Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einem Kabinenheizkreislauf und einem mit dem Kühlkreislauf in Wechselwirkung stehenden Ölkreislauf.The invention relates to a method and an apparatus for operating a cooling and heating circuit for motor vehicles with a car heating circuit and an interacting with the cooling circuit oil circuit.
Es ist bekannt, dass moderne Dieselmotoren im Winter vielfach ein Kabinenheizleistungsdefizit im Stadtverkehr aufweisen. Auch Ottomotoren zeigen mit zunehmender Steigerung der Kraftstoffeffizienz Probleme mit der Kabinenbeheizung.It is known that modern diesel engines often have a cabin heating deficit in city traffic in winter. Gasoline engines also show problems with cabin heating with increasing fuel efficiency.
Lösungsansätze für dieses Problem sind bekannt, die heutige Standardlösung ist bei PKW ein luftseitiger el. PTC Zuheizer bei Minivans und Kleintransporten kommt zumeist ein kraftstoffbefeuerter Zuheizer zum Einsatz. Zahlreiche Details zum Stand der Technik sind z. B. der Anmeldung unter der Nr. 10 2008 048 373.7 beim Deutschen Patentamt zu entnehmen. In beiden heute serientypischen Lösungsansätzen mit PTC-Zuheizer oder kraftstoffbetriebenem Zuheizer fallen erhebliche Zusatzkosten an und auch ein erhöhter Kraftstoffverbrauch.Solution approaches for this problem are known, the current standard solution is an air-side el. PTC auxiliary heater for minivans and small transports is usually a fuel-fired heater used. Numerous details of the prior art are z. B. the application under the No. 10 2008 048 373.7 at the German Patent Office. In today's typical solution approaches with PTC heater or fuel-driven auxiliary heater incur considerable additional costs and also increased fuel consumption.
Eine erfolgversprechende Alternative ist die Anwendung spezieller Hochleistungswärmetauscher in Verbindung mit einem reduzierten Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher und den Motor. Diese Alternative bedeutet jedoch i. a. einen Mehraufwand bei der Systemintegration und ist bei bereits laufenden Entwicklungsprogrammen oft nicht ohne weiteres direkt integrierbar, insbesondere aus Bauraumgründen für Zusatzventile und Zusatzschläuche aber auch wegen spezieller Randbedingungen der einzelnen Motorfamilien. Insbesondere ist es oftmals mit einem – zumindest kurzfristig schwer umsetzbaren – Zusatzaufwand verbunden, sicherzustellen dass der gesamte Kühlmittelvolumenstrom der durch den Motor geht auch durch den Heizungswärmetauscher geht.A promising alternative is the use of special high-performance heat exchangers in conjunction with a reduced coolant throughput through the heater core and the engine. However, this alternative means i. a. an additional effort in the system integration and is often not directly integrated with already running development programs, especially for reasons of space for additional valves and additional hoses but also because of special constraints of the individual engine families. In particular, it is often associated with a - at least in the short term difficult to implement - additional effort to ensure that the entire coolant flow through the engine is also through the heating heat exchanger.
Dem gegenüber hat diese Patentanmeldung die Aufgabe, die Kabinenheizleistung ausgehend von heute serientypischen Motorkühl- und Heizsystemen mit möglichst einfach umsetzbaren Änderungen zu verbessern, so dass die Heizleistungsverbesserung auch in besonders bauraumkritischen Anwendungen einsetzbar ist und der Aufwand für die Systemintegration begrenzt wird.On the other hand, this patent application has the task to improve the cabin heating power starting from today typical engine cooling and heating systems with as simple to implement changes, so that the heating performance improvement can be used in particularly space-critical applications and the cost of system integration is limited.
Diese Aufgabe wird mit dem Kühl- und Heizsystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved with the cooling and heating system according to claim 1.
Neben dem Einsatz eines Hochleistungsheizungswärmetauschers und eines Hochleistungs-Heizklimageräts an sich, wird dabei von der Synergie eines solchen Bauteils mit einer optimierten Motorölkühlernutzung bzw. einer Überdimensionierung des Motorölkühlers Gebrauch gemacht.In addition to the use of a high-performance heat exchanger and a high-performance air conditioning unit itself, the synergy of such a component with optimized engine oil cooler use or oversizing of the engine oil cooler is used.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass die wasserseitige Einbringung von Zusatzwärme für Kabinenheizzwecke einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad mit sich bringt. So kommen von den ca. 5 kW wasserseitiger Heizleistung des Zusatzbrenners auch nach längerer Warmlaufzeit nur ca. 1,5–2,5 KW wirklich in Form von Kabinenheizleistung beim Kunden an, der Rest geht in Oberflächenwärmeverluste bzw zunächst in die instationären Terme der Motor- und Kühlmittelaufheizung.In this context, it is known that the water-side introduction of additional heat for Kabinenheizzwecke brings a comparatively poor efficiency with it. Even after a longer warm-up period, only approx. 1.5-2.5 KW of the approx. 5 kW water-side heating capacity of the additional burner actually reach the customer in the form of cabin heating power, the rest goes into surface heat losses or first into the transient terms of the engine and coolant heating.
Dies gilt für alle Mittel zur Erhöhung der Kühlmitteltemperatur, insbesondere auch für kraftstoffverbrauchserhöhende Mittel in Form von heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen. Der erfindungsgemäße Weg zur Verbesserung der Kabinenheizleistung besteht darin, dieses Problem zu reduzieren und dabei den Bauteilaufwand in Grenzen zu halten. Insbesondere ergeben sich damit über den Entfall des luftseitigen PTC-Zuheizers und/oder des kraftstoffbetriebenen kühlmittelseitigen Zuheizers oder den Ersatz eines kraftstoffbetrieben Zuheizers durch einen preiswerteren luftseitigen PTC-Zuheizer signifikante Kosteneinsparmöglichkeiten.This applies to all means for increasing the coolant temperature, in particular also for fuel consumption-increasing means in the form of heating-performance-oriented engine control measures. The inventive way to improve the cabin heating power is to reduce this problem while keeping the component cost within limits. In particular, this results in the elimination of the air-side PTC auxiliary heater and / or the fuel-powered coolant side auxiliary heater or the replacement of a fuel-powered auxiliary heater by a cheaper air-side PTC heater significant cost savings options.
Die erfindungsgemäße Maßnahmenkombination senkt letztlich die Öltemperatur am Motoreintritt bzw. in der Hauptölgalerie und damit auch die lokale Temperatur der stromab der Hauptölgalerie mit dem Motoröl in Kontakt tretenden Baugruppen. Das senkt zum einen den Anteil der instationären Terme der Motor- und Kühlmittelaufheizung während des Warmlaufs, zum anderen mit zunehmender Erwärmung aufgrund der geringeren Oberflächentemperatur der ölbenetzten Bauteile auch die Oberflächenwärmeverluste. Insbesondere hilft ein Deaktivieren der Kolbenkühldüsen dabei, dass die Erhöhung der Kühlmitteltemperatur und im Falle der heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen auch der Brennraumwandtemperatur nicht auf eine unerwünschte Erhöhung der Motoröltemperatur im Ölsumpf führt. Ganz wichtig ist dabei, dass die Vorteile der Absenkung der Öltemperatur im Ölsumpf aufgrund der Kolbenkühldüsendeaktivierung nicht dadurch beeinträchtigt werden, dass ein gleichzeitig wirkender Motorölkühler 40 wieder Wärme vom Kühlmittel ins Motoröl überträgt. In typischen Heizsituationen mit Kabinenheizleistungsdefizit, z. B. VDA-Testbedingungen mit winterlicher Fahrt mit 50 km/h in der Ebene und bei –20°C Umgebungstemperatur, ist das Kühlmittel bei Diesel-PKW normalerweise in den ersten Minuten des Warmlaufs eine Wärmequelle für das Motoröl. Je leistungsfähiger der Motorölkühler, desto mehr geht hier ohne eine Ölkühlerabschaltung verloren. Die erfindungsgemäße Anströmung des Ölkühlers ausschließlich mit dem möglichst stark am Heizungswärmetauscher abgekühlten Kühlmittel hilft hier auch in der Frühphase des Warmlaufs ganz erheblich, die Wärmeverluste über das Motoröl an die Motorstruktur und letztlich an die Umgebung zu begrenzen. Noch besser ist hier eine Ölkühlerumgehung. Im weiteren Verlauf des Warmlaufs führt die Kombination aus starker Absenkung der Heizungsrücklauftemperatur dann sehr schnell dazu, dass das Öl warmer ist als die Heizungsrücklauftemperatur und somit das erfindungsgemäße System durch die Aktivierung des Ölkühlers bei entsprechend niedriger Kühlmitteleintrittstemperatur besser ist, als eine einfache Ölkühler-Deaktivierung. Versuche haben gezeigt, dass es möglich ist, im VDA-Standardheizungstest Wärmemengen in der Größenordnung von 1–3 kW vom Ölkühler ins Kühlmittel zu übertragen. Dabei ist es eine ganz besonders attraktive Eigenheit dieser Vorgehensweise, dass diese 1–3 KW kühlmittelseitiger Zusatzwärme bereits an konventionellen Kühlsystemen, d. h. insbesondere auch an Kühlsystemen mit hohem Bypassvolumenstrom im Zweig 6b, zu realisieren sind. Maßgeblich ist dabei allerdings eine extrem großzügige Dimensionierung des Ölkühlers und des Heizungswärmetauschers. Es bleibt hier anzumerken, dass ein Schließen des Bypasszweigs 6b zusätzlich noch eine weitere Verbesserung der Kabinenheizleistung liefert, da dann auch ein Teil des Kühlsystems und der Motorstruktur nicht aufgeheizt werden muss und weniger Oberflächenwärmeverluste aufweist. Im Gegenzug lässt sich im Vergleich zum heizleistungsmäßigen Optimalsystem mit geschlossenem Bypasszweig 6b bei offenem Bypasszweig mit einem sehr einfachen und auch in Bezug auf die thermische Temperaturspreizung am Motor völlig unstrittigen Verfahren bereits eine signifikante Verbesserung der Kabinenheizleistung realisieren. Insbesondere stehen damit alle bisherigen Bewertungen bezüglich der kühlmittelseitigen Wärmeeinbringung für Kabinenheizleistungssteigerungszwecke in einem neuen Licht. Das gilt letztlich auch bezüglich des für beste Kabinenheizwirkung optimalen Kabinenfrischluftmassenstroms, der mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise reduziert werden kann, weil die Oberflächenwärmeverluste des Motors kleiner sind. Das liegt daran, dass die Reduktion des Kabinenfrischluftmassenstroms letztlich auf höhere Motoraustrittstemperaturen führt und ohne die erfindungsgemäße Vorgehensweise die Oberflächenwärmeverluste an der Motorstruktur bei Frischluftmassenstromreduktion sehr schnell so groß werden, dass die Kabinenheizwirkung bei Reduktion des Frischluftmassenstroms sinkt.The combination of measures according to the invention ultimately lowers the oil temperature at the engine inlet or in the main oil gallery and thus also the local temperature downstream of the main oil gallery with the engine oil coming into contact modules. On the one hand, this lowers the proportion of unsteady terms of the engine and coolant heating during warm-up, and on the other hand, with increasing heating due to the lower surface temperature of the oil-wetted components, the surface heat losses. In particular, deactivating the piston cooling nozzles thereby helps that the increase in the coolant temperature and, in the case of the heating-performance-oriented engine control measures, also the combustion chamber wall temperature does not lead to an undesirable increase in the engine oil temperature in the oil sump. Very important is that the benefits of lowering the oil temperature in the oil sump due to the Kolbenkühlsüsenteaktivierung not be affected by the fact that a simultaneously acting engine oil cooler 40 transfers heat from the coolant to the engine oil again. In typical heating situations with cabin heating power deficit, e.g. For example, VDA test conditions with winter driving at 50 km / h in-plane and at -20 ° C ambient temperature, the diesel-car coolant is normally a heat source for the engine oil in the first few minutes of warm-up. The more powerful the engine oil cooler, the more is lost here without an oil cooler shutdown. The flow according to the invention of the oil cooler exclusively cooled with the strongest possible on the heating heat exchanger Coolant also helps considerably in the early phase of warm-up, limiting the heat losses via the engine oil to the engine structure and ultimately to the environment. Even better here is an oil cooler bypass. In the further course of the warm-up, the combination of a strong reduction of the heating return temperature very quickly causes the oil is warmer than the heating return temperature and thus the system according to the invention by the activation of the oil cooler at a correspondingly lower coolant inlet temperature is better than a simple oil cooler deactivation. Experiments have shown that it is possible in the VDA standard heating test to transfer heat quantities of the order of 1-3 kW from the oil cooler to the coolant. It is a particularly attractive feature of this approach that this 1-3 KW coolant side additional heat already on conventional cooling systems, ie in particular also on cooling systems with high bypass flow in the branch 6b to realize. Decisive, however, is an extremely generous dimensioning of the oil cooler and the heat exchanger. It should be noted here that closing the bypass branch 6b additionally provides a further improvement of the cabin heating, since then also a part of the cooling system and the engine structure does not have to be heated and has less surface heat losses. In return, in comparison to the heating system optimal system with closed bypass branch 6b With open bypass branch with a very simple and also with respect to the thermal temperature spread on the engine completely uncontroversial process already realize a significant improvement in the cabin heating. In particular, all previous evaluations with regard to the coolant-side heat input for cabin heat increase purposes are therefore in a new light. Ultimately, this also applies with regard to the cabin fresh air mass flow which is optimal for best cabin heating effect and which can be reduced with the procedure according to the invention because the surface heat losses of the engine are smaller. This is because the reduction of the cabin fresh air mass flow ultimately leads to higher engine outlet temperatures and without the procedure according to the invention, the surface heat losses on the engine structure at fresh air mass flow reduction very quickly so large that the cabin heating effect decreases with reduction of the fresh air mass flow.
Dabei ist es ein willkommener Nebeneffekt, dass schaltbare Kolbenkühldüsen und volumenstromgeregelte Ölpumpen aus Kraftstoffverbrauchsgründen ohnehin wünschenswert sind und auch überdimensionierte Ölkühler sind für kraftstoffverbrauchsorientierte Wärmemanagementmaßnahmen im gesetzlichen Abgastest durchaus von Interesse.It is a welcome side effect that switchable piston cooling nozzles and volume flow controlled oil pumps are anyway desirable for fuel consumption reasons and also oversized oil cooler are quite interesting for fuel consumption-oriented heat management measures in the legal exhaust test.
Wie in 1 exemplarisch gezeigt, kann bei vielen Varianten der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die el. Zusatzkühlmittelpumpe 2 über die bedarfsgerechte Durchströmung des Motorölkühlers 40 dazu beitragen, die Kabinenheizleistung zu verbessern, indem z. B. von der Motorsteuerung 20 eine Einstellung des Ölkühlers auf den jeweils auf die Betriebsart passenden Kühlmittelvolumenstrom und gleichzeitig die hierzu passende Kühlmitteleintrittstemperatur vorgenommen wird. Dabei wird bei vielen Anwendungen insbesondere von einer Kühlmittelströmungsrichtungsumkehr Gerbrauch gemacht, so dass sich mit einfachen Mitteln ein erster Strömungszustand mit hohen Kühlmitteldurchsätzen einstellen lässt und ein zweiter Strömungszustand mit relativ geringen Kühlmitteldurchsätzen. Der erste Strömungszustand mit hohen Ölkühlerkühlmittelvolumenströmen entspricht dabei bevorzugt der heute serienüblichen Strömungsführung und dient primär dazu, eine Ölüberhitzungsgefahr zu vermeiden. Diese besteht speziell im Hochgeschwindigkeits-Heißland-Test und bei der Anhängerbergfahrt, wobei hohe Kühlmitteldurchsätze nicht nur wichtig sind um das Öl zu kühlen, sondern auch um eine lokale Kühlmittelüberhitzung innerhalb des Ölkühlers am bis zu 140–160°C heißen Motoröl aufgrund zu kleiner Kühlmitteldurchflüsse sicher zu verhindern. Der zweiten Strömungszustand mit bevorzugt relativ kleinen Kühlmittelströmen im Ölkühler 40 wird eingestellt wenn eine Verbesserung der Kabinenheizleistung erzielt werden soll. Dabei wird das Kühlmittel am Heizungswärmetauscher 4 soweit abgekühlt wird, dass im Motorölkühler 40 Wäre vom Motoröl ins Kühlmittel übertragen wird oder zumindest möglichst wenig Wärme vom Kühlmittel ins Motoröl. Dies ist bereits bei heutigen Hochleistungskabinenwärmetauschern 4 eine hilfreiche Methode zur Heizleistungsverbesserung und erst recht bei zukünftigen auf noch geringere Kühlmitteldurchflüsse ausgelegten Höchstleistungsheizungskabinenwärmeauschern. Die hier zugrunde liegende Physik und wird z. B. in der Patentanmeldung DE 10 2008 048 37.7 beschrieben, jedoch ohne die vollen Leistungssteigerungsmöglichkeiten und insbesondere die Freiheitsgrade zur Systemvereinfachung zu nutzen. Auch die Bezeichnungen der eingesetzten Bauteile sind weitgehend aus der DE 10 2008 048 37.7 übernommen.As in 1 shown by way of example, in many variants of the procedure according to the invention, the el. additional coolant pump 2 via the demand-based flow through the engine oil cooler 40 contribute to improving cabin heating performance by B. from the engine control 20 a setting of the oil cooler on each appropriate to the mode coolant flow and at the same time the appropriate coolant inlet temperature is made. In this case, use is made in many applications, in particular of a coolant flow direction reversal, so that can be adjusted by simple means, a first flow state with high coolant flow rates and a second flow state with relatively low coolant flow rates. The first flow state with high oil cooler coolant volume flows preferably corresponds to today's standard flow guidance and serves primarily to avoid an oil overheating risk. This is especially true in high speed hot-land testing and trailer haulage where high coolant flow rates are not only important to cool the oil, but also localized coolant overheating within the oil cooler at 140-160 ° C engine oil due to small coolant flow safe to prevent. The second flow state with preferably relatively small coolant flows in the oil cooler 40 is set if an improvement of the cabin heating power is to be achieved. The coolant is at the heater core 4 as far as is cooled, that in the engine oil cooler 40 Would be transferred from the engine oil into the coolant or at least as little heat from the coolant into the engine oil. This is already in today's high performance cabin heat exchangers 4 a helpful method for improving heating performance, and even more so for future high-performance cabin heat exchangers designed for even lower coolant flows. The underlying physics and z. B. in the patent application DE 10 2008 048 37.7 described, but without the full performance enhancement options and in particular to use the degrees of freedom for system simplification. The designations of the components used are largely taken from DE 10 2008 048 37.7.
In 1 der vorliegenden Anmeldung wird das Ventil 6ev zeitgleich mit der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv geöffnet oder geschlossen. Im einfachsten Fall benutzen die beiden Vorrichtungen 6ev und 6bv je einen eigenen Vakuum-Aktuator mit einer gemeinsamen von der Motorsteuerung 20 angesteuerten Vakuumleitung 20b. Für den Fall, dass aus Kraftstoffverbrauchsgründen im gesetzlichen Abgastest (MVEGA) ohnehin eine schaltbare Hauptkühlmittelpumpe 7 mit vakuumbetätigter Absperrvorrichtung 6bv verwendet werden soll, entstehen mit dem vakuumbetätigten Ventil 6ev nur sehr geringe Mehrkosten. öffnen der Vorrichtungen 6ev und 6bv mittels der Motorsteuerung 20 liefert gemäß 1 ein eine konventionelle Ölkühlereinbindung mit relativ hohem Kühlmitteldurchsatz, z. B. bei Motornennleistung, wobei diese konventionelle Ölkühlerdurchströmung entgegengesetzt zum Strömungspfeil am Ölkühlerzweig 4am erfolgt. Besonders bevorzugt ist diese in 1 gezeigte Ölkühlereinbindung mit Wasserentnahme am Motorzylinderblock 1B bei modernen Hochleistungsmotoren in vielen Anwendungen insbesondere deshalb, weil sich speziell bei sehr hoher Wärmeabgabe am Motor bzw. am Fahrzeugkühler 8 i. a. eine Differenz der Kühlmitteltemperaturen zwischen Motoreintritt und Motoraustritt in der Größenordnung von 5–10 K einstellt. Das in Richtung Ölkühler 40 strömende Kühlmittel ist vor diesem Hintergrund aufgrund der Entnahme am Motorblock etwas kälter als bei einer Entnahme nach dem Mischen mit dem Kühlmittel des Zylinderkopfes 1K im Bereich des Motoraustritts und kühlt das Öl somit etwas besser als bei einer Wasserentnahme für den Ölkühler am Motoraustritt. Hinzu kommt, dass moderne Platten-Ölkühler heute bevorzugt derart mit einer Verbundplatte an den Motor oder den Ölfilterhalter angeschraubt werden, dass der Ölzulauf, der Ölablauf und der Kühlmittelzulauf motorseitig oder ölkühlerseitig über plane Dichtflächen mit O-Ring erfolgt. In der Regel wird bei dieser Befestigungsart nur der Kühlmittelaustritt aus dem Ölkühler mittels eines von außen zugänglichen Schlauchanschlusses o. ä. dargestellt. Diese Ölkühlerbefestigungsart ist inzwischen weit verbreitet, und es bedeutet in der Regel einen erheblichen Aufwand und lange Vorlaufzeiten, um hier Änderungen umzusetzen. Oftmals ist auch gar kein Bauraum für einen zweiten motorexternen Motorölkühler-Kühlmittelanschluss bzw. dessen Kühlmittelleitung vorhanden. Dies betrifft insbesondere Änderungen, die nötig sind, um eine verbesserte Kabinenheizwirkung dadurch zu erzielen, dass die abgesenkten Rücklauftemperatur des Kühlmittels am Heizungswärmetauscheraustritt Optimal für Kabinenheizzwecke genutzt wird.In 1 the present application is the valve 6EV at the same time as the coolant shut-off device 6bv open or closed. In the simplest case, use the two devices 6EV and 6bv each with its own vacuum actuator with a common from the engine control 20 controlled vacuum line 20b , In the event that for fuel consumption reasons in the legal emission test (MVEGA) anyway a switchable main coolant pump 7 with vacuum actuated shut-off device 6bv to be used arise with the vacuum-operated valve 6EV only very small Additional costs. open the devices 6EV and 6bv by means of the engine control 20 delivers according to 1 a conventional oil cooler incorporation with relatively high coolant flow rate, e.g. B. at rated engine power, this conventional oil cooler flow opposite to the flow arrow on the oil cooler branch 4am he follows. Particularly preferred is this in 1 shown oil cooler integration with water removal at the engine cylinder block 1B in modern high-performance engines in many applications, in particular because, especially with very high heat output at the engine or on the vehicle radiator 8th ia a difference of the coolant temperatures between engine inlet and engine outlet on the order of 5-10 K sets. The towards oil cooler 40 flowing coolant is against this background due to the removal of the engine block a little colder than a removal after mixing with the coolant of the cylinder head 1K In the area of the engine outlet and cools the oil thus slightly better than with a water extraction for the oil cooler at the engine outlet. In addition, modern plate oil coolers today are preferably screwed with such a composite plate to the engine or the oil filter holder that the oil inlet, the oil drain and the coolant inlet motor side or oil cooler side via flat sealing surfaces with O-ring. In general, only the coolant outlet from the oil cooler by means of an externally accessible hose connection o. Ä. Is shown in this type of attachment. This Ölkühlerbestestigungsart is now widely used, and it usually means a considerable effort and long lead times to implement changes here. Often, there is no space for a second engine-external engine oil cooler coolant connection or its coolant line. This relates in particular to changes that are necessary in order to achieve an improved cabin heating effect by making optimum use of the lowered return temperature of the coolant at the heating heat exchanger outlet for cabin heating purposes.
Diese Schwierigkeiten werden in 1 erfindungsgemäß umgangen, indem mittels der el. Pumpe 2 in Verbindung mit dem Schließen der Vorrichtungen 6bv und 6ev eine Kühlmittelströmungsrichtungsumkehr im Ölkühler 40 erzwungen wird.These difficulties are in 1 circumvented according to the invention by means of the el. Pump 2 in connection with closing the devices 6bv and 6EV a coolant flow direction reversal in the oil cooler 40 is enforced.
Das Schließen der Vorrichtungen 6ev und 6bv mittels der Motorsteuerung 20 liefert bei Betrieb der el. Pumpe 2 gemäß 1 eine kabinenheizleistungsorientierte Ölkühlereinbindung wobei die Ölkühlerdurchströmung entsprechend des in 1 gezeigten Strömungspfeils am Ölkühlerzweig 4am erfolgt in dieser Betriebsart wird also der Ölkühler rückwärts durchströmt. Das reduziert die Wärmeverluste durch die Unterbindung der Durchströmung vieler Zonen des Motorkühlsystems und liefert bei richtiger Abstimmung des Heizungskühlmitteldurchflusses im Kabinenheizbetrieb – im Vergleich zu konventionellen Ölkühlereinbindungen mit Wasserentnahme am Motorzylinderblock 1B oder auch am Motoraustritt – ganz grundsätzlich eine Reduktion der Wärmeverluste über das Motoröl, da der Motorölkühler mit kälterem Kühlmittel beaufschlagt. Dabei ist – insbesondere bei Dieselmotoren oder hochaufgeladenen Ottomotoren – in vielen Fallen im Heizbetrieb bei Heizleistungsdefizit das Öl im Warmlauf sehr bald warmer als das Kühlmittel und somit eine offensichtliche Wärmequelle für das Kühlmittel und verbessert die Kabinenheizleistung. Ganz wesentlich ist jedoch, dass die erfindungsgemäße Betriebsart speziell in der Motorteillast auch dann die Kabinenheizleistung relativ zu einem konventionellen Kühlsystem verbessert, wenn das Kühlmittel am Heizungseintritt deutlich warmer ist als das Motoröl. Das liegt daran, dass sich bei konventioneller Motorkühlung, d. h. bei offenem Ventil 6bv und 6ev, in der unteren Motorteillast aufgrund relativ hoher Volumenströme im Bypasszweig 6 und der relativ geringen Motorabwärme am Motoreintritt annähernd die gleichen Kühlmitteltemperaturen einstellen wie am Motoraustritt und am Heizungswärmetauschereintritt. Solange das Kühlmittel warmer ist als das Motoröl, erwärmt das Kühlmittel bei konventioneller Matorölkühlerdurchströmung, d. h. offenen Ventilen 6bv und 6ev, das Öl im Motorölkühler deutlich stärker als bei geschlossenen Ventilen 6bv und 6ev. Diese Wärmemenge geht dem Kühlmittel verloren und ist nicht mehr für Kabinenheizzwecke nutzbar. Höhere Temperaturen der mit Motoröl in Berührung kommenden Bauteile und höhere Oberflächenwärmeverluste sind die wichtigsten Wege, auf denen diese Energie dem Kabinenheizsystem verloren geht. Je leistungsfähiger der Ölkühler, desto wichtiger ist es vor diesem Hintergrund, ihn bei Kabinenheizleistungsdefizit ausschließlich/vorwiegend mit kaltem Wasser aus dem Heizungsrücklauf 4ar zu beaufschlagen. Solange das Kühlmittel am Heizungswärmetauscheraustritt bzw. am Ölkühlereintritt warmer als das Öl ist, bedeutet dies relativ zum Basissystem zumindest eine Verbesserung bezüglich der Kabinenheizleistung durch weniger Abkühlung des Kühlmittels am Motorölkühler, wenn das Öl warmer ist als das Kühlmittel am Heizungswärmetauscheraustritt so erfolgt eine zusätzliche Wärmezufuhr vom Motoröl zum Kühlmittel.Closing the devices 6EV and 6bv by means of the engine control 20 delivers during operation of the el. pump 2 according to 1 a cabin heat output oriented oil cooler incorporation wherein the oil cooler flow rate is in accordance with the in 1 shown flow arrow on the oil cooler branch 4am takes place in this mode, that is, the oil cooler flows backwards. This reduces the heat losses by eliminating the flow through many zones of the engine cooling system and, with the correct coordination of the radiator coolant flow in the cabin heating mode - compared to conventional oil cooler connections with water extraction on the engine cylinder block 1B or even at the engine exit - in principle, a reduction in heat losses via the engine oil, since the engine oil cooler with colder coolant applied. It is - especially in diesel engines or highly supercharged gasoline engines - in many cases in heating mode at Heizleistungsdefizit the warming oil very soon warmer than the coolant and thus an obvious source of heat for the coolant and improves the cabin heat. It is quite essential, however, that the operating mode according to the invention, especially in the engine part load, also improves the cabin heating power relative to a conventional cooling system even when the coolant at the entrance to the heater is significantly warmer than the engine oil. This is because with conventional engine cooling, ie with the valve open 6bv and 6EV , in the lower engine part load due to relatively high volume flows in the bypass branch 6 and the relatively low engine waste heat at the engine inlet to set approximately the same coolant temperatures as at the engine outlet and the heater core inlet. As long as the coolant is warmer than the engine oil, the coolant heats up with conventional Mator oil cooler flow, ie open valves 6bv and 6EV , the oil in the engine oil cooler much stronger than closed valves 6bv and 6EV , This amount of heat is lost to the coolant and is no longer usable for Kabinenheizzwecke. Higher temperatures of components in contact with engine oil and higher surface heat losses are the most important ways in which this energy is lost to the cabin heating system. The more efficient the oil cooler, the more important it is against this background, in the case of a cabin heating deficit exclusively / mainly with cold water from the heating return 4aR to act on. As long as the coolant at the heater core exit or at the oil cooler inlet is warmer than the oil, this means at least an improvement in cabin heater performance due to less cooling of the coolant on the engine oil cooler relative to the base system; if the oil is warmer than the coolant at the heater core exit, additional heat input is provided Engine oil to the coolant.
Das Ventil 6ev wird beim Umschalten auf konventionelle Ölkühlereinbindung vom Kühlmittelvolumenstrom des Motorölkühlers 40 und des Heizungswärmetauschers 4 durchströmt. Die Summe beider Volumenströme ist in der Regel deutlich kleiner als die Volumenströme im Bypasszweig 6b oder im Kühlerzweig 6a oder in der Rückführleitung 6ab. Deshalb ist auch der erforderliche Strömungsquerschnitt relativ klein und damit die Baugröße des Ventils 6ev und die Kosten. Die ersten Studien zur Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankenguts haben darüber hinaus gezeigt, dass der damit einhergehende Bauraumvorteil im Vergleich zu alternativen erfindungsgemäßen Layouts mit Ventilen in den Zweigen 6ab, 6b oder 6a extrem hilfreich ist. Auch die relativ flexible Wahl der Einbauposition aufgrund der im Vergleich zum Bypass 6b relativ kleinen Strömungsquerschnitts der Leitung 4at spielt hier eine wichtige Rolle für eine möglichst einfache Systemintegration. Vor diesem Hintergrund ist die in 1 gezeigte Konfiguration für Kühlsysteme, die bereits aus Kraftstoffverbrauchsgründen eine Schaltpumpe 7 mit vakuumbetätigter Absperrvorrichtung 6bv verwenden und eine el. Heizungshilfspumpe, z. B. zur Restwärmnutzung bei StartStop-Betrieb oder zur Turbonachlaufkühlung, extrem kosteneffektiv und bezüglich der Systemintegration sehr einfach realisierbar. Es genügt hier ein vakuumbetätigtes Ventil 6ev gemäß 1 einzubinden.The valve 6EV When switching to conventional oil cooler integration of the coolant flow of the engine oil cooler 40 and the heater core 4 flows through. The sum of the two volume flows is generally much smaller than the volume flows in the bypass branch 6b or in the cooler branch 6a or in the return line 6 ab , Therefore, the required flow cross section is relatively small and thus the size of the valve 6EV and the costs. The first studies on the application of the inventive concept have also shown that the associated space advantage compared to alternative inventive layouts with valves in the branches 6 ab . 6b or 6a extremely helpful. Also, the relatively flexible choice of installation position due to compared to the bypass 6b relatively small flow cross-section of the line 4at plays an important role here for the simplest possible system integration. Against this background, the in 1 configuration shown for cooling systems, which is already a fuel pump, a switching pump 7 with vacuum actuated shut-off device 6bv use and an el. Heater auxiliary pump, z. B. for residual heat utilization in StartStop operation or for turbo lag cooling, extremely cost-effective and with respect to system integration very easy to implement. It is sufficient here a vacuum-operated valve 6EV according to 1 integrate.
Eine ganz besonders vorteilhafte Situation mit vielseitiger Nutzung ergibt sich, wenn sowohl der Kabinenheizungswärmetauscher 4 als auch der Motorölkühler 40 möglichst leistungsstark sind und insbesondere, wenn diese bereits bei relativ kleinen Volumenströmen des Kühlmittels und gegebenenfalls auch des Öls noch hohe Wärmeübertragungswerte aufweisen. Bei geschlossener Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv/6ev und Kabinenheizleistungsdefizit wird dann das Kühlmittel – in Verbindung mit einem Hochleistungswärmetauscher/Hochleistungsheizklimagerät und durch eine geeignete Einstellung des Kühlmitteldurchflusses – am Heizungswärmetauscher – nach Möglichkeit und unter den Wirkungsgradlimitationen des Heizklimageräts – möglichst weit unter die Motoröltemperatur abgesenkt und nutzt somit das Motoröl verstärkt als Wärmequelle bzw. reduziert die Wärmeverluste, wenn das Kühlmittel am Motoraustritt deutlich warmer ist als das Motoröl. Bei hohem Kühlbedarf, d. h. bei geöffneter Kühlmittelabsperrvorrichtung, wird der Motorölkühler 40 dann mittels Öffnen der Vorrichtungen 6bv und 6ev in umgekehrter Richtung durchströmt und die Reihenschaltung von Motorölkühler 40 und Heizungswärmetauscher 4 wird aufgehoben. Als Endresultat stellt sich unter dem Druckpotential der Hauptmotorkühlmittelpumpe 7 ein relativ hoher Kühlmitteldurchfluss durch den Motorölkühler 40 ein, so wie er bei Heißlandtests auch benötigt wird. Um die im Heizungsbetrieb durch Schließen der beiden Vorrichtungen 6bv und 6ev am Ölkühler 40 gewonnene Wärme zu maximieren, ist es bei entsprechend effizientem Heizungswärmetauscher ganz besonders hilfreich, wenn der Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungswärmetauscher bei Heizbetrieb deutlich kleiner ist als dies bei maximalem Motorölkühlungsbedarf notwendig wäre. Deshalb ist die Strömungsumkehr im Motorölkühler 40, verbunden mit der Kühlmitteldurchflusserhöhung so sehr von Interesse. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn durch die Strömungsumkehr im Motorölkühler 40 bei Öffnen der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv der Kühlmitteldurchsatz durch den Motorölkühler 40 – zumindest bei mittleren und hohen Motordrehzahlen – um mehr als 100% zunimmt. Dies ist nicht zuletzt auch deshalb wichtig, weil bei den hohen Öltemperaturen von 140–150°C im Heißlandtest bei zu geringem Kühlmitteldurchsatz eine Kühlmittelüberhitzungsgefahr besteht. Mit anderen Worten, es ist mit einer derartigen Ausgestaltung ohne Mehraufwand möglich, den Ölkühler 40 wahlweise heizleistungsoptimal mit geringem Kühlmitteldurchfluss – dieser ergibt sich nicht zuletzt auch aus der Reihenschaltung von Heizungswärmetauscher und Motorölkühler – und in der Anordnung stromab des Heizungswärmetauschers oder motorölkühlungsoptimal mit hohem Kühlmitteldurchfluss zu betreiben. Zusätzlich eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, um mit Höchstleistungsheizungswärmetauschern 4 höheren Druckverlustes und kleineren Kühlmitteldurchflusses zu arbeiten.A particularly advantageous situation with versatile use arises when both the cabin heat exchanger 4 as well as the engine oil cooler 40 are as powerful as possible and in particular if they have even at relatively low flow rates of the coolant and possibly also the oil still high heat transfer values. With the coolant shut-off device closed 6bv / 6EV and Cabinenheizleistungsdefizit then the coolant - in conjunction with a high-performance heat exchanger / Hochleistungsheizklimagerät and by a suitable adjustment of the coolant flow - the heater core - as far as possible and under the efficiency limits of the Heizklimageräts - lowered as far below the engine oil temperature and thus uses the engine oil reinforced as a heat source or reduces heat loss if the coolant at the engine outlet is significantly warmer than the engine oil. At high cooling demand, ie when the coolant shut-off device is open, the engine oil cooler 40 then by opening the devices 6bv and 6EV flows in the reverse direction and the series connection of engine oil cooler 40 and heating heat exchanger 4 is canceled. The final result is under the pressure potential of the main engine coolant pump 7 a relatively high coolant flow through the engine oil cooler 40 as it is needed in hotland tests. To the in heating mode by closing the two devices 6bv and 6EV on the oil cooler 40 In case of an efficient heating heat exchanger, it is particularly helpful if the coolant throughput through the heating heat exchanger during heating operation is significantly smaller than would be necessary at the maximum engine oil cooling requirement. Therefore, the flow reversal is in the engine oil cooler 40 , associated with the coolant flow increase so much of interest. For this reason, it is particularly advantageous if the flow reversal in the engine oil cooler 40 upon opening the coolant shut-off device 6bv the coolant flow through the engine oil cooler 40 - At least at medium and high engine speeds - increases by more than 100%. This is not least important because at the high oil temperatures of 140-150 ° C in the hot landing test at too low coolant flow through a coolant overheating hazard exists. In other words, it is possible with such a configuration without additional effort, the oil cooler 40 Optimal heating efficiency with low coolant flow - this results not least from the series connection of heating heat exchanger and engine oil cooler - and operate in the arrangement downstream of the heat exchanger or optimal engine oil cooling with high coolant flow. In addition, it opens up completely new possibilities for using high-performance heat exchangers 4 higher pressure loss and smaller coolant flow to work.
Ganz grundsätzlich ermöglicht es die Anordnung gemäß 1, in Verbindung mit einer variablen el. Leistung der el. Zusatzpumpe 2, mittels der Motorsteuerung 20 eine Priorisierung der Wärmeströme vom Kühlmittel ins Öl und umgekehrt vorzunehmen. So ist es insbesondere i. a. vorteilhaft, sobald die Durchwärmung des Heizungswärmetauscherzweigs 4a im Fall ohne Heizleistungsentnahme abgeschlossen ist, den Kühlmitteldurchfluss im Heizungszweig 4a zu erhöhen. Dies hilft in der Regel in der Motorteillast dabei, den Zeitpunkt bis zum Öffnen der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv zu verzögern. Dabei spielt nicht nur die Verbesserung des Wärmeübergangs und der Temperaturhomogenisierung im Motor eine maßgebliche Rolle, sondern in der Regel auch der verbesserte Wärmeübergang zwischen Kühlmittel und Motoröl. Speziell im gesetzlichen Abgastest (MVEGA) ist in diesem Zusammenhang das Kühlmittel bei den meisten Motoren wärmer als das Motoröl, so dass dem Wärmeübergang im Ölkühler 40 eine große Rolle dabei zu kommt, die Motorabwärme durch ein Geschlossenhalten der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv möglichst lange zugunsten der Erhöhung der Bauteil- und der Öltemperatur zu verteilen und nicht über den Fahrzeigkühler 8 abzugeben.In principle, it allows the arrangement according to 1 , in conjunction with a variable el. power of the el. auxiliary pump 2 , by means of the engine control 20 prioritizing the heat flows from the coolant to the oil and vice versa. So it is particularly advantageous ia, once the heating of the Heizungswärmetauscherzweigs 4a is completed in the case without heating power extraction, the coolant flow in the heating branch 4a to increase. This usually helps in the engine part load, the time to open the Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv to delay. Not only the improvement of the heat transfer and the temperature homogenization in the engine plays a decisive role, but also the improved heat transfer between coolant and engine oil. Especially in the legal emission test (MVEGA) is in this context, the coolant in most engines warmer than the engine oil, so that the heat transfer in the oil cooler 40 a major role in this is the engine waste heat by keeping the coolant shut-off device closed 6bv as long as possible in favor of increasing the component and the oil temperature to distribute and not on the Fahrzeigkühler 8th leave.
Insbesondere ist es mit dieser Vorgehensweise möglich, auch mit einem ganz konventionellen Kühlerthermostaten in der Motorteillast erhöhte Kühlmitteltemperaturen weit oberhalb der Thermostatöffnungstemperatur von beispielsweise 110°C anstelle der 90°C Thermostatöffnungstemperatur zu fahren. Dies ist zum einen dann der Fall, wenn im Warmlauf durch Schließen der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv das Dehnstoffelement einfach nicht mit einer hinreichenden Menge warmen Kühlmittels angeströmt wird.In particular, it is possible with this approach, even with a very conventional radiator thermostat in the engine part load increased coolant temperatures far above the thermostat opening temperature of, for example, 110 ° C instead of the 90 ° C thermostat opening temperature to drive. This is on the one hand then the case when warming up by closing the Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv the expansion element is simply not flown with a sufficient amount of warm coolant.
Zum anderen kann aber auch durch ein getaktetes oder teilweises öffnen der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv auch ein getaktetes Öffnen und wieder Schließen des Kühlerthermostaten 6 induziert werden. In Verbindung mit der Zusatzpumpe 2 ist somit eine Erhöhung der motorinternen Kühlmittel-, Bauteil- und Öltemperatur mit und ohne Wärmeabfuhr am Fahrzeugkühler 8 von der Motorsteuerung 20 aktivierbar und deaktivierbar, was eine erhebliche Verbesserung der Kosteneffizienz bedeutet. On the other hand, but also by a clocked or partially open the Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv also a clocked opening and closing the radiator thermostat 6 be induced. In conjunction with the auxiliary pump 2 is thus an increase in the engine coolant, component and oil temperature with and without heat dissipation on the vehicle radiator 8th from the engine control 20 can be activated and deactivated, which means a considerable improvement in cost efficiency.
Einen ganz besonderen Vorteil des Systems gemäß 1 stellt es dar, dass es bei entsprechender Gestaltung der el. Heizungspumpe 2 auch bei ausgeschalteter el. Heizungspumpe 2 noch Heizleistung liefern kann. Hieran ist die Verbindungsleitung 4at maßgeblich beteiligt, die es ermöglicht, mittels Öffnen der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv die Kabineheizung jederzeit zu aktivieren. Im Gegensatz zu bisher bekannten Systemen mit autarker Heizung und temporär deaktiviertem Motorkühlmitteldurchsatz seitens der Hauptmotorkühlmittelpumpe 7 liefert dies eine Reihe von ganz erheblichen Vorteilen. So wird u. a. die Sicherheit gegen Heizungsausfall im Winter erhöht, es wird etwas Kraftstoff durch die temporäre Einsparung an Lichtmaschinenlast für den el. Pumpenstrom eingespart und es reduzieren sich die Lebensdaueranforderungen der el. Hilfspumpe.A very special advantage of the system according to 1 It shows that it with appropriate design of el. Heater pump 2 also when the el. heating pump is switched off 2 can still provide heating power. This is the connection line 4at significantly involved, which makes it possible by opening the Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv to activate the cabin heater at any time. In contrast to previously known systems with autonomous heating and temporarily deactivated engine coolant flow through the main engine coolant pump 7 This provides a number of very significant benefits. Among other things, the safety against heating failure in the winter is increased, some fuel is saved by the temporary saving in alternator load for the el. Pump flow and the service life requirements of the el. Auxiliary pump are reduced.
Ein weiterer Vorteil des Systems gemäß 1 besteht darin, dass es auch bei Wärmeentnahme am Heizungswärmetauscher 4 noch Kraftstoffersparnisse liefern kann, u. a. über die reduzierte wärmeaktive Masse, den reduzierten kühlmittelseitigen Wärmeübergang an der Zylinderlaufbahn bei reduziertem Kühlmitteldurchsatz, die zielgerichtete Priorisierung des Kühlmittels durch Abkühlung des Kühlmittels am Heizungswärmetauscher 4 unter die Motoröltemperatur und Rückerwärmung des Kühlmittels am Ölkühler 40 und gegebenenfalls durch die Erhöhung der Kühlmitteltemperatur über die Thermostatöffnungstemperatur hinaus.Another advantage of the system according to 1 is that it is also when heat is removed from the heat exchanger 4 can still provide fuel savings, including the reduced heat-active mass, the reduced coolant-side heat transfer to the cylinder liner at reduced coolant flow, the targeted prioritization of the coolant by cooling the coolant at the heat exchanger 4 below the engine oil temperature and re-heating of the coolant at the oil cooler 40 and optionally by increasing the coolant temperature beyond the thermostat opening temperature.
Die spezifische Einbindung des Motorölkühlers 40 mit den Anschlüssen 4am und 4at in 1 stellt darüber hinaus sicher, dass auch bei sehr hohem Kühlbedarf bezüglich des Motoröls die best möglichen Reserven verfügbar sind: In diesem Fall öffnet die Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv/6ev und der Ölkühler 40 wird nun in umgekehrter Richtung durchströmt, d. h. so wie bei konventionellen Serienkühlsystemen üblich. Der Kühlmittelstrom durch den Motorölkühler 40 ist nun nicht nur relativ hoch, sondern er liefert auch eine hohe Kühlwirkung.The specific integration of the engine oil cooler 40 with the connections 4am and 4at in 1 moreover ensures that the best possible reserves are available even with very high cooling requirements with regard to the engine oil: in this case, the coolant shut-off device opens 6bv / 6EV and the oil cooler 40 is now flowed through in the reverse direction, ie as usual in conventional cooling systems. The coolant flow through the engine oil cooler 40 Not only is it relatively high, it also provides a high cooling effect.
Im vergleich zu einem konventionellen Kühl- und Heizsystem bietet das System gemäß 1 eine erheblich verbesserte Kabinenheizleistung. Dies gilt angesichts der reduzierten wärmeaktiven Massen im Warmlauf mit geschlossener Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv und 6ev ganz grundsätzlich und insbesondere im Leerlauf, wo bekannte Heizsysteme ohne el. Zusatzpumpe und insbesondere ohne dem Heizungswärmtauscher 4 nachgeschalteten Motorölkühler 4 deutliche Nachteile aufweisen. Dieser Vorteil wird dadurch noch erhöht, dass es mittels der el. Zusatzpumpe 2 im Warmlauf mit geschlossener Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv/6ev möglich ist, den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungszweig sehr präzise auf eng begrenzte Werte einzustellen, so wie sie zur Optimierung der Kabinenheizleistung unter Berücksichtigung der Wärmetauscherwirkungsgradkennlinien des Heizungswärmetauschers 4 einerseits und des Motorölkühlers 4 andererseits erforderlich sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft wenn die Möglichkeit der präzisen Einstellung des Kühlmitteldurchflusses im Heizungszweig unabhängig von der Motordrehzahl dafür genutzt wird, dass die Kühlmitteltemperatur am Eintritt in den Motorölkühler 40 deutlich unterhalb der Motoröltemperatur liegt und somit das Motoröl indirekt als Wärmequelle zur Erhöhung der Kabinenheizleistung genutzt wird. Diese Vorgehensweise ist in gewissen Grenzen bereits mit heutigen Serienheizungswärmetauschern und Serienmotorölkühlern realisierbar. Ganz besonders vorteilhaft ist es aber, wenn Heizungswärmetauscher mit vergrößertem Bauraum und/oder erhöhter Wärmetauschermatrixdichte zum Einsatz kommen und hier insbesondere auch zur Mehrfach-Kreuzgegenstrombauweise übergegangen wird. Entsprechende Hochleistungsheizungswärmetauscher sind z. B. in der PCT/DE 2008/000613 beschrieben. In einem weiterführenden Schritt ist es hierbei zur Maximierung der Kabinenheizleistung und auch zur Verbesserung des Gesamtsystems ohne Heizleistungsentnahme sehr hilfreich, wenn auch bei den Motorölkühlern 40 auf eine Gegenstrombauweise und bevorzugt eine Mehrfach-Kreuzgegenstrombauweise übergegangen. Eine bevorzugte analoge Übertragung basierend auf den Erkenntnisse in der PCT/DE 2008/000613 ergibt sich bei gleicher Vorgehensweise, wenn das Motoröl an die Stelle der Luft tritt und das Kühlwasser die Umlenkungen zur Bildung des Mehrfachkreuzgegenstroms durchläuft. Der gegebenenfalls erhöhte kühlwasserseitige Druckverlust ist hierbei angesichts der Motorölkühlereinbindung gemäß 1 i. a. kein Problem, da bei dieser Einbauart und geöffneter Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv der Ölkühlerdurchfluss ohnehin so gedrosselt werden muss, dass der Hauptkühlmittelstrom durch den Motor strömt und nicht durch den Ölkühler. Diese Aussage gilt ganz besonders deshalb, weil die Zusatzpumpe 2 in jeder Betriebssituation mit geschlossener Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv einen definierten Durchfluss liefert und da dieser Durchfluss – zumindest bei Heizleistungsdefizit – bevorzugt ohnehin in Richtung wesentlich kleinerer Kühlmitteldurchflüsse durch den Heizungszweig erfolgt als dies heute serientypisch ist. Dass bei Verwendung eine Hochleistungsheizungswärmetauschers, insbesondere gemäß PCT/DE 2008/000613, nicht nur die Kühlmitteldurchflüsse zumindest im Fahrbetrieb bevorzugt deutlich kleiner sind als heute üblich ermöglicht es, in einem weiterführenden Schritt, auch die Kühlmittelleitung im Heizungszweig 4a mit wesentlich kleineren Strömungsquerschnitten zu versehen. Dies kommt wiederum der wärmeaktiven Masse und den Oberflächenwärmeverlusten zugute. Beides ist vorteilhaft für den Warmlauf mit und ohne Heizung.Compared to a conventional cooling and heating system, the system offers 1 a significantly improved cabin heat output. This applies in view of the reduced heat-active masses during warm-up with closed Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv and 6EV quite fundamentally and in particular at idle, where known heating systems without el. Additional pump and in particular without the Heizungswärmtauscher 4 downstream engine oil cooler 4 have significant disadvantages. This advantage is further increased by the fact that it by means of el. Additional pump 2 during warm-up with closed coolant shut-off device 6bv / 6EV it is possible to set the refrigerant flow rate through the heating branch very precisely to narrow limits, as well as to optimize the cabin heating performance, taking into account the heat exchange efficiency characteristics of the heating heat exchanger 4 on the one hand and the engine oil cooler 4 on the other hand are required. It is particularly advantageous if the possibility of precise adjustment of the coolant flow in the heating branch is used independently of the engine speed, that the coolant temperature at the entrance to the engine oil cooler 40 is well below the engine oil temperature and thus the engine oil is indirectly used as a heat source to increase the cabin heating power. This procedure can already be implemented within certain limits with today's series heat exchangers and series engine oil coolers. However, it is particularly advantageous if heating heat exchangers with an increased installation space and / or increased heat exchanger matrix density are used and in this case, in particular, also a multiple cross countercurrent design is used. Corresponding high-performance heat exchangers are z. B. in the PCT / DE 2008/000613 described. In a further step, it is here for maximizing the cabin heating and also to improve the overall system without heating power extraction very helpful, even if the engine oil cooler 40 converted to a countercurrent construction and preferably a multiple cross countercurrent construction. A preferred analog transmission based on the findings in PCT / DE 2008/000613 results in the same procedure when the engine oil takes the place of air and the cooling water passes through the baffles to form the multiple cross countercurrent. The optionally increased cooling-water-side pressure drop is in this case in view of the engine oil cooler involvement 1 ia no problem, as with this type of installation and opened Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv the oil cooler flow must be throttled anyway so that the main coolant flow flows through the engine and not through the oil cooler. This statement is especially true because the auxiliary pump 2 in every operating situation with closed coolant shut-off device 6bv provides a defined flow and because this flow - at least in Heizleistungsdefizit - preferably anyway in the direction of much smaller coolant flows through the heating branch than this is typical today. That when using a Hochleistungsheizungswärmetauschers, in particular according to PCT / DE 2008/000613, not only the coolant flows are preferably significantly smaller, at least when driving than usual today allows, in a further step, the coolant line in the heating branch 4a to be provided with much smaller flow cross-sections. This in turn benefits the heat-active mass and surface heat losses. Both are advantageous for warming up with and without heating.
Das Kühlsystem gemäß 1 steht stellvertretend für eine Vielzahl denkbarere Kühlsysteme, die so ausgelegt werden, dass das Motoröl an einem Motorölkühler 40 ausschließlich oder zumindest vorwiegend vom Kühlmittel des Heizungsrücklaufs beaufschlagt wird und somit das Potential aufweist, das Motoröl am Motorölkühleraustritt auf Werte in Richtung der Kühlmittelrücklauftemperatur der Kabinenheizung zu temperieren. Maßgeblich ist hierbei, dass Mischungsvorgänge mit Kühlmittel aus Zonen des Kühlsystems die sich nahe dem Kühlmitteltemperaturniveau des Motoraustritts bzw. Heizungswärmetauschereintritts vermieden/reduziert werden, so dass sich die Kühlmitteleintrittstemperatur in den Motorölkühler 40 deutlich unterhalb der Kühlmitteleintrittstemperatur in den Heizungswärmetauscher befindet. Eine solche Konstellation lässt sich z. B. auch durch eine Reihenschaltung des Motorölkühlers und des Heizungswärmetauschers realisieren oder durch einen Kurzschluss des Ölkühlers mit Kühlmittelentnahme an der Stelle 7a in 1, d. h. insbesondere eine Wasserentnahme an der Pumpenspirale, wenn auch nicht ganz so elegant und effektiv/flexibel wie in 1. Werden bei einem derartig ausgestalteten Kühlsystem Mittel aktiviert oder eingebaut, die auf eine Verbesserung der Kabinenheizleistung mittels Anhebung der Kühlmitteltemperatur abzielen, so ergibt sich eine signifikant bessere Kabinenheizleistungssteigerung pro kW zusätzlich in das Kühlwasser eingebrachte Wärmeleistung. Das gilt bereits für viele heutige Heizklimageräte, Motorölkühler, Motorkühlsystem und Motoren und wurde bisher nicht zur Verbesserung der Wirksamkeit von wasserseitigen Zusatzwärmequellen genutzt. Der Einsatz von Höchstleistungsheizklimageräten und übergroßen Ölkühlere, d. h. Ölkühler die für die Wärmeabfuhr bei Volllast oder Anhängerbergfahrt zur Vermeidung der Ölüberhitzung eigentlich weit überdimensioniert sind, erweitert hier die Verbesserung bezüglich der Heizung noch einmal ganz erheblich, insbesondere in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Einzelmaßnahmen und deren Synergien bei der richtigen Kombination von Einzelmaßnahmen.The cooling system according to 1 is representative of a variety of conceivable cooling systems that are designed so that the engine oil on an engine oil cooler 40 is exclusively or at least predominantly acted upon by the coolant of the heating return and thus has the potential to temper the engine oil at the engine oil cooler outlet to values in the direction of the coolant return temperature of the cabin heater. The decisive factor here is that mixing processes with coolant from zones of the cooling system that are near the coolant temperature level of the engine outlet or Heizungswärmetauschereintritts avoided / reduced, so that the coolant inlet temperature in the engine oil cooler 40 is well below the coolant inlet temperature in the heater core. Such a constellation can be z. B. also realize by a series connection of the engine oil cooler and the heat exchanger or by a short circuit of the oil cooler with coolant removal at the site 7a in 1 , ie in particular a water extraction at the pump spiral, although not quite as elegant and effective / flexible as in 1 , If means are activated or installed in such a designed cooling system, which are aimed at improving the cabin heating power by raising the coolant temperature, a significantly better cabin heat output per kW additionally results in the heat output introduced into the cooling water. This already applies to many today's air conditioning units, engine oil cooler, engine cooling system and engines and has not been used to improve the effectiveness of water-side additional heat sources. The use of Höchstleistungsheizklimageräten and oversized oil cooler, ie oil cooler which are far too large for the heat dissipation at full load or trailer hill to avoid overheating, here extended the improvement in terms of heating again very considerably, especially in conjunction with the individual measures and their synergies the right combination of individual measures.
Als Mittel zur Erhöhung der Kühlmitteltemperatur können insbesondere kraftstoffverbrauchserhöhende Mittel in Form von heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen zum Einsatz kommen, die vielfach kostenneutral realisierbar wären, aber wegen des hohen Kraftstoffmehrverbrauchs und/oder der ungenügenden Leistung nicht genutzt werden. Insbesondere gelten Motorsteuerungsmaßnahmen und bis heute in die Großserie umgesetzte Wärmemanagementmaßnahmen als nicht ausreichend, um die Kosten für den luftseitigen PTC-Zuheizer einzusparen. Bei entsprechender Dimensionierung des Motorölkühlers 40 und des Heizklimageräts einschließlich Heizungswärmetauscher 4 ändert sich das in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ölkühlereinbindung, z. B. gemäß 1, bei vielen Motoren.As means for increasing the coolant temperature, in particular fuel consumption-increasing means in the form of heating-performance-oriented engine control measures can be used, which would often be cost neutral realized, but not used because of the high fuel consumption and / or the insufficient performance. In particular, engine management measures and heat management measures implemented to date in mass production are considered insufficient to save the cost of the airside PTC heater. With appropriate dimensioning of the engine oil cooler 40 and the heating air conditioner including heater core 4 changes in conjunction with the invention oil cooler integration, z. B. according to 1 , in many engines.
Ein solches Hochleistungsheizklimagerät, das eine besonders hohe Kühlmittelwärmeentnahme aus dem Kühlmittel sicherstellt und insbesondere sehr hohe Wärmenutzungsgrade Phi und Merkmale ist z. B. in der Patentanmeldung Wo 2008/125089 beschrieben. Entsprechende Platten- bzw. Scheibenölkühler mit sehr hohen Wirkungsgraden lassen sich oftmals relativ einfach dadurch realisieren, dass man die Motorölkühler von Motoren verwendet, die ca. die 1,5–2-fache Nennleistung aufweisen oder indem man einige Scheiben zusätzlich verwendet. Für typische Diesel-PKW heutiger Bauart lassen sich so leicht und kostengünstig großzügig/übergroß dimensionierter Motorölkühler mit Leistungen von mehr als 200 W/K oder bevorzugt mehr als 300 W/K realisieren. Als Definition für diese Leistungsangabe soll hier eine Eintrittstemperaturdifferenz (ETD) von Wasser und Öl von 40 K gelten, bei 90°C Wassertemperatur und 130°C Öltemperatur und 10 l/min Kühlmittel- und 20 l/min Öldurchfluss sein. Wichtig ist dabei zu beachten, dass diese Nennleistungen bei den Kühlmittel- und Öltemperaturen im Heizungstest in der Regel signifikant abfallen. Ein so definierter Heizungswärmetauscher wird aber in der Regel immer eine Verbesserung der Heizleistung liefern. Noch besser sind natürlich gegebenenfalls Heizungswärmetauscher, die die 200–300 W/K ETD auch bei den Randbedingungen im Heizungstest bringen, zumindest bei Erreichen von Motoröl- bzw. Kühlmitteltemperaturen in der Größenordnung von 20–50°C und insbesondere bei den im Vergleich zur Nennleistung kleineren Kühlmittel und Ölvolumenströmen im VDA-Standardheizungstest bei 50 km/h Konstantfahrt in der Ebene.Such Hochleistungsheizklimagerät, which ensures a particularly high coolant heat removal from the coolant and in particular very high heat utilization Phi and features is z. B. in the patent application Where 2008/125089 described. Corresponding plate or disk oil coolers with very high efficiencies can often be realized relatively simply by using the engine oil cooler of engines that have approximately 1.5-2 times the rated power or by using some additional disks. For typical diesel cars of today's design can be so easily and inexpensively large / oversized engine oil cooler with outputs of more than 200 W / K or preferably more than 300 W / K realize. The definition for this performance specification is an inlet temperature difference (ETD) of water and oil of 40 K, at 90 ° C water temperature and 130 ° C oil temperature and 10 l / min coolant and 20 l / min oil flow. It is important to note that these ratings typically decrease significantly at the coolant and oil temperatures in the heater test. However, such a defined heating heat exchanger will usually always provide an improvement in heating power. Even better, of course, are heater heat exchangers that bring the 200-300 W / K ETD even in the boundary conditions in the heating test, at least when engine oil or coolant temperatures in the order of 20-50 ° C and especially in comparison to the rated power smaller coolant and oil volume flows in the VDA standard heating test at 50 km / h Constant travel in the plane.
In diesem Zusammenhang hilft es bei vielen Motoren den Ölkühlervolumenstrom durch eine Regelung des Motorölkühlervolumenstroms und damit des Motors abzusenken, z. B. durch eine Volumenstromgeregelte Ölförderpumpe oder eine Begrenzung des Öldrucks in der Hauptölgalerie mittels Absteuerung von Öl an der Ölpumpe oder stromauf des Ölkühlers 40. Mit dieser Maßnahme wird es für einen gegebenen Ölkühler einfacher, die Öltemperatur am Ölkühleraustritt möglichst nahe an die Heizungsrücklauftemperatur zu bringen. Ein weiteres Mittel, das hier sehr hilfreich ist besteht darin, die Öltemperatur am Motorölkühler dadurch abzusenken, dass die Kolbenkühldüsen deaktiviert werden. Mit dieser Maßnahme steigt die Kolbentemperatur und der Wärmeübergang an den Wassermantel des Motors und gleichzeitig sinkt sie Öltemperatur in der Ölwanne und im Vorlauf des Ölkühlers. Diese niedrigere Eintrittstemperatur führt ebenfalls dazu dass der Motorölkühler leichter ein Kühlmitteltemperatur am Ölkühleraustritt erreichen kann die sich der Heizungsrücklauftemperatur annähert. In Verbindung mit heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen ist diese Wirkung besonders wichtig, um den in seiner Leistungsfähigkeit begrenzten Motorölkühler nicht zu sehr mit heißem Motoreintrittsöl zu überfordern.In this context, it helps in many engines to lower the oil cooler volume flow by controlling the engine oil cooler volume flow and thus the engine, e.g. B. by a volume flow controlled oil pump or a limitation of the oil pressure in the main oil gallery by means of control of oil on the oil pump or upstream of the oil cooler 40 , This measure makes it easier for a given oil cooler to bring the oil temperature at the oil cooler outlet as close as possible to the heating return temperature. Another means, which is very helpful here, is the oil temperature at the engine oil cooler thereby lower that the piston cooling nozzles are deactivated. With this measure, the piston temperature and the heat transfer to the water jacket of the engine increases and at the same time it drops oil temperature in the oil pan and in the flow of the oil cooler. This lower inlet temperature also causes the engine oil cooler to more easily reach a coolant temperature at the oil cooler exit that approaches the heater return temperature. In conjunction with heating-performance-oriented engine control measures, this effect is particularly important in order not to overwhelm the performance-limited engine oil cooler with hot engine intake oil.
Alle diese Maßnahmen zielen darauf ab, dass die Öltemperatur am Motorölkühleraustritt und in der Hauptölgalerie in Verbindung mit der ausschließlichen bzw. vorwiegenden Beaufschlagung des Motorölkühlers 40 mit Kühlmittel aus dem Heizungsrücklauf 4ar auf Werte in Richtung der Heizungsrücklauftemperatur verschoben wird, so dass ich die Wärmemenge die für die instationäre Aufheizung der Motorbauteile benötigt wird reduziert und so dass die Oberflächenwärmeverluste kleiner werden. Dabei ermöglichen Hochleistungswärmetauscher dass auch bei relativ hohen Luftmengen die Heizungsrücklauftemperatur im Verlaufe oder zumindest gegen Ende des Warmlaufs mindestens 12 K unterhalb der Motoraustritts- und Heizungseintrittstemperatur liegen kann ohne dass der Wirkungsgrad nennenswert einbricht. Besonders hilfreich ist es dabei, wenn der Heizungswärmetauscher und/oder der Motorölkühler eine Gegenstromcharakteristik aufweisen und/oder eine Absenkung des Ölfördervolumens sicherstellt, dass das Öl den Motorölkühler 40 nahe der Heizungsrücklauftemperatur und besonders bevorzugt unterhalb der Kühlmittelaustrittstemperatur aus dem Motorölkühler 40 in Richtung Hauptölgalerie und Motor verlässt.All of these measures are aimed at ensuring that the oil temperature at the engine oil cooler outlet and in the main oil gallery in conjunction with the exclusive or predominantly acting on the engine oil cooler 40 with coolant from the heating return 4aR is shifted to values in the direction of the heating return temperature, so that I reduce the amount of heat needed for the transient heating of the engine components and so that the surface heat losses are smaller. High-performance heat exchangers make it possible for the heater return temperature to be at least 12 K below the engine outlet and heating inlet temperature, even at relatively high air volumes, during the course of or at least towards the end of the warm-up without the efficiency dropping appreciably. It is particularly helpful in this case if the heating heat exchanger and / or the engine oil cooler have a countercurrent characteristic and / or a reduction in the oil delivery volume ensures that the oil is the engine oil cooler 40 near the heater return temperature, and more preferably below the coolant exit temperature from the engine oil cooler 40 towards the main oil gallery and engine leaves.
Das System nach 1 wird bei Heizleistungsdefizit bevorzugt so betrieben, dass der Kühlmittelstrom durch den Heizungswärmetauscher 4 den Hauptkühlmittelstrom durch den Motor darstellt und insbesondere gleich dem Gesamtmotorkühlmittelstrom ist. Damit sind im vergleich zu konventionellen Kühlsystemen die Zweige 6ab, 6b und 4at und die darin enthaltenen Komponenten einschließlich der Kühlmittelpumpe 7 nicht vom Kühlmittel durchströmt und müssen nicht aufgeheizt werden. Gleichzeitig besteht über den Motorblock 1B und den Motorkopf 1K in der Regel eine erhebliche Temperaturdifferenz, da der Motor die Wärmequelle für die Heizung ist.The system after 1 is preferably operated at Heizleistungsdefizit so that the flow of coolant through the heating heat exchanger 4 represents the main coolant flow through the engine and in particular equal to the total engine coolant flow. Thus, in comparison to conventional cooling systems, the branches 6 ab . 6b and 4at and the components contained therein, including the coolant pump 7 does not flow through the coolant and do not need to be heated. At the same time there is over the engine block 1B and the engine head 1K usually a significant temperature difference, since the engine is the heat source for heating.
Im Vergleich zum konventionellen Motorkühlsystem, mit in der unteren Motorteillast weitgehend homogener Kühlmitteltemperaturverteilung zwischen Motorein- und Motoraustritt, gibt es somit Zonen im Motor die wesentlich kälter sind als am Motoraustritt, wiederum verbunden mit Vorteilen bezüglich der instationären Aufheizung und der Oberflächenwärmeverluste. Alle Stellen die am Motor unterhalb Motoraustrittstemperatur liegen liefern hier einen Vorteil.In comparison with the conventional engine cooling system, with largely homogeneous coolant temperature distribution between engine inlet and engine outlet in the lower engine part load, there are zones in the engine which are considerably colder than at the engine exit, in turn associated with advantages with respect to the transient heating and the surface heat losses. All points on the engine below engine exit temperature provide an advantage here.
Trotz all dieser Vorteile ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise gemäß 1 auch dann noch von Interesse, wenn das Ventil bzw. die Absperrvorrichtung 6bv komplett entfällt. Das gilt bei entsprechend leistungsfähigen Ölkühlern und Heizklimageräten ganz grundsätzlich für Konfigurationen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der Kühlmittelstrom durch den Heizungswärmetauscher 4 um ein Vielfaches kleiner ist als die Summe der Kühlmittelströme in den übrigen bei geschlossenem Kühlerthermostaten 6 durchströmten Kühlmittelzweigen, insbesondere des Bypasszweiges 6b. Ein bisher vielfach nicht berücksichtigter Sachverhalt ist hierbei, dass sich bereits alleine bei Abkühlung des Motoröls erhebliche Einsparungen bezüglich der Wärmeverluste ergeben und dass insbesondere die Synergie der – vielfach kostenlos verfügbaren bzw. ansteuerbaren – Bauteile hier bereits signifikante Vorteile liefert. Wichtig ist hierbei aber auch die einzelnen Maßnahmen systematisch zu nutzen und auch die Bauteile entsprechend großzügig zu dimensionieren. Es ist zu vermuten, dass hierein ein Grund dafür liegt, dass die vorgeschlagenen Maßnahmen bei beispielsweise voll durchströmtem Bypass 6b bisher nicht für die PKW Anwendung eingesetzt werden, obwohl z. B. alle Diesel-PKW Probleme mit der Kabinenheizleistung haben und selbst mit PTC-Zuheizern oftmals nur bedingt eine zufriedenstellende Heizleistung aufweisen,Despite all these advantages, the procedure according to the invention is 1 even then of interest when the valve or shut-off 6bv completely eliminated. This applies to correspondingly powerful oil coolers and air conditioning units quite fundamentally for configurations of the procedure according to the invention, which are characterized in that the coolant flow through the heating heat exchanger 4 is many times smaller than the sum of the coolant flows in the rest with closed radiator thermostat 6 flowed through coolant branches, in particular the bypass branch 6b , A circumstance that has hitherto been often ignored here is that considerable savings in terms of heat losses occur even when the engine oil cools down, and that, in particular, the synergy of the components, which are often available and can be activated for a small amount, already provides significant advantages here. However, it is also important to use the individual measures systematically and to dimension the components accordingly generously. It can be assumed that this is one of the reasons why the measures proposed are, for example, when the bypass is full 6b not yet used for the car application, although z. B. all diesel cars have problems with the cabin heating power and even with PTC auxiliary heaters often only partially have a satisfactory heating performance,
1–8 zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen vorgehensweise, ohne dass diese auf die Kühlsystemlayouts begrenzt ist. 1 - 8th show embodiments of the procedure according to the invention, without this being limited to the cooling system layouts.
Im Vergleich zu 1 zeigt 2 ein analog zu 1 wirkendes Kühlsystem, bei dem das serientypische Basissystem das Kühlmittel aus dem Wassermantel des Zylinderblocks 1B entnimmt und über den Ölkühler 40 und die Leitung 4at3 an eine Stelle im Motorkopf oder am Motoraustritt führt. Von dort aus gelangt es unter Vermischung mit dem Hauptvolumenstrom durch Block und Kopf teilweise zum Heizungszweig 4a, primär aber über die Sammelleitung 6ab, den Bypasszweig 6b und den Kühlerthermostaten 6 zur Hauptkühlmittelpumpe 7. Schließen der beiden erfindungsgemäßen Ventile 6bv und 6ev, insbesondere bei Heizleistungsdefizit, führt wiederum zur Umkehr der Kühlmitteldurchströmungsrichtung im Motorölkühler 40 und letztlich zur bereits beschriebenen Verbesserung der Kabinenheizleistung. In 2 ist exemplarisch ein weiterer Kühler 50 im Kurzschluss an die Hauptkühlmittelpumpe 7 angeschlossen. Dies bietet z. B. eine einfache und preiswerte thermische Abkopplung eines Getriebeölkühlers im Warmlauf oder die Möglichkeit, einen EGR-Kühler einzubinden und zunächst thermisch abzukoppeln und/oder unter der Eigenerwärmung warm zu fahren.Compared to 1 shows 2 an analogous to 1 acting cooling system in which the series-typical base system, the coolant from the water jacket of the cylinder block 1B takes and over the oil cooler 40 and the line 4at3 leads to a location in the engine head or at the engine exit. From there, it gets partially mixed with the main volume flow through the block and head to the heating branch 4a , but primarily via the manifold 6 ab , the bypass branch 6b and the radiator thermostats 6 to the main coolant pump 7 , Closing the two valves according to the invention 6bv and 6EV , in particular in heating power deficit, in turn leads to reversal of the coolant flow direction in the engine oil cooler 40 and ultimately to the already described improvement in cabin heating power. In 2 is an example of another cooler 50 in short circuit to the main coolant pump 7 connected. This offers z. As a simple and inexpensive thermal decoupling of a transmission oil cooler during warm-up or the ability to integrate an EGR cooler and thermally first decouple and / or warm under the self-heating.
3 zeigt die Übertragung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auf einen Motor bei dem der Kühlerthermostat 6 im Gegensatz zu 1 und 2 motoraustrittsseitig angeordnet ist. Das Ventil 6ev sitzt nun in der Leitung 4at2, die wahlweise in den Kühlerrücklauf 6kr oder in den Bypassrücklauf 6b oder in die Sammelleitung Gab mündet. Um eine in Bezug auf eine schnelle Kabinenerwärmung unerwünschte Durchströmung des Ausgleichbehälters 9 zu unterbinden, ist hier exemplarisch ein Ventil 9pv vorgesehen. Dieses ist z. B. autark ausgebildet und öffnet erst, wenn das Kühlmittel eine Mindesttemperatur und damit einen Mindestdruck gegen die Umgebung aufweist. Es kann hier aber auch ein weiteres vakuumbetätigtes Ventil zum Einsatz kommen, welches analog zum Ventil 6ev ebenfalls auf der Vakuumleitung 20b liegt und somit zeitgleich mit dem Ventil 6bv und dem Ventil 6ev öffnet. Eine solche Konfiguration zeig 4. Die spezifische Anordnung nach 4 bietet insbesondere die Möglichkeit die ersten Sekunden des Warmlaufs, d. h. bei noch wenig erwärmtem Kühlmittel durch das Öffnen der an die gemeinsame Leitung 20b angeschlossenen Ventile kurz eine Entlüftung des Kühlsystems vorzunehmen, indem der Ausgleichsbehälter durchströmt wird. Wird diese Zeitspanne etwas länger gewählt, z. B. bis das Kühlwasser am Motoraustritt und damit auch annähernd im Motorölkühler und/oder am Heizungswärmetauscheraustritt einen Mindestwert erreicht hat, so kann die el. Pumpe 2 besonders klein und kostengünstig gewählt werden, da damit für den thermischen Anlauf bei sehr tiefen Temperaturen die Reihenschaltung von Heizungswärmetauscher 4 und Motorölkühler 40 zunächst aufgehoben ist. Je nach Leistung der el. Pumpe 2 und kühlmittelseitigem Druckverlust des Motorölkühlers und/oder des Heizungswärmetauschers ist es hier vorteilhaft, mit dem Schließen der Ventile über die gemeinsame Vakuumleitung 20b zu warten, bis Werte von –10°C oder bei besonders druckverlustreicher Systemauslegung auch bis zu Werten von 0°C oder gar bis zu 20°C am Heizungswärmetauscheraustritt erreicht sind. 3 shows the transmission of the procedure according to the invention to an engine in which the radiator thermostat 6 in contrast to 1 and 2 motor outlet side is arranged. The valve 6EV is now sitting in the line 4at2 , optionally in the radiator return 6KR or in the bypass return 6b or flows into the manifold Gab. To an undesirable with respect to a rapid cabin warming flow through the expansion tank 9 to prevent, here is an example of a valve 9pv intended. This is z. B. self-sufficient and opens only when the coolant has a minimum temperature and thus a minimum pressure against the environment. However, it is also possible to use another vacuum actuated valve, which is analogous to the valve 6EV also on the vacuum line 20b lies and thus at the same time with the valve 6bv and the valve 6EV opens. Such a configuration show 4 , The specific arrangement according to 4 offers in particular the possibility of the first seconds of warm-up, ie with still little heated coolant by opening the to the common line 20b connected valves briefly bleed the cooling system by the expansion tank is flowed through. If this period of time chosen a little longer, z. B. until the cooling water has reached a minimum value at the engine outlet and thus also approximately in the engine oil cooler and / or at Heizungswärmetauscheraustritt, so the el. Pump 2 be particularly small and cost-effective, as it thus for the thermal start-up at very low temperatures, the series connection of heating heat exchanger 4 and engine oil cooler 40 is first canceled. Depending on the power of the el. Pump 2 and coolant-side pressure drop of the engine oil cooler and / or the heat exchanger heat exchanger, it is advantageous here, with the closing of the valves via the common vacuum line 20b Wait until values of -10 ° C or, in the case of a system with high pressure loss, even up to values of 0 ° C or even up to 20 ° C at the heat exchanger outlet are reached.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise gemäß 4a ist im Vergleich zu 4 die Absperrvorrichtung 6bv der Hauptkühlmittelpumpe 7 entfallen und die Hauptkühlmittelpumpe fördert über die Leitung 6ab und 6b permanent erhebliche Mengen Kühlmittel durch den Motor, auch im Kabinenheizbetrieb. Im Kabinenheizbetrieb mit Heizleistungsdefizit werden das Ventil 6ev und 9ev geschlossen und der Motorölkühler 40 rückwärts durchströmt. Auch hier wirkt am Motorölkühler die am Heizungswärmetauscher abgesenkte Kühlmitteltemperatur positiv zugunsten der Kabinenheizwirkung, und auch hier ist es besonders vorteilhaft mit hocheffizienten Heizungswärmetauschern und abgesenktem Kühlmitteldurchsatz zuarbeiten und extrem großzügig dimensionierte Motorölkühler 40 zu verwenden. In dieser Konfiguration gehen die kühlwasserseitigen Zusatz-Vorteile, die sich z. B. in 4 aus der Kühlmitteltemperaturspreizung bei Schließen der Vorrichtung 6bv ergeben, zwar verloren, dennoch liefert die Vorgehensweise nach 4b bei geschlossenem Ventil 6ev eine erheblich verbesserte Kabinenheizleistung. Darüber hinaus bietet sie den Vorteil, dass sie nahezu an jedem Motorkühlsystem kurzfristig integriert werden kann. Insbesondere entfallen alle Bedenken, die bei Anwendungen gemäß z. B. 4 dahingehend aufkommen könnten, dass bestimmte Motoren auch in der unteren Motorteillast bzw. bei Heizleistungsdefizit nur mit relativ hohem Kühlmittelgesamtvolumenstrom betrieben werden können. Ganz besonders hilfreich für eine unproblematische Integration in bestehende Fahrzeug- und Motorenkonzepte ist es, dass sich angesichts der geringen Baugröße der Leitung 4at2 und des Ventils 6ev fast immer eine geeignete Einbauposition findet.In the procedure according to the invention 4a is compared to 4 the shut-off device 6bv the main coolant pump 7 omitted and promotes the main coolant pump via the line 6 ab and 6b permanently significant amounts of coolant through the engine, even in the cabin heating mode. In cabin heating with heating power deficit become the valve 6EV and 9ev closed and the engine oil cooler 40 flows backwards. Again, the coolant temperature lowered at the heater core acts positively on the engine oil cooler in favor of the cabin heater effect, and again, it is particularly advantageous to work with highly efficient heater heat exchangers and lowered coolant flow and extremely generously sized engine oil coolers 40 to use. In this configuration, the cooling water side additional benefits that z. In 4 from the coolant temperature spread when closing the device 6bv Although lost, nevertheless the procedure yields 4b when the valve is closed 6EV a significantly improved cabin heat output. In addition, it offers the advantage that it can be integrated in almost any engine cooling system at short notice. In particular, all concerns that arise in applications according to z. B. 4 could arise so that certain engines can be operated even in the lower part load or with power heating deficit only with relatively high total coolant volume flow. Especially helpful for an unproblematic integration into existing vehicle and engine concepts is that, given the small size of the line 4at2 and the valve 6EV almost always finds a suitable installation position.
Da der Motor gemäß 4a aufgrund der offnen Sammelleitung 6ab stets mit einem relativ hohen Kühlmittelstrom beaufschlagt ist, kann zur weiteren Kostensenkung das von der Motorsteuerung 20 betätigte Ventil 6ev auch durch ein thermostatisches Ventil 6tv ersetzt werden. Eine entsprechende Konfiguration zeigt 4b. Hier wird der Öffnungsbeginn des Ventils 6tv bevorzugt so gelegt, dass ab einer Heizungsrücklauftemperatur öffnet, ab welcher sicher kein Heizleistungsdefizit mehr besteht. Bei extrem hoher Leistungsfähigkeit des Heizungswärmetauschers 4 sind hier vielfach Öffnungstemperaturen von 30–50°C bereits ausreichend, bei weniger leistungsfähigen Heizungswärmetauschern Öffnungstemperaturen oberhalb 50–70°C. Dabei ist bei der Pumpendimensionierung gemäß 4b zu beachten, dass aufgrund des thermostatischen Ventils 6tv bei sehr hoher Motordrehzahl und geschlossenem thermostatischem Ventil 6tv ein hinreichender Pumpendruck der el. Pumpe für eine sicheren Heizbetrieb verfügbar ist.Since the engine according to 4a due to the open manifold 6 ab is always acted upon by a relatively high flow of coolant can, for further cost reduction of the engine control 20 operated valve 6EV also by a thermostatic valve 6tv be replaced. A corresponding configuration shows 4b , Here is the start of the opening of the valve 6tv preferably placed so that opens from a heating return temperature, from which certainly no heating power deficit exists. With extremely high efficiency of the heating heat exchanger 4 In many cases opening temperatures of 30-50 ° C are sufficient, with less efficient heat exchangers opening temperatures above 50-70 ° C. It is in accordance with the pump dimensioning 4b to note that due to the thermostatic valve 6tv at very high engine speed and closed thermostatic valve 6tv a sufficient pump pressure of the el. pump is available for safe heating operation.
Wenn die el. Pumpe 2 einen hinreichend hohen Förderdruck aufweist, so kann die Anordnung des Ventils 6ev oder 6tv auch in der in 4c gezeigten Position erfolgen. Das hat den besonderen Vorteil, dass der Motorölkühler 40 stets in der gleichen Richtung durchströmt wird und potentielle Entlüftungsprobleme einfacher zu vermeiden sind. Speziell bei Hochleistungswärmetauschern 4, die auf relativ kleine Kühlmittelvolumenströme ausgelegt sind, hält sich die el. Antriebsleistung auch bei rel. hohen Förderdrücken durchaus in vertretbaren Grenzen.When the el. Pump 2 has a sufficiently high discharge pressure, so the arrangement of the valve 6EV or 6tv also in the 4c shown position. This has the particular advantage that the engine oil cooler 40 always flows in the same direction and potential ventilation problems are easier to avoid. Especially for high-performance heat exchangers 4 , which are designed for relatively small coolant flow rates, keeps the el. drive power even at rel. high delivery pressures within reasonable limits.
5 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, bei der wiederum mit Strömungsrichtungsumkehr im Motorölkühler 40 gearbeitet wird. Dabei handelt es sich um die Übertragung der Vorgehensweise nach 2 mit Eintrittskühlerthermostat 6 auf ein Kühlsystem mit Austrittskühlerthermostat 6. Schließen der beiden Ventile 6bv und 6ev liefert wieder die Rückwärtsdurchströmung des Motorölkühlers mit verbesserter Kabinenheizleistung, deren Öffnen das konventionelle Kühlsystem mit guter Motor- und Motorölkühlung. 5 shows a further particularly advantageous embodiment of the procedure according to the invention, in turn with Flow direction reversal in the engine oil cooler 40 is working. This is the transfer of the procedure 2 with inlet chiller thermostat 6 to a cooling system with outlet radiator thermostat 6 , Close the two valves 6bv and 6EV provides the reverse flow of the engine oil cooler with improved cabin heat output, opening it to the conventional cooling system with good engine and engine oil cooling.
5a zeigt die zu 4a analoge Vorgehensweise mit Entfall der Vorrichtung 6bv an einem Motor mit Austrittsthermostaten 6. 5a shows that too 4a analogous procedure with elimination of the device 6bv on an engine with exit thermostats 6 ,
5b zeigt die zu 4b analoge Vorgehensweise mit Entfall der Vorrichtung 6bv an einem Motor mit Austrittsthermostaten 6. 5b shows that too 4b analogous procedure with elimination of the device 6bv on an engine with exit thermostats 6 ,
5c zeigt die zu 4c analoge Vorgehensweise mit Entfall der Vorrichtung 6bv an einem Motor mit Austrittsthermostaten 6. 5c shows that too 4c analogous procedure with elimination of the device 6bv on an engine with exit thermostats 6 ,
6 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte Umsetzung des erfindungsgemäßen Gedankenguts, wobei ausgehend von 1 eine zusätzliche Kühlmittelleitung 4ak mit Rückschlagventil 40rv Kühlmittel an eine zweite Position innerhalb des Motors fördert. Dies bietet den ganz besonderen Vorteil, dass die Position der Ölkühlereinbindung an den Wassermantel des Zylinderblocks weitgehend frei wählbar ist und über eine entsprechende Position der zusätzlichen Wassereinbringung in den Motor etwas bessere Kühlung des Motors erfolgt. Bevorzugt wird dabei das Kühlmittel des Ölkühlers in den Wassermantel des Zylinderblocks gefördert und das Kühlmittel der Leitung 4ak in den Zylinderkopf. Bei der in 6 gezeigten Anordnung bedeutet dies z. B., dass das Kühlmittel bei geschlossenen Vorrichtungen 6bv und 6ev über zwei Eintritte in den Wassermantel des ersten Zylinders eintritt und am Wassermantel des letzten Zylinders über einen gemeinsamen Austritt den Motor verlässt. So wird speziell der Bereich der ersten beiden Zylinder nicht überhitzt sondern auch die dort anfallende Abwärme für Kabinenheizzwecke genutzt. Auch wenn sich das Kühlmittel bei dieser Konfiguration im Motorölkühler 40 aufgrund des kleineren Durchflusses eine geringere Wärmeübertragung liefert, so kann sie bei entsprechend tiefer Heizungsrücklauftemperatur dennoch sicherstellen, dass das Motoröl den Motorölkühler stark abgekühlt oder zumindest nur wenig erwärmt verlässt. Hier hilft ganz besonders, wenn auch von der erfindungsgemäßen Option Gebrauch gemacht wird, die Kolbenkühldüsen zu deaktivieren und/oder den Öldurchsatz durch den Motorölkühler 40 und in Richtung Hauptölgalerie zu reduzieren. 6 shows a further particularly advantageous implementation of the inventive idea, starting from 1 an additional coolant line 4AK with check valve 40rv Promotes coolant to a second position within the engine. This offers the very special advantage that the position of the oil cooler connection to the water jacket of the cylinder block is largely freely selectable and a better position of the additional water injection into the engine is done slightly better cooling of the engine. Preferably, the coolant of the oil cooler is conveyed into the water jacket of the cylinder block and the coolant of the line 4AK in the cylinder head. At the in 6 shown arrangement, this means z. B. that the coolant in closed devices 6bv and 6EV enters the water jacket of the first cylinder via two entries and leaves the engine at the water jacket of the last cylinder via a joint exit. In particular, the area of the first two cylinders is not overheated but also the waste heat generated there is used for cabin heating purposes. Even if the coolant in this configuration in the engine oil cooler 40 due to the smaller flow rate provides a lower heat transfer, it can still ensure at low heater return temperature that the engine oil the engine oil cooler cooled strongly or at least leaves little warmed. This is particularly helpful, although the option according to the invention makes use of deactivating the piston cooling nozzles and / or the oil throughput through the engine oil cooler 40 and to reduce towards the main oil gallery.
In Verbindung mit dem Rückschlagventil 40rv ergibt ein Öffnen der beiden Vorrichtungen 6bv und 6ev wiederum ein ganz konventionelles Kühlsystem.In conjunction with the check valve 40rv results in an opening of the two devices 6bv and 6EV again a completely conventional cooling system.
Ausgehend von 6 ist in 7 zusätzlich ein thermostatisches 40tv vorgesehen, welches in der ganz frühen Warmlaufphase den Zweig 4am schließt, wobei in dieser Betriebsart die gemeinsame Leitung 20b die Ventile 6bv und 6ev öffnet. Damit ist der Motorölkühler 40 bis zum Erreichen der Öffnungstemperatur des Ventils 40tv von beispielsweise 0°C bis 20°C komplett deaktiviert. Gleichzeitig liegt am Heizungswärmetauscher 4 der maximal mögliche Druck an, da sich die Hauptkühlmittelpumpe 7 und die Heizungspumpe 2 gegenseitig unterstützen. Durch diese Maßnahme wird es möglich, den Heizungswärmetauscher mit sehr geringen Strömungsquerschnitten der Kühlmittelrohre zu versehen und insbesondere mehrere Kreuzgegenstromstufen zu verwenden. Solche Heizungswärmetauscher haben eine besonders hohen Wirkungsgrad, auch bei relativ kleinen Kühlmitteldurchsätzen, aber auch einen hohen Druckverlust bei tiefen Kühlmitteltemperaturen. Nach Erreichen der Öffnungstemperatur des thermostatischen Ventils 40tv wird der Motorölkühler aktiviert indem alle Zweige des Ventils 40tv offen sind, und die Motorsteuerung 20 bestimmt über das Schließen oder Öffnen der Ventile 6bv und 6ev, ob von der maximalen Öltemperaturabsenkung Gebrauch gemacht wird oder nicht.Starting from 6 is in 7 additionally a thermostatic 40tv provided, which in the very early warm-up phase the branch 4am closes, in which mode the common line 20b the valves 6bv and 6EV opens. This is the engine oil cooler 40 until reaching the opening temperature of the valve 40tv completely deactivated, for example, from 0 ° C to 20 ° C. At the same time, there is the heating heat exchanger 4 the maximum possible pressure, as the main coolant pump 7 and the heating pump 2 To support each other. By this measure, it is possible to provide the heater core with very small flow cross sections of the coolant tubes and in particular to use several cross countercurrent stages. Such heat exchangers have a particularly high efficiency, even with relatively small refrigerant flow rates, but also a high pressure loss at low coolant temperatures. After reaching the opening temperature of the thermostatic valve 40tv the engine oil cooler is activated by all branches of the valve 40tv are open, and the engine control 20 determined by closing or opening the valves 6bv and 6EV whether use is made of the maximum oil temperature reduction or not.
8 zeigt eine ähnliche Vorgehensweise an einem Motor mit Austrittsthermostaten 6. Dabei stellt das Ventil 9pv sicher, dass selbst eine längere Dauer der ersten Warmlaufphase mit offenen Ventilen 6bv und 6ev keine Verluste durch das Durchströmen des Ausgleichbehälters bringt. In diesem Beispiel addieren sich die Drücke der beiden Pumpen zwar in der kurzen ersten Warmlaufphase mit offenen Ventilen 6bv und 6ev zwar nicht, dennoch führt das Schließen des Zweigs 4am über das Ventil 40tv zu einer Erhöhung der effektiven Druckdifferenz am Heizungswärmetauscher. 8th shows a similar procedure on an engine with exit thermostats 6 , This is the valve 9pv sure that even a longer duration of the first warm-up phase with open valves 6bv and 6EV no losses due to the flow through the expansion tank brings. In this example, the pressures of the two pumps add up in the short first warm-up phase with open valves 6bv and 6EV Although not, yet closing the branch leads 4am over the valve 40tv to an increase of the effective pressure difference at the heating heat exchanger.
Die in 1–8 gezeigten Kühlsysteme bieten insbesondere nicht nur große Vorteile bezüglich der baulichen Integration des Motorölkühlers 40 als auch bezüglich der optimalen Funktion des Motorölkühlers für Heizungszwecke und gleichzeitig für die thermische Absicherung bei Betriebssituationen mit einer Gefahr der Ölüberhitzung bzw. der Kühlmittelüberhitzung im Motorölkühler. Mit gewissen Abstrichen gegenüber diesen Vorteilen kann die erfindungsgemäße Verbesserung Heizleistung aber auch durch eine ganz einfach Reihenschaltung des Heizungswärmetauschers 4 und des Motorölkühlers erfolgen. Die erfindungsgemäß ohnehin besonders bevorzugte Ausgestaltung des Motorölkühlers und des Heizungswärmetauschers mit einem Bauvolumen das im Vergleich zu heutigen Serienanwendungen jeweils das 1,5-fache und besonders bevorzugt sogar das doppelte und mehr beträgt, um die Kabinenheizleistung zu maximieren und/oder den doch recht beträchtlichen Kraftstoffmehrverbrauch heizleistungsorientierter Motorsteuerungsmaßnahmen oder anderer motorexterner Zuheizmaßnahmen zu minimieren, ermöglicht eine derartige Reihenschaltung ohne Ölüberhitzungsgefahr. 9 zeigt in diesem Zusammenhang eine Konfiguration, bei der der Heizungswärmetauscher 4 und gegebenenfalls sogar der Motorölkühler sogar einen relativ großen Druckverlust aufweisen dürfen. Ab Erreichen von Kühlmitteltemperaturen, ab denen eine volle Motorölkühlerwirkung erforderlich ist, insbesondere aber auch bereits oberhalb 80°C ist es kein Problem, wenn der Schlauchthermostat 4tv einen parallel zum Heizungswärmetauscher liegenden Zweig mit angepasstem Schlauchquerschnitt und Druckverlust 4aby freigibt, so dass zwar nur noch eine reduzierte Kühlmittelmenge durch den Heizungswärmetauscher 4 strömt aber eine erhöhte Kühlmittelmenge durch den Motorölkühler 40. Selbst wenn dieser Bypasszweig 4aby entfällt und/oder auch die Heizungspumpe lässt sich das erfindungsgemäße Gedankengut noch teilweise umsetzen, insbesondere bei großzügiger Dimensionierung des Heizungswärmetauschers und des Motorölkühlers.In the 1 - 8th In particular, cooling systems shown not only offer great advantages in terms of structural integration of the engine oil cooler 40 as well as with regard to the optimal function of the engine oil cooler for heating purposes and at the same time for the thermal protection in operating situations with a risk of overheating or the coolant overheating in the engine oil cooler. With some drawbacks to these advantages, the improvement heating power according to the invention but also by a very simple series connection of the heating heat exchanger 4 and the engine oil cooler done. The present invention anyway particularly preferred embodiment of the engine oil cooler and the heat exchanger with a volume that in comparison to today's series applications is 1.5 times and more preferably even twice and more to maximize the cabin heat and / or the quite considerable Minimizing the fuel consumption of heating-performance-oriented engine control measures or other engine-external auxiliary heating measures enables such a series connection without oil overheating risk. 9 shows in this context a configuration in which the heating heat exchanger 4 and possibly even the engine oil cooler may even have a relatively large pressure loss. From reaching coolant temperatures, from which a full engine oil cooling effect is required, but especially above 80 ° C, it is no problem when the Schluch thermostat 4TVs a parallel to the heating heat exchanger branch with adapted hose cross section and pressure loss 4aby releases, so that, although only a reduced amount of coolant through the heater core 4 but flows an increased amount of coolant through the engine oil cooler 40 , Even if this bypass branch 4aby deleted and / or the heating pump can be the idea of the invention still partially implement, especially with generous dimensioning of the heat exchanger and the engine oil cooler.
Besonders vorteilhaft ist es zur Heizleistungssteigerung, insbesondere aber auch zur Begrenzung des Kraftstoffmehrverbrauchs bei heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen, wenn im Vergleich zu heute üblichen Heizungswärmetauschern und Motorölkühlern eine solche Überdimensionierung und gleichzeitig eine solche Herabsetzung des Heizungskühlmittelvolumenstroms erfolgt, dass sich am Heizungswärmetauscher beim Betrieb mit Kühlwasser von 50°C und Umgebungstemperaturen von –20°C Kühlmitteltemperaturdifferenzen von mindestens 20 K bei Wärmenutzungsgraden Phi > 90% ergeben und/oder spätestens nach 10 Minuten Fahrdauer unter Heizleistungsdefizit am Motorölkühler mehr als 2 kW, insbesondere sogar mehr als 3 KW, vom Motoröl an das Kühlmittel übertragen werden. Dabei scheint die erfindungsgemäße Absenkung der Motoröltemperatur für den Kraftstoffverbrauch zunächst eher für Nachteil zu sein, die praktische Erprobung zeigt jedoch, dass es letztlich kraftstoffverbrauchsgünstiger ist die Öltemperatur signifikant abzusenken als allzu starke Motorsteuerungsmaßnahmen oder elektrische Zuheizmaßnahmen oder die externe Brennstoffzuheizung zu verwenden. Insbesondere sind die Bauteilkosten aller hier gezeigten Kühlsysteme einschließlich Überdimensionierung des Heizungswärmetauschers und des Motorölkühlers wesentlich kostengünstiger als jede Art von externen Zuheizsystemen.It is particularly advantageous for increasing the heating output, but in particular also for limiting the additional fuel consumption in heating-performance-oriented engine control measures, if such oversizing and at the same time such a reduction of the heating-medium flow rate takes place in comparison with today's conventional heat exchangers and engine oil coolers, that at the heating heat exchanger during operation with cooling water of 50 ° C and ambient temperatures of -20 ° C coolant temperature differences of at least 20 K at heat utilization Phi> 90% result and / or no later than 10 minutes driving time under Heizleistungsdefizit the engine oil cooler more than 2 kW, especially even more than 3 KW, transferred from the engine oil to the coolant become. The inventive lowering of the engine oil temperature for fuel consumption seems to be rather disadvantageous at first, but practical testing shows that it is ultimately more fuel efficient to lower the oil temperature significantly than to use excessive engine control measures or electrical auxiliary heating or external fuel heating. In particular, the component costs of all the cooling systems shown here, including oversizing of the heat exchanger and the engine oil cooler are much cheaper than any type of external Zuheizsystemen.
Um eine besonderes effektive Vorgehensweise mit vergrößertem Motorölkühler möglichst genau zu definieren, richtet sich ein Patentanspruch auf eine Vorrichtung zur Motorkühlung und Fahrzeugkabinenbeheizung an Großserien-PKW-Motoren mit einer spezifischen Nennleistung von mehr als 55 kW pro Liter Hubraum, mit Kolbenkühldüsen zur Kolbenkühlung und einem mit dem Motorkühlmittel im Wärmetausch stehenden Motorölkühler 40 der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Motorölkühler 40 ein solches Außenvolumen VA des Gehäuses ohne Anschluss aufweist, dass das mit dem Hubraum VH gebildete spezifische Ölkühlervolumen Vspec des, gebildet mit der Gleichung Verhältnis Vspec = VA/VH, einen unteren Grenzwert von 0,27·1,5 = 0,41 übersteigt und insbesondere mehr als das 1,5-fache von dem beträgt, was der beste derzeit in Großserie an einem Großserienmotor eingesetzte Ölkühler aufweist. Als Großserie sind hier Jahresproduktionen des Motors von 50.000 Stück und mehr zu verstehen. Mit dieser Definition ist der Motorölkühler beispielsweise mehr als 1,5-mal so voluminös wie z. B. am 2,01 VW Golf TDI des Jahres 2009, der ohnehin bereits einen relativ voluminösen Ölkühler aufweist. Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, auch bei weiterer Steigerung der spezifischen Leistung des Motorölkühlers, z. B. durch eine verbesserte Scheibenbauweise, dennoch eine derartige Bauvolumenvorgabe umzusetzen, zumindest wenn das Fahrzeug ein Kabinenheizleistungsdefizit aufweist und/oder heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen.To define a particular effective approach with enlarged engine oil cooler as precisely as possible, a claim is directed to a device for engine cooling and vehicle cabin heating on mass-produced car engines with a specific rated power of more than 55 kW per liter displacement, with piston cooling nozzles for piston cooling and with the engine coolant in heat exchange engine oil cooler 40 characterized in that the engine oil cooler 40 such external volume V A of the housing without connection has that the specific oil cooler volume V spec formed with the displacement V H of H , formed with the equation V spec = V A / V H , a lower limit of 0.27 x 1.5 = 0.41 and in particular more than 1.5 times what the best oil cooler currently used in mass production on a mass-produced engine. As a large series here are annual productions of the engine of 50,000 pieces and more to understand. For example, with this definition the engine oil cooler is more than 1.5 times as voluminous as e.g. B. on the 2.01 VW Golf TDI of 2009, which already has a relatively bulky oil cooler anyway. In addition, it is particularly advantageous, even with further increase in the specific power of the engine oil cooler, z. B. by an improved disc design, yet implement such a volume specification, at least if the vehicle has a cabin heat deficit and / or heating power-oriented engine control measures.
Insbesondere ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei Großserien-Verbrennungsmotoren mit hoher spezifischen Leistung, insbesondere oberhalb von 55 kW pro Liter Hubraum, die in der Regel mit Kolbenkühldüsen ausgestattet sind und mit einem mit dem Kühlmittel im Wärmetausch stehendem Motorölkühler direkt so mit einem Hochleistungsmotorölkühler 40 und insbesondere auch mit schaltbaren Kolbenkühldüsen auszustatten und einem PKW mit einem Hochleistungs-Heizklimagerät zuzuordnen welches keinen luftseitigen el. PTC-Zuheizer aufweist und somit erhebliche Kosten zu sparen. Dies kann insbesondere in Verbindung mit heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen bereits mit sehr geringen Änderungen an heutigen Kühlsystem erfolgen. Dazu wird der Ölkreislauf und der Motorölkühler derart ausgebildet sind und betrieben werden, dass bei einer Wintertest-Konstantfahrt im ebenen Gelände mit
- • 50 km/h in der von der Automatik-Schaltung automatisch eingestellten Fahrstufe oder bei manueller Gangschaltung im größten ruckelfrei fahrbaren Gang und bei
- • –20°C Umgebungstemperatur und mit
- • Heizungseinstellung auf maximales Heizen
in den ersten 30 Minuten der Konstantfahrt eine Kühlmitteleintrittstrittstemperatur in den Motorölkühler 40 von 50°C nicht überschritten wird und/oder die Motoröltemperatur am Austritt aus dem Motorölkühler mindestens 15 K unterhalb der Kühlmitteltemperatur am Heizungswärmetauschereintritt bleibt.In particular, the procedure according to the invention for high-volume internal combustion engines with high specific power, in particular above 55 kW per liter of displacement, which are generally equipped with piston cooling nozzles and with an engine oil cooler in heat exchange with the coolant, thus enables directly with a high performance engine oil cooler 40 and in particular also equipped with switchable piston cooling nozzles and assign a car with a high-performance air conditioning unit which has no air-side el. PTC auxiliary heater and thus to save considerable costs. This can already be done with very small changes to today's cooling system, especially in connection with heating power-oriented engine control measures. For this purpose, the oil circuit and the engine oil cooler are designed and operated so that in a winter test constant driving in level terrain with - • 50 km / h in the automatically set by the automatic gearshift or manual gearshift in the largest smooth-running gear and at
- • -20 ° C ambient temperature and with
- • Heating setting to maximum heating
in the first 30 minutes of constant travel, a coolant inlet temperature in the engine oil cooler 40 of 50 ° C is not exceeded and / or the engine oil temperature at the outlet from the engine oil cooler remains at least 15 K below the coolant temperature at the Heizungswärmetauschieretritt.
Dabei ist es von nicht zu unterschätzendem Vorteil, dass ein solches Gesamtfahrzeug weitgehend kostenneutral so ausgestaltet werden kann, dass es im gesetzlichen Abgastest (MVEGA) Kraftstoffersparnisse ermöglicht. Dazu wird das System so betrieben, dass das Motoröl am Motorölkühleraustritt spätestens nach 15 Minuten weniger als 10 K von der Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt abweicht. It is not to be underestimated advantage that such a total vehicle can be designed largely cost-neutral so that it allows fuel savings in the legal emissions test (MVEGA). For this purpose, the system is operated so that the engine oil at the engine oil cooler outlet deviates less than 10 K from the coolant temperature at the engine outlet at the latest after 15 minutes.
Selbst ein längerer Motorleerlauf ist mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ohne Einbuße an Kabinenheizkomfort möglich, da das Öl und die Motorstruktur nach erfolgter Motorerwärmung im Leerlaufbetrieb längere Zeit als Wärmequelle dient und Wärme. Hinzu kommt, dass es die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht, bei gegebener/begrenzter Zusatzheizleistung heizleistungsorientierter Motorsteuerungsmaßnahmen höhere Heizungsvorlauftemperaturen zu realisieren und letztlich über die Abregelung der Kabinenheizleistung den Motor über den Sollwert aufzuheizen und dieses erhöhte Temperaturniveau später bei stehendem Fahrzeug eine längere Restwärmenutzung ohne Komforteinbuße zu ermöglichen. Geringere Oberflächenwärmeverluste der Motorstruktur und geringere Frischluftmassenströme aufgrund höherer Kühlmittelvorlauftemperaturen sind die Gründe dafür dass das möglich wird.Even a prolonged engine idling is possible with the procedure according to the invention without loss of cabin heating comfort, since the oil and the engine structure after engine warming in idle mode for a long time serves as a heat source and heat. In addition, the procedure according to the invention makes it possible to realize higher heating flow temperatures for given / limited auxiliary heating power-oriented engine control measures and ultimately to heat the engine above the setpoint via the regulation of the cabin heating power and to enable this increased temperature level later with the vehicle to a longer residual heat utilization without loss of comfort. Lower surface heat losses of the engine structure and lower fresh air mass flows due to higher coolant flow temperatures are the reasons why this becomes possible.
So ist es mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise insbesondere sehr angenehm, dass es möglich wird, dass heizleistungsorientierte Motorsteuerungsmaßnahmen zur Steigerung der Kabinenheizleistung einen Kraftstoffmehrverbrauch verglichen zum Fahrbetrieb mit reduzierter Kabinenheizleistung einstellen, Kolbenkühldüsen zumindest temporär deaktiviert werden und eine Absenkung der Kühlmittelrücklauftemperatur am Heizungswärmetauscher auf Temperaturen von mehr als 10 K unterhalb der Motoröltemperatur dazu verwendet wird, die Kabinentemperatur nach dem Übergang eines in mindestens 10 Minuten Fahrbetrieb teilweise oder vollständig erwärmten Fahrzeugs für mindestens 5 Minuten Leerlaufbetrieb nicht abfallen zu lassen.Thus, it is particularly very pleasant with the procedure according to the invention that it is possible for heating-oriented engine control measures to increase the cabin heating power compared to driving with reduced cabin heat set, piston cooling nozzles are at least temporarily disabled and lowering the coolant return temperature at the heater core to temperatures of more than 10 K below the engine oil temperature is used, the cabin temperature after the transition of at least 10 minutes of driving partially or fully heated vehicle for at least 5 minutes idle operation does not drop.
Ganz besonders komfortabel und in Bezug auf die eingesetzten Bauteile besonders preiswert wird die Kabinenheizung, wenn als Mittel zur Erhöhung der Kühlmitteltemperatur kraftstoffverbrauchserhöhende Mittel in Form von heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen zum Einsatz kommen. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber auch vorteilhaft für Fahrzeuge, die eine externe Beheizung des Kühlmittels über einen kühlmittelseitigen elektrischen oder kraftstoffbetriebenen Zuheizer aufweisen. Insbesondere Diesel-Grosraumlimousinen und -Kleintransporter haben typischer Weise trotz des 5 kW starken kühlmittelseitigen Zuheizers durchaus noch Verbesserungsbedarf und können mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise verbessert werden. Auch ein Abgaswärmetauscher im nicht zurückgeführten Abgas wird damit eine verbesserte Effizienz im Vergleich zu bisher bekannten Fahrzeug-Serienanwendungen liefern.Cabin heating is particularly particularly convenient and particularly cost-effective in relation to the components used if fuel-increasing means in the form of heating-performance-oriented engine control measures are used as means for increasing the coolant temperature. However, the procedure according to the invention is also advantageous for vehicles which have an external heating of the coolant via a coolant-side electric or fuel-operated auxiliary heater. In particular, diesel large-capacity sedans and small transporters typically still need to be improved despite the 5 kW coolant-side auxiliary heater and can be improved with the procedure according to the invention. Also, an exhaust gas heat exchanger in the unreturned exhaust gas will thus provide improved efficiency compared to previously known vehicle series applications.
Nicht zuletzt können als Mittel mit denen die Kühlmitteltemperatur angehoben werden soll auch das Schleißen einer Kühlerjalousie des Fahrzeugkühlers und/oder des Ladeluftkühlers angesehen werden und/oder eine Anhebung der Motordrehzahl und/oder das ohnehin zu bevorzugende Deaktivieren der Kolbenkühldüsen und/oder ein temporäres Wegschalten einzelner Kühlmittelzweige, insbesondere des Kühlmittelausgleichsbehälters 9. Alle diese Maßnahmen haben ohne die erfindungsgemäße Absenkung der Motoröltemperatur den großen Nachteil, dass über die ansteigende stets die gesamte Motorstruktur ebenfalls im Temperaturniveau angehoben werden muss, um die Kühlmitteltemperatur zu steigern. Vor diesem Hintergrund bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlkreislaufs und die erfindungsgemäße Überdimensionierung des Motorölkühlers und des Heizungswärmetauschers eine völlig neue Qualität der Heizleistungssteigerung durch Anhebung der Heizungsvorlauftemperatur.Last but not least can be regarded as a means to raise the coolant temperature and the grinding of a radiator shutter of the vehicle radiator and / or the intercooler are considered and / or raising the engine speed and / or the already preferable deactivating the piston cooling nozzles and / or a temporary switching off individual Coolant branches, in particular the Kühlmittelausgleichsbehälters 9 , All of these measures have the great disadvantage, without the lowering of the engine oil temperature according to the invention, that the overall engine structure must always be raised in the temperature level in order to increase the coolant temperature. Against this background, the inventive design of the cooling circuit and the inventive oversizing of the engine oil cooler and the heat exchanger provides a completely new quality of Heizleistungssteigerung by raising the heating flow temperature.
Nicht zuletzt bietet die bereits beschriebene Möglichkeit bei Erreichen eine hinreichend hohen Kühlmitteltemperatur den Kabinenfrischlustmassenstrom eine Möglichkeit Wärmeverluste zu reduzieren, indem weniger teilerwärmte Luft aus der Kabine wieder ausströmt. Analog ist die Reduktion des Frischluftmassenstroms ebenfalls ein Mittel zur Erhöhung der Kühlmitteltemperatur. Besonders bevorzugt erfolgt die Reduktion des Frischluftmassenstroms in Verbindung mit kraftstoffverbrauchserhöhenden Mitteln in Form von heizleistungsorientierten Motorsteuerungsmaßnahmen und hilft letztlich deren Kraftstoffmehrverbrauch für den geforderten Heizkomfort zu reduzieren und/oder die Dauer konstanten Heizkomforts beim Übergang zum Leerlauf zu verlängern.Last but not least, the possibility already described, when reaching a sufficiently high coolant temperature, offers the cabin fresh-air mass flow a possibility of reducing heat losses, in that less partially heated air flows out of the cabin again. Similarly, the reduction of fresh air mass flow is also a means of increasing the coolant temperature. Particularly preferably, the reduction of the fresh air mass flow takes place in connection with fuel consumption increasing means in the form of heating performance oriented engine control measures and ultimately helps to reduce their fuel consumption for the required heating comfort and / or to extend the duration of constant heating comfort at the transition to idle.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10200804837 [0012] DE 10200804837 [0012]
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DE 2008/000613 [0024] DE 2008/000613 [0024]
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WO 2008/125089 [0027] WO 2008/125089 [0027]