DE102008009307A1

DE102008009307A1 - Kühlanordnung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102008009307A1
Application number: DE200810009307
Authority: DE
Inventors: Philipp Dipl.-Ing. Böhning; Klaus Dr.-Ing. Bruchner; Hansjörg Dipl.-Ing. Finkbeiner; Dominic Dipl.-Ing. Lichtblau (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (1) für einen Verbrennungsmotor (2) in einem Kraftfahrzeug, umfassend Kühlkanäle (10) im Verbrennungsmotor (2), einen Kühler (3), mindestens zwei Wärmetauscher (4.1 bis 4.5) für Zusatzaggregate, ein steuerbares und/oder regelbares Zweiwegeventil (5), mindestens eine Kühlmittelpumpe (6) und eine Anzahl von Verbindungsrohren und/oder -schläuchen (7), wobei ein Kühlmittel von den Kühlkanälen (10) über das Zweiwegeventil (5) durch den Kühler (3) und/oder über einen den Kühler (3) überbrückenden Bypass (11) den Wärmetauschern (4.1 bis 4.5) und schließlich wieder den Kühlkanälen (10) zuführbar ist, wobei mindestens zwei der Wärmetauscher (4.1 bis 4.5) einander parallel und in Reihe zu den Kühlkanälen (10) des Verbrennungsmotors (2) geschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, umfassend Kühlkanäle im Verbrennungsmotor, einen Kühler, mindestens zwei Wärmetauscher für Zusatzaggregate, ein steuerbares und/oder regelbares Zweiwegeventil, mindestens eine Kühlmittelpumpe und eine Anzahl von Verbindungsrohren und/oder -schläuchen, wobei ein Kühlmittel von den Kühlkanälen über das Zweiwegeventil durch den Kühler und/oder über einen den Wasserkühler überbrückenden Bypass den Wärmetauschern und schließlich wieder den Kühlkanälen zuführbar ist.
Flüssigkeitsgekühlte Verbrennungsmotoren weisen meist Kühlkanäle auf, die von einem Kühlmittel durchflossen werden. Das im Verbrennungsmotor erhitzte Kühlmittel wird über Verbindungsrohre und/oder -schläuche einem Kühler zugeführt, in dem es mittels Fahrtwind oder mittels eines Lüfters abgekühlt wird. Das abgekühlte Kühlmittel wird über mindestens zwei Wärmetauscher, beispielsweise einen Heizungswärmetauscher, einen Getriebeölwärmetauscher oder einen Motorölwärmetauscher wieder den Kühlkanälen des Verbrennungsmotors zugeführt. Die Kühlung der beiden letztgenannten Aggregate erfolgt zur Sicherstellung ihrer Dauerhaltbarkeit.
An geeigneter Stelle in diesem Kreislauf, beispielsweise vor den Wärmetauschern, ist eine Kühlmittelpumpe vorgesehen, um das Kühlmittel umzuwälzen. Der Kühler ist meist mittels eines steuerbaren und/oder regelbaren Zweiwegeventils und eines Bypasses überbrückbar, um eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels, meist Wasser mit Kühlmittelzusätzen zur Verhinderung von Korrosion und zur Senkung eines Gefrierpunktes des Wassers, zu ermöglichen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlanordnung für einen Verbrennungsmotor anzugeben, mit der eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels bei einem Kaltstart möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Kühlanordnung für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug umfasst Kühlkanäle im Verbrennungsmotor, einen Kühler, mindestens zwei Wärmetauscher für Zusatzaggregate, ein steuerbares und/oder regelbares Zweiwegeventil, mindestens eine Kühlmittelpumpe und eine Anzahl von Verbindungsrohren und/oder -schläuchen.
Ein Kühlmittel ist von den Kühlkanälen über das Zweiwegeventil durch den Kühler und/oder über einen den Wasserkühler überbrückenden Bypass den Wärmetauschern und schließlich wieder den Kühlkanälen zuführbar. An geeigneter Stelle kann eine Umwälzung des Kühlmittels durch die Kühlmittelpumpe erfolgen, beispielsweise in Strömungsrichtung vor den Wärmetauschern.
Erfindungsgemäß sind mindestens zwei der Wärmetauscher einander parallel und in Reihe zu den Kühlkanälen des Verbrennungsmotors geschaltet. Insbesondere sind alle Wärmetauscher einander parallel geschaltet.
Durch die Parallelschaltung der Wärmetauscher wird eine Entdrosselung des Kühlmittelkreislaufs erreicht, so dass eine Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe minimiert und somit Kraftstoff gespart wird. Die ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors, insbesondere im Bereich der kritischen Auslassventilstege ist dabei sichergestellt. Das gesamte Kühlmittelvolumen passiert die Kühlkanäle des Verbrennungsmotors, die insbesondere im Bereich eines Zylinderkopfes vorgesehen sind, so dass eine schnellere Erwärmung des Zylinderkopfes bei einem Kaltstart möglich ist, insbesondere im so genannten NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus), einem Fahrzyklus, der für die Ermittlung von Verbrauch und Emissionen eines Kraftfahrzeugs und dessen Einstufung in entsprechende Schadstoffklassen maßgeblich ist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine Kühlanordnung für einen Verbrennungsmotor mit einem Kühler, Wärmetauschern für Zusatzaggregate, einem Zweiwegeventil, einer Kühlmittelpumpe und einer Anzahl von Verbindungsrohren und/oder -schläuchen.
In 1 ist eine Kühlanordnung 1 für einen Verbrennungsmotor 2 mit einem Kühler 3, Wärmetauschern 4.1 bis 4.5 für Zusatzaggregate, einem Zweiwegeventil 5, einer Kühlmittelpumpe 6 und einer Anzahl von Verbindungsrohren und/oder -schläuchen 7 gezeigt. Weiter sind ein Ausgleichsbehälter 8 und ein Kugelventil 9 vorgesehen. Für den Verbrennungsmotor 2 ist symbolisch dessen Zylinderkopf dargestellt, da dieser das in erster Linie zu kühlende Teil des Verbrennungsmotors 2 ist.
Im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 2 sind zu diesem Zweck Kühlkanäle 10 vorgesehen, die von einem Kühlmittel durchflossen sind. Das Kühlmittel strömt nach den Kühlkanälen 10 zum Zweiwegeventil 5. Dieses leitet das Kühlmittel bei hinreichend warmer Kühlmittel über den Kühler 3 oder bei einem Kaltstart über einen Bypass 11 daran vorbei. In einem zwischen diesen beiden Zuständen liegenden Übergangsbereich kann eine entsprechende Aufteilung des Kühlmittelstroms auf die Zweige Kühler 3 und Bypass 11 erfolgen.
Im Kühler 3 wird das Kühlmittel mittels Fahrtwind oder mittels eines nicht gezeigten Lüfters abgekühlt. Beide Zweige werden wieder zusammengeführt und durchlaufen die Kühlmittelpumpe 6, die für die Umwälzung des Kühlmittels sorgt. Vor dem Wiedereintritt des Kühlmittels in die Kühlkanäle 10 des Verbrennungsmotors 2 passiert es die einander parallel geschalteten Wärmetauscher 4.1 bis 4.5. Der Wärmetauscher 4.1 ist dabei beispielsweise als ein Getriebeölwärmetauscher, der Wärmetauscher 4.2 als ein Motorölwärmetauscher, der Wärmetauscher 4.3 als ein Wärmetauscher einer Abgasrückführung, der Wärmetauscher 4.4 als ein Wärmetauscher eines Abgasturboladers und der Wärmetauscher 4.5 als ein Heizungswärmetauscher zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums ausgebildet.
Für den Heizungswärmetauscher 4.5 ist ein Ventil 12 vorgesehen, um das Aufheizen des Kühlwassers zu beschleunigen, wenn keine Heizungsanforderung gestellt wird. Vor allem für den Getriebeölwärmetauscher 4.1 ist die gezeigte Platzierung vorteilhaft, da hier im Kühlerbetrieb die Temperatur des Kühlmittels am geringsten ist, so dass eine entsprechende Dauerhaltbarkeit erreicht wird.
Das Kühlmittel kann über den Ausgleichsbehälter 8 eingefüllt werden, gleichzeitig werden dort temperaturbedingte Volumenänderungen des Kühlmittels kompensiert. Das Kugelventil 9 ermöglicht die Befüllung der Kühlkanäle, so dass diese immer vollständig befüllt sind, sperrt aber den Rücklauf in den Ausgleichsbehälter 8, sobald das Kühlmittel unter Druck steht.
Das Zweiwegeventil 5 ist vorzugsweise als ein Drehkugelventil ausgebildet und mittels eines Kennfeldes steuerbar und/oder regelbar. Auf diese Weise wird, verglichen mit einem herkömmlichen Thermostatventil eine weitere Entdrosselung des Kühlkreislaufs erreicht, so dass die Kühlmittelpumpe 6 weniger Leistung aufbringen muss. Außerdem ist die Temperaturführung des Kühlmittels so optimierbar, dass eine höhere Kühlmitteltemperatur im Teillastbetrieb erzielt wird.
Die Kühlmittelpumpe 6 ist insbesondere als eine elektrische Kühlmittelpumpe ausgebildet. Diese kann bei Bedarf geschaltet oder in Ihrer Pumpleistung den aktuellen Erfordernissen angepasst werden. Dadurch ist eine weitere Einsparung von Kraftstoff erzielbar. Außerdem kann der Komfort beim Betrieb der Heizung erhöht werden, indem die Kühlmittelpumpe 6 auch bei niedriger Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 mit einer hohen Leistung betrieben wird. Weiter ist eine Nachlaufkühlung möglich, wenn der Verbrennungsmotor 2 bereits abgestellt ist. Beim Kaltstart kann die elektrische Kühlmittelpumpe 6 abgestellt sein, um den Verbrennungsmotor 2 bei stehendem Kühlmittel möglichst schnell zu erwärmen, insbesondere im NEFZ. Durch die erreichte schnellere Erwärmung des Brennraums und des Zylindermantels werden eine schnellere Kaltstartanreicherung und eine Reduzierung der Reibung der Kolbenringe erreicht.
Eine schnellere Erwärmung des Verbrennungsmotors 2 ist auch durch Schließen des Ventils 12 in der Kaltstartphase erreichbar, so dass keine Kühlung des Kühlmittels im Heizungswärmetauscher 4.5 erfolgt.
Es kann eine andere Anzahl von Wärmetauschern 4.1 bis 4.5 vorgesehen sein.
Den Wärmetauschern 4.1 bis 4.5 kann ein Bypassventil parallel geschaltet sein.
Das Zweiwegeventil 5 und der Bypass 11 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass ein Druckverlust über diesen Zweig dem Druckverlust im Kühler 3 entspricht. So wird eine höhere Regelqualität erreicht und bewirkt, dass der Heizungswärmetauscher 4.5 immer gleichmäßig durchströmt wird. Bei Volllast und geschlossenem Zweiwegeventil 5 wird so eine Überhitzung der kritischen Auslassventilstege (nicht gezeigt) im Verbrennungsmotor 2 vermieden.
Eine Steuerung des Zweiwegeventils 5 kann so erfolgen, dass das Kühlmittel bei einem Kaltstart erst dann über den Kühler 3 fließt, wenn das Getriebe über den Getriebeölwärmetauscher 4.1 hinreichend erwärmt ist.

1: Kühlanordnung
2: Verbrennungsmotor
3: Kühler
4: Wärmetauscher
5: Zweiwegeventil
6: Kühlmittelpumpe
7: Verbindungsrohre und/oder -schläuche
8: Ausgleichsbehälter
9: Kugelventil
10: Kühlkanäle
11: Bypass
12: Ventil

Claims

Kühlanordnung (1) für einen Verbrennungsmotor (2) in einem Kraftfahrzeug, umfassend Kühlkanäle (10) im Verbrennungsmotor (2), einen Kühler (3), mindestens zwei Wärmetauscher (4.1 bis 4.5) für Zusatzaggregate, ein steuerbares und/oder regelbares Zweiwegeventil (5), mindestens eine Kühlmittelpumpe (6) und eine Anzahl von Verbindungsrohren und/oder -schläuchen (7), wobei ein Kühlmittel von den Kühlkanälen (10) über das Zweiwegeventil (5) durch den Kühler (3) und/oder über einen den Kühler (3) überbrückenden Bypass (11) den Wärmetauschern (4.1 bis 4.5) und schließlich wieder den Kühlkanälen (10) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Wärmetauscher (4.1 bis 4.5) einander parallel und in Reihe zu den Kühlkanälen (10) des Verbrennungsmotors (2) geschaltet sind.
Kühlanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweiwegeventil (5) als ein Drehkugelventil ausgebildet ist.
Kühlanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehkugelventil mittels eines Kennfeldes steuerbar und/oder regelbar ist.
Kühlanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (6) als eine elektrische Kühlmittelpumpe ausgebildet ist.
Kühlanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmetauscher (4.1 bis 4.5) ein Getriebeölwärmetauscher und/oder ein Motorölwärmetauscher und/oder ein Wärmetauscher einer Abgasrückführung und/oder ein Wärmetauscher eines Abgasturboladers und/oder ein Heizungswärmetauscher vorgesehen sind/ist.