DE10146313A1

DE10146313A1 - Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10146313A1
Application number: DE10146313A
Authority: DE
Inventors: Heiko Sass
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Die Erfindung betifft einen Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem durch eine Brennkraftmaschine führenden Hauptkreislauf, einer Kühlmittelpumpe, einem Mischventil (Thermostat), einem Kühler und ferner mit mindestens einem Nebenkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher und/oder einen Öl-Wasser-Wärmetauscher und/oder eine Abgasrückführkühlung enthält, wobei in dem Nebenkreislauf die Strömungsrichtung mittels einer Pumpe oder eines Ventils umkehrbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem durch eine Brennkraftmaschine führenden Hauptkreislauf, einer Kühlmittelpumpe, einem Mischventil (Thermostat), einem Kühler und ferner mit mindestens einem Nebenkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher und/oder einen Öl-Wasser-Wärmetauscher und/oder eine Abgasrückführkühlung enthält.

Aus dem Fachbuch Braess/Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik; 1. Aufl.; Oktober 2000 sind auf der Seite 48 und 156 zwei für Kraftfahrzeuge übliche Kühlkreisläufe gezeigt, die jeweils einen Hauptkreislauf mit einer Brennkraftmaschine, einem Mischventil (Thermostat), einem Kühler und einer Kühlmittelpumpe zeigen. Das Kühlmittel wird von der Kühlmittelpumpe in die Brennkraftmaschine gepumpt, nimmt dort Wärme auf, wird am Thermostat bei kaltem Kühlmittel zurück zur Brennkraftmaschine oder bei warmem Kühlmittel über den Kühler zur Wärmeabgabe geführt. Danach strömt das Kühlmittel zur Brennkraftmaschine zurück. Die Lage des Thermostats im Kreislauf ist vor oder nach dem Kühler. Daneben gibt es noch einen oder mehrere Nebenkreisläufe mit einem Heizungswärmetauscher für die Fahrzeuginnenraumheizung, einem Öl-Wasser-Wärmetauscher für die Erwärmung des Motoröls der Brennkraftmaschine bei kalten Betriebszuständen, bzw. Kühlung des Motoröls bei heißen Betriebszuständen. Außerdem kann der Nebenkreislauf noch einen Wärmetauscher für das Getriebeöl, einen Kühler für die Abgasrückführung und unter Umständen noch einen Ladeluftkühler aufweisen.

Derartige Kühlsysteme weisen aufgrund nur einer Pumpe und eines Thermostats als Regelelement eine begrenzte Möglichkeit auf, den unterschiedlichen Kühlbedarf der einzelnen Komponenten zu regeln. So ist zum Beispiel ein gezieltes Kühlen oder Erwärmen des Öl-Wasser-Wärmetauschers, des Abgasrückführkühlers oder einer anderen Komponente des Nebenkreislaufes nur schlecht oder gar nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es den Nebenkreislauf des Kühlmittels einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine durch wenige Änderungen gezielt zu verbessern und dem unterschiedlichen Kühlbedarf der einzelnen wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Elemente anzupassen.

Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkreislauf mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf zeichnet sich dadurch aus, dass im Nebenkreislauf die Strömungsrichtung des Kühlmittels mittels einer zusätzlichen Pumpe oder eines Ventils im Nebenkreislauf umkehrbar ist.

Der Hauptkreislauf des Kühlmittels umfasst eine wärmeabgebende Brennkraftmaschine und eine Kühlmittelpumpe, die mechanisch von der Brennkraftmaschine oder elektrisch angetrieben ist, sowie ein temperaturgesteuertes Mischventil (Thermostat) und einen Kühler, der die Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Bei kaltem Kühlmittel ist der Thermostat so geschaltet, dass der Kühlmittelstrom direkt zur Brennkraftmaschine fließt, also ohne über den Kühler zu fließen. Vom Kühler fließt das Kühlmittel über den Kühlerrücklauf zur Kühlmittelpumpe und vom Thermostat über eine Kurzschlussleitung zur Kühlmittelpumpe.

Der Nebenkreislauf umfasst einen wärmeabgebenden Abgaskühler, einen wärmeaufnehmenden Heizungswärmetauscher für die Fahrzeuginnenraumheizung, einen sowohl wärmeabgebenden als auch wärmeaufnehmenden Öl-Wasser-Wärmetauscher und/oder einen Wasser-Luft-Ladeluftkühler. Diese Elemente des Nebenkreislaufs können auch auf mehrere Teil-Nebenkreisläufe verteilt sein. Im Normalfall strömt ein Teilstrom der Kühlflüssigkeit vom Ausgang der Brennkraftmaschine durch den Nebenstromkreislauf zurück zur Kühlmittelpumpe und wieder zur Brennkraftmaschine.

Durch Umkehren der Strömungsrichtung im Nebenkreislauf mittels einer Pumpe oder eines Ventils strömt der Kühlmittelstrom des Nebenkreislaufs nicht mehr parallel zum Kühler, sondern parallel zur Brennkraftmaschine und danach durch den Kühler. Das ist besonders dann von Vorteil, wenn das Abgas stark gekühlt werden soll oder die Öltemperatur sehr hoch ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, die Strömungsrichtung des Nebenkreislaufs vom Ausgang der Brennkraftmaschine durch die wärmeabgebenden und -aufnehmenden Elemente zur Kühlmittelpumpe durch ein Umschaltventil zu ändern. Im Normalfall strömt die Kühlflüssigkeit im Nebenkreislauf von der Brennkraftmaschine durch die wärmeabgebenden und -aufnehmenden Elemente zur Saugseite der Kühlmittelpumpe. Bei Bedarf nach Fahrzeuginnenraumheizung entzieht der Heizungswärmetauscher der Kühlflüssigkeit Wärme. Diese Wärme steht dem Motoröl nicht mehr zur Verfügung. Bei ausgeschalteter Heizung hingegen bleibt mehr Wärmeenergie für das schnelle Aufheizen des Motoröls erhalten. Abgasrückführung wird meist nur in Teillastbereichen der Brennkraftmaschine angewandt. In diesen Betriebsbereichen, in denen das Motorenöl ohnehin eher kalt ist, kommt die durch die Abgasrückführung eingebrachte Wärme der Temperierung des Motoröls zugute. Bei höheren Lasten entfällt die Abgasrückführung, so dass die dann gewünschte Kühlung des Motoröls gewährleistet ist.

Durch das Umschaltventil wird eine Leitung zur Druckseite der Pumpe geöffnet, und gleichzeitig die Verbindung zur Saugseite geschlossen. Dadurch ist die Strömungsrichtung entgegengesetzt gerichtet: die Kühlflüssigkeit strömt von der Kühlmittelpumpe parallel zur Brennkraftmaschine durch die wärmeabgebenden und -aufnehmenden Elemente des Nebenkreislaufs zum Thermostat, von dort bei Bedarf durch den Kühler und zurück zur Kühlmittelpumpe. Dies ist dann erforderlich, wenn die maximal zulässige Öltemperatur überschritten wird. Bei konstanter Kühlmitteltemperatur in der Brennkraftmaschine wird der Öl- Wasser-Wärmetauscher von kälterem Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf durchströmt und die Öltemperatur gesenkt. Ebenfalls wird die Strömungsrichtung im Nebenkreislauf umgedreht, wenn die Kühlleistung des Kühlers nicht mehr ausreicht, und der Volumenstrom durch den Kühler vergrößert werden muss. Ein Nachteil für die Fahrzeuginnenraumheizung und die Abgasrückführung ist in diesen Fällen nicht gegeben, da sowohl hohe Öltemperaturen als auch mangelnde Kühlerleistung nur bei hohen Außentemperaturen und hoher Last auftreten. Beides sind Zustände, die keine Fahrzeuginnenraumheizung und Abgasrückführung benötigen.

Durch die höhere Kühlerleistung aufgrund des höheren Volumenstromes durch den Kühler ergeben sich bei gleicher Kühlergröße bzw. bei gleicher hydraulischer Leistung Vorteile im Wärmehaushalt und im Bauraumbedarf des Kühlers. Des weiteren sind als Vorteile eine schnelle Aufheizung des Motoröls, eine Nutzung der Abgasrückführwärme zur Motorölaufheizung und ein sicheres Nichtüberschreiten der maximalen Öltemperatur zu nennen. Die gegebene Wärmeenergie lässt sich durch das Einschalten der Heizung einfach zur Heizung oder zum Öl-Wasser- Wärmetauscher verschieben. Ein eventuell nötiger Getriebeölkühler ist ohne Schwierigkeiten in den Nebenkühlkreislauf integrierbar, ohne dass an der Anordnung prinzipiell etwas geändert werden muss.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, die Strömungsrichtung des Nebenkreislaufs vom Ausgang der Brennkraftmaschine durch die wärmeabgebenden und aufnehmenden Elemente zur Kühlmittelpumpe durch eine bei Bedarf -zuschaltbare Zusatzpumpe zu ändern. Im Normalfall strömt die Kühlflüssigkeit im Nebenkreislauf von der Brennkraftmaschine durch die wärmeabgebenden und -aufnehmenden Elemente und entgegen der Förderrichtung einer ausgeschalteten Zusatzpumpe zur Saugseite der Kühlmittelpumpe. Bei dem Wunsch, die Fahrzeuginnenraumheizung zu aktivieren, entzieht der Heizungswärmetauscher der Kühlflüssigkeit Wärme. Diese Wärme steht dem Motoröl nicht mehr zur Verfügung. Bei ausgeschalteter Heizung hingegen bleibt mehr Wärmeenergie für das schnelle Aufheizen des Motoröls erhalten. Die Abgasrückführung wird meist nur in Teillastbereichen der Brennkraftmaschine angewandt. In diesen Betriebsbereichen, in denen das Motorenöl ohnehin eher kalt ist, kommt die durch die Abgasrückführung eingebrachte Wärme der Temperierung des Motoröls zugute. Bei höheren Lasten entfällt die Abgasrückführung, so dass die dann gewünschte Kühlung des Motoröls gewährleistet ist.

Wird die Zusatzpumpe eingeschaltet, fördert sie Kühlmittel vom Kühlerrücklauf im Bereich vor der Kühlmittelpumpe parallel zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine umgekehrt durch den Nebenkreislauf. Dies ist dann erforderlich, wenn die maximal zulässige Öltemperatur überschritten wird. Bei konstanter Kühlmitteltemperatur in der Brennkraftmaschine wird der Öl- Wasser-Wärmetauscher von kälterem Kühlmittel aus dem Kühlerrücklauf durchströmt und die Öltemperatur wird gesenkt. Ebenfalls wird die Strömungsrichtung im Nebenkreislauf umgedreht, wenn die Kühlleistung des Kühlers nicht mehr ausreicht, und der Volumenstrom durch den Kühler vergrößert werden muss. Ein Nachteil für die Fahrzeuginnenraumheizung und die Abgasrückführung ist in diesen Fällen nicht gegeben, da sowohl hohe Öltemperaturen als auch mangelnde Kühlerleistung nur bei hohen Außentemperaturen und hoher Last auftreten.

Beides sind Zustände, die keine Fahrzeuginnenraumheizung und Abgasrückführung benötigen.

Durch die höhere Kühlerleistung aufgrund des höheren Volumenstromes durch den Kühler ergeben sich bei gleicher Kühlergröße bzw. bei gleicher hydraulischer Leistung Vorteile im Wärmehaushalt und im Bauraumbedarf des Kühlers. Des weiteren sind als Vorteile eine schnelle Aufheizung des Motoröls, eine Nutzung der Abgasrückführwärme zur Motorölaufheizung und ein sicheres Nichtüberschreiten der maximalen Öltemperatur zu nennen. Die gegebene Wärmeenergie lässt sich durch das Einschalten der Heizung einfach zur Heizung oder zum Öl-Wasser- Wärmetauscher verschieben. Ein eventuell nötiger Getriebeölkühler ist ohne Schwierigkeiten in den Nebenkühlkreislauf integrierbar, ohne dass an der Anordnung prinzipiell etwas geändert werden muss. Da die Verteilung der Volumenströme zwischen Öl-Wasser-Wärmetauscher und Brennkraftmaschine nicht durch verlustbehaftete Drosselung, sondern durch Auslegung der Pumpengröße bestimmt wird, ergibt sich dadurch ein Wirkungsgradvorteil. Als weiterer Vorteil ist zu sehen, dass der gesamte Volumenstrom der Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, die Strömung des Nebenkreislaufs vom Ausgang der Brennkraftmaschine über einen Abgasrückführkühler und/oder einen Heizungswärmetauscher zur Kühlmittelpumpe mittels einer Drossel zu regeln und gleichzeitig einen zweiten Nebenkreislauf, der einen Öl-Wasser-Wärmetauscher für das Motoröl und gegebenenfalls für das Getriebeöl beinhaltet, mittels einer schaltbaren Zusatzpumpe bei Bedarf parallel zur Brennkraftmaschine zu betreiben.

Der erste Teil des Nebenstromes strömt im Normalbetrieb vom Ausgang der Brennkraftmaschine durch Abgasrückführkühler und Heizungswärmetauscher der Fahrgastraumheizung durch das offene Drosselventil zur Saugseite der Kühlmittelpumpe. D. h. bei Teillast nimmt der Kühlmittelstrom im Abgasrückführkühler Wärme auf und gibt sie gegebenenfalls im Heizungswärmetauscher an die Fahrgastraumheizung ab. Die Kühlmittelpumpe saugt Kühlmittel aus dem Nebenstromkreislauf an, wobei die Temperatur nur wenig geringer ist als die Temperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine. Der zweite Teil des Nebenstromes strömt im Normalbetrieb vom Ausgang der Brennkraftmaschine durch einen Öl-Wasser-Wärmetauscher für das Motoröl und gegebenenfalls für das Getriebeöl zur Saugseite der Kühlmittelpumpe. Die Kühlmittelpumpe saugt Kühlmittel aus dem Nebenstromkreislauf an, wobei die Temperatur nur wenig geringer ist als die Temperatur am Ausgang der Brennkraftmaschine, aber bei kalter Brennkraftmaschine wird ein schnelles Erwärmen des Motoröls ermöglicht, was für den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission von Vorteil ist.

Wird die Drossel im ersten Nebenstromkreislauf teilweise oder ganz geschlossen, verkleinert sich der Kühlmittelstrom durch den ersten Nebenstromkreislauf, während sich der Kühlmittelstrom durch den Hauptkreislauf, d. h. über den Kühler zur Kühlmittelpumpe, vergrößert. Wird im zweiten Nebenstromkreislauf die Zusatzpumpe eingeschaltet, ändert sich die Strömungsrichtung im Nebenstromkreislauf vom Kühlerrücklauf durch die Zusatzpumpe und den Öl-Wasser-Wärmetauscher zum Kühlmittelausgang an der Brennkraftmaschine, bzw. zum Kühlmittelvorlauf zum Thermostat.

In diesem Falle strömt der zweite Nebenstromkreislauf parallel zu Brennkraftmaschine. Dies ist dann erforderlich, wenn die maximal zulässige Öltemperatur überschritten wird. Bei konstanter Kühlmitteltemperatur vom Ausgang der Brennkraftmaschine wird der Öl-Wasser-Wärmetauscher jetzt von kälterem Motoreintrittskühlmittel durchströmt und die Öltemperatur gesenkt. Eine hohe Öltemperatur tritt vor allem bei Volllast und bei hoher Außentemperatur auf, bei Betriebspunkten also, bei denen keine Fahrgastraumheizung benötigt und kein Abgas zurückgeführt und gekühlt wird. Gerade in solchen Betriebspunkten wird eine gute Kühlerdurchströmung mit einem möglichst hohen Volumenstrom gewünscht. Durch Drosseln des ersten Nebenkreislaufs und Parallelschalten des zweiten Nebenkreislaufs mit Zusatzpumpe und Öl-Wasser- Wärmetauscher zum Hauptkreislauf durch Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine wird ein größtmöglicher Volumenstrom durch den Kühler erreicht. Dies ist besonders von Vorteil, wenn der Kühler sehr groß oder zweigeteilt ist. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass für den Nebenkreislauf durch den Heizungswärmetauscher keine Umkehrung notwendig ist. Der hohe Volumenstrom an Kühlmittel durch die Brennkraftmaschine verhindert eine Überhitzung derselben. Durch die Möglichkeit eine Zusatzpumpe bei Bedarf zuzuschalten, ist es möglich die Kühlmittelpumpe etwas kleiner auszulegen, als es nötig wäre, wenn sie die heiße Brennkraftmaschine bei hoher Belastung zuverlässig mit Kühlmittel versorgen soll. Die höchste Belastung des Kühlmittelkreislaufs lässt sich gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Zusatzpumpe abfangen.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Kühlmittelkreislauf mit einem Haupt- und einem Nebenkreislauf und einem Umschaltventil vor der Kühlmittelpumpe und
Fig. 2 einen Kühlmittelkreislauf mit einem Haupt- und einem Nebenkreislauf und einer Zusatzpumpe vor der Kühlmittelpumpe und
Fig. 3 einen Kühlmittelkreislauf mit einem Haupt- und zwei Nebenkreisläufen und einer Drossel vor der Kühlmittelpumpe im ersten Nebenkreislauf und einer Zusatzpumpe im zweiten Nebenkreislauf.
In der Fig. 1 ist schematisch vereinfacht ein Kühlkreislauf 1 mit einem Hauptkreislauf 2 für eine Brennkraftmaschine 3 gezeigt. Der Hauptkreislauf 2 enthält ein Mischventil 4, einen Kühler 5 und eine Kühlmittelpumpe 6. Zwischen Brennkraftmaschine 3 und Mischventil 4 verläuft die Kühlervorlaufleitung 7 und zwischen Kühler 5 und Brennkraftmaschine die Kühlerrücklaufleitung 8. Die Kurzschlussleitung 9 vom Mischventil 4 kommend mündet vor der Kühlmittelpumpe 6 in die Kühlerrücklaufleitung 8. Zwischen Kühlmittelpumpe 6 und Brennkraftmaschine 3 befindet sich der Kühlmittelzulauf 20. Weiterhin weist der Kühlkreislauf 1 einen Nebenkreislauf 11 auf, der von der Kühlervorlaufleitung 7 oder direkt von der Brennkraftmaschine 3 kommend durch einen Abgasrückführkühler 12, einen Heizungswärmetauscher 13 und einen Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 zu einem Umschaltventil 15 führt. Das Umschaltventil 15 weist zwei Ausgänge auf: eine erste Verbindungsleitung 16 zur Kühlerrücklaufleitung 8 bzw. zum Eingang der Kühlmittelpumpe 6 und eine zweite Verbindungsleitung 17 zum Kühlmittelzulauf 10, bzw. zur Brennkraftmaschine 3. Im Normalbetrieb strömt das Kühlmittel des Nebenkreislaufes 11 vom Ausgang der Brennkraftmaschine 3, bzw. von der Kühlervorlaufleitung 7 über den Abgasrückführkühler 12, den Heizungswärmetauscher 13 und den Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 zu dem Umschaltventil 15. Im Abgasrückführkühler 12 und im Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 nimmt das Kühlmittel Wärme auf, bei Heizungsbetrieb gibt das Kühlmittel im Heizungswärmetauscher 13 Wärme ab. Bei sehr kleinen Lasten nimmt der Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 ebenfalls Wärme auf und erwärmt das Motoröl, bzw. das Getriebeöl. Dieser sogenannte Normalbetrieb bedeutet: kleine bis mittlere Last, bei der Abgas rückgeführt und gekühlt wird und bei der das Öl der Brennkraftmaschine mittlere Temperaturen aufweist.
Bei großer Last der Brennkraftmaschine 3 steigt die Temperatur des Öls und es findet keine Abgasrückführung statt. Wenn gleichzeitig die Umgebungstemperatur so hoch ist, so dass die Fahrzeugheizung ausgeschaltet ist und über den Heizungswärmetauscher 13 keine Wärme aufnimmt, ist es notwendig, einerseits das Öl der Brennkraftmaschine 3 mit kaltem Kühlmittel zu kühlen und andererseits den gesamten Kühlmittelstrom der Brennkraftmaschine zum Kühler 5 zu leiten. Dies geschieht durch Umschalten des Umschaltventils 15, so dass die erste Verbindungsleitung 16 versperrt ist und die zweite Verbindungsleitung 17 geöffnet ist. Das Kühlmittel strömt jetzt von der Kühlmittelpumpe 6 durch die zweite Verbindungsleitung 17 und das Umschaltventil 15 in umgekehrter Richtung durch den Nebenkreislauf 11. Somit wird der Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 nun von kaltem Kühlmittel, das vom Kühler 5 kommt, durchströmt. Gleichzeitig wird der Kühlmittelvolumenstrom, der durch die Brennkraftmaschine 3 strömt, vollständig durch den Kühler 5 geleitet. Das Kühlmittel aus dem Nebenkreislauf 11 wird in die Kühlervorlaufleitung 7 in den Hauptkreislauf 2 zugeführt. In diesem Falle wird der gesamte Kühlmittelvolumenstrom, der aus Haupt- und Nebenstrom besteht, durch den Kühler 5 geleitet. Dadurch findet im Kühler ein besserer Wärmeübergang statt.
In der Fig. 2 ist schematisch vereinfacht ein Kühlkreislauf 1 mit einem Hauptkreislauf 2 mit Brennkraftmaschine 3, Mischventil 4, Kühler 5 und Kühlmittelpumpe 6 gezeigt. Zwischen Brennkraftmaschine 3 und Mischventil 4 verläuft die Kühlervorlaufleitung 7 und zwischen Kühler 5 und Brennkraftmaschine die Kühlerrücklaufleitung 8. Die Kurzschlussleitung 9 vom Mischventil 4 kommend mündet vor der Kühlmittelpumpe 6 in die Kühlerrücklaufleitung 8. Zwischen Kühlmittelpumpe 6 und Brennkraftmaschine 3 befindet sich der Kühlmittelzulauf 10. Weiterhin weist der Kühlkreislauf 1 einen Nebenkreislauf 11 auf, der von Kühlervorlaufleitung 7 oder der direkt von der Brennkraftmaschine 3 kommend durch einen Abgasrückführkühler 12, einen Heizungswärmetauscher 13 und einen Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 und einer Zusatzpumpe 18 zur Kühlerrücklaufleitung 8 führt. Im Normalbetrieb strömt das Kühlmittel des Nebenkreislaufes 11 vom Ausgang der Brennkraftmaschine 3, bzw. von der Kühlervorlaufleitung 7 über den Abgasrückführkühler 12, den Heizungswärmetauscher 13 und den Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 durch die abgeschaltete Zusatzpumpe 18 zur Kühlerrücklaufleitung 8 und von dort zur Kühlmittelpumpe 6. Im Abgasrückführkühler 12 und im Öl-Wasser- Wärmetauscher 14 nimmt das Kühlmittel Wärme auf, bei Heizungsbetrieb gibt das Kühlmittel im Heizungswärmetauscher 13 Wärme ab. Bei sehr kleinen Lasten nimmt der Öl-Wasser- Wärmetauscher 14 ebenfalls Wärme auf und erwärmt das Motoröl, bzw. das Getriebeöl. Dieser sogenannte Normalbetrieb bedeutet: kleine bis mittlere Last, bei der Abgas rückgeführt und gekühlt wird und bei der das Öl der Brennkraftmaschine mittlere Temperaturen aufweist.
Bei großer Last der Brennkraftmaschine 3 steigt die Temperatur des Öls und es findet auch keine Abgasrückführung statt, da dies nur bei Teillast erforderlich ist. Wenn gleichzeitig die Umgebungstemperatur so hoch ist, so dass die Fahrzeugheizung ausgeschaltet ist und über den Heizungswärmetauscher 13 keine Wärme aufnimmt, ist es notwendig, einerseits das Öl der Brennkraftmaschine 3 mit kaltem Kühlmittel zu kühlen und andererseits den gesamten Kühlmittelstrom der Brennkraftmaschine zum Kühler 5 zu leiten. Dies geschieht durch Einschalten der Zusatzpumpe 18. Das Kühlmittel strömt jetzt von der Kühlerrücklaufleitung 8 zur Zusatzpumpe 18 in umgekehrter Richtung durch den Nebenkreislauf 11, d. h. der Öl-Wasser- Wärmetauscher 14 wird nun von kaltem Kühlmittel, das vom Kühler 5 kommt, durchströmt. Gleichzeitig wird das Kühlmittel, das durch die Brennkraftmaschine 3 strömt, durch den Kühler 5 geleitet. Da in diesem Falle der gesamte Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühler 5 geleitet wird, findet im Kühler ein besserer Wärmeübergang statt. Durch Zuschalten der Zusatzpumpe 18 wird der Gesamtförderstrom an Kühlmittel vergrößert, dass auch insgesamt mehr Wärme zum Kühler 5 transportiert wird. Die Kühlmittelpumpe 6 fördert ihren maximal möglichen Volumenstrom durch die Brennkraftmaschine 3 und durch den Nebenkreislauf 11 strömt eine zusätzliche Kühlmittelmenge. Die vergrößerte Kühlmittelmenge durch den Kühler 5 bewirkt eine größere Wärmeabgabe an die Umwelt.
In der Fig. 3 ist schematisch vereinfacht ein Kühlkreislauf 1 mit einem Hauptkreislauf 2 mit Brennkraftmaschine 3, Mischventil 4, Kühler 5 und Kühlmittelpumpe 6 gezeigt. Zwischen Brennkraftmaschine 3 und Mischventil 4 verläuft die Kühlervorlaufleitung 7 und zwischen Kühler 5 und Brennkraftmaschine die Kühlerrücklaufleitung 8. Die Kurzschlussleitung 9 vom Mischventil 4 kommend mündet vor der Kühlmittelpumpe 6 in die Kühlerrücklaufleitung 8. Zwischen Kühlmittelpumpe 6 und Brennkraftmaschine 3 befindet sich der Kühlmittelzulauf 10. Weiterhin weist der Kühlkreislauf 1 einen Nebenkreislauf 19 auf, der von Kühlervorlaufleitung 7 oder der direkt von der Brennkraftmaschine 3 kommend durch einen Abgasrückführkühler 12, einen Heizungswärmetauscher 13 und ein Drosselventil 20 zur Kühlerrücklaufleitung 8 führt. Ein zweiter Nebenkreislauf 21, der von Kühlervorlaufleitung 7 oder der direkt von der Brennkraftmaschine 3 kommt, führt durch einen Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 und eine Zusatzpumpe 18 ebenfalls zur Kühlerrücklaufleitung 8. Im Normalbetrieb pumpt die Kühlmittelpumpe 6 das Kühlwasser durch die Brennkraftmaschine 3, danach wird der Kühlmittelstrom zum größten Teil über das Mischventil 4 zum Kühler 5 und zurück zur Kühlmittelpumpe gepumpt. Ein Teilstrom zweigt nach der Brennkraftmaschine vom Hauptstrom ab und strömt über den Abgasrückführkühler 12, den Heizungswärmetauscher 13 und das geöffnete Drosselventil 20 zur Kühlmittelpumpe 6. Ein zweiter Teilstrom zweigt nach der Brennkraftmaschine vom Hauptstrom ab und strömt über den Öl- Wasser-Wärmetauscher 14 und die abgeschaltete Zusatzpumpe 18 zur Kühlmittelpumpe 6 zurück.
Bei großer Last der Brennkraftmaschine 3 steigt die Temperatur des Öls und es findet auch keine Abgasrückführung statt, da dies nur bei Teillast erforderlich ist. Wenn gleichzeitig die Umgebungstemperatur so hoch ist, so dass die Fahrzeugheizung ausgeschaltet ist und über den Heizungswärmetauscher 13 keine Wärme aufnimmt, ist es notwendig, einerseits das Öl der Brennkraftmaschine 3 mit kaltem Kühlmittel zu kühlen und andererseits den Kühlmittelstrom der Brennkraftmaschine insgesamt zum Kühler 5 zu leiten. Dies geschieht durch zwei Maßnahmen, die gleichzeitig, hintereinander oder auch völlig unabhängig voneinander getätigt werden können: Schließen des Drosselventils 20 und Einschalten der Zusatzpumpe 14.
Bei teilweisem oder völligem Schließen des Drosselventils 20 wird der Kühlmittelstrom durch den ersten Nebenkreislauf verkleinert oder ganz gesperrt, d. h. es findet keine Abgasrückführkühlung und keine Heizung des Fahrzeuginnenraumes statt. Gleichzeitig wird ein größerer Anteil des Kühlmittelstromes der Brennkraftmaschine 3 durch den Kühler gepumpt, d. h. es wird mehr Wärme der Brennkraftmaschine 3 an die Umgebung abgegeben und das Kühlmittel im Kühlmittelzulauf 10 ist kälter, da vom Nebenkreislauf 19 kein warmes Kühlmittel zugemischt wird.
Beim Einschalten der Zusatzpumpe 18 wird der Kühlmittelstrom im zweiten Nebenkreislauf 21 in seiner Richtung umgedreht, nämlich von der Kühlerrücklaufleitung 8 über die Zusatzpumpe 18 und den Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 zur Kühlervorlaufleitung 7. Dadurch wird durch den Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 kaltes Kühlmittel, das vom Kühler 5 kommt, gepumpt mit dem Effekt, dass im Öl- Wasser-Wärmetauscher aufgrund der größeren Temperaturdifferenz mehr Wärme an das Kühlmittel übergeht und am Kühler an die Umgebung abgegeben wird. Da gleichzeitig weiterhin der gesamte von der Kühlmittelpumpe 6 gepumpte Kühlmittelstrom durch die Brennkraftmaschine 3 gepumpt wird, erhöht sich somit der gesamte Kühlmittelstrom durch den Kühler 5. Ein größerer Kühlmittelstrom bedeutet mehr Wärmetransport und einen besseren Wärmeübergang aufgrund der größeren Turbulenz im Kühler 5. Auf diese Weise ist ein sehr guter Wärmeabtransport von der Brennkraftmaschine 3 über das Kühlmittel direkt und indirekt über den Öl-Wasser-Wärmetauscher 14 und das Kühlmittel und den Kühler 5 an die Umgebung gewährleistet und ein Überhitzen der Brennkraftmaschine bei hoher Last und hoher Außentemperatur vermieden.

Claims

1. Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem durch eine Brennkraftmaschine führenden Hauptkreislauf, einer Kühlmittelpumpe, einem Mischventil (Thermostat), einem Kühler und ferner mit mindestens einem Nebenkreislauf, der einen Heizungswärmetauscher und/oder einen Öl-Wasser-Wärmetauscher und/oder eine Abgasrückführkühlung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nebenkreislauf (11, 19, 21) die Strömungsrichtung mittels einer Pumpe (18) oder eines Ventils (15, 20) umkehrbar ist.

2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Strömungsrichtung des Nebenkreislaufs (11) vom Ausgang der Brennkraftmaschine (3) über Heizungswärmetauscher (13) und/oder Öl-Wasser-Wärmetauscher (14) und/oder Abgasrückführkühlung (12) zur Saugseite der Kühlmittelpumpe (6) durch ein Umschaltventil (15) vor der Kühlmittelpumpe mit einer Verbindung zur Druckseite der Kühlmittelpumpe umschaltbar ist.

3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Nebenkreislaufs (11) vom Ausgang der Brennkraftmaschine (3) über Heizungswärmetauscher (13) und/oder Öl-Wasser-Wärmetauscher (14) und/oder Abgasrückführkühlung (12) zur Saugseite der Kühlmittelpumpe (6) mittels einer schaltbaren Pumpe (18) im Nebenkreislauf umkehrbar ist.

4. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Nebenkreislaufs (19) vom Ausgang der Brennkraftmaschine (3) über Heizungswärmetauscher (13) und/oder Abgasrückführkühlung (12) zur Saugseite der Kühlmittelpumpe (6) mittels einer Drossel (20) regelbar ist, und dass die Strömungsrichtung eines Nebenkreislaufs (21) vom Ausgang der Brennkraftmaschine über den Öl-Wasser-Wärmetauscher (14) zur Saugseite der Kühlmittelpumpe mittels einer schaltbaren Pumpe (18) umkehrbar ist.