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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für
eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Aus
der
DE 40 327 01 A1 ist
ein Kühlsystem bekannt, bei dem ein Haupt-Kühlkreislauf
durch einen Motorblock und einen Zylinderkopf hindurchgeführt
ist und der deaktivierbar ausgestaltet ist. Darüber hinaus
ist ein Zusatz-Kühlkreislauf oder Zylinderkopf-Kreislauf
vorgesehen, der nur durch den Zylinderkopf hindurchgeführt
ist und der unabhängig vom Haupt-Kühlkreislauf
betrieben werden kann. In diesen Zylinderkopf-Kreislauf kann ein
Kühlmittel-Öl-Wärmetauscher eingebunden
sein, bspw. um Schmieröl der Brennkraftmaschine rasch auf
Betriebstemperatur bringen zu können.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eine
verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere
dadurch charakterisiert, dass im Rahmen eines Kaltstarts bzw. während einer
Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, insbesondere das Schmieröl
der Brennkraftmaschine, möglichst rasch auf Betriebstemperatur
gebracht werden kann, ohne dass hierzu ein aufwändiger
Eingriff in die Konstruktion der Brennkraftmaschine bzw. deren Motorblock
oder Zylinderkopf erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß wird
dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen steuerbaren,
also aktivierbaren und deaktivierbaren Bypass vorzusehen, der es
ermöglicht, wenigstens einen den Motorölwärmeübertrager aufweisenden
Kopplungsbereich des Nebenabschnitts einerseits mit einem im Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine verlaufenden Kühlmittelauslasspfad
und andererseits mit einem im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
verlaufenden Kühlmitteleinlasspfad zu verbinden. Zur Steuerung
des Bypasses kann eine Bypassschalteinrichtung vorgesehen sein, mit
welcher der Bypass aktivierbar und deaktivierbar ist. Vorzugsweise
ist der Bypass an einem Heizungskühlmittelkreislauf angeschlossen.
Hierdurch kann ein bereits vorhandener Kühlmittelkreislauf
in der Brennkraftmaschine verwendet werden, der ohnehin an einen
im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verlaufenden Kühlmittelauslasspfad
angeschlossen ist. Diese Bauweise ermöglicht es zum Beispiel
bei deaktiviertem Kühlkreis, also während eines
Kaltstarts, dem Zylinderkopf unmittelbar über dessen Kühlmittelauslasspfad
Wärme zu entziehen, um damit über den Kopplungsteil
des Nebenabschnitts und über den darin eingebundenen Motorölwärmeübertrager
das Motorschmieröl zu einem sehr frühen Zeitpunkt
aufzuheizen. Hierdurch wird das Motoröl vergleichsweise
rasch auf seine Betriebstemperatur gebracht, wodurch die Motorschmierung
verbessert und die Emissionswerte und Verbrauchswerte der Brennkraftmaschine
verbessert werden können.
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Insbesondere
ist es bei dieser Ausgestaltung des Kühlsystems auch möglich,
bei einem durch den Zylinderkopf hindurch geführten Kühlkreis,
der mittels eines Thermostatventils aktivierbar und deaktivierbar
ist, den Bypass so zu gestalten, dass der das Thermostatventil umgeht,
um bei deaktiviertem Kühlkreis zumindest den genannten
Kopplungsbereich des Nebenabschnitts weiterhin betreiben zu können. Auf
diese Weise ist es besonders einfach und mit geringem Eingriff in
den Aufbau eines konventionellen Kühlsystems möglich,
für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine den (großen)
Kühlkreis mit Hilfe des Thermostatventils zu deaktivieren,
damit die in den Zylindern generierte Wärme den Zylinderkopf
aufheizen kann, ohne dabei das Kühlmittel des gesamten Kühlkreises
aufheizen zu müssen. Durch Aktivieren des Bypasses, was
bspw. mittels einer entsprechenden Bypass-Schalteinrichtung realisierbar
ist, kann der mit dem Kühlmittel-Öl-Wärmeübertrager
ausgestattete Kopplungsbereich des Nebenabschnitts quasi als kleiner
Kühlkreis betrieben werden.
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Das
im kleinen Kühlkreis bzw. im aktivierten Kopplungsbereich
des Nebenabschnitts zirkulierende Kühlmittel besitzt im
Vergleich zum gesamten oder großen Kühlkreis nur
ein deutlich verringertes Volumen und kann dementsprechend bei einer Durchströmung
des Zylinderkopfs rasch erwärmt werden, ohne dass dadurch
die Aufheizung des Zylinderkopfes signifikant beeinträchtigt
wird. Gleichzeitig kann über diesen kleinen Kühlkreis
und den darin eingebundenen Wärmeübertrager in
Verbindung mit einem damit gekoppelten Motorölkühlkreis
das Motoröl vergleichsweise rasch auf eine die Viskosität
reduzierende, erhöhte Temperatur gebracht werden. Hierdurch
kann das Schmieröl relativ rasch auf eine ausreichende
Betriebstemperatur gebracht werden, wodurch die hinsichtlich Emissionen
und Kraftstoffverbrauch kritische Kaltstartphase verkürzt
werden kann.
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Die
zuvor genannte Bypass-Schalteinrichtung kann entsprechend einer
vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
in das Thermostatventil integriert sein. Grundsätzlich
ist jedoch auch eine Bauweise mit einem separaten zusätzlichen
Thermostatventil denkbar. Ebenso ist ein elektrisch schaltbares
Ventil vorstellbar.
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Der
Bypass kann eine Zusatzkühlmittelpumpe enthalten, die zusätzlich
zu einer im Hauptabschnitt angeordneten Hauptkühlmittelpumpe
vorhanden sein kann. Diese Zusatzkühlmittelpumpe kann für
den Kaltstart bzw. während einer Motorwarmlaufphase aktiviert
werden, um im Kopplungsbereich des Nebenabschnitts bzw. im kleinen
Kühlkreis das Kühlmittel zu fördern.
Eine derartige Zusatzkühlmittelpumpe ist insbesondere dann
erforderlich, wenn die Hauptkühlmittelpumpe, aufgrund eines
im Kaltstart bzw. während der Warmlaufphase geschlossenen Hauptthermostatventils
kein Kühlmittel umwälzt oder abgeschaltet ist,
mit der Brennkraftmaschine mechanisch antriebsverbunden ist und/oder
wenn im Kopplungsbereich während des Bypassbetriebs, also während
des Kaltstartbetriebs bzw. Warmlaufphase eine Kühlmittelströmungsrichtung
aufweist, die vorzugsweise entgegengesetzt der Kühlmittelströmungsrichtung
orientiert sein kann, die im Warmbetrieb der Brennkraftmaschine
im Kopplungsbereich herrscht. Alternativ ist auch denkbar, die ohnehin
vorhandene Hauptkühlmittelpumpe mit einer Einrichtung zur
Strömungsrichtungsumkehr auszustatten, die es ermöglicht,
bei gleich bleibender Antriebsdrehrichtung die Förderrichtung
umzukehren. Ebenso ist es alternativ denkbar, eine unabhängig
von der Brennkraftmaschine, insbesondere elektrisch, antreibbare Kühlmittelpumpe
zu verwenden, die mit zwei Förderrichtungen betrieben werden
kann und die sowohl zum Fördern des Kühlmittels
im großen Hauptabschnitt als auch zum Fördern
des Kühlmittels im Nebenabschnitt bzw. im Kopplungsbereich
verwendet werden kann.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der
Zylinderkopf einen Zusatzkühlmittelpfad enthalten, der
zusätzlich zum Kühlmittelauslasspfad im Bereich
von Abgasauslasskanälen angeordnet ist und der in den zuvor
genannten Nebenabschnitt eingebunden ist, der im Kaltstartbetrieb
den kleinen Kühlkreis bildet. Auf diese Weise kann für
den Kaltstart gezielt im Bereich der Abgasseite des Zylinderkopfs
Wärme aufgenommen und über den entsprechenden
Wärmeübertrager an das Motoröl übertragen
werden. Hierdurch kann die Wärmeübertragung auf
das Motoröl intensiviert werden. Die Zeit bis zum Erreichen
einer hinreichenden Betriebstemperatur für das Motoröl
kann dadurch verkürzt werden.
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Alternativ
ist der Zusatzkühlmittelpfad als separater Pfad im Zylinderkopf
ausgebildet oder wird durch den vorhandenen Kühlwassermantel
mittels einer gezielt gebildeten Längsströmung
im Zylinderkopf ausgestaltet. Im Sinne der Erfindung ist es weiterhin
denkbar, mittels einer gezielt gebildeten Längsströmung
entlang der Abgasauslassseite im Zylinderkopf eine erhöhte
Wärmeaufnahme des Kühlmittels zu bewirken, so
dass beispielsweise die Heizleistung des Motorölwärmeübertragers
gesteigert wird.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Kühlsystems
einer Brennkraftmaschine bei einer ersten Ausführungsform,
während eines Warmbetriebs der Brennkraftmaschine,
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2 das
Kühlsystem aus 1 während eines Kaltstarts
der Brennkraftmaschine,
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3 eine
Ansicht wie in 1, jedoch bei einer zweiten
Ausführungsform während des Warmbetriebs,
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4 das
Kühlsystem aus 3, jedoch während des
Kaltstarts.
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Entsprechend
den 1 bis 4 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit
einem nur teilweise dargestellten Kühlsystem 2 ausgestattet.
Die Brennkraftmaschine 1 befindet sich bevorzugt in einem
Kraftfahrzeug.
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Das
Kühlsystem 2 umfasst einen Kühlkreis 3, der
einen Hauptabschnitt 44 und einen Nebenabschnitt 5 aufweist.
Der Hauptabschnitt 44 ist durch einen Zylinderkopf 4 der
Brennkraftmaschine 1 hindurch geführt. Dieser
Kühlkreis 3 transportiert ein Kühlmittel
und enthält eine Kühlmittelpumpe 46,
die auch als Hauptkühlmittelpumpe 46 oder Hauptpumpe 46 bezeichnet
werden kann. Diese ist zweckmäßig im Hauptabschnitt 44 angeordnet,
und zwar in einem Vorlauf 43 des Hauptabschnitts 44.
Ferner ist in diesem Kühlkreis 3 üblicherweise
ein Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager angeordnet,
der hier nicht dargestellt ist und bei einem Fahrzeug als „Hauptkühler” bezeichnet
wird. Dieser Hauptkühler befindet sich üblicherweise
stromauf der Hauptpumpe 46 im Vorlauf 43 des Hauptabschnitts 44.
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In
den Nebenabschnitt 5 ist zumindest ein Wärmeübertrager 6 eingebunden
ist. Dieser Wärmeübertrager 6 ist außerdem
in einen Motorölkreis 7 eingebunden, in dem ein
Motoröl zirkuliert. Das Motoröl dient zur Realisierung
einer Schmierung in der Brennkraftmaschine 1. Ferner umfasst
der Kühlkreis 3 ein Thermostatventil 8,
das so ausgestaltet ist, dass es in Abhängigkeit einer
Temperatur den Kühlkreis 3 oder zumindest den
Hauptabschnitt 44 oder zumindest den Nebenabschnitt 5 oder
zumindest diese beiden Abschnitte 5, 44 aktivieren
und deaktivieren kann.
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Der
Zylinderkopf 4 weist einen Kühlmitteleinlasspfad 9 sowie
einen Kühlmittelauslasspfad 10 auf. Der Kühlmitteleinlasspfad 9 erstreckt
sich im Bereich von Frischlufteinlasskanälen 11,
die im Zylinderkopf 4 zu Zylindern 12 führen.
Der Kühlmitteleinlasspfad 9 ist einlassseitig,
also über einen Kühlmitteleinlass 13 an
den Hauptabschnitt 44 bzw. an dessen Vorlauf 43 angeschlossen.
Auslassseitig, also bei einem Kühlmittelauslass 14 ist
der Kühlmitteleinlasspfad 9 an den zuvor genannten
Nebenabschnitt 5 angeschlossen.
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Der
Kühlmittelauslasspfad 10 erstreckt sich im Bereich
von Abgasauslasskanälen 15, die im Zylinderkopf 4 ausgebildet
sind und von den Zylindern 12 wegführen. Ferner
ist der Kühlmittelauslasspfad 10 auslassseitig,
also über einen Kühlmittelauslass 16 an
den Hauptabschnitt 44 bzw. an dessen Rücklauf 42 angeschlossen.
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Ferner
enthält der Zylinderkopf 4 mehrere Kühlmittelverbindungspfade 17,
die jeweils vom Kühlmitteleinlasspfad 9 zum Kühlmittelauslasspfad 10 führen.
Während sich der Kühlmitteleinlasspfad 9 und
der Kühlmittelauslasspfad 10 im Wesentlichen parallel
zueinander erstrecken, sind die Kühlmittelverbindungspfade 17 zueinander
parallel, jedoch zum Kühlmitteleinlasspfad 9 und
zum Kühlmittelauslasspfad 10 quer orientiert.
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Des
Weiteren ist der hier gezeigte Kühlkreis 3 mit
einem Bypass 18 ausgestattet, der das Thermostatventil 8 umgeht
und der den Kühlmittelauslasspfad 10 einlassseitig,
also an einem Kühlmitteleinlass 19 mit dem Nebenabschnitt 5 verbindet.
Mit anderen Worten, eine Bypassleitung 20 verbindet den
Einlass 19 des Kühlmittelauslasspfads 10 mit
dem Nebenabschnitt 5. Eine entsprechende Verbindungsstelle
des Nebenabschnitts 5 ist dabei mit 21 bezeichnet.
Ziel der vorliegenden Anordnung ist es, den Bypass 18 mit
einer Kühlmittelheißseite des Zylinderkopfes 4 zu verbinden.
Alternativ kann demnach der Bypass 18 mit der Kühlmittelheißseite
des Zylinderkopfes 4 über den Kühlmittelauslass 16 verbunden
sein.
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Der
Bypass 18 umfasst eine Bypassschalteinrichtung 22,
die so ausgestaltet ist, dass sie den Bypass 18 aktivieren
und deaktivieren kann. Im Beispiel der 1 bis 4 ist
die Bypassschalteinrichtung 22 als Ventil ausgestaltet,
das zusätzlich zum Thermostatventil 8 vorgesehen
ist. Hierbei kann es sich um ein elektrisch betätigbares
Ventil oder um ein fremdenergie-frei arbeitendes Thermostatventil
handeln. Alternativ ist es möglich, die Bypassschalteinrichtung 22 in
das Thermostatventil 8 zu integrieren. Es ist klar, dass
dann die Verbindungsstelle 21 am Thermostatventil 8 angeordnet
ist.
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Ferner
enthält der Bypass 18 hier eine Zusatzkühlmittelpumpe 23,
die insbesondere unabhängig von der Brennkraftmaschine 1 betrieben
werden kann. Bspw. ist diese Zusatzkühlmittelpumpe 23 oder Zusatzpumpe 23 mit
einem elektromotorischen Antrieb ausgestattet, der hier nicht dargestellt
ist.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform kann in den Bypass 18 außerdem
ein Wärmeübertrager 24, beispielsweise
ein Heizungswärmeübertrager, eingebunden sein,
der außerdem in einen Luftpfad 25 eingebunden
ist, der zur Versorgung eines Raumes mit Frischluft und/oder mit
Umluft dient. Bspw. kann dieser Luftpfad 25 zur Versorgung
eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere eines Passagierraumes, mit
Frischluft bzw. Umluft dienen. Bei entsprechender Ausgestaltung
der Bypassschalteinrichtung 22 kann in Verbindung mit einer
zusätzlichen Bypassleitung 26 besagter Wärmeübertrager 24 aktivierbar
und deaktivierbar sein. D. h., wenn während der Warmlaufphase
kein Heizbedarf für den Passagierraum benötigt
ist, wird mittels der Bypassschalteinrichtung 22 die zusätzliche
Bypassleitung 26 deaktiviert und die Bypassleitung 20 aktiviert.
Hier wird der Wärmeübertrager 24 mit
Kühlmittel nicht durchströmt. Das Kühlmittel
gelangt nur über die Bypassleitung 20 zum Nebenabschnitt 5,
so dass eine rasche Erwärmung der Nebenaggregate bzw. des Motorölwärmeübertragers 6 ohne
Wärmeabgabe an die Passagierraumheizung erfolgt. Eine Entkopplung des
Wärmeübertragers 24 findet statt.
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Bei
den hier gezeigten Ausführungsformen enthält der
Nebenabschnitt 5 zusätzlich zum Motorölwärmeübertrager 6 zumindest
einen weiteren Wärmeübertrager. Im Beispiel sind
zwei weitere Wärmeübertrager 27 und 28 vorgesehen.
Es ist klar, dass grundsätzlich auch mehr als zwei derartige,
zusätzliche Wärmeübertrager 27, 28 vorgesehen
sein können. Erkennbar sind diese weiteren Wärmeübertrager 27, 28 zum
Motorölwärmeübertrager 6 parallel angeordnet,
wozu sie in entsprechenden Parallelleitungen 29 bzw. 30 angeordnet
sind. In diesen Parallelleitungen 29, 30 können
Schaltventile 31 bzw. 32 angeordnet sein, um die
zusätzlichen Wärmeübertrager 27, 28 bedarfsabhängig
und unabhängig voneinander aktivieren und deaktivieren
zu können.
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Diese
Schaltventile 31, 32 können elektrisch betätigbar
sein. Grundsätzlich ist auch eine Ausgestaltung als Thermostatventile
denkbar. Die weiteren Wärmeübertrager 27, 28 können
bspw. dazu verwendet werden, ein Getriebeöl und/oder eine
Kühlflüssigkeit vom Abgasturbolader bzw. Generator
des mit der Brennkraftmaschine 1 ausgestatteten Kraftfahrzeuges
zu temperieren.
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Bei
der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform
ist der Zylinderkopf 4 zusätzlich mit einem Zusatzkühlmittelpfad 33 ausgestattet.
Dieser Zusatzkühlmittelpfad 33 erstreckt sich
im Zylinderkopf 4 zusätzlich zum Kühlmittelauslasspfad 10 im Bereich
der Abgasauslasskanäle 15. Ferner ist dieser Zusatzkühlmittelpfad 33 in
den Nebenabschnitt 5 eingebunden. Hierzu sind am Zylinderkopf 4 ein
weiterer Einlass 34 und ein weiterer Auslass 35 vorgesehen.
Der Kühlmittelauslasspfad 10 ist nun zweckmäßig
einlassseitig, also über seinen Einlass 19 mit
dem Zusatzkühlmittelpfad 33 verbunden. Dies erfolgt
im Beispiel über eine Verbindungsleitung 36, die
den Einlass 19 des Kühlmittelauslasspfads 10 mit
dem Auslass 35 des Zusatzkühlmittelpfads 33 verbindet. Es
ist klar, dass eine derartige Verbindung 36 auch intern,
also innerhalb des Zylinderkopfs 4 realisierbar ist. Des
Weiteren steht der Kühlmitteleinlasspfad 9 auslassseitig,
also über seinen Auslass 14 mit diesem Zusatzkühlmittelpfad 33 in
Verbindung. Hierzu führt ein Leitungsabschnitt 37 des
Kühlkreisabschnitts 5 vom Auslass 14 des
Kühlmitteleinlasspfads 9 zu einer Verzweigungsstelle 38,
von der aus ein Leitungsabschnitt 39 zum Einlass 34 des
Zusatzkühlmittelpfads 33 führt, während
ein Leitungsabschnitt 40 zum Motorölwärmeübertrager 6 sowie
zu dem ggf. vorhandenen wenigstens einen Wärmeübertrager 27, 28 bzw.
zu den Parallelleitungen 29, 30 führt.
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Die
in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform
arbeitet wie folgt:
Während eines Warmbetriebs der
Brennkraftmaschine 1 stellt sich der in 1 gezeigte
Zustand ein. Dabei ist der Kühlkreis 3 aktiv,
während der Bypass 18 je nach Heizungsbedarf aktiv
oder inaktiv ist. Hierzu ist das Thermostatventil 8 geöffnet,
das Kühlmittel strömt im Hauptabschnitt 44 einerseits über
den Kühlmitteleinlasspfad 9 in den Zylinderkopf 4 ein, über
die Verbindungspfade 17 zum Kühlmittelauslasspfad 10 und über
den Kühlmittelauslasspfad 10 aus dem Zylinderkopf 4 heraus.
Zum anderen strömt ein Teil des Kühlmittels parallel
durch den Nebenabschnitt 5, da ein Teil des Kühlmittels
vom Kühlmitteleinlasspfad 9 über dessen
Auslass 14 zum Nebenabschnitt 5 gelangt. Insgesamt
ist dadurch ein großer Kühlkreis aktiv, der den
Hauptabschnitt 44 und den Nebenabschnitt 5 umfasst.
Dieser große Kühlkreis ermöglicht die
gewünschte Kühlung des Zylinderkopfs 4 sowie
des Motoröls und anderer Betriebsmittel. Außerdem
kann durch eine Zuschaltung des im Bypass 18 angeordneten
Wärmeübertragers 24 eine Innenraumbeheizung
durchgeführt werden.
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2 zeigt
einen Zustand des Kühlsystems 2, der sich für
einen Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 einstellen lässt.
Während dieses Kaltstarts bzw. während eine Warmlaufphase
ist der große Kühlkreis durch Schließen
des Thermostats 8 oder durch Deaktivieren des Hauptpumpe
inaktiv. Dafür ist der Bypass 18 aktiviert, sodass
Kühlmittel vom Einlass 19 des Kühlmittelauslasspfads 10 durch
den Nebenabschnitt 5 zum Auslass des Kühlmitteleinlasspfads 9 strömen
kann. Erkennbar ist die Strömungsrichtung im Nebenabschnitt 5 während
des Kaltstarts somit entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
im Nebenabschnitt 5 während des Warmbetriebs.
Während des Kaltstarts strömt das Kühlmittel
somit durch den Auslass 14 in den Kühlmitteleinlasspfad 9 ein,
gelangt über die Verbindungspfade 17 zum Kühlmittelauslasspfad 10 und
gelangt dort über den Einlass 19 zurück
in den Nebenabschnitt 5. Der Nebenabschnitt 5 bildet
zusammen mit dem Bypass 18 dadurch einen kleinen Kühlkreis
mit im Vergleich zum großen Kühlkreis erheblich
reduziertem Kühlmittelvolumen. Je nach Heizungsbedarf wird
mittels der Bypassschalteinrichtung 22 die Bypassleitung 26 mitaktiviert
oder deaktiviert. Wird die Heizung nicht benötigt, dann strömt
das Kühlmittel zum Nebenabschnitt 5 nur über die
Bypassleitung 20. Demnach erfolgt keine Wärmeabgabe
an den Wärmeübertrager 24. In diesem
Fall zirkuliert das Kühlmittel nur über mindestens
einen Wärmeübertrager 7, 27 bzw. 28 der
Nebenaggregate und über den Zylinderkopf 4.
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Zur
Realisierung des kleinen Kühlkreises, der zumindest einen
den Wärmeübertrager 6 enthaltenden Kopplungsbereich 45 des
Nebenabschnitts 5 sowie den Bypass 18 und den
Zylinderkopf 4 umfasst, kann die Zusatzpumpe 23 aktiviert
werden. Die Bypassschalteinrichtung 22 ist im Beispiel
der 2 so geschaltet, dass das Kühlmittel
die beiden Bypassleitungen 20 und 26 parallel
durchströmt, sodass auch eine Wärmeabgabe an den
Luftstrom 25 möglich ist. In jedem Fall wird jedoch
eine Wärmeabgabe an den Ölkreis 7 realisiert,
um während des Kaltstarts möglichst rasch und
möglichst viel Wärme auf das Schmieröl
der Brennkraftmaschine 1 übertragen zu können.
Durch die Bypassschalteinrichtung 22 ist die Bypassleitung 26 absperrbar
und somit der Wärmeübertrager für die
Fahrzeuginnenraumheizung auskoppelbar. Dadurch steht der Bypassleitung 20 mehr
Wärmeleistung zur Verfügung, die an die Wärmeübertrager 6, 27 und 28 übertragen
werden kann. Zusätzlich ist es optional möglich,
durch entsprechende Betätigungen der Schaltventile 31, 32 weitere
Betriebsmittel vorzuwärmen bzw. auf Betriebstemperatur
zu bringen. Bspw. kann durch Vorwärmen von Getriebeöl
und/oder Kupplungsöl der Wirkungsgrad im Antriebsstrang
des Fahrzeugs verbessert werden.
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Die
in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform
arbeitet wie folgt:
3 zeigt den Warmbetrieb der
Brennkraftmaschine 1. Dementsprechend ist das Thermostatventil 8 aktiv
bzw. geöffnet, sodass der große Kühlkreis
aktiv ist. Im Unterschied dazu ist der Bypass 18 inaktiv. Das
Kühlmittel strömt dementsprechend einerseits durch
den Einlass 13 in den Kühlmitteleinlasspfad 9, über
die Verbindungspfade 17 zum Kühlmittelauslasspfad 10 und
durch den Auslass 16 wieder aus dem Zylinderkopf 4 heraus.
Hierdurch kann der Zylinderkopf 4 intensiv gekühlt
werden. Hier zweigt sich der Teilstrom nochmals auf. Einerseits
strömt ein Teil des Kühlmittels über
den Leitungsabschnitt 39 zum Einlass 34 des Zusatzkühlmittelpfads 33 und
gelangt dadurch zusätzlich in den Zylinderkopf 4.
Ein im Leitungsabschnitt 39angeordnetes Schaltventil 47 wird bei
diesem Betriebspunkt geschlossen. Dieses Kühlmittel gelangt über
den Auslass 35 und den Verbindungspfad 36 zum
Einlass 19 des Kühlmittelauslasspfads 10 und
somit durch den Zylinderkopf 4 bis zum Auslass 16 des
Kühlmittelauslasspfads 10. Andererseits gelangt
der andere Kühlmittelteilstrom über den Leitungsabschnitt 37 und
danach durch den Leitungsabschnitt 40 zumindest zum Motorölwärmeübertrager 26 sowie
parallel dazu zu dem wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager 27, 28.
Es ist dennoch denkbar, den Kühlmittelteilstrom zum Leitungsabschnitt 40 über
einen Überbrückungsleitungsabschnitt 37a zu
führen. Der Nebenabschnitt 5 wird dabei parallel
zum Zylinderkopf 4 mit Kühlmittel durchströmt.
Optional kann auch hier vorgesehen sein, den zum Beheizen des Luftstroms 25 verwendbaren
Wärmeübertrager 24 durch eine entsprechende
Betätigung die Bypassschalteinrichtung 22 mit
Kühlmittel zu beaufschlagen.
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Zur
Realisierung des Kaltstartbetriebs kann bei dieser Ausführungsform
entsprechend 4 das Thermostatventil 8 in
seine Sperrstellung überführt werden. Hierdurch
wird der große Kühlkreis deaktiviert. Außerdem
wird der Bypass 18 aktiviert. Weiterhin wird bei diesem
Betriebspunkt das im Leitungsabschnitt 39 angeordnete Schaltventil 47 geöffnet.
Insbesondere wird die Zusatzpumpe 23 zugeschaltet. In der
Folge strömt das Kühlmittel im kleinen Kühlkreis, der
wieder den Kopplungsbereich 45 des Nebenabschnitts 5,
den Zylinderkopf 4 sowie den Bypass 18 umfasst.
Das Kühlmittel strömt dabei über den
Einlass 34 in den Zusatzkühlmittelpfad 33,
also in den Zylinderkopf 4 ein.
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Der
Zusatzkühlmittelpfad 33 ist alternativ als separater
Pfad im Zylinderkopf 4 ausgebildet oder wird durch den
vorhandenen Kühlwassermantel mittels einer gezielt gebildeten
Längsströmung im Zylinderkopf 4 ausgestaltet.
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Es
tritt aus dem Zylinderkopf 4 über den Auslass 35 des
Zusatzkühlmittelpfads 33 aus. Im Sinne der Erfindung
ist es weiterhin denkbar, mittels einer gezielt gebildeten Längsströmung
entlang der Abgasauslassseite im Zylinderkopf 4 eine erhöhte Wärmeaufnahme
des Kühlmittels zu bewirken, so dass die Heizleistung der
Wärmeübertrager 6, 24, 27 und 28 gesteigert
wird.
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Die
Zusatzpumpe 23 fördert das Kühlmittel bei
entsprechender Schaltstellung der Bypassschalteinrichtung 22 parallel
durch die beiden Bypassleitungen 20, 26. Somit
erfolgt zum einen eine Beaufschlagung des Luft-Kühlmittel-Wärmeübertragers 24. Zum
anderen erfolgt eine Beaufschlagung wenigstens des Motorölwärmeübertragers 6 mit
Kühlmittel. Je nach Heizungsbedarf wird mittels der Bypassschalteinrichtung 22 die
Bypassleitung 26 mitaktiviert oder deaktiviert. Wird die
Heizung nicht benötigt, dann strömt das Kühlmittel
zum Nebenabschnitt 5 nur über die Bypassleitung 20.
Demnach erfolgt keine Wärmeabgabe an den Wärmeübertrager 24. Durch
entsprechende Betätigung der Schaltventile 31, 32 ist
auch hier eine parallele Beaufschlagung des wenigstens einen zusätzlichen
Wärmeübertragers 27, 28 möglich. Über
die Leitungsabschnitte 40, 39 gelangt das Kühlmittel
wieder zurück zum Zylinderkopf 4.
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Während
dieses Kaltstartbetriebs sind innerhalb des Nebenabschnitts 5,
der Leitungsabschnitt 37 und innerhalb des Kühlkreises 3 bzw.
innerhalb des Zylinderkopfs 4 der Kühlmitteleinlasspfad 9 und der
Kühlmittelauslasspfad 10 deaktiviert, also im
Wesentlichen nicht durchströmt. Optional können
hierzu entsprechende Sperreinrichtungen 41 einer Vorlaufleitung 43 des
Kühlkreises 3 bzw. in einer Rücklaufleitung 42 des
Kühlkreises 3 angeordnet sein. Durch die vorgeschlagene
Konfiguration kann das Kühlmittel im kleinen Kühlkreis
in relativer kurzer Zeit hinreichend weit erwärmt werden,
wodurch das Motoröl vergleichsweise rasch seine Betriebstemperatur
erreichen kann, was den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 während
des Kaltstarts reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4032701
A1 [0002]
- - WO 2005012704 A1 [0003]
- - DE 10212672 A1 [0003]
- - DE 10241228 B4 [0003]
- - US 7237513 B2 [0003]
- - DE 10000299 A1 [0003]