DE19907267A1 - Cooler module for internal combustion engine has filter module as integral part, third cooler with cover and thermostatic valve, and compensating vessel for cooling water of engine - Google Patents
Cooler module for internal combustion engine has filter module as integral part, third cooler with cover and thermostatic valve, and compensating vessel for cooling water of engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlermodul für eine Brennkraftmaschine bestehend aus einem ersten und zweiten Kühler, die von einem gemeinsamen Kühlmedium durchströmt werden und eine bauliche Einheit bilden.The invention relates to a cooler module for an internal combustion engine consisting of a first and second coolers through which a common cooling medium flows and form a structural unit.
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.As is known, there are several coolers in an internal combustion engine, for example oil, Charge air and water cooler, available. These are usually used as individual coolers with the Connection lines attached to the outside of the crankcase. In practice the resulting sealing points have proven to be problematic. As a solution for EP 0 545 842 A1 proposes this problem that two individual coolers become one structural one Unit can be summarized. These are from a common cooling medium flows through.
Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Kühlermodul weiterzuentwickeln.Starting from the prior art described above, the object of the invention based on the further development of a corresponding cooler module.
Als erste Lösung schlägt die Erfindung vor, daß das Kühlermodul zusätzlich um ein Filtermodul ergänzt wird, wobei das Filtermodul integraler Bestandteil des Kühlermoduls ist. Das Filtermodul besteht gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch zwei aus einer Kanalplatte, einer Ölzentrifuge sowie einem Ölfilter. As a first solution, the invention proposes that the cooler module additionally by Filter module is added, the filter module being an integral part of the cooler module is. According to one embodiment, the filter module consists of one Channel plate, an oil centrifuge and an oil filter.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ein dritter Kühler, vorzugsweise Rückkühler, integraler Bestandteil des Kühlermoduls ist. Der dritte Kühler weist in Ausgestaltung hierzu einen Deckel mit Thermostatventil sowie Verteilerleitungen auf.In one embodiment of the invention it is proposed that a third cooler, preferably recooler is an integral part of the cooler module. The third cooler has in this embodiment a cover with a thermostatic valve and distribution lines on.
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.The solution according to the invention thus describes a cooler module, which compared to the State of the art has a higher degree of integration. Result as an advantage a small number of components, in particular lines, with corresponding Cost reduction. The reduction in sealing points results in practical operation a higher reliability rate.
Gemäß Anspruch 7 wird vorgeschlagen, daß das Kühlermodul auf der Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist. In Ausgestaltung hierzu ist vorgesehen, daß die im Kühlermodul integrierten Kühler und das Filtermodul in der Reihenfolge Filtermodul, erster, zweiter und dritter Kühler, Deckel, sowie ein Ausgleichsbehälter angeordnet sind, wobei das Filtermodul an das Gehäuse der Brennkraftmaschine angrenzt. Für die Praxis ergibt sich eine verbesserte Servicefreundlichkeit, da sich das Filtermodul als vollständige Einheit tauschen läßt.According to claim 7 it is proposed that the cooler module on the opposite side of the Internal combustion engine is arranged. In an embodiment of this it is provided that the im Cooler module integrated cooler and the filter module in the order filter module, first, second and third coolers, covers and an expansion tank are arranged, wherein the filter module is adjacent to the housing of the internal combustion engine. For the practice this results in an improved ease of servicing because the filter module is complete Exchange unit.
Als zweite Lösung schlägt die Erfindung vor, daß das Kühlermodul um einen dritten und vierten Kühler ergänzt wird und diese eine bauliche Einheit bilden. Bei dieser Lösung ist das Filtermodul als separate Einheit ausgeführt.As a second solution, the invention proposes that the cooler module by a third and fourth cooler is added and these form a structural unit. With this solution is the filter module is designed as a separate unit.
In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawings, a preferred embodiment of the invention is shown. It demonstrate:
Fig. 1A Seitenansicht einer Brennkraftmaschine mit dem Kühlermodul Fig. 1A side view of an internal combustion engine with the cooler module
Fig. 1B Ansicht auf die Kraftgegenseite Fig. 1B view of the opposite force side
Fig. 2 Systemschaubild des Kühlermoduls Fig. 2 system diagram of the cooler module
Fig. 3 Blockschaltbild des Kühlmittelkreislaufs Fig. 3 block diagram of the coolant circuit
Fig. 4A Kühlmittelkreislauf, Stellung 1 FIG. 4A coolant circuit, position 1
Fig. 4B Kühlmittelkreislauf, Stellung 2 FIG. 4B coolant circuit, position 2
Fig. 1A und 1B zeigen eine Brennkraftmaschine 2 mit demselben Kühlermodul 1. In Fig. 1A ist dieses in der Seitenansicht und in Fig. 1B mit Sicht auf die Kraftgegenseite der Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Fig. 1A and 1B show an internal combustion engine 2 with the same radiator module 1. In Fig. 1A, this is shown in side view and in Fig. 1B with regard to the force opposite side of the internal combustion engine 2.
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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 3 verwiesen.The same elements are provided with the same reference numerals. The cooler module 1 is arranged in a vertical direction on the internal combustion engine 2 and a common cooling medium, here cooler water, flows through it. This consists of a filter module 5 , first cooler 3 , second cooler 4 , third cooler 8 , cover 9 with integrated thermostatic valve 10 and an expansion tank 11 . The coolant water of the internal combustion engine 2 is temporarily stored in the expansion tank 11 . According to FIG. 1B, the filter module 5 , which is an integral part of the cooler module 1 , consists of a channel plate 6 , an oil centrifuge 7 and an oil filter 19 . The first cooler 3 is preferably designed as an oil cooler, the second cooler 4 as an intercooler and the third cooler 8 as a recooler. As shown in FIG. 1A, the charge air provided by turbochargers 12 thus flows through the second cooler 4 and is then fed to the cylinders of the internal combustion engine 2 via line 13 . The thermostatic valve 10 arranged in the cover 9 regulates the distribution of the cooling water in the individual coolers. For this purpose, reference is made to FIG. 3.
Der erste Kühler 3 ist in der Fig. 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. The first cooler 3 cannot be seen in FIG. 1B, since it is covered by the line 13 , that is to say the charge air supply. Numeral 14 denotes a line for the cooling water and numeral 15 denotes a pump.
Fig. 2 zeigt ein Systemschaubild des Kühlermoduls 1 aus der Fig. 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. FIG. 2 shows a system diagram of the cooler module 1 from FIGS . 1A and 1B. As shown, the filter module 5 is arranged directly on the crankcase of the internal combustion engine 2 . The filter module 5 consists of the channel plate 6 , the oil centrifuge 7 and the oil filter 19 . The channel plate 6 shows a simplified representation of an inlet 16 , outlet 17 and a connecting channel (without reference number) from the first cooler 3 to the oil centrifuge 7 or the oil filter 19 . Dirty oil flows from the interior of the internal combustion engine 2 to the first cooler 3 , that is to say the oil cooler, via the inlet 16 . The oil cleaned by means of an oil centrifuge 7 and an oil filter 19 is then fed back to the internal combustion engine 2 via the outlet 17 .
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.The coolers connect to the filter module 5 . The first cooler 3 is preferably designed as an oil cooler, the second cooler 4 as an intercooler or a third cooler 8 as a recooler. The second cooler 4 is thus from the charge air or the third cooler 8 from z. B. flows through sea water, as indicated by arrows.
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.The lid 9 and the expansion tank 11 are connected to the third cooler 8 . The thermostatic valve 10 and lines 14 and 20 are arranged in the cover 9 . In practice, these lines are implemented by recesses in the radiator plates.
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 Fig. 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.The thermostatic valve 10 regulates the distribution of the cooling water to the coolers of the filter module 1 . In a first position, the thermostatic valve 10 is completely open. In this position, the two amounts of water in the lines 14 and 20 to a defined ratio, for. B. 60% in line 14 and 40% in line 20 , set. The cross flow through the third cooler 8 is almost zero, ie it is blocked. The further function of the thermostatic valve 10 is explained in connection with FIG. 3. The cooler module according to the invention has a higher degree of integration than the prior art. The advantage of this is a smaller number of components. This in turn leads to a reduction in the number of sealing points, which results in a higher reliability rate for practical operation. Another advantage is that the filter module can be replaced as a complete unit, which results in improved ease of service.
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.The cooler module 1 according to the invention is not limited to the number of coolers shown. B. can be supplemented by a fourth cooler. If the fourth cooler is designed as a fuel cooler, it should preferably be arranged between the second 4 and third coolers 8 . Of course, it is also possible to design the filter module as a separate unit.
Fig. 3 zeigt eine 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. Fig. 3 shows a block diagram of the radiator water circuit, consisting of the following elements: internal combustion engine 2, pump 15, the first cooler 3, a second cooler 4, third cooler 8, the thermostatic valve 10 and aperture 18. The cooler module 1 has only two connections A and B with respect to the internal combustion engine 2. The output size of the internal combustion engine 2 is a water quantity ml at the connection point A. This divides at the point C into the two partial flows m2 and m3. The amount of water m2 is largely determined via the orifice 18 , the so-called motor bypass orifice. The water volume m3 in turn is divided at point D into the two subsets m4 and m5. The distribution is largely determined by the thermostatic valve 10 .
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 Fig. 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. The thermostatic valve 10 has three switch positions. In position 1 , the thermostatic valve 10 is completely open. The two amounts of water in the lines 14 and 20 , see Fig. 2, are to a defined ratio, for. B. 60% in line 14 and 40% in line 20 , set. The cross flow m5 through the third cooler 8 is almost zero, that is to say it is blocked. In position 2 , the thermostatic valve 10 is completely closed. The amount of water m4 is almost zero, ie the amount of water m5 flows through the third cooler 8 . In a position 3 , the thermostatic valve 10 assumes an intermediate position. The thermostatic valve 10 is designed as a single valve. For safety reasons, it is constructed in such a way that, in the event of a defect, the amount of water m3 is always led through the third cooler 8 .
Für die Funktion der Sperrung des dritten Kühlers 8 (Stellung 1) ist es wesentlich, daß die Wasserdurchführung, entsprechend der Leitung 20 aus Fig. 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.For the function of blocking the third cooler 8 (position 1 ), it is essential that the water feedthrough, according to line 20 from FIG. 2, has a significantly lower flow resistance than the third cooler 8 . As a result, the remaining mass flow through the third cooler 8 is reduced in speed to such an extent that it is no longer turbulent. The heat transfer of the third cooler 8 is thereby significantly reduced.
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.At point E, the amount of water is m3. This flows through the second cooler 4 (charge air cooler) and then the first cooler 3 (oil cooler). At point B, the two water quantities m2 and m3 are brought together and fed to the internal combustion engine 2 by the pump 15 .
In Fig. 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 Fig. 3 shows a second variant is shown. In this variant, shown in dashed lines, the first 3 and second cooler 4 are flowed through in parallel at point E.
In der Fig. 4A ist der Kühlmittelkreislauf für die Stellung 1 und in Fig. 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 FIG. 4A, the coolant circuit of the position 1 and is shown in Fig. 4B, the position 2 of the thermostatic valve 10 shown. In practice, position 1 corresponds to the operation of the internal combustion engine after engine start or idling. In practice, position 2 corresponds to full-load operation, for example.
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 Fig. 4B befindet sich das Thermostatventil in der Stellung 2. Dieses ist vollständig geschlossen. In dieser Stellung strömt der vollständige Massenstrom des Kühlerwassers m1 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. In position 1, the thermostatic valve 10 is fully opened, so that the cross flow through the third cooler 8 is almost zero. This is therefore blocked. In this position, z. B. 40% of the cooler water ml via the second cooler 4 and first cooler 3 corresponding to the mass flow m4. In Fig. 4B, the thermostat valve is located in position 2. This is completely closed. In this position, the complete mass flow of the cooler water m1 flows to the third cooler 8 and is divided there into the two mass flows m2 and m5. The mass flow m2 is largely determined by the orifice 18 .
11
Kühlermodul
Cooler module
22nd
Brennkraftmaschine
Internal combustion engine
33rd
erster Kühler
first cooler
44th
zweiter Kühler
second cooler
55
Filtermodul
Filter module
66
Kanalplatte
Channel plate
77
Ölzentrifuge
Oil centrifuge
88th
dritter Kühler
third cooler
99
Deckel
cover
1010th
Thermostatventil
Thermostatic valve
1111
Ausgleichsbehälter
surge tank
1212th
Turbolader
turbocharger
1313
Leitung
management
1414
Leitung
management
1515
Pumpe
pump
1616
Zulauf
Intake
1717th
Ablauf
procedure
1818th
Blende
cover
1919th
Ölfilter
Oil filter
2020th
Wasserdurchführung
Water supply
Claims (12)
Priority Applications (1)
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