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Dokumentenidentifikation DE19907267B4 04.08.2005
Titel Kühlermodul für eine Brennkraftmaschine
Anmelder MTU Friedrichshafen GmbH, 88045 Friedrichshafen, DE
Erfinder Schuler, Heinrich, Dipl.-Ing., 88677 Markdorf, DE
DE-Anmeldedatum 20.02.1999
DE-Aktenzeichen 19907267
Offenlegungstag 31.08.2000
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.08.2005
IPC-Hauptklasse F01P 11/08
IPC-Nebenklasse F01M 11/03   F02B 77/14   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kühlermodul für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bekanntermaßen sind bei einer Brennkraftmaschine mehrere Kühler, zum Beispiel Öl-, Ladeluft- und Wasserkühler, vorhanden. Üblicherweise sind diese als Einzelkühler mit den Verbindungsleitungen auf der Außenseite des Kurbelgehäuses angebaut. In der Praxis haben die sich hieraus ergebenden Dichtstellen als problematisch erwiesen. Als Lösung für dieses Problem schlägt die EP 0 545 842 A1 vor, daß zwei Einzelkühler zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt werden. Diese werden von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt.

Aus der "Sonderausgabe ATZ und MTZ", Mai 1989, Seiten 42, 44 und 46 ist ein Kühlermodul bekannt, welches von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt wird. In diesem Kühlermodul sind als bauliche Einheit ein erster Kühler als Öl-Wasser-Wärmetauscher, ein zweiter Kühler als Wasser-Luft-Wärmetauscher, ein Ausgleichsbehälter und eine Regelpatrone zur Regelung des Wasser-Zuflusses zum ersten Kühler zusammengefasst. Die Regelpatrone wiederum enthält ein erstes und zweites Thermostatventil. Über das erste Thermostatventil wird das Aufheizen des Getrieböls im ersten Kühler während des Warmlaufs eingestellt. Über das zweite Thermostatventil wird im Kühlungsfall der Kühlmittel-Volumenstrom vom zweiten zum ersten Kühler bestimmt.

Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Kühlermodul weiterzuentwickeln.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Die Erfindung schlägt vor, daß das Kühlermodul zusätzlich um einen dritten Kühler und ein Filtermodul ergänzt wird, welche integrale Bestandteile des Kühlermoduls sind. Das Filtermodul besteht aus einer Kanalplatte, einer Ölzentrifuge sowie einem Ölfilter.

Die erfindungsgemäße Lösung beschreibt somit ein Kühlermodul, welches gegenüber dem Stand der Technik einen höheren Integrationsgrad aufweist. Als Vorteil hieraus ergeben sich eine geringe Anzahl von Bauteilen, insbesondere Leitungen, mit entsprechender Kostenreduktion. Durch die Verringerung der Dichtstellen ergibt sich für den Praxisbetrieb eine höhere Zuverlässigkeitsrate.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Kühlermodul in der Reihenfolge Filtermodul, erster, zweiter und dritter Kühler, einem Deckel mit integriertem Thermostatventil und einem Ausgleichsbehälter aufgebaut ist. Das Filtermodul grenzt an das Gehäuse der Brennkraftmaschine an. Für die Praxis ergibt sich eine verbesserte Servicefreundlichkeit, da sich das Filtermodul als vollständige Einheit tauschen läßt.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das Kühlermodul auf der Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1A: Seitenansicht einer Brennkraftmaschine mit dem Kühlermodul

1B: Ansicht auf die Kraftgegenseite

2: Systemschaubild des Kühlermoduls

3: Blockschaltbild des Kühlmittelkreislaufs

4A: Kühlmittelkreislauf, Stellung 1

4B: Kühlmittelkreislauf Stellung 2

1A und 1B zeigen eine Brennkraftmaschine 2 mit demselben Kühlermodul 1. In 1A ist dieses in der Seitenansicht und in 1B mit Sicht auf die Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine 2 dargestellt.

Die gleichen Elemente sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Kühlermodul 1 ist in senkrechter Richtung auf der Brennkraftmaschine 2 angeordnet und wird von einem gemeinsamen Kühlmedium, hier Kühlerwasser, durchströmt. Dieses besteht aus einem Filtermodul 5, ersten Kühler 3, zweiten Kühler 4, dritten Kühler 8, Deckel 9 mit integriertem Thermostatventil 10 und einem Ausgleichsbehälter 11. In dem Ausgleichsbehälter 11 wird das Kühlerwasser der Brennkraftmaschine 2 zwischengelagert. Das Filtermodul 5, welches integraler Bestandteil des Kühlermoduls 1 ist, besteht gemäß 1B aus einer Kanalplatte 6, einer Ölzentrifuge 7 und einem Ölfilter 19. Vorzugsweise sind der erste Kühler 3 als Ölkühler, der zweite Kühler 4 als Ladeluftkühler und der dritte Kühler 8 als Rückkühler ausgeführt. Wie in 1A dargestellt, durchströmt somit die von Turboladern 12 bereitgestellte Ladeluft den zweiten Kühler 4 und wird anschließend via Leitung 13 den Zylindern der Brennkraftmaschine 2 zugeführt. Das im Deckel 9 angeordnete Thermostatventil 10 regelt die Verteilung des Kühlwassers in den einzelnen Kühlern. Hierzu sei auf die 3 verwiesen.

Der erste Kühler 3 ist in der 1B nicht ersichtlich, da dieser durch die Leitung 13, also der Ladeluftzuführung, verdeckt ist. Mit Bezugszeichen 14 ist eine Leitung für das Kühlwasser und mit Bezugszeichen 15 eine Pumpe bezeichnet.

2 zeigt ein Systemschaubild des Kühlermoduls 1 aus der 1A und 1B. Wie dargestellt ist das Filtermodul 5 unmittelbar auf dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Das Filtermodul 5 besteht aus der Kanalplatte 6, der Ölzentrifuge 7 und dem Ölfilter 19. Die Kanalplatte 6 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Zulauf 16, Ablauf 17 sowie einen Verbindungskanal (ohne Bezugzeichen) vom ersten Kühler 3 zur Ölzentrifuge 7 bzw. dem Ölfilter 19. Über den Zulauf 16 fließt Schmutzöl aus dem Inneren der Brennkraftmaschine 2 zum ersten Kühler 3, also dem Ölkühler. Über den Ablauf 17 wird das mittels Ölzentrifuge 7 und Ölfilter 19 gereinigte Öl der Brennkraftmaschine 2 sodann wieder zugeführt.

An das Filtermodul 5 schließen sich die Kühler an. Vorzugsweise sind der erste Kühler 3 als Ölkühler, der zweite Kühler 4 als Ladeluftkühler bzw. dritte Kühler 8 als Rückkühler ausgeführt. Der zweite Kühler 4 wird somit von der Ladeluft bzw. der dritte Kühler 8 von z. B. Seewasser durchströmt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist.

An den dritten Kühler 8 schließt sich der Deckel 9 und der Ausgleichsbehälter 11 an. Im Deckel 9 ist das Thermostatventil 10 sowie Leitungen 14 und 20 angeordnet. In der Praxis sind diese Leitungen durch Aussparungen in den Kühlerblechen realisiert.

Das Thermostatventil 10 regelt die Verteilung des Kühlwassers zu den Kühlern des Filtermoduls 1. In einer ersten Stellung ist das Thermostatventil 10 vollständig geöffnet. In dieser Stellung werden die beiden Wassermengen in den Leitungen 14 und 20 auf ein definiertes Verhältnis, z. B. 60 % in Leitung 14 und 40 % in der Leitung 20, eingestellt. Der Querstrom durch den dritten Kühler 8 ist nahezu Null, d. h. dieser ist gesperrt. Die weitere Funktion des Thermostatventils 10 wird in Verbindung mit der 3 erklärt. Das erfindungsgemäße Kühlermodul weist gegenüber dem Stand der Technik einen höheren Integrationsgrad auf. Als Vorteil hieraus ergibt sich eine geringere Anzahl von Bauteilen. Dies wiederum führt zu einer Verringerung der Dichtstellen, woraus sich für den Praxisbetrieb eine höhere Zuverlässigkeitsrate ergibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Filtermodul als vollständige Einheit getauscht werden kann, woraus eine verbesserte Servicefreundlichkeit resultiert.

Das erfindungsgemäße Kühlermodul 1 ist nicht auf die dargestellte Anzahl von Kühlern beschränkt, so kann es z. B. um einen vierten Kühler ergänzt werden. Ist der vierte Kühler als Kraftstoffkühler ausgeführt, so ist dieser vorzugsweise zwischen dem zweiten 4 und dritten Kühler 8 anzuordnen. Selbstverständlich ist es möglich, das Filtermodul auch als gesonderte Einheit auszuführen.

3 zeigt ein Blockschaltbild des Kühlerwasserkreislaufs, bestehend aus folgenden Elementen: Brennkraftmaschine 2, Pumpe 15, erster Kühler 3, zweiter Kühler 4, dritter Kühler 8, Thermostatventil 10 und Blende 18. Das Kühlermodul 1 weist bezogen auf die Brennkraftmaschine 2 lediglich zwei Anschlüsse A und B auf. Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine 2 ist am Anschlußpunkt A eine Wassermenge ml. Diese teilt sich am Punkt C in die beiden Teilströme m2 und m3 auf. Die Wassermenge m2 wird hierbei maßgeblich über die Blende 18, die sogenannte Motor-Bypass-Blende, bestimmt. Die Wassermenge m3 wiederum teilt sich am Punkt D in die beiden Teilmengen m4 und m5 auf. Die Verteilung wird maßgeblich über das Thermostatventil 10 bestimmt.

Das Thermostatventil 10 besitzt drei Schaltstellungen. In der Stellung 1 ist das Thermostatventil 10 vollständig geöffnet. Die beiden Wassermengen in den Leitungen 14 und 20, siehe 2, werden auf ein definiertes Verhältnis, z. B. 60 % in Leitung 14 und 40 % in Leitung 20, eingestellt. Der Querstrom m5 durch den dritten Kühler 8 ist nahezu Null, d. h., dieser ist gesperrt. In der Stellung 2 ist das Thermostatventil 10 vollständig geschlossen. Die Wassermenge m4 ist nahezu Null, d. h., die Wassermenge m5 durchströmt den dritten Kühler 8. In einer Stellung 3 nimmt das Thermostatventil 10 eine Zwischenstellung ein. Das Thermostatventil 10 ist als Einfachventil ausgeführt. Aus Sicherheitsgründen ist es derart aufgebaut, daß bei einem Defekt die Wassermenge m3 stets durch den dritten Kühler 8 geführt wird.

Für die Funktion der Sperrung des dritten Kühlers 8 (Stellung 1) ist es wesentlich, daß die Wasserdurchftihrung, entsprechend der Leitung 20 aus 2, gegenüber dem dritten Kühler 8 einen deutlich geringeren Strömungswiderstand aufweist. Dadurch wird der verbleibende Massenstrom durch den dritten Kühler 8 soweit in seiner Geschwindigkeit reduziert, daß dieser nicht mehr turbolent ist. Der Wärmeübergang des dritten Kühlers 8 wird hierdurch deutlich verringert.

Am Punkt E liegt die Wassermenge m3 vor. Diese durchströmt den zweiten Kühler 4 (Ladeluftkühler) und danach den ersten Kühler 3 (Ölkühler). Am Punkt B werden die beiden Wassermengen m2 und m3 zusammengeführt und von der Pumpe 15 der Brennkraftmaschine 2 zugeführt.

In 3 ist eine zweite Variante dargestellt. Bei dieser Variante, gestrichelt dargestellt, wird am Punkt E der erste 3 und zweite Kühler 4 parallel durchströmt.

In der 4A ist der Kühlmittelkreislauf für die Stellung 1 und in 4B die Stellung 2 des Thermostatventils 10 dargestellt. Die Stellung 1 entspricht in der Praxis dem Betrieb der Brennkraftmaschine nach Motorstart bzw. Leerlauf. Die Stellung 2 entspricht in der Praxis zum Beispiel dem Vollastbetrieb.

In der Stellung 1 ist das Thermostatventil 10 vollständig geöffnet, so daß der Querstrom durch den dritten Kühler 8 nahezu Null ist. Dieser ist somit gesperrt. In dieser Stellung fließen somit z. B. 40 % des Kühlerwassers ml über den zweiten Kühler 4 und ersten Kühler 3 entsprechend dem Massenstrom m4. In 4B befindet sich das Thermostatventil in der Stellung 2. Dieses ist vollständig geschlossen. In dieser Stellung strömt der vollständige Massenstrom des Kühlerwassers ml dem dritten Kühler 8 zu und verteilt sich an diesem in die beiden Massenströme m2 und m5. Der Massenstrom m2 wird hierbei maßgeblich von der Blende 18 bestimmt.

1Kühlermodul 2Brennkraftmaschine 3erster Kühler 4zweiter Kühler 5Filtermodul 6Kanalplatte 7Ölzentrifuge 8dritter Kühler 9Deckel 10Thermostatventil 11Ausgleichsbehälter 12Turbolader 13Leitung 14Leitung 15Pumpe 16Zulauf 17Ablauf 18Blende 19Ölfilter 20Wasserdurchführung

Anspruch[de]
  1. Kühlermodul (1) für eine Brennkraftmaschine (2), das als bauliche Einheit einen ersten (3) und zweiten Kühler (4), einen Ausgleichsbehälter (11) und ein Thermostatventil (10) umfasst, wobei der erste (3) und zweite Kühler (4) von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein dritter Kühler (8) und ein Filtermodul (5) in das Kühlermodul (1) integriert werden, wobei das Filtermodul (5) eine Kanalplatte (6), eine Ölzentrifuge (7) sowie einen Ölfilter (19) aufweist.
  2. Kühlermodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlermodul (1) in der Reihenfolge Filtermodul (5), erster Kühler (3), zweiter Kühler (4), dritter Kühler (8), einem Deckel (9) mit integriertem Thermostatventil (10) und Ausgleichsbehälter (11) angeordnet wird, wobei das Filtermodul (5) an das Gehäuse der Brennkraftmaschine (2) angrenzt.
  3. Kühlermodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (10) drei Schaltstellungen besitzt, wobei über die Schaltstellung maßgeblich ein Volumenstrom (m5) durch den dritten Kühler (8) bestimmt wird.
  4. Kühlermodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung das Thermostatventil (70) vollständig geöffnet ist, so dass der Volumenstrom (m5) durch den dritten Kühler (8) nahezu Null wird.
  5. Kühlermodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schaltstellung das Thermostatventil (70) vollständig geschlossen ist, so dass der Volumenstrom (m5) den dritten Kühler (8) durchströmt.
  6. Kühlermodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Schaltstellung das Thermostatventil (10) eine Zwischenstellung einnimmt.
  7. Kühlermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Kühler, vorzugsweise Kraftstoffkühler, in das Kühlermodul (1) integriert wird.
  8. Kühlermodul (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Kühler zwischen dem zweiten (4) und dem dritten Kühler (8) angeordnet wird.
  9. Kühlermodul (1) nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlermodul (1) auf der Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine (2) angeordnet wird.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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