üblichen Orientierung in bezug auf den Motorblock gedreht ist. Tatsächlich wären diese Zylinder aufrecht orientiert, und die Zeichnung ist speziell abgewandelt worden, um den Kühlmittelstrom gegen und um die einzelnen Zylinder zeigen zu können.

Die verschiedenen Strömungspfeile sind auf solch eine Weise dargestellt, daß sie allgemein den in 3 veranschaulichten gestrichelten Linien 56a56f entsprechen. Obwohl die Strömungsöffnung 101 durch die obere Wand 53 vollkommen offen ist, sind einzelne Strömungslinien vorher in dieser Beschreibung als Mittel verwendet worden, um auf den Strömungsfluß hinzuweisen, der zu jedem der sechs Zylinder geht. In 11 sind die Strömungspfeile von einem Teil des durch die Strömungsöffnung 101 in die Kammer 102 durchgehenden Stroms aufgespalten. Dieser geteilte Strom geht um die entsprechenden Zylinder herum. Die restlichen Teile von 11 sind die gleichen wie diejenigen, die in 10 veranschaulicht wurden, welche den Öl- oder Schmierungsfluß des gesamten Strömungsnetzes darstellte.

Nachdem die Anordnung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung einschließlich einiger Vorteile und Nutzen beschrieben wurde, werden nun weitere Leistungsmerkmale und Beziehungen beschrieben. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schließt einen Wasser- oder Kühlmittelfluß für das Strömungsnetz und einen Öl- oder Schmierungsfluß ein. Diese beiden Teile des gesamten Strömungsnetzes arbeiten durch die verjüngte Gestalt des Strömungshohlraums 33 und die Anordnung der beiden langgestreckten Ölkühler 31 und 32 in Längsrichtung hintereinander in den Strömungshohlraum miteinander zusammen. Der verjüngte Strömungshohlraum 33 und der mit Zwischenraum angeordnete Austrittsströmungsweg in der oberen Wand 53 schaffen einen Aufbau, der das Kühlmittel gleichmäßig auf jeden Motorzylinder verteilt. Der Strömungshohlraum 33 dient, wie beschrieben wurde, als Leitung zur Kühlmittelverteilung. Das Strömungsnetz beseitigt etwaige ausgeprägte Leitungsbiegungen sowie etwaige Stellen einer Aufweitung oder Verengung. Die Ölkühler und der Strömungshohlraum (Kühlmittelleitung) helfen, den Kühlmittelstrom nach oben in die Durchgänge zu leiten, die zu jedem Motorzylinder führen.

Beim Schmierungsfluß (Ölfluß) schafft das Paar langgestreckte Ölkühler 31 und 32 eine Ölkühleranordnung, die sich über einen Großteil der Länge des Motorblocks erstreckt. Der größere Kühlflächeninhalt der Rippen liefert eine ausgezeichnete Wärmeübertragung. Der Aufbau aus zwei Ölkühlern mit parallelen Kreisläufen hat im Vergleich zu einem einzigen Strömungsweg entsprechender Länge einen geringeren Druckabfall und minimale Strömungsturbulenzen zur Folge. Der an der Mitte des Blocks direkt in das Ölfilter austretende Strom ergibt einen glatteren Strom mit weniger Bögen und Kehren. Die beiden Ölströmungswege läßt man bei Eintritt in das Ölfilter 24 zusammenlaufen, und sie gelangen danach an einer zentraleren Stelle in die Hauptölleitung.


Anspruch[de]
  1. Doppelölkühleranordnung (21) zum Anbringen in einem Hohlraum (33) für einen Kühlmittelstrom eines Dieselmotorblocks (20), der einen Kupplungsgegenseitenabschnitt und einen diesem gegenüberliegenden Kupplungsseitenabschnitt hat, wobei die Doppelölkühleranordnung (21) aufweist:

    – einen langgestreckten vorderen Ölkühler (31), der zum Kupplungsgegenseitenabschnitt des Motorblocks (20) hin angeordnet ist und einen zu seinem der Kupplungsgegenseite zugewandten Ende benachbarten Öleinlaß (39) und einen zu seinem der Kupplungsseite zugewandten Ende benachbarten Ölauslaß (40) aufweist;

    – einen langgestreckten hinteren Ölkühler (32), der zum Kupplungsseitenabschnitt des Motorblocks (20) hin angeordnet ist und einen zu seinem der Kupplungsseite zugewandten Ende benachbarten Öleinlaß (41) und einen zu seinem der Kupplungsgegenseite zugewandten Ende benachbarten Ölauslaß (42) aufweist;

    – ein Strömungsleitungsnetz, das die Öleinlässe (39, 41) in einem parallelen Strömungsmuster mit einer Versorgungsquelle (94) für Öl und die Ölauslässe (40, 42) mit einem Ölfilter (24) verbindet; und

    – wobei die Ölauslässe (40, 42), bezogen auf die Längserstreckung des Motors (20), dem ungefähren Mittelpunkt des Motorblocks (20) benachbart angeordnet sind.
  2. Doppelölkühleranordnung nach Anspruch 1, bei der das Strömungsleitungsnetz eine Außenabdeckung (22) einschließt, die über dem Hohlraum (33) für den Kühlmittelstrom montiert ist.
  3. Doppelölkühleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Hohlraum (33) für den Kühlmittelstrom vertieft, langgestreckt und verjüngt ist, so daß er eine von der Kupplungsgegenseite zur Kupplungsseite abnehmende Größe hat.
  4. Doppelölkühleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche ferner ein in die Außenabdeckung (22) montiertes Thermostatregelventil (95) enthält.
  5. Doppelölkühleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Außenabdeckung (22) einen Einlaßdurchgang für einen Öleintritt und ein Einlaß/Auslaß-Anschlußstück (25) für das Ölfilter (24) vorsieht.
  6. Doppelölkühleranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Motorblock (20) eine Kammer für mehrere Motorzylinder und eine Verbindungsöffnung in Strömungsverbindung mit dem Strömungshohlraum (33) definiert, um Kühlmittel zu mehreren Motorzylindern zu leiten, wobei die Verbindungsöffnung entlang dem Strömungshohlraum (33) von der Kupplungsgegenseite zur Kupplungsseite eingerichtet ist, wodurch der Kühlmittelstrom zu jedem Zylinder für eine im wesentlichen gleichmäßige Kühlung im wesentlichen ausgeglichen ist.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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