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Die Erfindung betrifft eine Kreislaufanordnung für ein eine Brennkraftmaschine aufweisendes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Durch Integration des Abgaskrümmers einer Brennkraftmaschine in den Zylinderkopf kann der Kraftstoffverbrauch nach dem Kaltstart, in der Warmlaufphase und im betriebswarmen Zustand signifikant verringert werden, da die Abwärme des Abgaskrümmers in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine eingebracht wird. Die Abwärme, die über einen derartigen kühlmittelgekühlten und/oder integrierten Abgaskrümmer gewonnen wird, steht dann allerdings nicht nur bzw. nicht vollständig für die Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeugs zur Verfügung.
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Um dennoch kontinuierlich eine ausreichende Innenraumtemperatur im Kraftfahrzeug bereitzustellen, ist es im Stand der Technik bekannt, Hochleistungs-Heizkörper beispielsweise mit mindestens zwei Umlenkungen in der Tiefe einzusetzen.
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Beispielsweise offenbart
DE 44 31 107 C1 eine Wärmetauscheranordnung zur Beheizung der Kabine von Kraftfahrzeugen mit der Abwärme des Antriebsmotors, bei der das Kühlmittel zur Erwärmung der Fahrgastzelle durch eine Vielzahl von Wärmeübertragungsrohren strömt, welche die Wärme über mit den Wärmeübertragungsrohren in Kontakt stehenden Kühlrippen an die in die Kabine beförderte Luft abgeben, eine Reihenschaltung von mindestens drei Querstromwärmetauchern mit jeweils mehreren parallel von dem Kühlmittel durchströmten Wärmeübertragungsrohren vorgesehen ist. Durch diese Konfiguration soll eine deutliche Heizleistungssteigerung erzielt werden, so dass sogar zusätzliche Zuheizer entfallen können.
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Diese im Stand der Technik bekannten Hochleistungs-Heizkörper arbeiten allerdings nur mit einem reduzierten Volumenstrom, beispielsweise in dem Bereich von 100 bis 400 l/h. Wenn der Kühlmittelvolumenstrom nach Durchströmen des Abgaskrümmers entnommen wird, um zur zeitweisen ausschließlichen Innenraumbeheizung durch einen derartigen Hochleistungs-Heizkörper der Kraftfahrzeugklimaanlage dem Heizkörpervorlauf zugeführt zu werden, kann es zu einer aufgrund des Druckabfalls in dem Hochleistungs-Heizkörper und der daraus resultierenden Reduzierung des Volumenstroms zu einer Temperaturerhöhung des Kühlmittels, beispielsweise bis zum Siedepunkt, kommen. Die Temperaturerhöhung des Kühlmittels kann jedoch den Abgaskrümmer beschädigen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreislaufanordnung für ein eine Brennkraftmaschine aufweisendes Kraftfahrzeug vorzusehen, mittels welcher der gesamte Kühlmittelvolumenstrom eines kühlmittelgekühlten und/oder integrierten Abgaskrümmers zumindest zeitweise ausschließlich zur Innenraumbeheizung durch einen Hochleistungs-Heizkörper einer Kraftfahrzeugklimaanlage nutzbar ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Kreislaufanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß wird eine Kreislaufanordnung für ein eine Brennkraftmaschine aufweisendes Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei ein Kühlmittelvolumenstrom in einem zumindest einen Kühlmittelkühler, einen Motorblock und einen Abgaskrümmer durchlaufenden Kühlkreislaufabschnitt und/oder in einem einen Wärmetauscher, den Motorblock und den Abgaskrümmer durchlaufenden Heizkreislaufabschnitt zirkulierbar ist, wobei in der Kreislaufanordnung eine Schutzeinrichtung zur Entdrosselung des den Abgaskrümmer durchlaufenden Kühlmittelvolumenstroms vorgesehen ist.
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Um Schäden insbesondere an dem Abgaskrümmer, der von dem Kühlmittel durchströmt wird, zu vermeiden, bewirkt die Schutzeinrichtung durch die Entdrosselung des Kühlmittelvolumenstroms eine damit verbundene Temperaturreduzierung. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration wird somit eine ausschließliche Nutzung der Abwärme eines kühlmittelgekühlten und/oder integrierten Abgaskrümmers zur zeitweisen ausschließlichen Innenraumbeheizung ermöglicht, ohne dass Schäden an den Komponenten, die durch den Kühlmittelvolumenstrom durchströmt werden, insbesondere an dem Abgaskrümmer, auftreten können. Hierbei kann darüber hinaus eine Erhöhung der Heizleistung für die Innenraumbeheizung erzielt werden, da ein Hochleistungs-Heizkörper mit reduziertem Volumenstrom eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzeinrichtung ein Ventil oder ein Thermostat, das/der in einem ersten, motorinternen Bypass angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzeinrichtung ein zweiter Bypass ist, der in dem Heizkreislaufabschnitt als zu dem Wärmetauscher paralleler Zweig angeordnet.
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Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmetauscher eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Hochleistungs-Heizkörper mit reduziertem Volumenstrom von 100 bis 400 l/h ist. Durch Verwenden des Hochleistungs-Heizkörpers entfällt die Notwendigkeit des Einsatzes von elektrischen Zuheizern, um eine ausreichend hohe Temperatur im Innenraum eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem zweiten Bypass ein 3-Wege-Ventil, ein Absperrventil oder ein Schlauchthermostat vorgesehen.
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Vorzugsweise ist der Abgaskrümmer ein kühlmittelgekühlter Abgaskrümmer und/oder ein integrierter Abgaskrümmer, insbesondere ein in einen Zylinderkopf des Motorblocks integrierter Abgaskrümmer. Durch Einsatz eines integrierten Abgaskrümmers kann eine signifikante Kraftstoffeinsparung im Heizbetrieb, beim Aufheizen und beim Kaltstart der Brennkraftmaschine erzielt werden.
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Darüber hinaus mündet gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der zweite Bypass in den Kühlkreislaufabschnitt.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn der zweite Bypass beim Auftreten einer vorbestimmten Bedingung geöffnet wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Ventil oder der Thermostat, das/der in dem ersten, motorinternen Bypass angeordnet ist, beim Auftreten der vorbestimmten Bedingung geöffnet.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die vorbestimmte Bedingung eines oder mehrere von einer vorbestimmten Kühlmitteltemperatur, einer vorbestimmten Abgastemperatur, einer vorbestimmten Motorlast, einer vorbestimmten Einspritzmasse ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Kreislaufanordnung gemäß einer Ausführungsform;
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2 eine Kreislaufanordnung gemäß einer weitere Ausführungsform;
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3 eine Kreislaufanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
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4 eine Kreislaufanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und
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5 noch eine weitere Kreislaufanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform
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1 zeigt eine Kreislaufanordnung 1 mit direkter Ladeluftkühlung gemäß einer Ausführungsform. Die Kreislaufanordnung 1 weist einen Kühlkreislaufabschnitt 2 auf, wobei ein Kühlmittel durch einen Kühlmittelkühler 3 und einen Motorblock 4 einer Brennkraftmaschine zirkulierbar ist. In dem Kühlkreislaufabschnitt 2 ist darüber hinaus eine Pumpe 5 angeordnet. Der Kühlkreislaufabschnitt 2 umfasst einen ersten, motorinternen Bypass 6, über welchen das in dem Kühlkreislaufabschnitt 2 zirkulierende Kühlmittel nach Austreten aus dem Motorblock 4 statt zur Abkühlung in dem Kühlmittelkühler 3 geleitet zu werden, direkt wieder dem Motorblock 4 zugeführt werden kann. Wie oben bereits erläutert kann über den ersten, motorinternen Bypass 6 im Motorblock 4 erwärmtes Kühlmittel diesem direkt wieder zugeführt werden, wodurch unter anderem eine Kraftstoffeinsparung beispielsweise bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine erzielt werden kann. Zum Steuern der Strömung in dem Kühlkreislaufabschnitt 2 entweder über den ersten, motorinternen Bypass 6 und/oder durch den Kühlmittelkühler 3 ist ein erstes Drei-Wege-Ventil 7 vorgesehen. Weiterhin weist die Kreislaufanordnung 1 einen Heizkreislaufabschnitt 8 auf, wobei der am Motorblock 4 austretende erwärmten Kühlmittelstrom einen in dem Heizkreislauf 8 angeordneten Wärmetauscher 9, der hier als Hochleistungs-Heizkörper ausgebildet ist, und einen Motorölkühler 10 durchströmt, bevor er wieder dem Motorblock 4 durch Einleiten in den ersten, motorinternen Bypass 6 des Kühlkreislaufabschnitts 2 zugeführt wird.
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An dem Motorblock ist ein kühlmittelgekühlter Abgaskrümmer 11 angeordnet. Abgas 12, das aus dem Abgaskrümmer 11 austritt, wird einem Abgasturbolader 13 zugeführt, der in einem Ladeluftkreislaufabschnitt 14 angeordnet ist. Ebenfalls in dem Ladeluftkreislaufabschnitt 14 angeordnet ist ein Ladeluftkühler 15. Der Ladeluftkühler 15 und der hinter dem Ladeluftkühler 15 angeordnete Kühlmittelkühler 3 werden von Kühlluft K durchströmt, so dass das Kühlmittel beim Durchlaufen dieser Komponenten in der Kreislaufanordnung 1 abgekühlt wird. Hinter dem Kühlmittelkühler 3 ist darüber hinaus ein Lüfter 16 angeordnet.
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Wenn die am Motorblock 4 bzw. Abgaskrümmer 11 entstehende Abwärme zeitweise ausschließlich zur Innenraumbeheizung des Kraftfahrzeugs genutzt wird, d. h. wenn das heiße, aus dem Motorblock 4 austretende Kühlmittel nur in dem Heizkreislaufabschnitt 8 durch entsprechendes Schließen des ersten Drei-Wege-Ventils 7 und eines weiteren, in dem ersten, motorinternen Bypass 6 stromabwärts des ersten Drei-Wege-Ventils 7 und vor der Pumpe 5 angeordneten Absperrventils 17, zirkuliert wird, kann aufgrund des hohen Druckabfalls in dem Hochleistungs-Heizkörper und der Reduzierung des Kühlmittelvolumenstroms zu einer starken Erwärmung des Kühlmittels, z. B. bis zum Siedepunkt, kommen, was jedoch zu einer Beschädigung des Abgaskrümmers 11 oder auch anderer Komponenten, die von dem heißen Kühlmittel durchströmt werden, führen kann. Um dies zu vermeiden, wird bei Eintreten einer vorbestimmten Bedingung, z. B. bei Erreichen einer bestimmten Kühlmitteltemperatur, einer bestimmten Abgastemperatur, einer bestimmten Motorlast, etc., der Kühlmittelvolumenstrom entdrosselt. In der hier dargestellten Ausführungsform wird die Abgastemperatur detektiert. Bei Erreichen eines Grenzwerts wird dann das Absperrventil 17 gesteuert, um zu öffnen, so dass das Kühlmittel zusätzlich in dem zum Kühlmittelkühler 3 führenden Kreislauf zirkulieren kann, wozu darüber hinaus auch das erste Drei-Wege-Ventil 7 entsprechend geöffnet wird. Durch Entdrosselung des Kühlmittelvolumenstroms wird eine Temperatursenkung des Kühlmittels erzielt und Beschädigungen des Abgaskrümmers 11 oder anderer Komponenten können effektiv vermieden werden.
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2 zeigt eine Kreislaufanordnung 1 mit direkter Ladeluftkühlung gemäß einer weiteren Ausführungsform, die sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass das den Motorblock 4 und den Abgaskrümmer 11 durchströmende Kühlmittel am Abgaskrümmer 11 und nicht am Motorblock 4 abgegriffen wird.
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3 zeigt eine Kreislaufanordnung 1 mit direkter Ladeluftkühlung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die hier dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen dadurch, dass anstelle des ersten Drei-Wege-Ventils 7 und des Absperrventils 17 hier als Schutzeinrichtung ein Drosselthermostat 18 und ein Kennfeldthermostat 19 in dem Kühlkreislaufabschnitt 2 angeordnet sind, die bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Kühlmittels, wenn die Abwärme des kühlmittelgekühlten Abgaskrümmers 11 zeitweise ausschließlich zur Innenraumbeheizung durch den Hochleistungs-Heizkörper bzw. Wärmetauscher 9 geleitet wird, die entsprechende Entdrosselung des Kühlmittelvolumenstroms bewirken.
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4 zeigt eine Kreislaufanordnung 1 gemäß einer noch einer weiteren Ausführungsform. Wie in der Figur angedeutet ist, handelt es sich hier um einen kühlmittelgekühlten, integrierten Abgaskrümmer 11. Ein Thermostat 20 ist in dem ersten, motorinternen Bypass 6 des Kühlkreislaufs 2 angeordnet. Die Pumpe 6 ist im Gegensatz zu den in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen eine schaltbare Pumpe 5. Weiterhin dargestellt ist ein Entlüftungskreislaufabschnitt 21, der wie auch der Kühlmittelkühler 3 an einen Ausgleichsbehälter 22 angeschlossen ist. Darüber hinaus ist in der Figur die Strömung der Kühlluft K durch den Kühlmittelkühler 3 und den Motorblock 4 und das aus dem Abgaskrümmer 11 austretende Abgas A durch die gestrichelten Pfeile angedeutet.
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Als Schutzeinrichtung dient in dieser Ausführungsform ein zweiter Bypass 23, der der in dem Heizkreislaufabschnitt 8 als zu dem Wärmetauscher 9 paralleler Zweig angeordnet ist. In dem zweiten Bypass 23 ist ein zweites Drei-Wege-Ventil 24 angeordnet. Bei Eintreten einer vorbestimmten Bedingung, wie bereits im Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben, kann durch entsprechendes öffnen des zweiten Drei-Wege-Ventils 24 der Kühlmittelvolumenstrom entdrosselt werden, indem ein zusätzlicher Strömungsweg für das Kühlmittel über den Kühlkreislaufabschnitt 2 freigegeben wird. Hierbei wird die schaltbare Pumpe 5 entsprechend betätigt, um das Kühlmittel in dem Kühlkreislaufabschnitt 2 zu zirkulieren.
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Schließlich zeigt 5 eine Kreislaufanordnung 1 gemäß einer noch einer weiteren Ausführungsform, die sich von der in 4 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass anstelle des zweiten Drei-Wege-Ventils 24 ein Schlauchthermostat 25 zur Entdrosselung des Kühlmittelvolumenstroms bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur des Kühlmittels vorgesehen ist, der den zweiten Bypass 23 öffnet und dadurch einen zusätzlichen Strömungsweg für das Kühlmittel, wie bereits im Zusammenhang mit 4 beschrieben, freigibt.
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Insgesamt betrachtet wird durch die oben beschriebene Kreislaufanordnung 1 eine komfortable Innenraumklimatisierung bzw. Innenraumbeheizung bei gleichzeitig reduziertem Kraftstoffverbrauch auf effiziente Weise erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kreislaufanordnung
- 2
- Kühlkreislaufabschnitt
- 3
- Kühlmittelkühler
- 4
- Motorblock
- 5
- Pumpe
- 6
- erster, motorinterner Bypass
- 7
- erstes Drei-Wege-Ventil
- 8
- Heizkreislaufabschnitt
- 9
- Wärmetauscher
- 10
- Motorölkühler
- 11
- Abgaskrümmer
- 12
- Abgas
- 13
- Abgasturbolader
- 14
- Ladeluftkreislaufabschnitt
- 15
- Ladeluftkühler
- 16
- Lüfter
- 17
- Absperrventil
- 18
- Drosselthermostat
- 19
- Kennfeldthermostat
- 20
- Thermostat
- 21
- Entlüftungskreislaufabschnitt
- 22
- Ausgleichsbehälter
- 23
- zweiter Bypass
- 24
- zweites Drei-Wege-Ventil
- 25
- Schlauchthermostat
- K
- Kühlluft
- A
- Abgas
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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