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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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Der
DE 10 2008 042 660 A1 kann ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine entnommen werden, welches einen Haupt- und einen Nebenabschnitt umfasst, wobei im Nebenabschnitt einen Wärmetauscher in Form eines Ölkühlers angeordnet ist. Der Hauptabschnitt umfasst einen Einlasspfad und einen Auslasspfad. Des Weiteren ist ein Bypass ausgebildet, mit dessen Hilfe der Auslasspfad über einen Koppelbereich des Nebenabschnitts, in welchem der Ölkühler angeordnet ist, mit dem Einlasspfad verbunden ist. In einer Bypassleitung des Bypasses ist ein 3-2-Wege-Ventil ausgebildet.
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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, wobei sich der Kühlmitteleinlasspfad im Bereich von Frischlufteinlasskanälen, die im Zylinderkopf zu Zylindern der Brennkraftmaschine führen, erstreckt, und wobei sich der Kühlmittelauslasspfad im Bereich von Abgasauslasskanälen, die im Zylinderkopf ausgebildet sind und von den Zylindern weg führen, erstreckt. 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. Der Kühlmitteleinlasspfad weist einen an den Hauptabschnitt angebundenen Kühlmitteleinlass und einen vom Kühlmitteleinlass abgewandt ausgebildeten Kühlmittelauslass aufweist, der an dem Nebenabschnitt angeschlossen ist. Der Kühlmittelauslasspfad besitzt einen Kühlmitteleinlass, der den Kühlmittelauslasspfad mit dem Nebenabschnitt verbindet, so dass während eines Warmbetriebs der Brennkraftmaschine, bei dem der Kühlkreis aktiv ist, Kühlmittel vom Kühlmitteleinlasspfad über den Kühlmittelauslass um Nebenabschnitt gelangt, oder dass während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine Kühlmittel vom Kühlmitteleinlass des Kühlmittelauslasspfads durch den Nebenabschnitt zum Kühlmittelauslass des Kühlmitteleinlasspfads strömen kann.
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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 des 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 diesem Kühlsystem 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,
- 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine bei einer ersten Ausführungsform, während eines Warmbetriebs der Brennkraftmaschine,
- 2 das Kühlsystem aus 1 während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine,
- 3 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform während des Warmbetriebs,
- 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. 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. 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 39 angeordnetes 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 6 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.