Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kühl- und Heizungskreislaufs für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, die mittels einer Hauptmotorkühlmittelpumpe 7 und/oder einer Kühlmittelhilfspumpe 2 umgewälzten Kühlmittels gekühlt wird, mit einer Temperaturregelvorrichtung 6, welche zur Kontrolle der Kühlmitteltemperatur den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine 1 und den Fahrzeugkühler 8 regelt und einer von der elektronischen Motorsteuerung 20 beeinflussbaren Absperrvorrichtung, welche den Kühlmitteldurchsatz durch die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Kühlbedarf temporär unterbindet und/oder variiert.The invention relates to a method and a device for operating a cooling and heating circuit for motor vehicles with an internal combustion engine, which by means of a main engine coolant pump 7 and / or a coolant auxiliary pump 2 circulated coolant is cooled with a temperature control device 6 , which for controlling the coolant temperature, the coolant flow rate through the internal combustion engine 1 and the vehicle radiator 8th regulates and one of the electronic engine control 20 influenceable shut-off device, which temporarily suppresses and / or varies the coolant flow rate through the internal combustion engine as a function of their cooling requirements.
Dabei handelt es sich um eine Fortsetzungsanmeldung der Anmeldung unter der Nr. 10 2008 048 373.7 beim Deutschen Patentamt. Die Fortsetzung zielt dabei insbesondere auf konstruktive Details ab, die die Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankengutes der Ursprungsanmeldung unter Berücksichtigung serientypischer Randbedingungen des Bauraums, der serientypischen Varianten der Motorölkühlerintegration sowie der serientypischen Schlauchquerschnitte in den einzelnen Kühlmittelzweigen vereinfacht.This is a continuation application of the application under the no. 10 2008 048 373.7 at the German Patent Office. The continuation is aimed in particular at constructive details that simplify the application of the concept of the invention of the original application, taking into account typical series boundary conditions of the installation space, the variants of engine oil cooler integration typical for series production and the tube cross sections typical for the series in the individual coolant branches.
Auch bei dieser Fortsetzungsanmeldung stehen zunächst insbesondere Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einem konvenzionellen Dehnstoff-Kühlerthermostaten 6 im Mittelpunkt des Interesses.Also in this continuation application are initially particular method for the operation of internal combustion engines with a Konvenzionellen Dehnstoff-Kühlerthermostaten 6 at the center of interest.
Darüber hinaus sind auch zahlreiche Anwendungen mit beliebigen Kühlmitteltemperaturregelvorrichtungen, insbesondere mit frei ansteuerbaren Kühlerthermostaten 6, betroffen.In addition, numerous applications with any coolant temperature control devices, in particular with freely controllable radiator thermostats 6 , affected.
Es ist bekannt, bei modernen PKW mittels Wärmemanagement-Maßnahmen den Kraftstoffverbrauch zu senken. Eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels und des Motoröls und damit auch der Motorbauteile sowie das Anheben der Thermostatöffnungstemperatur in der Teillast sind probate Mittel, um Kraftstoffverbrauchsverbesserungen zu realisieren.It is known to reduce fuel consumption in modern cars by means of thermal management measures. Rapid heating of the coolant and engine oil and thus also the engine components as well as the raising of the thermostatic opening temperature in the partial load are proven means to realize fuel consumption improvements.
Zukünftige Strategien zur Erzielung des vollen Kraftstoffeinsparpotenzials mittels derartiger Maßnahmen beinhalten insbesondere Möglichkeiten, den Öffnungszeitpunkt des Thermostaten mittels der Motorsteuerung frei zu wählen und den Kühlmitteldurchsatz durch den Motor im Warmlauf in weiten Bereichen zu variieren. Hierfür sind verschiedene Lösungen verfügbar, von der magnetischen Schaltkupplung zur Abschaltung der Kühlmittelpumpe des Motors über pumpeninterne Kurzschlussventile bis hin zur voll variablen el. Wasserpumpe als Ersatz für die riemengetriebene Kühlwasserpumpe.Future strategies for achieving the full potential fuel savings by means of such measures include in particular ways to freely select the opening time of the thermostat by means of the engine control and to vary the coolant flow rate through the engine during warm-up in wide ranges. Various solutions are available for this purpose, from the magnetic clutch for shutting down the engine coolant pump to pump-internal short-circuit valves and the fully variable electric water pump as a replacement for the belt-driven cooling water pump.
Allen bekannten Lösungen zur Regelung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Motor ist gemeinsam, dass erhebliche Kosten für die erforderlichen Zusatzkomponenten anfallen. Neben den Maßnahmen zur Regelung des Durchflusses durch den Motor ist bei den meisten bekannten Optimierungsstrategien insbesondere der Austausch des heute üblichen Thermostaten mit Regelung des Kühlerdurchflusses mittels Dehnstoffelement durch ein von der Motorsteuerung frei ansteuerbares Ventil vorgesehen. Für die volle Ausnutzung des Potenzials sind in diesem Zusammenhang insbesondere relativ aufwändige Ventile vorgesehen, bei denen der Durchfluss durch den Kühler von der Motorsteuerung vorgegeben und über einen Schrittmotor feinfühlig eingestellt wird. Verschiedene Drehpositionen des Mehrwegeventils stellen dann z. B. bevorzugte Positionen für eine optimale Heißkühlung, eine maximale Kühlwirkung oder eine maximale Kabinenheizleistung ein. Die Kosten für ein derartiges Ventil, um mehrere Zu- und Abflüsse u. a. für den Kühler-, den Bypass- und den Heizkreislauf zu schalten bzw. stufenlos zu variieren, sind nicht unerheblich. Hinzu kommt ein weiterer Zusatzaufwand, wenn ein hinreichendes Fail-Save-Verhalten für alle möglichen sommerlichen und winterlichen Betriebszustände realisiert werden soll.All known solutions for controlling the coolant throughput through the engine have in common that incur considerable costs for the required additional components. In addition to the measures to regulate the flow through the engine, the most common optimization strategies in particular the replacement of today's standard thermostat with regulation of the radiator flow by means of expansion element provided by a freely controllable by the engine control valve. For the full utilization of the potential in this context, in particular relatively expensive valves are provided, in which the flow through the radiator is set by the engine control and adjusted sensitively via a stepper motor. Different rotational positions of the multiway valve then provide z. B. preferred positions for optimum hot cooling, a maximum cooling effect or a maximum cabin heating. The cost of such a valve to several inflows and outflows u. a. for the radiator, the bypass and the heating circuit to switch or vary continuously, are not insignificant. In addition, there is a further additional effort if a sufficient fail-safe behavior for all possible summer and winter operating conditions is to be realized.
Die Kosten sind daher bereits erheblich, selbst wenn unter Verzicht auf das volle Kraftstoffeinsparpotential darauf verzichtet wird, gleichzeitig mit der Einführung des Ventils auch eine Zusatzmaßnahme zur Variation der Kühlmittelpumpendrehzahl bzw. der Kühlmittelpumpenförderleistung vorzusehen.The costs are therefore already considerable, even if waiving the full fuel saving potential is dispensed with, at the same time as the introduction of the valve also provide an additional measure for varying the coolant pump speed and the coolant pump delivery rate.
Nicht zuletzt vor dem Hintergrund der Kosten und der Betriebssicherheit hat sich bisher ein wesentlich einfacheres System zur Heißkühlung am Markt durchgesetzt, bei dem ein Dehnstoff-Thermostat mit einem el. beheizbaren Dehnstoffelement den wahlweisen Betrieb bei zwei verschieden Kühlmitteltemperaturen ermöglicht. Dabei wird ein Thermostat mit Dehnstoffelement eingesetzt, welcher beispielsweise ab 100°C zwangsläufig beginnt zu öffnen, bei el. Bestromung des Heizelements wird dieser Öffnungszeitpunkt dann mittels der el. Wärmezufuhr zum Dehnstoffelement auf z. B. 80°C verschoben. Die Kraftstoffverbrauchsvorteile sind hier zwar nicht voll ausgeschöpft, u. a. weil die Wirksamkeit des Systems auf Fahrsituationen mit Kühlmitteltemperaturen oberhalb ca. 80°C begrenzt ist, die Mehrkosten sind aber auch wesentlich geringer. Darüber hinaus ist sowohl jegliche Diskussion bezüglich der Robustheit des Systems und deren Fail-Safe-Charakteristik als auch die Frage nach der Verfügbarkeit serienreifer Bauteile angesichts der bereits vorliegenden Serienerfahrung mit dieser Art von el. beheizten Thermostaten weitgehend gegenstandslos.Not least against the background of costs and reliability, a much simpler system for hot-cooling has prevailed in the market, in which an expansion thermostat with an el. Heated expansion element allows optional operation at two different coolant temperatures. In this case, a thermostat is used with expansion element, which inevitably begins to open, for example, from 100 ° C, at el. Energization of the heating element is this opening time then by means of el. Heat supply to the expansion element on z. B. 80 ° C shifted. The fuel consumption benefits are not fully utilized here, u. a. because the effectiveness of the system is limited to driving situations with coolant temperatures above about 80 ° C, but the additional costs are also much lower. In addition, any discussion regarding the robustness of the system and its fail-safe characteristic as well as the question of the availability of ready-to-serial components in view of the already existing series experience with this type of el. Heated thermostats is largely without object.
Dennoch arbeiten die Systemlieferanten für KFZ-Kühlsysteme an den eingangs beschriebenen Varianten zur vollen Ausschöpfung des Kraftstoffeinsparpotenzials von Wärmemanagementmaßnahmen. Der Erfolg dieser neuen Lösungswege ist jedoch einerseits in erheblichem Maße an die Entwicklung der Emissionsvorschriften und der Kraftstoffpreise gekoppelt, andererseits auch sehr stark an die Bereitstellung wesentlich preiswerterer Hardware als bisher verfügbar. Umgekehrt erschwert gerade der ausbleibende Großserienanlauf fallende Hardwarepreise für das el. Mehrwegeventil als Thermostatersatz und gegebenenfalls die schalt- bzw. regelbare Kühlwasserpumpe. Nevertheless, the system suppliers for motor vehicle cooling systems are working on the variants described in the introduction to fully exploit the fuel saving potential of heat management measures. However, the success of these new approaches is, on the one hand, significantly linked to the evolution of emission regulations and fuel prices, and, on the other hand, is very much dependent on the provision of much cheaper hardware than was previously available. Conversely, just the lack of mass production difficult falling hardware prices for the el. Multi-way valve as Thermostatisatz and possibly the switchable or controllable cooling water pump.
Auch wenn inzwischen ein namhafter Kfz-Hersteller für eine ganze Motorfamilie den hohen Aufwand für ein Kühlsystem mit elektrisch angetriebener Motorkühlwasserpumpe betreibt, um möglichst viel Kraftstoff zu sparen, so verhindern doch die hohen Kosten vielerorts die Einführung eines derartigen Systems.Although now a well-known motor vehicle manufacturer for a whole engine family, the high cost of a cooling system with electrically driven engine cooling water pump operates to save as much fuel, yet prevent the high cost in many places the introduction of such a system.
Nicht zuletzt deshalb sind in jüngster Zeit preiswertere Systeme, wie z. B. der el. Thermostat in Drei-Teller-Ausführung in die Serienanwendung gelangt. Bei derartigen Systemen verschließt einer der drei Teller – der sogenannte Schließteller- den kleinen Kühlmittelkreislauf in der frühen Warmlaufphase und öffnet mit zunehmender Motorerwärmung. Mittels el. Bestromung des Dehnstoffelementes bei hoher thermischer Belastung des Motors wird bei Bedarf der Bypasszweig weiter geöffnet bzw. bei sehr hohem Kühlbedarf und weit geöffnetem Kühlerkreislauf wieder geschlossen. Die el. Bestromung hilft insbesondere, früheren Problemen des Dreitellerthermostaten beim schnellen Umschalten von Teillast auf Volllast speziell bei kaltem Motor zu begegnen. Die begrenzte Ansprechgeschwindigkeit bei kaltem Kühlwasser lässt den Einsatz des Dreitellerthermostaten jedoch nach wie vor nicht bei jedem Motor ohne konstruktive Zusatzmaßnahmen zu.Not least, therefore, recently cheaper systems, such. B. the el. Thermostat in three-plate design in the serial application. In such systems, one of the three plates - the so-called closing plate - closes the small coolant circuit in the early warm-up phase and opens with increasing engine warming. By means of el. Bestromung the expansion element at high thermal load of the engine if necessary, the bypass branch is opened further or closed at very high cooling demand and wide open radiator circuit again. The el. Energizing helps in particular to counteract earlier problems of the three-disc thermostat when switching from partial load to full load, especially when the engine is cold. The limited response speed with cold cooling water, however, still does not allow the use of the three-disc thermostat on every engine without additional design measures.
Auch Systeme mit frei ansteuerbarem Bypassventil, z. B. als stufenlos angesteuerter Drehschieber, sind bekannt, die diese Problem nicht aufweisen, allerdings bezüglich der Kosten wieder ungünstiger liegen.Also systems with freely controllable bypass valve, z. B. as a continuously controlled rotary valve, are known which do not have this problem, however, are again unfavorable in terms of cost.
Allen bekannten Systemen einschließlich des Dreitellerthermostaten ist gemeinsam, dass spezielle Eingriffe im Heizkreislauf nötig sind, um zu verhindern, dass sich die im Heizkreislauf umgewälzte Kühlmittelmenge negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Um innerhalb des Motors im Warmlauf möglichst kleine wasserseitige Wärmeübergangskoeffizienten zu erzielen, sowie um die wärmeaktiven Massen und Wärmeverluste des Heizkreislaufs zu minimieren, sind bei den bisher bekannten Wärmemanagement-Systemen separate Vorrichtungen vorgesehen, die es erlauben den Kühlmitteldurchsatz durch den Heizungszweig im Warmlauf zu unterbinden oder zumindest stark zu drosseln. Speziell bei luftseitiger Regelung der Kabinenheizung fallen damit i. a. zusätzliche Kosten für Kühlmittelventile oder sonstige Bauteile zur Unterbindung/Drosselung des Heizungsvolumenstroms an.All known systems including the three-disc thermostat have in common that special interventions in the heating circuit are necessary to prevent the circulated in the heating circuit coolant has a negative effect on fuel consumption. In order to achieve the smallest possible water-side heat transfer coefficients within the engine during warm-up, as well as to minimize the heat-active masses and heat losses of the heating circuit, separate devices are provided in the previously known thermal management systems, which allow the coolant flow through the heating branch to prevent warming or at least strongly throttling. Especially with air-side control of the cabin heating fall so i. a. additional costs for coolant valves or other components for suppressing / throttling the heating volume flow.
In der DE 10 2004 058 864.3 wird in diesem Umfeld u. a. beschrieben, wie mittels kostengünstiger Zweiwegeventile die gleiche Kraftstoffverbraucheinsparung erzielt werden kann, wie mit wesentlich teureren Wettbewerbsprodukten. In dieser Anmeldung und zahlreichen ähnlichen Anmeldungen des gleichnamigen Erfinders werden die Kosten insbesondere dadurch gesenkt, dass die Funktionalität „Stehendes Kühlmittel im Motor” mittels einfacher Zweiwegeventile dargestellt wird und dass zusätzliche Synergien, insbesondere mit besonderen Erfordernissen der Heizung und/oder der Ölkühler und/oder EGR-Kühler, genutzt werden.In the DE 10 2004 058 864.3 Among other things, in this environment it is described how the same fuel economy savings can be achieved by means of cost-effective two-way valves, as with significantly more expensive competitive products. In this application and numerous similar applications of the inventor of the invention, the costs are reduced in particular by the fact that the functionality "standing coolant in the engine" is represented by means of simple two-way valves and that additional synergies, especially with special requirements of the heater and / or the oil cooler and / or EGR cooler, to be used.
In der EP 1 657 446 A2 ist im gleichen Umfeld eine schaltbare Hauptmotorkühlmittelpumpe beschrieben, die die Funktionalität „Stehendes Kühlmittel im Motor” ebenfalls auf sehr elegante Weise liefert, indem ein Absperrzylinder axial über das Pumpenlaufrad geschoben wird und das Ausströmen von Kühlwasser erhöhten Drucks über die Pumpenspirale in den Motor unterbindet und/oder temporär drosselt.In the EP 1 657 446 A2 In the same environment a switchable main engine coolant pump is described, which also provides the functionality "engine coolant" in a very elegant way, by pushing a shut-off cylinder axially over the pump impeller and preventing the outflow of cooling water of increased pressure via the pump spiral into the engine and / or temporarily throttles.
Auch bei dieser Anwendung mit temporär stehendem oder gedrosseltem Kühlmittel, bestimmt die Motorsteuerung 20 i. a. in Abhängigkeit von der Motorlast und der Motortemperatur, ob und in welchem Ausmaß die Kühlmittel- und Motorbauteiltemperatur mittels stehenden Wassers oder gedrosseltem Kühlmitteldurchsatz angehoben wird.Also in this application with temporarily stagnant or throttled coolant, determines the engine control 20 in general, as a function of the engine load and the engine temperature, whether and to what extent the coolant and engine component temperature is raised by means of stationary water or throttled coolant throughput.
Pumpen gemäß der EP 1 657 446 A2 bieten im Vergleich zu Zweiwegeschaltventilen insbesondere Vorteile bezüglich des Bauraums und der Einbauflexibilität bei bereits bestehenden Grundmotorstrukturen. Bei guter Dichtwirkung ist zusätzlich ein gewisser Vorteil dadurch gegeben, dass zusätzlich die wärmeaktive Masse des Pumpengehäuses und des Pumpenlaufrades bei stehendem Kühlmittel vom Motorkühlwassermantel abgekoppelt ist.Pumps according to the EP 1 657 446 A2 offer advantages compared to two-way valves especially in terms of space and installation flexibility in existing basic engine structures. With good sealing effect, a certain advantage is additionally given by the fact that in addition the heat-active material of the pump housing and the pump impeller is decoupled from the engine cooling water jacket with the coolant standing.
Hauptnachteil dieser Art von Kühlmittelabschaltvorrichtung sind im Gegenzug die höheren Kosten und die Tatsache, dass zur optimalen Ausgestaltung eines Kühlsystems für Kühl- und Kabinenheizzwecke in der Regel eine ganze Reihe von teuren Zusatzkomponenten erforderlich sind, die sicherstellen, dass die jeweiligen Wärmetauscher und der Wassermantel des Motorzylinderblocks und des Motorzylinderkopfes für die jeweiligen Belange der kraftstoffverbrauchsorientierten Heißkühlung ohne Heizung und optimale Heizleistung bei dennoch geringem Kraftstoffverbrauch im geeigneten Maße durchströmt werden.The main drawback of this type of coolant shut-off device, in turn, is the higher cost and the fact that to design a refrigeration system optimally for refrigeration and cabin heating purposes, a whole series of expensive additional components are required to ensure that the respective heat exchangers and the water jacket of the engine cylinder block and the engine cylinder head for the respective interests of the fuel consumption-oriented hot cooling without heating and optimum heating power yet low fuel consumption to be flowed through in an appropriate degree.
Analoges gilt für ähnliche bekannte Anwendungen, bei denen ein separates Ventil oder eine Klappe den Kühlmittelübertritt von der Pumpe in den Wassermantel des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblocks unterbindet.The same applies to similar known applications in which a separate valve or a flap prevents the passage of coolant from the pump into the water jacket of the cylinder head and / or the cylinder block.
Demgegenüber löst die Ursprungsanmeldung die Aufgabe, ein Kühl- und Heizsystem mit einer von der Motorsteuerung betätigten Kühlmittelabschaltvorrichtung durch einen Zusatznutzen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und/oder der Kabinenheizleistung kosteneffizienter zu machen und insbesondere, bei Verwendung einer Kühlmittelabschaltvorrichtung zwischen Hauptmotorkühlmittelpumpe und Kühlwassermantel der Brennkraftmaschine und insbesondere mit den beschriebenen Vorzügen der Kühlmittelpumpe gemäß EP 1 657 446 A2 , so auszugestalten und/oder anzusteuern, dass die Kostennachteile aufgrund des spezifischen Einbauortes zwischen Pumpenlaufrad und dem Kühlwassereintritt in den Wassermantel der Brennkraftmaschine und/oder der Pumpenbauweise gemäß EP 1 657 446 A2 zumindest teilweise über diesen Zusatznutzen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und/oder der Kabinenheizleistung kompensiert werden.In contrast, the originating application solves the problem of making a cooling and heating system with a motor-operated by the Kühlmittelabschaltvorrichtung by an additional benefit in terms of fuel consumption and / or cabin heating power more efficient, and in particular, when using a Kühlmittelabschaltvorrichtung between the main engine coolant pump and water jacket of the engine and in particular with the described advantages of the coolant pump according to EP 1 657 446 A2 to design and / or control that the cost disadvantages due to the specific installation between the pump impeller and the cooling water inlet into the water jacket of the internal combustion engine and / or pump design according to EP 1 657 446 A2 at least partially compensated for this additional benefit in terms of fuel consumption and / or cabin heating become.
Dabei spielt das Wechselspiel der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv zur temporären Deaktivierung der Hauptkühlmittelpumpe 7 mit dem Betrieb einer el. Zusatzpumpe 2 und von der Motorsteuerung 20 ansteuerbaren oder auch autarken Zusatzventilen (z. B. 6rv, 9rv 6ev, 6rvd) in den meisten Anwendungen eine Schlüsselrolle. Insbesondere wird mit diesen Bauteilen ein wichtiger Zusatznutzen dadurch generiert, dass der Motorölkühler 40 von der Motorsteuerung 20 wahlweise als Wärmequelle für Kabinenheizzwecke oder als Kühler zur Vermeidung der Ölüberhitzung bei hoher Motorleistung und/oder aus Kraftstoffverbrauchsgründen zur Übertragung von Wärme aus dem Kühlwasser ins Öl im Motorwarmlauf nutzbar wird.It plays the interplay of Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv for temporary deactivation of the main coolant pump 7 with the operation of an el. auxiliary pump 2 and from the engine control 20 controllable or self-sufficient additional valves (eg 6rv . 9rv 6EV . 6rvd ) plays a key role in most applications. In particular, with these components an important additional benefit generated by the fact that the engine oil cooler 40 from the engine control 20 either as a heat source for Kabinenheizzwecke or as a cooler to prevent oil overheating at high engine power and / or fuel consumption reasons for the transfer of heat from the cooling water into the oil in the engine warm-up is available.
Die praktische Umsetzung des erfindungsgemäßen Gedankenguts an bestehenden bzw. in Planung befindlichen Motoren hat inzwischen gezeigt, dass fehlender Bauraum und/oder zu hohe Kosten für die erfindungsgemäßen Bauteile trotz des erheblichen Zusatznutzens vielfach eine ganz erhebliche Hürde darstellen und den Einsatz des erfindungsgemäßen Gedankenguts z. T. sogar verhindern.The practical implementation of the inventive concept of existing or planned engines has now shown that lack of space and / or high costs for the components according to the invention in spite of the considerable additional benefit often represent a very significant hurdle and the use of the inventive concept z. T. even prevent.
Dem gegenüber hat diese Fortsetzungsanmeldung die Aufgabe, die Ursprungsanmeldung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das erfindungsgemäße Gedankengut auch in besonders bauraumkritischen Anwendungen einsetzbar wird und/oder den Aufwand für die Systemintegration des erfindungsgemäßen Gedankengutes zu senken.On the other hand, this continuation application has the task of further developing the original application so that the inventive concept can also be used in particularly space-critical applications and / or to reduce the effort for the system integration of the inventive concept.
Insbesondere soll darüber hinaus das ursprünglich bevorzugte Gesamtpaket der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auf vereinfachte Teilaspekte reduziert werden, so dass sich eine vereinfachte Anwendung und/oder ein verbessertes Kosten/Nutzenverhältnis ergibt.In particular, moreover, the originally preferred overall package of the procedure according to the invention should be reduced to simplified partial aspects, resulting in a simplified application and / or an improved cost / benefit ratio.
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.
Auch die beigeordneten Ansprüche lösen in Verbindung mit Anspruch 1, z. T. aber auch für sich alleine, diese Aufgabenstellung.The attached claims solve in connection with claim 1, z. T. but also for themselves, this task.
Die vielfältigen Wechselwirkungen und Ausgestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind bereits in der Ursprungsanmeldung enthalten und sollen hiermit als in diese Schrift mitaufgenommen gelten.The various interactions and design possibilities of the procedure according to the invention are already included in the original application and are hereby deemed to be included in this document.
In ganz wesentlichem Maße trägt bei vielen Varianten der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die el. Zusatzkühlmittelpumpe 2 über die bedarfsgerechte Durchströmung des Motorölkühlers 40 dazu bei, einen Zusatznutzen zu generieren, indem von der Motorsteuerung 20 eine Einstellung des Ölkühlers auf den jeweils auf die Betriebsart passenden Kühlmittelvolumenstrom und gleichzeitig die hierzu passende Kühlmitteleintrittstemperatur vorgenommen wird.To a considerable extent, in many variants of the procedure according to the invention, the el. Auxiliary coolant pump carries 2 via the demand-based flow through the engine oil cooler 40 to generate added value by 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.
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.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.
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.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 hotland 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.
Ein wichtiges Beispiel für den zweiten Strömungszustand mit bevorzugt relativ kleinen Kühlmittelströmen im Ölkühler 40 besteht in dem Fall, wenn dadurch eine Verbesserung der Kabinenheizleistung erzielt werden soll, dass das Kühlmittel am Heizungswärmetauscher 4 soweit abgekühlt wird, dass im Motorölkühler 40 Wärme 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 Höchstleistungsheizungskabinenwärmetauschern. Die hier zugrunde liegende Physik wurde in der Ursprungsanmeldung ausführlich beschrieben.An important example of the second flow state with preferably relatively small coolant flows in the oil cooler 40 in the case, if it is to be achieved by improving the cabin heating power that the coolant on Heater core 4 as far as is cooled, that in the engine oil cooler 40 Heat from the engine oil is transferred to 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 was described in detail in the original application.
Vor diesem Hintergrund zeigt 1 eine erste Weiterentwicklung der 4 der Ursprungsanmeldung DE 10 2008 048 37.7 .Against this background shows 1 a first evolution of the 4 the original application DE 10 2008 048 37.7 ,
Hier 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.Here 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 has its own vacuum actuator with a common one of 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.
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.Opening 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.
Besonders bevorzugt ist diese in 1 gezeigte Ölkühlereinbinndung 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.Particularly preferred is this in 1 shown Ölkühlereinbinndung 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.
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 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.In addition, modern plate oil coolers today are preferably screwed with a composite plate to the engine or the oil filter holder, that the oil inlet, the oil drain and the coolant inlet 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.
Diese Ölkühlerbefestigungsart ist inzwischen weit verbreitet, und es bedeutet in der Regel einen erheblichen Aufwand und lange Vorlaufzeiten, um hier Änderungen umzusetzen.This Ölkühlerbestestigungsart is now widely used, and it usually means a considerable effort and long lead times to implement changes here.
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.This particularly relates to changes which are necessary in order to achieve an improved cabin heating effect in that the lowered return temperature of the coolant at the heat exchanger exit is optimally utilized 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.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 he follows. In this mode, so the oil cooler is flowed through 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.
Dabei ist – insbesondere bei Dieselmotoren oder hochaufgeladenen Ottomotoren – in vielen Fällen 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.It is - especially in diesel engines or highly supercharged gasoline engines - in many cases in heating with heating power deficit, the oil warming up very soon warmer than the coolant and thus an obvious source of heat for the coolant and improves the cabin heat.
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 Motorölkühlerdurchströmung, d. h. offenen Ventilen 6bv und 6ev, das Öl im Motorölkühler deutlich starker 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 mit kaltem Wasser aus dem Heizungsrücklauf 4ar zu beaufschlagen. Solange das Kühlmittel am Heizungswärmetauscheraustritt bzw. am Ölkühlereintritt warmer als das Öl ist bedeutet dies also 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.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 conventional engine oil cooler flow, ie open valves 6bv and 6EV , the oil in the engine oil cooler significantly stronger with the valves closed 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, and in the case of a cabin heating deficit only with cold water from the heating return 4aR to act on. Thus, 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, if the oil is warmer than the coolant on the heater core exit, then there is additional heat input from the 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.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.
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.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.
Vor diesem Hintergrund ist die in 1 gezeigte Konfiguration für Kühlsysteme, die bereits aus Kraftstoffverbrauchsgründen eine Schaltpumpe 7 mit vakuumbetätigter Absperrvorrichtung 6bv und eine el. Heizungshilfspumpe, z. B. zur Restwärmnutzung bei Start-Stop-Betrieb oder zur Turbonachlaufkühlung verwenden, extrem kosteneffektiv und bezüglich der Systemintegration sehr einfach realisierbar. Es genügt hier ein vakuumbetätigtes Ventil 6ev gemäß 1 einzubinden.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 and an el. Heater auxiliary pump, z. B. to use residual heat during start-stop operation or for turbo lag cooling, extremely cost-effective and very easy to implement in terms of system integration. 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.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 especially if they have even at relatively low flow rates of the coolant and possibly also the oil still high heat transfer values.
Bei geschlossener Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv/6ev und Kabinenheizleistungsdefizit wird dann das Kühlmittel – in Verbindung mit einem Hochleistungswärmetauscher und durch eine geeignete Einstellung des Kühlmitteldurchflusses – am Heizungswärmetauscher bevorzugt weit unter die Motoröltemperatur abgesenkt und nutzt somit das Motoröl verstärkt als Wärmequelle bzw. minimiert die Wärmeverluste wenn das Kühlmittel am Motoraustritt deutlich warmer ist als das Motoröl.With the coolant shut-off device closed 6bv / 6EV and Cabin heating deficit is then the coolant - in conjunction with a high-performance heat exchanger and by a suitable adjustment of the coolant flow - preferably lowered far below the engine oil temperature at the heater core and thus uses the engine oil reinforced as a heat source or minimizes the heat loss when the coolant at the engine outlet is much warmer than the engine oil.
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.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.
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 der 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/6ev 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.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. That is why the flow reversal 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 / 6EV 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.
Mit anderen Worten, es ist mit einer derartigen Ausgestaltung ohne Mehraufwand möglich, den Ölkühler 40 wahlweise heizleistungsoptimal mit geringem Kühlmitteldurchfluss und in der Anordnung stromab des Heizungswärmetauschers oder motorölkühlungsoptimal mit hohem Kühlmitteldurchfluss zu betreiben. Zusätzlich eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, um mit Heizungswärmetauschern 4 höheren Druckverlustes und kleineren Kühlmitteldurchflusses zu arbeiten.In other words, it is possible with such a configuration without additional effort, the oil cooler 40 Optionally heat efficiency with low coolant flow and in the arrangement downstream of the heating heat exchanger or motor oil cooling optimal with high coolant flow to operate. In addition, completely new possibilities open up, with 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.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 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/6ev 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.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 / 6EV 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.
Speziell im gesetzlichen Abgastest (MVEGA) ist in diesem Zusammenhang das Kühlmittel bei den meisten Motoren warmer als das Motoröl, so dass dem Wärmeübergang im Ölkühler 40 eine große Rolle dabei zu kommt, die Motorabwärme durch ein Geschlossenhalten der Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv/6ev möglichst lange zugunsten der Erhöhung der Bauteil- und der Öltemperatur zu verteilen und nicht über den Fahrzeigkühler 8 abzugeben.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 / 6EV 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/6ev 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 / 6EV 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/6ev 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 opening the Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv / 6EV 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/6ev 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.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 / 6EV 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.
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.So u. a. Increases the safety against failure of the heating system in winter, it saves some fuel by the temporary savings in alternator load for the el. Pump current and it reduce the life requirements of the el. auxiliary pump.
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.
Ein ganz wesentlicher Zusatznutzen des Systems gemäß 1 ergibt sich dadurch, dass es im Vergleich zu bekannten Systemen eine erheblich verbesserte Kabinenheizleistung liefert. 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.A very significant added benefit of the system according to 1 This results from the fact that it provides a significantly improved cabin heating compared to known systems. 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.
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. 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.
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.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 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.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 analogue transmission based on the findings in the 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.
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.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.
Diese Aussage gilt ganz besonders deshalb, weil die Zusatzpumpe 2 in jeder Betriebssituation mit geschlossener Kühlmittelabsperrvorrichtung 6bv/6ev 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.This statement is especially true because the auxiliary pump 2 in every operating situation with closed coolant shut-off device 6bv / 6EV 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.
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.That when using a high-performance heat exchanger, in particular according to PCT / DE 2008/000613 Not only are the coolant flows at least during driving preferably significantly smaller than usual today makes it possible, 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.
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 Kühlerthormostaten 6 zur Hauptkühlmittelpumpe 7.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 stators 6 to the main coolant pump 7 ,
Schließen der beiden Ventile 6bv und 6ev, insbesondere bei Heizleistungsdefizit, führt wiederum zur Umkehr der Kühlmitteldurchströmungsrichtung im Motorölkühler 40 und letztlich zur bereits beschriebenen Verbesserung der Kabinenheizleistung.Close the two valves 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.
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 6ab 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. 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 in the collecting line 6 ab empties. To an undesirable with respect to a rapid cabin warming flow through the expansion tank 9 To prevent this 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 ,
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. 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. 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.
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 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. 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 integration to the water jacket of the cylinder block is largely arbitrary and about a corresponding position of the introduction of water into the engine slightly better cooling of the engine takes place. 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 exits the engine at the water jacket of the last cylinder via a common 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.
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 von der Motorsteuerung 20 angesteuertes Ventil 6fv vorgesehen, das es bei geschlossenen Ventilen 6bv und 6ev ermöglicht, die Durchströmung des Ölkühlers 40 völlig zu unterbinden oder durch Taktung zu drosseln. Damit kann der Motorölkühler komplett als Wärmesenke deaktiviert werden. Die ist zum einen in der ganz frühen Phase des Warmlaufs für den Kabinenheizleistungsbetrieb von Vorteil. Zum andern lassen sich im gesetzlichen Abgastest vielfach leichte Kraftstoffverbrauchsvorteile erzielen, wenn der Motorölkühler 40 beim Aktivieren der el. Pumpe 2 nicht zwangsläufig durchströmt wird.Starting from 6 is in 7 additionally one of the engine control 20 controlled valve 6fv provided that it is closed valves 6bv and 6ev allows the flow through the oil cooler 40 completely to stop or throttle by clocking. Thus, the engine oil cooler can be completely deactivated as a heat sink. This is on the one hand in the very early phase of warm-up for the cabin heating operation advantage. On the other hand, it is often possible to achieve slight fuel consumption advantages in the legal exhaust gas test if the engine oil cooler 40 when activating the el. pump 2 is not necessarily flowed through.
8 zeigt die zu 7 analoge Vorgehensweise an einem Motor mit Austrittsthermostaten 6. Als druckverlustarme Alternative zur Kombination aus Rückschlagventil 40rv und Ventil 6fv in 7 kommt in 8 ein Umschaltventil 6fv zum Einsatz. Dieses bietet insbesondere die Möglichkeit das Verhältnis der Kühlmittelströme in den Zweigen 4am und 4ak den momentanen Betriebsbedingungen anzupassen. Speziell bei hohem Kabinenheizleistungsdefizit ist es bei kühlmittelseitigem Unterschreiten der Motoröltemperatur am Heizungswärmetauscheraustritt besonders vorteilhaft, wenn der Kühlmittelstrom im Zweig 4am durch den Motorölkühler 40 höher ist als der Kühlmittelstrom im Zweig 4ak, so dass sich im Motorölkühler eine gute Abkühlung des Motoröls ergibt. Umgekehrt ist es bei manchen Motoren und speziell bei weniger leistungsfähigen Heizungswärmetauchern vielfach besonders vorteilhaft, den Motorölkühler in der ganz frühen winterlichen Warmlaufphase nicht mit Kühlmittel zu durchströmen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Kühlmittel am Heizungswärmetauscheraustritt warmer ist als das Motoröl und die Heizungswärmetauscherwirkungsgradkennlinie keine Absenkung des Kühlmittelvolumenstroms ermöglicht. 8th shows that too 7 analogous procedure on an engine with exit thermostats 6 , As a low pressure loss alternative to the combination of non-return valve 40rv and valve 6fv in 7 comes in 8th a changeover valve 6fv for use. This offers in particular the possibility of the ratio of the coolant flows in the branches 4am and 4AK to adapt to the current operating conditions. Especially in the case of a high cabin heat deficit, it is particularly advantageous when the coolant temperature falls below the engine oil temperature at the heat exchanger outlet when the coolant flow in the branch 4am through the engine oil cooler 40 is higher than the coolant flow in the branch 4AK , so that there is a good cooling of the engine oil in the engine oil cooler. Conversely, it is often particularly advantageous in some engines, and especially in less powerful heating immersion heaters, not to flow through the engine oil cooler in the very early winter warm-up phase with coolant. This is particularly the case when the coolant at the heater core exit is warmer than the engine oil and the heater core efficiency curve does not allow the coolant flow rate to decrease.
9 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, bei der ein zusätzlicher Kühler 70, insbesondere ein EGR-Kühler oder ein Getriebeölkühler 70 in den Zweig 4am des Motorölkühlers 40 integriert ist. Auch hier sorgt das Schließen der Vorrichtungen 6bv und 6ev zu einer Umkehrung der Durchströmungsrichtung im Zweig 4am relativ zum konventionellen Kühlbetrieb. Die Konfiguration gemäß 9 ermöglicht im konventionellen Basiskühlsystem einen ganz besonders kompakten Einbau des Motorölkühlers 40 und des EGR-Kühlers 70 nahe am Motor und mit möglichtst kurzen Kühlmittelleitungen und wäre ohne die erfindungsgemäße Umgestaltung mit dem Ventil 6ev und der el. Pumpe 2 vielfach nur mit großen Schwierigkeiten auf die erfindungsgemäße Verbesserung der Kabinenheizwirkung erweiterbar. Auch hier kann gegebenenfalls ein thermostatisches Ventil 6tv an die Stelle des el. von der Motorsteuerung betätigten Ventils treten. Dies bietet insbesondere zusätzlich Bauraumvorteile. 9 shows a further embodiment of the procedure according to the invention, in which an additional cooler 70 , in particular an EGR cooler or a transmission oil cooler 70 in the branch 4am the engine oil cooler 40 is integrated. Again, the closing of the devices ensures 6bv and 6EV to a reversal of the direction of flow in the branch 4am relative to conventional cooling operation. The configuration according to 9 allows in the conventional base cooling system a very compact installation of the engine oil cooler 40 and the EGR cooler 70 close to the engine and with the shortest possible coolant lines and would be without the inventive transformation with the valve 6EV and the el. pump 2 In many cases only expandable with great difficulty on the improvement of the cabin heating effect according to the invention. Again, if necessary, a thermostatic valve 6tv take the place of the el. operated by the engine control valve. This offers especially additional space advantages.
In 10 ist das erfindungsgemäße Gedankengut dadurch umgesetzt, dass eine el. Pumpe 2 bei geschlossenen Vorrichtungen 6bv und 6ev das Kühlmittel am Heizungsrücklauf 4ar entnimmt und auf die Zweige 100b und 100a verzweigt, welche letztlich über die Zweige 4am und 4ak in den Wassermantel des Motors führen. Dabei verhindert das Rückschlagventil 100rv einen ungewollten Kurzschluss im Heizbetrieb. Das Rückschlagventil 40rv dient wiederum dazu, ein Rückströmen bei geöffneten Vorrichtungen 6bc und 6ev zu vermeiden. Diese Konfiguration bietet den besonderen Vorteil, dass die el. Pumpe 2 nicht permanent laufen muss und im ausgeschalteten Zustand keine Drosselung im Heizungszweig darstellt. Der Heizbetrieb kann – je nach Heizleistungsbedarf – z. T. auch von der Hauptkühlmittelpumpe 7 bedient werden.In 10 the inventive idea is implemented by an el. Pump 2 with closed devices 6bv and 6EV the coolant at the heating return 4aR takes and on the branches 100b and 100a branches, which ultimately over the branches 4am and 4AK into the water jacket of the engine. This prevents the check valve 100RV an unwanted short circuit in heating mode. The check valve 40rv in turn serves to reverse flow with open devices 6bc and 6EV to avoid. This configuration offers the particular advantage that the el. Pump 2 does not have to run permanently and in the switched off state does not represent throttling in the heating branch. The heating mode can - depending on the heating power requirement - z. T. also from the main coolant pump 7 to be served.
11 bis 14 zeigen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen thermostatische Ventile 100tv oder 40tv eine Heizleistungsorientierte Aufteilung der Kühlmittelströme auf die Zweige 4am und 4ak vornehmen. Strategien hierzu finden sich weiter oben und in der Ursprungsanmeldung. 11 to 14 show variants of the method according to the invention, in which thermostatic valves 100TV or 40tv a heating power-oriented distribution of the coolant flows to the branches 4am and 4AK make. Strategies can be found above and in the original application.
Dabei wird besonders bevorzugt eine Strategie verfolgt, die den Motorölkühlerzweig 4am bei geschlossenen Vorrichtungen 6bv und 6ev bei Kabinenheizleistungsdefizit mit einem größeren Kühlmittelstrom beaufschlagt als den zum Zylinderkopf gehenden Zweig 6ak, wobei speziell im Falle von 14 das thermostatische Ventil 40tv oberhalb einer Grenzkühlmitteltemperatur, bevorzugt oberhalb 60–80°C, offen ist, so dass problemlos durch Öffnen der Ventile 6bv und 6ev auf hohe Ölkühlerwirkung umgeschaltet werden kann.In this case, it is particularly preferred to pursue a strategy which branches off the engine oil cooler branch 4am with closed devices 6bv and 6EV when Kabinenheizleistungsdefizit with a larger flow of coolant applied than the going to the cylinder head branch 6AK , especially in the case of 14 the thermostatic valve 40tv above a boundary coolant temperature, preferably above 60-80 ° C, is open, so that easily by opening the valves 6bv and 6EV can be switched to high oil cooler effect.
Am Rande zeigt 15, dass die erfindungsgemäße Kombination der beiden Ventile 6bv und 6ev auch sehr kosteneffizient dazu genutzt werden kann, mit der el. Pumpe 2 ein autarkes Kühl- und Heizsystem aufzubauen. Dieser Motor hat im Basiskühlsystem keinen Motorölkühler 40 und somit naturgemäß auch nicht die vollen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Dennoch ist das System nach 15 attraktiv, insbesondere da es ein relativ kleines und preiswertes Ventil 6ev vorsieht und sehr preiswert eine ungewollte Aktivierung der wärmeaktiven Massen im Thermostat 6 und in den relativ dicken Leitungen 6b und 6ab unterbindet. Das ist aus Heizleistungsgründen hilfreich, aber auch im gesetzlichen Abgastest, d. h. ohne HeizleistungsentnahmeOn the edge shows 15 in that the combination according to the invention of the two valves 6bv and 6EV also very cost-efficient can be used with the el. pump 2 to build a self-sufficient cooling and heating system. This engine has no engine oil cooler in the base cooling system 40 and thus, of course, not the full advantages of the procedure according to the invention. Nevertheless, the system is after 15 attractive, especially since it provides a relatively small and inexpensive valve 6ev and very inexpensive an unwanted activation of the heat-active masses in the thermostat 6 and in the relatively thick lines 6b and 6 ab in derogation. This is helpful for heating performance reasons, but also in the legal exhaust gas test, ie without heating power extraction
Darüber hinaus ermöglicht es auch das System gemäß 15 den Öffnungszeitpunkt des Kühlerthermostaten 6 dadurch relativ frei zu definieren, dass das Ventil 6bv und 6ev geschlossen bzw. geöffnet wird.In addition, it also allows the system according to 15 the opening time of the radiator thermostat 6 thereby relatively freely defining that the valve 6bv and 6EV closed or opened.
Die Priorisierung der beiden Zweige 4am und 4ak, z. B. in 16, kann wahlweise über von der Motorsteuerung betätigte Ventile, thermostatische Ventile mit Kühlmittelbeaufschlagung des Dehnstoffelements oder auch über andere autarke Ventile erfolgen. Vor diesem Hintergrund zeigt 16 eine Anwendung, bei der als Ventil 100tvtu ein thermostatisches Ventil eingesetzt wird, das den Zweig 4ak unterhalb einer bestimmten Umgebungstemperaturen, insbesondere bei Umgebungstemperaturen unterhalb 20°C weitgehend oder komplett schließt und darüber öffnet.The prioritization of the two branches 4am and 4AK , z. In 16 , can be done either via operated by the engine control valves, thermostatic valves with Kühlmittelbeaufschlagung the expansion element or other self-sufficient valves. Against this background shows 16 an application in which as a valve 100tvtu a thermostatic valve is used, which is the branch 4AK below a certain ambient temperatures, especially at ambient temperatures below 20 ° C largely or completely closes and opens it.
Analog nimmt das Ventil 100tv in 17 eine Umschaltung/Dosierung zwischen den Zweigen 4ak und 4am in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor.Analog takes the valve 100TV in 17 a switch / dosage between the branches 4AK and 4am depending on the ambient temperature.
Wie in 18 exemplarisch gezeigt, kann auch ein kühlwasserbeaufschlagter Thermostat 100tv die Umschaltung/Dosierung zwischen den Zweigen 4ak und 4am in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur im Heizungsrücklauf 4ar vornehmen. Im einfachsten Fall erfolgt die Umschaltung so, dass bei Kühlmitteltemperaturen im Heizungsrücklauf 4ar unterhalb einer bestimmten Grenztemperatur, bevorzugt unterhalb 50°C der größere Volumenstrom bzw. der Gesamtvolumenstrom durch den Motorölkühler geht und nur ein relativ kleiner Restvolumenstrom durch den Zweig 4ak.As in 18 shown as an example, can also be a Kühlwasserbeaufschlagter thermostat 100TV switching / dosing between the branches 4AK and 4am depending on the coolant temperature in the heating return 4aR make. In the simplest case, the changeover takes place so that at coolant temperatures in the heating return 4aR below a certain limit temperature, preferably below 50 ° C, the larger volume flow or the total volume flow through the engine oil cooler and only a relatively small residual volume flow through the branch 4AK ,
In einem weiterführenden Schritt ist es aber auch bei thermostatischen Ventilen 100tv möglich, eine 3-stufige Steuerung so vorzunehmen, so dass
- – in einer ersten Stufe der Motorölkühlerzweig 4am bei sehr kaltem Kühlmittel, bevorzugt bei Heizungsrücklaufkühlmitteltemperaturen unterhalb 20°C, zunächst verschlossen bleibt und das gesamte Kühlmittel durch den Zweig 4ak strömt und
- – dass in der zweiten Stufe bei teilerwärmtem Kühlmittel, bevorzugt bei Heizungsrücklaufkühlmitteltemperaturen zwischen 20°C und 40–70°C, der Ölkühlerzweig 4am aktiviert wird und einen höheren Volumenstrom aufweist als der Zweig 4ak und
- – dass in der dritten Stufe oberhalb 40–70°C sowohl der Ölkühlerzweig 4am als auch der Zweig 4ak geöffnet sind
In a further step, it is also in thermostatic valves 100TV possible to make a 3-stage control so that - - In a first stage of the engine oil cooler branch 4am at very cold coolant, preferably at Heizungslauflaufkühlmitteltemperaturen below 20 ° C, initially closed and the entire coolant through the branch 4AK flows and
- - That in the second stage in teilerwärmtem coolant, preferably at Heizungslauflaufkühlmitteltemperaturen between 20 ° C and 40-70 ° C, the Ölkühlerzweig 4am is activated and has a higher volume flow than the branch 4AK and
- - that in the third stage above 40-70 ° C, both the Ölkühlerzweig 4am as well as the branch 4AK are open
Auf diesem Weg wird der Ölkühler 40 im Kabinenheizbetrieb mit geschlossenen Vorrichtungen 6bv und 6ev in der ersten Stufe als Wärmesenke für das Kühlmitte deaktiviert, in der zweiten Stufe als Wärmequelle für das Kühlmittel aktiviert und in der dritten Stufe, bei der die Heizleistung ohnehin ausreichend ist, einerseits eine homogene Motordurchströmung und -Kühlung sichergestellt und andererseits über die definierte und ausreichend hohe Kühlmitteldurchströmung des Ölkühlers auch sichergestellt, dass nicht frühzeitig die Vorrichtungen 6bv und 6ev geöffnet werden müssen und sich Kraftstoffverbrauchsnachteile ergeben.This way is the oil cooler 40 in cabin heating mode with closed devices 6bv and 6EV deactivated in the first stage as a heat sink for the coolant, activated in the second stage as a heat source for the coolant and in the third stage, in which the heating power is sufficient anyway, on the one hand ensures a homogeneous motor flow and cooling and on the other hand on the defined and sufficient high coolant flow of the oil cooler also ensures that not early the devices 6bv and 6EV need to be opened and result in fuel economy disadvantages.
Ein ähnliche Vorgehensweise lässt sich z. B. auch beim Kühlsystem gemäß 15 mit dem thermostatischen Ventil 40tv realisieren, wobei dann die dritte Stufe sicherstellt, dass mit und ohne Öffnen der Vorrichtungen 6bv und 6ev kein zu hoher Druckverlust im Ölkühlerzweig 4am vorliegt.A similar procedure can be z. B. also in the cooling system according to 15 with the thermostatic valve 40tv realize, then the third stage ensures that with and without opening the devices 6bv and 6EV no excessive pressure loss in the oil cooler branch 4am is present.
19 zeigt das erfindungsgemäße Vorgehen aus 18 in Übertragung auf ein Kühlsystem mit Austrittsthermostaten 6. 19 shows the procedure according to the invention 18 in transmission to a cooling system with exit thermostats 6 ,
Dabei ist es, wie bereits bei den oben gezeigten Varianten mit Austrittsthermostat 6, ein ganz besonderer Vorteil, dass das Ventil 6ev in einem Kühlmittelpfad 4at2 angeordnet ist, der einen vergleichsweise kleinen Strömungsquerschnitt aufweist und dass ein kleiner Anschlussstutzen an der i. a. relativ dicken Leitung 6kr oder 6b oder 6ab genügt, um die Rückwärtsdurchströmung des Ölkühlers 40 zu ermöglichen.It is, as with the variants shown above with outlet thermostat 6 , a very special advantage of that valve 6EV in a coolant path 4at2 is arranged, which has a comparatively small flow cross-section and that a small connection piece on the generally relatively thick line 6KR or 6b or 6 ab is enough to reverse the flow of the oil cooler 40 to enable.
In vielen praktischen Anwendungen macht erst dieser Bauraumvorteil die praktische Umsetzung möglich.In many practical applications, only this space advantage makes the practical implementation possible.
Einige Lösungsvorschläge der Ursprungsanmeldung mit Ventilen im Bypasszweig 6b oder im Zweig 6a oder im Zweig 6kr scheitern vielfach an der angesprochenen Bauraumproblematik, an den damit einhergehenden Kosten aber auch an der kurzfristigen Verfügbarkeit von Ventilen entsprechenden Strömungsquerschnitts. Die Vorgehensweise mit dem relativ kleinen Ventil 6ev im Zweig 4at2 und unter Ansteuerung mit einer gemeinsamen Vakuumleitung 20b an die Motorsteuerung 20 ist vor diesem Hintergrund nicht nur sehr kosteneffektiv sondern auch besonders einfach in bestehende Fahrzeugkühlungskonzepte integrierbar.Some suggested solutions for the original application with valves in the bypass branch 6b or in the branch 6a or in the branch 6KR Fail many times to the mentioned space problem, the associated costs but also the short-term availability of valves corresponding flow cross-section. The procedure with the relatively small valve 6EV in the branch 4at2 and under control with a common vacuum line 20b to the engine control 20 is not only very cost effective against this background but also particularly easy to integrate into existing vehicle cooling concepts.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102008048373 [0002] DE 102008048373 [0002]
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DE 102004058864 [0015] DE 102004058864 [0015]
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EP 1657446 A2 [0016, 0018, 0021] EP 1657446 A2 [0016, 0018, 0021]
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DE 10200804837 [0033] DE 10200804837 [0033]
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DE 2008/000613 [0063, 0064, 0067] DE 2008/000613 [0063, 0064, 0067]
