DE102010015106A1

DE102010015106A1 - Refrigerant circuit for internal combustion engine of motor vehicle, has heat exchanger-return attached to cylinder head or to exhaust-gas guiding component, where main heat exchanger-feed is attached to cylinder head

Info

Publication number: DE102010015106A1
Application number: DE102010015106A
Authority: DE
Inventors: Stefan Rank; Dr. Adam Stephan
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-17
Also published as: DE102010015106B4

Abstract

The refrigerant circuit (1) has a heat exchanger-return (10) attached to a cylinder head (11) or to an exhaust-gas guiding component. A main heat exchanger-feed (6) is attached to the cylinder head or to a cylinder crank housing (12). A main heat exchanger-return (7) is attached to the cylinder crank housing. The main heat exchanger-feed and a heat exchanger-feed (9) are formed by a common section (17).

Description

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine zum Zwecke der Wärmeabfuhr mit Kühlmittel aus einem mehrere Teilkreisläufe aufweisenden Kühlmittelkreislauf beaufschlagbar ist.Coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the internal combustion engine for the purpose of heat dissipation with coolant from a plurality of partial circuits having coolant circuit can be acted upon.

Derartige Kühlmittelkreisläufe werden im Kraftfahrzeugbau dazu verwendet, um die beim Betrieb der Brennkraftmaschine entstehende Abwärme an die Umgebungsluft mit Hilfe von Wärmetauschern abzuführen, beziehungsweise zur gezielten Erwärmung weiterer Komponenten des Kraftfahrzeugs zu nutzen.Such coolant circuits are used in motor vehicle construction to dissipate the waste heat generated during operation of the internal combustion engine to the ambient air with the aid of heat exchangers, or to use for targeted heating of other components of the motor vehicle.

Die DE 195 06 935 C1 beschreibt dazu einen Kühlmittelkreislauf für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem Motorkühlkreis und einem Heizkreis, in dem ein einer Heizungsanlage für einen Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeordneter Heizkörper angeordnet ist. Dabei ist der Heizkreis als ein vom Motorkühlkreis unabhängiger Kreislauf ausgebildet und mit einer elektrischen Pumpeinrichtung versehen. Ein Zulauf und ein Rücklauf des Heizkreises sind in einem gemeinsamen, direkt an einem Motorblock des Verbrennungsmotors angeordneten, Anschlussstutzen integriert.The DE 195 06 935 C1 describes for this purpose a coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle with an engine cooling circuit and a heating circuit in which a heating system assigned to a heating system for an interior of the motor vehicle is arranged. In this case, the heating circuit is designed as a circuit independent of the engine cooling circuit and provided with an electric pumping device. An inlet and a return of the heating circuit are integrated in a common, arranged directly on an engine block of the internal combustion engine, connecting piece.

Als Nachteil ist zu nennen, dass die Ausbildung des Anschlussstutzen als integrierter Anschlussstutzen, mit Zulauf und Ablauf von der Bauweise ineinander geschachtelter Rohre, Schwierigkeiten in Bezug auf Herstellbarkeit und Dichtigkeit aufweist. Zudem kann der Heizkreislauf nur indirekt über den Verbrennungsmotor mit dem Motorkühlkreis kommunizieren, wodurch sich Nachteile in der Kühlmittelverteilung zwischen den Kreisläufen ergeben.A disadvantage is that the formation of the connecting piece as an integrated connecting piece, with inlet and outlet of the construction of nested tubes, has difficulties in terms of manufacturability and tightness. In addition, the heating circuit can communicate only indirectly via the internal combustion engine with the engine cooling circuit, resulting in disadvantages in the coolant distribution between the circuits.

Die gattungsbildende DE 10 2007 027 719 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Heizkreislauf und einem Kühlkreislauf, wobei die Brennkraftmaschine mindestens einen Zylinder mit einem Kopfbereich und einen Fußbereich aufweist und der Kühlkreislauf einen Abschnitt besitzt, der vom Fußbereich zum Kopfbereich verläuft. Der Heizkreislauf besitzt einen Abschnitt, der von einer Stelle im Kopfbereich zu einer anderen, benachbarten Stelle im Kopfbereich verläuft, indem der Kopfbereich mindestens einen Heizmittelzuführanschluss als auch mindestens einen Heizmittelablaufanschluss aufweist. Im Kühlkreislauf wird das Kühlmittel durch eine Kühlmittelpumpe zirkuliert, während im Heizkreislauf das Kühlmittel durch eine Heizmittelpumpe zirkuliert wird. Zudem ist im Heizkreislauf der Wärmetauscherbereich eines Laders, insbesondere eines Abgasturboladers eingebunden.The generic DE 10 2007 027 719 A1 shows an internal combustion engine with a heating circuit and a cooling circuit, wherein the internal combustion engine has at least one cylinder with a head portion and a foot portion and the cooling circuit has a portion extending from the foot portion to the head portion. The heating circuit has a portion that extends from one point in the head area to another, adjacent point in the head area, in that the head area has at least one Heizmittelzuführanschluss and at least one Heizmittelablaufanschluss. In the cooling circuit, the coolant is circulated through a coolant pump, while in the heating circuit, the coolant is circulated through a heating medium pump. In addition, the heat exchanger area of a supercharger, in particular an exhaust gas turbocharger, is integrated in the heating circuit.

Nachteilig ist hierbei, dass vier Anschlüsse für Verschlauchungen der Kühlmittelkreisläufe an der Brennkraftmaschine vorgesehen und abgedichtet werden müssen, was aufwändig und teuer ist. Weiterhin können der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf nur indirekt über die Brennkraftmaschine Kühlmittel austauschen, wodurch keine Flexibilität in der Anwendung gegeben ist.The disadvantage here is that four connections for tubing of the coolant circuits must be provided and sealed to the internal combustion engine, which is complicated and expensive. Furthermore, the heating circuit and the cooling circuit can only exchange coolant indirectly via the internal combustion engine, whereby there is no flexibility in the application.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem ein Heizkreislauf und ein Hauptkreislauf kostengünstig bereitgestellt und bedarfsweise unabhängig voneinander betrieben werden können.Object of the present invention is therefore to provide a coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle, in which a heating circuit and a main circuit can be provided inexpensively and, if necessary, operated independently of each other.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of patent claim 1.

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Hauptkreislauf mit einem Hauptwärmetauscher-Vorlauf stromauf und einem Hauptwärmetauscher-Rücklauf stromab eines Hauptwärmetauschers, einen Heizkreislauf mit einem Heizungswärmetauscher-Vorlauf stromauf und einem Heizungswärmetauscher-Rücklauf stromab eines Heizungswärmetauschers, sowie eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, einem Zylinderkurbelgehäuse, und mindestens einem abgasführenden Bauteil, die mit Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf beauschlagbar und zu diesem Zweck strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei eine Hauptkühlmittelpumpe in dem Hauptkreislauf und eine Sekundärkühlmittelpumpe in dem Heizkreislauf angeordnet sind, wobei der Heizungswärmetauscher-Rücklauf an dem Zylinderkopf oder einem abgasführenden Bauteil, der Hauptwärmetauscher-Vorlauf an dem Zylinderkopf oder dem Zylinderkurbelgehäuse und der Hauptwärmetauscher-Rücklauf an dem Zylinderkurbelgehäuse angeschlossen ist und wobei der Hauptwärmetauscher-Vorlauf und der Heizungswärmetauscher-Vorlauf einen gemeinsamen Abschnitt aufweisen.A coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising a main circuit with a main heat exchanger upstream and a main heat exchanger return downstream of a main heat exchanger, a heating circuit with a heater core and a heat exchanger return downstream of a heat exchanger, and an internal combustion engine with at least one cylinder head, a cylinder crankcase, and at least one exhaust gas-carrying component beauschlagbar with coolant from the coolant circuit and fluidly connected to each other for this purpose, wherein a main coolant pump in the main circuit and a secondary coolant pump are arranged in the heating circuit, wherein the heater core return to the cylinder head or a exhaust-carrying component, the main heat exchanger flow to the cylinder head or the cylinder crankcase and the main heat exchanger return is connected to the cylinder crankcase and wherein the main heat exchanger flow and the heater core have a common portion.

Indem der Hauptwärmetauscher-Vorlauf und der Heizungswärmetauscher-Vorlauf einen gemeinsamen Abschnitt aufweisen, in dem Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine wahlweise zum Hauptwärmetauscher, zum Heizungswärmetauscher oder zu beiden gleichzeitig strömen kann, sind zusammen mit den Anschlüssen für den Heizungswärmetauscher-Rücklauf und den Hauptwärmetauscher-Rücklauf insgesamt nur drei Anschlüsse für die Verschlauchung an der Brennkraftmaschine vorzusehen. Dadurch lässt sich ein erfindungsgemäßer Kühlmittelkreislauf günstiger bereitstellen, als ein Kühlmittelkreislauf nach dem Stand der Technik. Ein weiterer Vorteil ist die flexible Nutzbarkeit des Kühlmittelkreislaufs. So kann der mit einer Sekundärkühlmittelpumpe versehene Heizkreislauf unabhängig vom Hauptkreislauf betrieben werden, wodurch auch kurz nach der Inbetriebnahme oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine von dieser erwärmtes Kühlmittel an dem Heizungswärmetauscher bereitstellbar ist. Dieser vom Hauptkreislauf unabhängige Heizungsbetrieb erhöht den Komfort für die Kraftfahrzeuginsassen, denen vom Heizungswärmetauscher erwärmte Frischluft früher und länger zugeführt werden kann. Die Einbindung von abgasführenden Bauteilen in den Heizungswärmetauscher-Rücklauf führt zu einer besonders schnellen Erwärmung des Kühlmittels im Heizkreislauf, ohne dass hierfür Kühlmittel aus dem Zylinderkurbelgehäuse verwendet werden muss. Das Kühlmittel im Zylinderkurbelgehäuse kann sich unabhängig vom Betrieb des Heizkreislaufs erwärmen und erreicht so schneller seine optimale Betriebstemperatur, wodurch sich die Reibleistung der im Zylinderkurbelgehäuse angeordneten Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine reduziert. Natürlich beschränkt sich die Aufzählung der möglichen Teilkreisläufe des Kühlmittelkreislaufs nicht auf den Hauptkreislauf und den Heizkreislauf. So sind prinzipiell auch weitere Teilkreisläufe, beispielsweise für einen Ölkühler, einen Abgaskühler oder einen Frischgaskühler, in den gezeigten Kühlmittelkreislauf einbindbar. Auch die Brennkraftmaschine enthält mehr als die aufgezählten Bauteile und kann von verschiedener Art sein, so zum Beispiel in V-Anordnung mit zwei Zylinderköpfen oder in W-Anordnung mit drei Zylinderköpfen. Weiterhin können mehrere abgasführende Bauteile an ihr angeordnet und von Kühlmittel beaufschlagbar sein.By having the main heat exchanger feed and the heater core, a common portion in which engine coolant may selectively flow to either the main heat exchanger, the heater core, or both, together with the heater core return and main heat exchanger return ports are in total to provide only three connections for the tubing on the internal combustion engine. As a result, a coolant circuit according to the invention can be provided more favorably than a coolant circuit according to the prior art. Another advantage is the flexible usability of the coolant circuit. So can with a Secondary coolant pump provided heating circuit can be operated independently of the main circuit, which is also available shortly after commissioning or after switching off the engine of this heated coolant to the heating heat exchanger. This independent of the main circuit heating operation increases the comfort of the vehicle occupants, which can be supplied earlier and longer heated by the heater core fresh air. The integration of exhaust gas-carrying components in the heating heat exchanger return leads to a particularly rapid heating of the coolant in the heating circuit, without the need for coolant from the cylinder crankcase must be used. The coolant in the cylinder crankcase can heat up independently of the operation of the heating circuit and thus reaches its optimum operating temperature faster, thereby reducing the friction of the arranged in the cylinder crankcase working cylinder of the internal combustion engine. Of course, the enumeration of the possible subcircuits of the coolant circuit is not limited to the main circuit and the heating circuit. Thus, in principle, further partial circuits, for example, for an oil cooler, an exhaust gas cooler or a fresh gas cooler, einbindbar in the coolant circuit shown. The internal combustion engine contains more than the enumerated components and can be of various types, such as in V-arrangement with two cylinder heads or in W arrangement with three cylinder heads. Furthermore, a plurality of exhaust gas-carrying components can be arranged on it and be acted upon by coolant.

In einer bevorzugten Ausführung ist der Hauptwärmetauscher-Vorlauf an dem Zylinderkurbelgehäuse angeschlossen. Der Anschluss der Hauptwärmetauscher-Vorlaufs am Zylinderkurbelgehäuse liegt vorzugsweise in einem geodätisch oberen Bereich nahe dem darüberliegenden Zylinderkopf.In a preferred embodiment, the main heat exchanger flow is connected to the cylinder crankcase. The connection of the main heat exchanger flow to the cylinder crankcase is preferably in a geodetically upper region near the cylinder head above.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Hauptkühlmittelpumpe im Hauptwärmetauscher-Rücklauf angeordnet, wobei der Hauptwärmetauscher-Rücklauf durch ein erstes Stellelement absperrbar ist. Durch das erste Stellelement lässt sich der Hauptwärmetauscher-Rücklauf in das Zylinderkurbelgehäuse wahlweise schließen oder öffnen. Ein geschlossener Hauptwärmetauscher-Rücklauf wirkt sich positiv auf eine besonders schnelle Erwärmung des Kühlmittels in der Brennkraftmaschine, insbesondere im Zylinderkurbelgehäuse, aus. Durch die gemeinsame Anordnung von erstem Stellelement und Hauptkühlmittelpumpe im Hauptwärmetauscher-Rücklauf, lässt sich auch die Fördermenge der Hauptkühlmittelpumpe indirekt regulieren.In a preferred embodiment, the main coolant pump is arranged in the main heat exchanger return, wherein the main heat exchanger return is shut off by a first actuator. By the first control element, the main heat exchanger return flow in the cylinder crankcase can either close or open. A closed main heat exchanger return has a positive effect on a particularly rapid heating of the coolant in the internal combustion engine, in particular in the cylinder crankcase from. Due to the common arrangement of the first control element and the main coolant pump in the main heat exchanger return line, the flow rate of the main coolant pump can be regulated indirectly.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Sekundärkühlmittelpumpe im Heizungswärmetauscher-Vorlauf angeordnet, wobei der Heizkreislauf von einem Sperrventil absperrbar ist. Das Sperrventil kann den Heizkreislauf in Abhängigkeit vom momentanen Heizbedarf öffnen oder schließen. So ist es bei ausgeschalteter Fahrgastraumheizung beispielsweise nicht nötig das Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher zu zirkulieren. Die fehlende Kühlmittelzirkulation im Heizkreislauf fördert indes eine schnellere Erwärmung des Kühlmittels in der Brennkraftmaschine. Die Sekundärkühlmittelpumpe ist zu diesem Zweck vorzugsweise als elektrisch antreibbare Sekundärkühlmittelpumpe auszuführen, die bei bedarfsweise an- oder ausgeschaltet werden kann.In a preferred embodiment, the secondary coolant pump is arranged in the heating heat exchanger flow, wherein the heating circuit can be shut off by a check valve. The check valve can open or close the heating circuit depending on the current heating demand. For example, when the passenger compartment heater is off, it is not necessary to circulate the coolant through the heater core. The lack of coolant circulation in the heating circuit, however, promotes faster heating of the coolant in the internal combustion engine. For this purpose, the secondary coolant pump should preferably be designed as an electrically drivable secondary coolant pump which can be switched on or off as required.

In einer bevorzugten Ausführung ist der Hauptwärmetauscher-Vorlauf so am Zylinderkurbelgehäuse angeschlossen, dass das im Zylinderkurbelgehäuse befindliche Kühlmittel bei geschlossenem Hauptwärmetauscher-Rücklauf und geöffnetem Heizkreislauf möglichst wenig durchmischt wird. Der Hauptwärmetauscher-Vorlauf wird dazu so am Zylinderkurbelgehäuse angeschlossen, dass eine Überströmung des Zylinderkopfes mit Kühlmittel aus dem Heizungswärmetauscher-Rücklauf möglich ist, bei der keine oder nur eine geringe Durchmischung des Kühlmittels im Zylinderkopf mit dem im Zylinderkurbelgehäuse erfolgt. Bei geschlossenem Hauptwärmetauscher-Rücklauf kann somit eine Kühlmittelzirkulation im Heizkreislauf vorgenommen werden und gleichzeitig das Kühlmittel im Zylinderkurbelgehäuse für eine schnellere Erwärmung „stehen bleiben”.In a preferred embodiment, the main heat exchanger flow is connected to the cylinder crankcase that the coolant located in the cylinder crankcase is mixed as little as possible with the main heat exchanger return flow and the open heating circuit. The main heat exchanger flow is so connected to the cylinder crankcase that an overflow of the cylinder head with coolant from the heater core return is possible in which there is little or no mixing of the coolant in the cylinder head with the cylinder crankcase. When the main heat exchanger return line is closed, it is thus possible to carry out a coolant circulation in the heating circuit and at the same time "stop" the coolant in the cylinder crankcase for faster heating.

In einer bevorzugten Ausführung sind die abgasführenden Bauteile als integrierter Abgaskrümmer und/oder Abgasturbolader ausgebildet. Ein integrierter Abgaskrümmer ist an dem Zylinderkopf angeformt und besitzt in der Regel eine doppelte Aussenwandung, wobei der dadurch gebildete Hohlraum mit Kühlmittel befüllbar ist. Der Abgasturbolader ist zumeist dem Abgaskrümmer nachgeschaltet und an diesen angeflanscht. Dieser kann ebenso zur Kühlung der Wellenlager mit Kühlmittel beaufschlagt werden, wobei vorzugsweise keine interne strömungstechnische Verbindung zum Austausch von Kühlmittel zwischen Abgaskrümmer und Abgasturbolader besteht.In a preferred embodiment, the exhaust gas-carrying components are formed as an integrated exhaust manifold and / or exhaust gas turbocharger. An integrated exhaust manifold is formed on the cylinder head and usually has a double outer wall, wherein the cavity formed thereby can be filled with coolant. The turbocharger is usually downstream of the exhaust manifold and flanged to this. This can also be acted upon for cooling the shaft bearings with coolant, wherein preferably there is no internal fluidic connection for the exchange of coolant between the exhaust manifold and turbocharger.

In einer bevorzugten Ausführung teilt sich der Heizungswärmetauscher-Rücklauf an einer Verzweigungsstelle in einen ersten Teilrücklauf, in den der Abgaskrümmer und der Zylinderkopf eingebunden sind, und einen zweiten Teilrücklauf, in den der Abgasturbolader eingebunden ist, auf, wobei der zweite Teilrücklauf unter Umgehung der Brennkraftmaschine in den Hauptkreislauf mündet. Abgasturbolader und Abgaskrümmer werden über separate Zuleitungen mit Kühlmittel aus dem Heizungswärmetauscher-Rücklauf beaufschlagt. Hierzu teilt sich die Verschlauchung des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs an einer Verzweigungsstelle auf, wobei ein erster Teilrücklauf direkt in den Abgaskrümmer mündet und ein zweiter Teilrücklauf den Abgasturbolader beinhaltet. Der zweite Teilrücklauf kann ebenso in die Brennkraftmaschine oder einer ihrer Teile münden, vorzugsweise umgeht der zweite Teilrücklauf die Brennkraftmaschine jedoch und mündet in den Hauptkreislauf, insbesondere den Hauptwärmetauscher-Vorlauf.In a preferred embodiment, the heater core return partitions at a branch point into a first partial return, in which the exhaust manifold and the cylinder head are integrated, and a second partial return, in which the exhaust gas turbocharger is integrated, wherein the second partial return, bypassing the internal combustion engine flows into the main circuit. Exhaust gas turbocharger and exhaust manifold are supplied via separate supply lines with coolant from the heater core return line. To this end, the hoses of the heating heat exchanger return line divides at a branch point, with a first partial return directly into the exhaust manifold opens and a second partial return includes the exhaust gas turbocharger. The second partial return can also open into the internal combustion engine or one of its parts, but preferably bypasses the second partial return the engine and flows into the main circuit, in particular the main heat exchanger flow.

In einer bevorzugten Ausführung ist im ersten Teilrücklauf ein Rückschlagventil angeordnet. Das im ersten Teilrücklauf des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs stromauf des Abgaskrümmers angeordnete Rückschlagventil unterbindet eine unerwünschte Rückströmung von Kühlmittel aus dem Zylinderkopf bzw. dem Abgaskrümmer zum Heizungswärmetauscher.In a preferred embodiment, a check valve is arranged in the first partial return. The non-return valve arranged in the first partial return of the heating heat exchanger return upstream of the exhaust manifold prevents undesired backflow of coolant from the cylinder head or the exhaust manifold to the heater core.

In einer bevorzugten Ausführung sind das erste Stellelement und ein zweites Stellelement in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und bilden zusammen einen Drehschieber, wobei das erste und das zweite Stellelement hohl sind und jeweils mehrere radiale Öffnungen aufweisen, die bei einer Drehung des ersten und/oder des zweiten Stellelements mit entsprechend korrespondierenden Öffnungen im Gehäuse zur Bildung eines Strömungsweges für das Kühlmittel überschnitten werden können, wobei die als Kreiselpumpe ausgebildete Hauptkühlmittelpumpe das Kühlmittel axial aus dem zweiten Stellelement ansaugt und radial zu dem ersten Stellelement fördert. Das erste und das zweite Stellelement sind dazu vorzugsweise als Rohrabschnitte ausgebildet, die um eine Drehachse drehbar sind und Öffnungen in ihrer Mantelfläche aufweisen. Das Gehäuse weist korrespondierende Öffnungen auf, denen jeweils die Anschlüsse der Kühlkreislaufverschlauchung zugeordnet sind. Die Stellelemente sind in Abhängigkeit voneinander verdrehbar, so dass durch eine variable Überschneidung der Öffnungen im Stellelement mit den zugehörigen Öffnungen im Gehäuse ein definierter Strömungsweg durch den Drehschieber eingestellt werden kann. Die Hauptkühlmittelpumpe ist dazu vorzugsweise als Kreiselpumpe ausgebildet und mit ihrer Saugseite axial fluchtend zum zweiten Stellelement angeordnet, während das erste Stellelement an der radialen Druckseite angeordnet ist, so dass die Hauptkühlmittelpumpe Kühlmittel aus dem zweiten Stellelement ansaugt und zu dem ersten Stellelement fördert.In a preferred embodiment, the first actuator and a second actuator are arranged in a common housing and together form a rotary valve, wherein the first and the second actuator are hollow and each having a plurality of radial openings, which upon rotation of the first and / or the second Control element can be overlapped with correspondingly corresponding openings in the housing to form a flow path for the coolant, wherein the centrifugal pump designed as a main coolant pump sucks the coolant axially from the second actuator and promotes radially to the first actuator. For this purpose, the first and the second adjusting element are preferably designed as pipe sections which are rotatable about an axis of rotation and have openings in their lateral surface. The housing has corresponding openings, which are each associated with the connections of the Kühlkreislaufverschlauchung. The control elements are rotatable in dependence on each other, so that a defined flow path can be adjusted by the rotary valve by a variable overlap of the openings in the actuator with the associated openings in the housing. The main coolant pump is preferably designed as a centrifugal pump and arranged with its suction side axially aligned with the second actuator, while the first actuator is disposed on the radial pressure side, so that the main coolant pump sucks coolant from the second actuator and promotes to the first actuator.

In einer bevorzugten Ausführung weist der Hauptwärmetauscher-Vorlauf einen Abzweig auf, der in das zweite Stellelement mündet, wobei der Abzweig und der Hauptwärmetauscher-Rücklauf durch das zweite Stellelement strömungstechnisch verbindbar sind, und wobei der zweite Teilrücklauf des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs saugseitig an die Hauptkühlmittelpumpe mündet. Der auf diese Art und Weise aus dem ersten und dem zweiten Stellelement gebildete Drehschieber wird bevorzugt so geschalten, dass nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur des Kühlmittels oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine mit bereits erwärmten Kühlmittel, zunächst das erste Stellelement den Hauptwärmetauscher-Rücklauf absperrt. Das zweite Stellelement wird so verdreht, dass Kühlmittel aus dem zweiten Teilrücklauf des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs über den, vom gemeinsamen Abschnitt abgehenden, Abzweig in den gemeinsamen Abschnitt gelangen kann, jedoch kein über den Hauptwärmetauscher-Rücklauf vom Hauptwärmetauscher kommendes Kühlmittel in das zweite Stellelement eindringen kann. Wird während dieser Phase erwärmtes Kühlmittel am Heizungswärmetauscher benötigt, so öffnet das Sperrventil den Heizungswärmetauscher-Vorlauf, wodurch die Sekundärkühlmittelpumpe das Kühlmittel durch den Heizkreislauf zirkulieren kann. In diesem Fall wird das Kühlmittel durch den sich schnell erwärmenden Abgasturbolader und den Abgaskrümmer gefördert, so dass der Heizungswärmetauscher vergleichsweise rasch mit ausreichend warmen Kühlmittel versorgt werden kann, während das Kühlmittel im Zylinderkurbelgehäuse möglichst wenig durchmischt wird und sich somit zur Erreichung des Reibleistungsoptimums der im Zylinderkurbelgehäuse befindlichen Zylinder seinerseits schnell erwärmen kann. Dadurch, dass in den Heizkreislauf bevorzugt diejenigen Bauteile der Brennkraftmaschine eingebunden sind, die sich besonders schnell erwärmen und viel Wärme abzugeben haben, kann die Nicht-Durchströmung des Zylinderkurbelgehäuses deutlich länger aufrecht erhalten werden. Bei steigender Kühlmitteltemperatur im Zylinderkurbelgehäuse ist es zur Erreichung einer gleichmäßigen Erwärmung des darin enthalten Kühlmittels vorteilhaft, eine schwache Kühlmittelströmung im Zylinderkurbelgehäuse zu erzeugen. Um dennoch weiterhin eine rasche Erwärmung des Kühlmittels im Zylinderkurbelgehäuse beizubehalten, öffnet das erste Stellelement (intervallartig), während das zweite Stellelement einen Strömungspfad für das Kühlmittel vom Abzweig aus dem gemeinsamen Abschnitt zur Hauptkühlmittelpumpe herstellt, wodurch die Hauptkühlmittelpumpe das Kühlmittel aus dem Zylinderkurbelgehäuse durch das zweite Stellelement und das erste Stellelement hindurch wieder in das Zylinderkurbelgehäuse rezirkulieren kann. Dadurch, dass das zweite Stellelement weiterhin ein mögliches eindringen von Kühlmittel aus dem Hauptwärmetauscher in die Hauptkühlmittelpumpe unterbindet, wird der Hauptwärmetauscher nicht durchströmt, was die Aufwärmephase der Brennkraftmaschine positiv beeinflusst. Wird in einer anschließenden Betriebsphase nach Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bzw. des Kühlmittels eine Kühlung desselben benötigt, so öffnet das erste Stellelement den Hauptwärmetauscher-Rücklauf, während das zweite Stellelement den Abzweig abkoppelt und den Hauptwärmetauscher-Rücklauf vom Hauptwärmetauscher bis zum Zylinderkurbelgehäuse durchgängig öffnet, so dass die Hauptkühlmittelpumpe eine Kühlmittelzirkulation zwischen Brennkraftmaschine und Hauptwärmetauscher erzeugen kann. In dieser Phase kann die Sekundärkühlmittelpumpe bei geringem Kühlmittelbedarf am Heizungswärmetauscher abgeschaltet werden, da die Hauptkühlmittelpumpe allein eine ausreichend Zirkulation im Hauptkreislauf und Heizkreislauf darstellen kann.In a preferred embodiment, the main heat exchanger flow has a branch, which opens into the second control element, wherein the branch and the main heat exchanger return flow through the second actuator are fluidically connectable, and wherein the second partial return of the heater core return flows on the suction side of the main coolant pump , The rotary valve formed in this manner from the first and the second actuator is preferably switched so that after the startup of the internal combustion engine below a predetermined temperature limit of the coolant or after stopping the engine with already heated coolant, first, the first actuator the Hauptwärmetauscher- Return line shut off. The second actuator is rotated so that coolant from the second part return of the heater core return can get over the, departing from the common portion, branch in the common section, but can not penetrate via the main heat exchanger return from the main heat exchanger coming coolant in the second actuator , If heated coolant is needed at the heater core during this phase, the check valve will open the heater core, allowing the secondary coolant pump to circulate the coolant through the heater loop. In this case, the coolant is conveyed by the rapidly warming exhaust gas turbocharger and the exhaust manifold, so that the heater core can be supplied comparatively quickly with sufficiently warm coolant while the coolant in the cylinder crankcase is mixed as little as possible and thus to achieve the friction optimum in the cylinder crankcase located cylinder in turn can heat up quickly. Characterized in that in the heating circuit preferably those components of the internal combustion engine are involved, which heat up very quickly and have to give off much heat, the non-flow through the cylinder crankcase can be maintained much longer. With increasing coolant temperature in the cylinder crankcase, it is advantageous for achieving a uniform heating of the coolant contained therein to produce a weak flow of coolant in the cylinder crankcase. In order to still maintain a rapid heating of the coolant in the cylinder crankcase, opens the first actuator (intermittent), while the second actuator produces a flow path for the coolant from the branch from the common portion to the main coolant pump, whereby the main coolant pump, the coolant from the cylinder crankcase through the second Control element and the first control element can recirculate back into the cylinder crankcase. Due to the fact that the second control element furthermore prevents a possible ingress of coolant from the main heat exchanger into the main coolant pump, the main heat exchanger is not flowed through, which positively influences the warm-up phase of the internal combustion engine. If in a subsequent phase of operation after reaching the desired operating temperature of the internal combustion engine or the coolant cooling of the same is required, the first actuator opens the main heat exchanger return, while the second control element decouples the branch and the main heat exchanger return from Main heat exchanger opens continuously to the cylinder crankcase, so that the main coolant pump can produce a coolant circulation between the engine and main heat exchanger. In this phase, the secondary coolant pump can be switched off at low coolant demand on the heater core, since the main coolant pump alone can represent a sufficient circulation in the main circuit and heating circuit.

In einer bevorzugten Ausführung können das zweite Stellelement und die Hauptkühlmittelpumpe einen Teil des Heizungswärmetauscher-Vorlaufs bilden. In dieser alternativen Ausführung können Teile des zweiten Stellelements und die Hauptkühlmittelpumpe neben dem Hauptwärmetauscher-Rücklauf gleichzeitig auch zu dem Heizungswärmetauscher-Vorlauf gehören. Hierbei zweigt der zum Heizungswärmetauscher führende Leitungsstrang zwischen Kühlmittelpumpe und erstem Stellelement ab.In a preferred embodiment, the second actuator and the main coolant pump may form part of the heater core. In this alternative embodiment, parts of the second actuator and the main coolant pump may also belong to the heater core at the same time as the main heat exchanger return. In this case, the wiring harness leading to the heating heat exchanger branches off between the coolant pump and the first control element.

Der Drehschieber kann ferner zur Einstellung unterschiedlicher Kühlmitteltemperaturen in Zylinderkopf und Zylinderkurbelgehäuse verwendet werden, indem die Kühlmittelströmungen durch gezieltes Schalten der jeweiligen Wärmetauscher-Vor- und -Rückläufe beeinflusst werden. An Stelle eines Drehschiebers können analog auch andere Stellelemente verwendet werden, so ist es beispielsweise denkbar das erste Stellelement durch eine schaltbare Hauptkühlmittelpumpe zu ersetzen. Die Verwendung geeigneter Stellelemente und angepasster Verschlauchungen liegt dabei im Ermessen des Fachmanns.The rotary valve can also be used to set different coolant temperatures in the cylinder head and cylinder crankcase by the coolant flows are influenced by targeted switching of the respective heat exchanger forward and backward. Instead of a rotary valve analogous other control elements can be used, so it is conceivable, for example, to replace the first control element by a switchable main coolant pump. The use of suitable control elements and adapted tubing is at the discretion of the skilled person.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawings.

Darin zeigen:Show:

1 in schematischer Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs; 1 a schematic view of a first embodiment of a coolant circuit according to the invention;

2 in schematischer Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs. 2 in a schematic view of a second embodiment of a coolant circuit according to the invention.

Gemäß 1 hat ein Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs mehrere Teilkreisläufe, wobei vorliegend nur ein Hauptkreislauf 3 und ein Heizkreislauf 4 dargestellt sind. Die Brennkraftmaschine 2 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderkurbelgehäuse 12, welches die Hubräume der Arbeitszylinder beinhaltet, einem Zylinderkopf 11, welcher unter anderem die zur Gemischzufuhr und -abfuhr für die Hubräume benötigten Vorrichtungen beinhaltet, einen in den Zylinderkopf 11 integrierten Abgaskrümmer 13, durch den die heißen Verbrennungsabgase entweichen können, sowie einen dem Abgaskrümmer 13 nachgelagerten Abgasturbolader 14, der die verbliebene Abgasenergie zur Verdichtung von Frischgas nutzt. Der Zylinderkopf 11, der Abgaskrümmer 13, der Abgasturbolader 14 und das Zylinderkurbelgehäuse 12 sind jeweils mit Kühlmittel beauschlagbar, wobei für den Zylinderkopf 11, den Abgaskrümmer 13 und das Zylinderkurbelgehäuse 12 durch interne strömungstechnische Verbindungen untereinander ein Kühlmittelaustausch möglich ist. Der Hauptkreislauf 3 enthält einen Hauptwärmetauscher 5, der über einen Hauptwärmetauscher-Vorlauf 6 und über einen Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 an das Zylinderkurbelgehäuse 12 angeschlossen ist. In dem Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 ist zudem eine Hauptkühlmittelpumpe 15 angeordnet, die vorzugsweise als von der Brennkraftmaschine 2 angetriebene Kreiselpumpe mit axialer Saugseite und radialer Druckseite ausgebildet ist. Der Heizkreislauf 4 weist einen Heizungswärmetauscher 8 auf, der von Luft für den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs durchströmbar ist, so dass ein Wärmeaustausch zwischen Kühlmittel und dieser Luft statt findet. Der Heizungswärmetauscher 8 ist über einen Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 an das Zylinderkurbelgehäuse 12 angeschlossen. In dem Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 befindet sich ferner eine Sekundärkühlmittelpumpe 16, die vorzugsweise elektrisch betrieben ist und eine Kühlmittelzirkulation im Heizkreislauf 4 erzeugen kann. Der Heizkreislauf 4 kann wahlweise durch eine Sperrventil 20 im Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 stromauf der Sekundärkühlmittelpumpe 16 unterbrochen werden. Der Heizungswärmetauscher-Rücklauf 10 teilt sich indes an einer Verzweigungsstelle 22 auf einen ersten Teilrücklauf 10a und einen zweiten Teilrücklauf 10b auf. Der erste Teilrücklauf 10a mündet in den Abgaskrümmer 13 und weist ein Rückschlagventil 21 auf, das eine Rückströmung vom Abgaskrümmer 13 zum Heizungswärmetauscher 8 unterbindet. Der Abgasturbolader 14 ist in den zweiten Teilrücklauf 10b eingebunden. Der Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 und der Hauptwärmetauscher-Vorlauf 6 besitzen ausgehend von einem gemeinsamen Anschluss am Zylinderkurbelgehäuse 12 einen gemeinsamen Abschnitt 17. Der Anschluss für den gemeinsamen Abschnitt 17 am Zylinderkurbelgehäuse 12 ist dabei so angeordnet, dass Kühlmittel aus dem Heizungswärmetauscher-Rücklauf 10 den Zylinderkopf 11 durchströmen und in den gemeinsamen Abschnitt 17 einströmen kann, ohne sich mit dem Kühlmittel im Zylinderkurbelgehäuse 12 merklich zu vermischen. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem der Anschluss des Hauptwärmetauscher-Vorlaufs 6 nahe des Zylinderkopfes 11 angeordnet ist. Zur Steuerung und Regelung des Kühlmittelkreislaufs 1 sind ein erstes 18 und ein zweites Stellelement 19 vorgesehen, die zusammen einen Drehschieber bilden. Die beiden Stellelemente 18 und 19 sind dazu in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert und in Abhängigkeit voneinander drehbar, wobei die Stellelemente 18 und 19 jeweils als Hohlkörper ausgebildet sind und Öffnungen haben, durch die Kühlmittel in das jeweilige Stellelement 18 und/oder 19 ein- und ausströmen kann. Durch Drehung des entsprechenden Stellelements 18 und/oder 19 können deren Öffnungen mit korrespondierenden Anschlussöffnungen im Gehäuse des Drehschiebers, an denen die Verschlauchungen des Kühlmittelkreislaufs 1 angeschlossen sind, in variable Überschneidung gebracht werden und so definierte Strömungswege durch den Drehschieber bilden. Dazu sind die Stellelemente 18 und 19 röhrenförmig mit Öffnungen in der Mantelfläche ausgebildet. Das Stellelement 19 ist saugseitig axial fluchtend zu der Hauptkühlmittelpumpe 15 angeordnet, während das erste Stellelement 18 druckseitig radial an der Hauptkühlmittelpumpe 15 angeordnet ist. Das erste Stellelement 18 dient der Sperrung des Hauptwärmetauscher-Rücklaufs 7 im Bedarfsfall. Das zweite Stellelement 19 ist ebenfalls in den Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 eingebunden und wird zudem von einem Abzweig 6a des Hauptwärmetauscher-Vorlaufs 6 kontaktiert. In den Bereich zwischen Hauptkühlmittelpumpe 15 und zweitem Stellelement 19 mündet der zweite Teilrücklauf 10b des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs 10. Der Kühlmittelkreislauf 1 kann durch bekannte und vorliegend nicht dargestellte Mittel zum Entlüften, vorzugsweise in einen Ausgleichsbehälter, entlüftet werden.According to 1 has a coolant circuit 1 for an internal combustion engine 2 a motor vehicle, several partial circuits, wherein in the present case only one main circuit 3 and a heating circuit 4 are shown. The internal combustion engine 2 consists essentially of a cylinder crankcase 12 , which includes the displacement of the working cylinder, a cylinder head 11 , which includes, inter alia, required for the mixture supply and removal for the displacement devices, one in the cylinder head 11 integrated exhaust manifold 13 , through which the hot combustion exhaust gases can escape, as well as the exhaust manifold 13 downstream exhaust gas turbocharger 14 , which uses the remaining exhaust gas energy for the compression of fresh gas. The cylinder head 11 , the exhaust manifold 13 , the exhaust gas turbocharger 14 and the cylinder crankcase 12 are beauschlagbar each with coolant, wherein for the cylinder head 11 , the exhaust manifold 13 and the cylinder crankcase 12 by internal fluidic connections with each other a coolant exchange is possible. The main circuit 3 contains a main heat exchanger 5 , which has a main heat exchanger lead 6 and via a main heat exchanger return 7 to the cylinder crankcase 12 connected. In the main heat exchanger return 7 is also a main coolant pump 15 arranged, preferably as by the internal combustion engine 2 driven centrifugal pump with axial suction side and radial pressure side is formed. The heating circuit 4 has a heating heat exchanger 8th on, which is traversed by air for the passenger compartment of the motor vehicle, so that a heat exchange between coolant and this air takes place. The heating heat exchanger 8th is via a heating heat exchanger flow 9 to the cylinder crankcase 12 connected. In the heater core 9 there is also a secondary coolant pump 16 , which is preferably electrically operated and a coolant circulation in the heating circuit 4 can generate. The heating circuit 4 can optionally by a check valve 20 in the heating heat exchanger flow 9 upstream of the secondary coolant pump 16 to be interrupted. The heating heat exchanger return 10 meanwhile shares at a branching point 22 on a first partial return 10a and a second partial return 10b on. The first partial return 10a flows into the exhaust manifold 13 and has a check valve 21 on, that is a backflow from the exhaust manifold 13 to the heating heat exchanger 8th in derogation. The turbocharger 14 is in the second partial return 10b involved. The heating heat exchanger flow 9 and the main heat exchanger feed 6 have starting from a common connection to the cylinder crankcase 12 a common section 17 , The connection for the common section 17 on the cylinder crankcase 12 is arranged so that coolant from the heater core return 10 the cylinder head 11 flow through and into the common section 17 can flow without dealing with the coolant in the cylinder crankcase 12 noticeably to mix. This is preferably achieved by the connection of the main heat exchanger flow 6 near the cylinder head 11 is arranged. For controlling and regulating the coolant circuit 1 are a first 18 and a second actuator 19 provided, which together form a rotary valve. The two control elements 18 and 19 are stored in a housing, not shown, and in dependence rotatable from each other, wherein the adjusting elements 18 and 19 are each formed as a hollow body and have openings through the coolant in the respective control element 18 and or 19 can flow in and out. By rotation of the corresponding actuating element 18 and or 19 can their openings with corresponding connection openings in the housing of the rotary valve, where the hoses of the coolant circuit 1 are connected, are brought into variable overlap and thus defined flow paths through the rotary valve form. These are the control elements 18 and 19 tubular formed with openings in the lateral surface. The actuator 19 is axially aligned on the suction side with the main coolant pump 15 arranged while the first actuator 18 radially on the pressure side of the main coolant pump 15 is arranged. The first control element 18 serves to block the main heat exchanger return 7 if necessary. The second control element 19 is also in the main heat exchanger return 7 integrated and is also from a branch 6a of the main heat exchanger flow 6 contacted. In the area between the main coolant pump 15 and second actuator 19 opens the second partial return 10b of the heater core return 10 , The coolant circuit 1 can be vented by known and not shown means for venting, preferably in a surge tank.

Der aus dem ersten 18 und dem zweiten Stellelement 19 gebildete Drehschieber wird bevorzugt so geschalten, dass nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 2 unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur des Kühlmittels oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 2 mit bereits erwärmten Kühlmittel, zunächst das erste Stellelement 18 den Hauptwärmetauscher-Rücklauf absperrt. Das zweite Stellelement 19 wird so geschaltet, dass Kühlmittel aus dem zweiten Teilrücklauf 10b über den Abzweig 6a in den gemeinsamen Abschnitt 17 gelangen kann, aber kein über den Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 vom Hauptwärmetauscher 5 kommendes Kühlmittel in das zweite Stellelement 19 eindringen kann. Wird während dieser Phase erwärmtes Kühlmittel am Heizungswärmetauscher 8 benötigt, so öffnet das Sperrventil 20 den Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 und die Sekundärkühlmittelpumpe 16 zirkuliert das Kühlmittel durch den Heizkreislauf 4. In diesem Fall wird das Kühlmittel durch den sich schnell erwärmenden Abgasturbolader 14 und Abgaskrümmer 13 gefördert, so dass der Heizungswärmetauscher 8 vergleichsweise rasch mit ausreichend warmen Kühlmittel versorgt werden kann, während das Kühlmittel im Zylinderkurbelgehäuse 12 möglichst wenig durchmischt wird und sich somit zur Erreichung des Reibleistungsoptimums der Zylinder seinerseits schnell erwärmen kann.The one from the first 18 and the second actuator 19 formed rotary valve is preferably switched so that after the commissioning of the internal combustion engine 2 below a predetermined limit temperature of the coolant or after stopping the engine 2 with already heated coolant, first the first actuator 18 shuts off the main heat exchanger return. The second control element 19 is switched so that coolant from the second partial return 10b over the branch 6a in the common section 17 but not via the main heat exchanger return 7 from the main heat exchanger 5 Coming coolant in the second actuator 19 can penetrate. During this phase, heated coolant will reach the heater core 8th needed, the check valve opens 20 the heating heat exchanger flow 9 and the secondary coolant pump 16 circulates the coolant through the heating circuit 4 , In this case, the coolant is due to the rapidly warming exhaust gas turbocharger 14 and exhaust manifold 13 promoted so that the heater core 8th can be supplied comparatively quickly with sufficiently warm coolant, while the coolant in the cylinder crankcase 12 is mixed as little as possible and thus can heat up quickly to achieve the friction optimum of the cylinder in turn.

Bei steigender Kühlmitteltemperatur im Zylinderkurbelgehäuse 12 ist es zur Erreichung einer gleichmäßigen Erwärmung des darin enthaltenen Kühlmittels vorteilhaft, eine schwache Kühlmittelströmung im Zylinderkurbelgehäuse 12 zu erzeugen. Um dennoch weiterhin eine rasche Erwärmung des Kühlmittels im Zylinderkurbelgehäuse 12 beizubehalten, öffnet das erste Stellelement 18, während das zweite Stellelement 19 einen Strömungspfad vom Abzweig 6a zur Hauptkühlmittelpumpe 15 herstellt und die Hauptkühlmittelpumpe 15 das Kühlmittel aus dem Zylinderkurbelgehäuse 12 durch das zweite Stellelement 19 und das erste Stellelement 18 hindurch wieder in das Zylinderkurbelgehäuse 12 zirkuliert. Der Hauptwärmetauscher 5 wird somit nicht durchströmt.With rising coolant temperature in the cylinder crankcase 12 it is advantageous to achieve a uniform heating of the coolant contained therein, a weak flow of coolant in the cylinder crankcase 12 to create. Nevertheless, still a rapid heating of the coolant in the cylinder crankcase 12 maintain, opens the first actuator 18 while the second actuator 19 a flow path from the branch 6a to the main coolant pump 15 and the main coolant pump 15 the coolant from the cylinder crankcase 12 through the second actuator 19 and the first actuator 18 through back into the cylinder crankcase 12 circulated. The main heat exchanger 5 is thus not flowed through.

Wird in einer Betriebsphase nach Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur des Kühlmittels eine Kühlung desselben benötigt, so öffnet das erste Stellelement 18 den Hauptwärmetauscher-Rücklauf, während das zweite Stellelement 19 den Abzweig 6a abkoppelt und den Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 vom Hauptwärmetauscher 5 bis zum Zylinderkurbelgehäuse 12 durchgängig öffnet, so dass die Hauptkühlmittelpumpe 15 eine Kühlmittelzirkulation zwischen Brennkraftmaschine 2 und Hauptwärmetauscher 5 erzeugen kann. In dieser Phase kann die Sekundärkühlmittelpumpe 16 bei geringem Kühlmittelbedarf am Heizungswärmetauscher 8 abgeschaltet werden, da die Hauptkühlmittelpumpe 15 allein eine ausreichend Zirkulation im Hauptkreislauf 3 und Heizkreislauf 4 darstellen kann.If cooling of the same is required in an operating phase after reaching the desired operating temperature of the coolant, then the first actuating element opens 18 the main heat exchanger return, while the second actuator 19 the branch 6a decouples and the main heat exchanger return 7 from the main heat exchanger 5 to the cylinder crankcase 12 consistently opens, leaving the main coolant pump 15 a coolant circulation between the internal combustion engine 2 and main heat exchanger 5 can generate. In this phase, the secondary coolant pump 16 with low coolant requirement at the heating heat exchanger 8th be shut off because the main coolant pump 15 only a sufficient circulation in the main circuit 3 and heating circuit 4 can represent.

Die beiden Stellelemente 18 und 19 können darüber hinaus zur Einstellung unterschiedlicher Kühlmitteltemperaturen in Zylinderkopf 11 und Zylinderkurbelgehäuse 12 verwendet werden, indem die Kühlmittelströmungen innerhalb der Brennkraftmaschine 2 durch gezieltes Schalten der Vor- und Rückläufe 6, 7 und/oder 10 beeinflusst werden.The two control elements 18 and 19 In addition, you can set different coolant temperatures in the cylinder head 11 and cylinder crankcase 12 be used by the coolant flows inside the internal combustion engine 2 through targeted switching of the forward and reverse flows 6 . 7 and or 10 to be influenced.

Gemäß 2 hat ein Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs mehrere Teilkreisläufe, wobei vorliegend nur ein Hauptkreislauf 3 und ein Heizkreislauf 4 dargestellt sind. Die Brennkraftmaschine 2 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderkurbelgehäuse 12, welches die Hubräume der Arbeitszylinder beinhaltet, einem Zylinderkopf 11, welcher unter anderem die zur Gemischzufuhr und -abfuhr für die Hubräume benötigten Vorrichtungen beinhaltet, einen in den Zylinderkopf 11 integrierten Abgaskrümmer 13, durch den die heißen Verbrennungsabgase entweichen können, sowie einen dem Abgaskrümmer 13 nachgelagerten Abgasturbolader 14, der die verbliebene Abgasenergie zur Verdichtung von Frischgas nutzt. Der Zylinderkopf 11, der Abgaskrümmer 13, der Abgasturbolader 14 und das Zylinderkurbelgehäuse 12 sind jeweils mit Kühlmittel beauschlagbar, wobei für den Zylinderkopf 11, den Abgaskrümmer 13 und das Zylinderkurbelgehäuse 12 durch interne strömungstechnische Verbindungen untereinander ein Kühlmittelaustausch möglich ist. Der Hauptkreislauf 3 enthält einen Hauptwärmetauscher 5, der über einen Hauptwärmetauscher-Vorlauf 6 und über einen Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 an das Zylinderkurbelgehäuse 12 angeschlossen ist. In dem Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 ist zudem eine Hauptkühlmittelpumpe 15 angeordnet, die vorzugsweise als von der Brennkraftmaschine 2 angetriebene Kreiselpumpe mit axialer Saugseite und radialer Druckseite ausgebildet ist. Der Heizkreislauf 4 weist einen Heizungswärmetauscher 8 auf, der von Luft für den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs durchströmbar ist, so dass ein Wärmeaustausch zwischen Kühlmittel und dieser Luft statt findet. Der Heizungswärmetauscher 8 ist über einen Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 an das Zylinderkurbelgehäuse 12 angeschlossen. In dem Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 befindet sich ferner eine Sekundärkühlmittelpumpe 16, die vorzugsweise elektrisch betrieben ist und eine Kühlmittelzirkulation im Heizkreislauf 4 erzeugen kann. Der Heizkreislauf 4 kann wahlweise durch eine Sperrventil 20 im Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 stromauf der Sekundärkühlmittelpumpe 16 unterbrochen werden. Der Heizungswärmetauscher-Rücklauf 10 teilt sich indes an einer Verzweigungsstelle 22 auf einen ersten Teilrücklauf 10a und einen zweiten Teilrücklauf 10b auf. Der erste Teilrücklauf 10a mündet in den Abgaskrümmer 13 und weist ein Rückschlagventil 21 auf, das eine Rückströmung vom Abgaskrümmer 13 zum Heizungswärmetauscher 8 unterbindet. Der Abgasturbolader 14 ist in den zweiten Teilrücklauf 10b eingebunden. Der Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 und der Hauptwärmetauscher-Vorlauf 6 besitzen ausgehend von einem gemeinsamen Anschluss am Zylinderkurbelgehäuse 12 einen gemeinsamen Abschnitt 17. Der Anschluss für den gemeinsamen Abschnitt 17 am Zylinderkurbelgehäuse 12 ist dabei so angeordnet, dass Kühlmittel aus dem Heizungswärmetauscher-Rücklauf 10 den Zylinderkopf 11 durchströmen und in den gemeinsamen Abschnitt 17 einströmen kann, ohne sich mit dem Kühlmittel im Zylinderkurbelgehäuse 12 merklich zu vermischen. Dies wird vorzugsweise erreicht, indem der Anschluss des Hauptwärmetauscher-Vorlaufs 6 nahe des Zylinderkopfes 11 angeordnet ist. Zur Steuerung und Regelung des Kühlmittelkreislaufs 1 sind ein erstes 18 und ein zweites Stellelement 19 vorgesehen, die zusammen einen Drehschieber bilden. Die beiden Stellelemente 18 und 19 sind dazu in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert und in Abhängigkeit voneinander drehbar, wobei die Stellelemente 18 und 19 jeweils als Hohlkörper ausgebildet sind und Öffnungen haben, durch die Kühlmittel in das jeweilige Stellelement 18 und/oder 19 ein- und ausströmen kann. Durch Drehung des entsprechenden Stellelements 18 und/oder 19 können deren Öffnungen mit korrespondierenden Anschlussöffnungen im Gehäuse des Drehschiebers, an denen die Verschlauchungen des Kühlmittelkreislaufs 1 angeschlossen sind, in variable Überschneidung gebracht werden und so definierte Strömungswege durch den Drehschieber bilden. Dazu sind die Stellelemente 18 und 19 röhrenförmig mit Öffnungen in der Mantelfläche ausgebildet. Das Stellelement 19 ist saugseitig axial fluchtend zu der Hauptkühlmittelpumpe 15 angeordnet, während das erste Stellelement 18 druckseitig radial an der Hauptkühlmittelpumpe 15 angeordnet ist. Das erste Stellelement 18 dient der Sperrung des Hauptwärmetauscher-Rücklaufs 7 im Bedarfsfall. Das zweite Stellelement 19 ist sowohl in den Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7, als auch den Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 eingebunden und wird zudem von einem Abzweig 6a des Hauptwärmetauscher-Vorlaufs 6 kontaktiert. In den Bereich zwischen Hauptkühlmittelpumpe 15 und zweitem Stellelement 19 mündet der zweite Teilrücklauf 10b des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs 10. Zwischen Hauptkühlmittelpumpe 15 und erstem Stellelement 18 trennen sich der über das zweite Stellelement 19 und die Hauptkühlmittelpumpe 15 gemeinsam verlaufende Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 und der Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 auf, indem der Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 aus dem Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 abzweigt. Der Kühlmittelkreislauf 1 kann durch bekannte und vorliegend nicht dargestellte Mittel zum Entlüften, vorzugsweise in einen Ausgleichsbehälter, entlüftet werden. Der aus dem ersten 18 und dem zweiten Stellelement 19 gebildete Drehschieber wird bevorzugt so geschalten, dass nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 2 unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur des Kühlmittels oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 2 mit bereits erwärmten Kühlmittel, zunächst das erste Stellelement 18 den Hauptwärmetauscher-Rücklauf absperrt. Das zweite Stellelement 19 wird so geschaltet, dass Kühlmittel aus dem zweiten Teilrücklauf 10b zur Hauptkühlmittelpumpe 15 und von dort in den Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 gelangen kann, aber kein über den Hauptwärmetauscher-Rücklauf 7 vom Hauptwärmetauscher 5 kommendes Kühlmittel und über den Abzweig 6a von dem gemeinsamen Abschnitt 17 kommendes Kühlmittels in das zweite Stellelement 19 eindringen kann. Wird während dieser Phase erwärmtes Kühlmittel am Heizungswärmetauscher 8 benötigt, so öffnet das Sperrventil 20 den Heizungswärmetauscher-Vorlauf 9 und die Sekundärkühlmittelpumpe 16 zirkuliert das Kühlmittel durch den Heizkreislauf 4. In diesem Fall wird das Kühlmittel durch den sich schnell erwärmenden Abgasturbolader 14 und Abgaskrümmer 13 gefördert, so dass der Heizungswärmetauscher 8 vergleichsweise rasch mit ausreichend warmen Kühlmittel versorgt werden kann, während das Kühlmittel im Zylinderkurbelgehäuse 12 möglichst wenig durchmischt wird und sich somit zur Erreichung des Reibleistungsoptimums der Zylinder seinerseits schnell erwärmen kann.According to 2 has a coolant circuit 1 for an internal combustion engine 2 a motor vehicle, several partial circuits, wherein in the present case only one main circuit 3 and a heating circuit 4 are shown. The internal combustion engine 2 consists essentially of a cylinder crankcase 12 , which includes the displacement of the working cylinder, a cylinder head 11 , which includes, inter alia, required for the mixture supply and removal for the displacement devices, one in the cylinder head 11 integrated exhaust manifold 13 , through which the hot combustion exhaust gases can escape, as well as the exhaust manifold 13 downstream exhaust gas turbocharger 14 , which uses the remaining exhaust gas energy for the compression of fresh gas. The cylinder head 11 , the exhaust manifold 13 , the exhaust gas turbocharger 14 and the cylinder crankcase 12 are beauschlagbar each with coolant, wherein for the cylinder head 11 , the exhaust manifold 13 and the cylinder crankcase 12 by internal fluidic connections with each other a coolant exchange is possible. The main circuit 3 contains a main heat exchanger 5 , which has a main heat exchanger lead 6 and via a main heat exchanger return 7 to the cylinder crankcase 12 connected. In the main heat exchanger return 7 is also a main coolant pump 15 arranged, preferably as by the internal combustion engine 2 driven centrifugal pump with axial suction side and radial pressure side is formed. The heating circuit 4 has a heating heat exchanger 8th on, which is traversed by air for the passenger compartment of the motor vehicle, so that a heat exchange between coolant and this air takes place. The heating heat exchanger 8th is via a heating heat exchanger flow 9 to the cylinder crankcase 12 connected. In the heater core 9 there is also a secondary coolant pump 16 , which is preferably electrically operated and a coolant circulation in the heating circuit 4 can generate. The heating circuit 4 can optionally by a check valve 20 in the heating heat exchanger flow 9 upstream of the secondary coolant pump 16 to be interrupted. The heating heat exchanger return 10 meanwhile shares at a branching point 22 on a first partial return 10a and a second partial return 10b on. The first partial return 10a flows into the exhaust manifold 13 and has a check valve 21 on, that is a backflow from the exhaust manifold 13 to the heating heat exchanger 8th in derogation. The turbocharger 14 is in the second partial return 10b involved. The heating heat exchanger flow 9 and the main heat exchanger feed 6 have starting from a common connection to the cylinder crankcase 12 a common section 17 , The connection for the common section 17 on the cylinder crankcase 12 is arranged so that coolant from the heater core return 10 the cylinder head 11 flow through and into the common section 17 can flow without dealing with the coolant in the cylinder crankcase 12 noticeably to mix. This is preferably achieved by the connection of the main heat exchanger flow 6 near the cylinder head 11 is arranged. For controlling and regulating the coolant circuit 1 are a first 18 and a second actuator 19 provided, which together form a rotary valve. The two control elements 18 and 19 are stored in a housing, not shown, and rotatable in dependence on each other, wherein the adjusting elements 18 and 19 are each formed as a hollow body and have openings through the coolant in the respective control element 18 and or 19 can flow in and out. By rotation of the corresponding actuating element 18 and or 19 can their openings with corresponding connection openings in the housing of the rotary valve, where the hoses of the coolant circuit 1 are connected, are brought into variable overlap and thus defined flow paths through the rotary valve form. These are the control elements 18 and 19 tubular formed with openings in the lateral surface. The actuator 19 is axially aligned on the suction side with the main coolant pump 15 arranged while the first actuator 18 radially on the pressure side of the main coolant pump 15 is arranged. The first control element 18 serves to block the main heat exchanger return 7 if necessary. The second control element 19 is both in the main heat exchanger return 7 , as well as the heater core 9 integrated and is also from a branch 6a of the main heat exchanger flow 6 contacted. In the area between the main coolant pump 15 and second actuator 19 opens the second partial return 10b of the heater core return 10 , Between main coolant pump 15 and first actuator 18 separate over the second actuator 19 and the main coolant pump 15 co-running main heat exchanger return 7 and the heater core 9 on by the heater core 9 from the main heat exchanger return 7 branches. The coolant circuit 1 can be vented by known and not shown means for venting, preferably in a surge tank. The one from the first 18 and the second actuator 19 formed rotary valve is preferably switched so that after the commissioning of the internal combustion engine 2 below a predetermined limit temperature of the coolant or after stopping the engine 2 with already heated coolant, first the first actuator 18 shuts off the main heat exchanger return. The second control element 19 is switched so that coolant from the second partial return 10b to the main coolant pump 15 and from there into the heater core 9 but not via the main heat exchanger return 7 from the main heat exchanger 5 coming coolant and over the branch 6a from the common section 17 coming coolant in the second actuator 19 can penetrate. During this phase, heated coolant will reach the heater core 8th needed, the check valve opens 20 the heating heat exchanger flow 9 and the secondary coolant pump 16 circulates the coolant through the heating circuit 4 , In this case, the coolant is due to the rapidly warming exhaust gas turbocharger 14 and exhaust manifold 13 promoted so that the heater core 8th can be supplied comparatively quickly with sufficiently warm coolant, while the coolant in the cylinder crankcase 12 is mixed as little as possible and thus can heat up quickly to achieve the friction optimum of the cylinder in turn.

Bei steigender Kühlmitteltemperatur im Zylinderkurbelgehäuse 12 ist es zur Erreichung einer gleichmäßigen Erwärmung des darin enthaltenen Kühlmittels vorteilhaft, eine schwache Kühlmittelströmung im Zylinderkurbelgehäuse 12 zu erzeugen. Um dennoch weiterhin eine rasche Erwärmung des Kühlmittels im Zylinderkurbelgehäuse 12 beizubehalten, öffnet das erste Stellelement 18, während das zweite Stellelement 19 einen Strömungspfad vom Abzweig 6a zur Hauptkühlmittelpumpe 15 herstellt und die Hauptkühlmittelpumpe 15 das Kühlmittel aus dem Zylinderkurbelgehäuse 12 durch das zweite Stellelement 19 und das erste Stellelement 18 hindurch wieder in das Zylinderkurbelgehäuse 12 zirkuliert. Der Hauptwärmetauscher 5 wird somit nicht durchströmt. With rising coolant temperature in the cylinder crankcase 12 it is advantageous to achieve a uniform heating of the coolant contained therein, a weak flow of coolant in the cylinder crankcase 12 to create. Nevertheless, still a rapid heating of the coolant in the cylinder crankcase 12 maintain, opens the first actuator 18 while the second actuator 19 a flow path from the branch 6a to the main coolant pump 15 and the main coolant pump 15 the coolant from the cylinder crankcase 12 through the second actuator 19 and the first actuator 18 through back into the cylinder crankcase 12 circulated. The main heat exchanger 5 is thus not flowed through.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KühlmittelkreislaufCoolant circuit
22: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
33: HauptkreislaufMain circuit
44: Heizkreislaufheating circuit
55: HauptwärmetauscherMain heat exchanger
66: Hauptwärmetauscher-VorlaufMain heat exchanger Lead
6a6a: Abzweigjunction
77: Hauptwärmetauscher-RücklaufMain heat exchanger return
88th: HeizungswärmetauscherHeater core
99: Heizungswärmetauscher-VorlaufHeating heat exchanger Lead
1010: Heizungswärmetauscher-RücklaufHeater core return
10a10a: erster Teilrücklauffirst partial return
10b10b: zweiter Teilrücklaufsecond partial return
1111: Zylinderkopfcylinder head
1212: Zylinderkurbelgehäusecylinder crankcase
1313: Abgaskrümmerexhaust manifold
1414: Abgasturboladerturbocharger
1515: HauptkühlmittelpumpeMain coolant pump
1616: SekundärkühlmittelpumpeSecondary coolant pump
1717: gemeinsamer Abschnittcommon section
1818: erstes Stellelementfirst actuator
1919: zweites Stellelementsecond actuator
2020: Sperrventilcheck valve
2121: Rückschlagventilcheck valve
2222: Verzweigungsstellebranching point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19506935 C1 [0003]
DE 102007027719 A1 [0005]

Claims

Coolant circuit ( 1 ) for an internal combustion engine ( 2 ) of a motor vehicle, comprising a main circuit ( 3 ) with a main heat exchanger flow ( 6 ) upstream and a main heat exchanger return ( 7 ) downstream of a main heat exchanger ( 5 ), a heating circuit ( 4 ) with a heating heat exchanger flow ( 9 ) upstream and a heater core return ( 10 ) downstream of a heating heat exchanger ( 8th ), as well as an internal combustion engine ( 2 ) with at least one cylinder head ( 11 ), a cylinder crankcase ( 12 ), and at least one exhaust gas-carrying component ( 13 . 14 ), which are supplied with coolant from the coolant circuit ( 1 ) are beauschlagbar and fluidly connected to each other for this purpose, wherein a main coolant pump ( 15 ) in the main circuit ( 3 ) and a secondary coolant pump ( 16 ) in the heating circuit ( 4 ), characterized in that the heating heat exchanger return ( 10 ) on the cylinder head ( 11 ) or an exhaust-carrying component ( 13 . 14 ), the main heat exchanger flow ( 6 ) on the cylinder head ( 11 ) or the cylinder crankcase ( 12 ) and the main heat exchanger return ( 7 ) on the cylinder crankcase ( 12 ), the main heat exchanger flow ( 6 ) and the heating heat exchanger flow ( 9 ) a common section ( 17 ) exhibit.

Coolant circuit according to claim 1, characterized in that the main heat exchanger flow ( 6 ) on the cylinder crankcase ( 12 ) connected.

Coolant circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the main coolant pump ( 15 ) in the main heat exchanger return ( 7 ), wherein the main heat exchanger return ( 7 ) by a first actuator ( 18 ) can be shut off.

Coolant circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the secondary coolant pump ( 16 ) in the heating heat exchanger flow ( 9 ), wherein the heating circuit ( 4 ) from a check valve ( 20 ) can be shut off.

Coolant circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the main heat exchanger flow ( 6 ) so on the cylinder crankcase ( 12 ), that in the cylinder crankcase ( 12 ) located coolant with closed main heat exchanger return ( 7 ) and opened heating circuit ( 4 ) is mixed as little as possible.

Coolant circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the exhaust gas-carrying components ( 13 . 14 ) as integrated exhaust manifold ( 13 ) and / or exhaust gas turbocharger ( 14 ) are formed.

Coolant circuit according to claim 6, characterized in that the heating heat exchanger return ( 10 ) at a branching point ( 22 ) into a first partial return ( 10a ) into which the exhaust manifold ( 13 ) and the cylinder head ( 11 ) and a second partial return ( 10b ), in which the exhaust gas turbocharger ( 14 ), the second partial return ( 10b ) bypassing the internal combustion engine ( 2 ) into the main circuit ( 3 ) opens.

Coolant circuit according to claim 7, characterized in that in the first partial return ( 10a ) a check valve ( 21 ) is arranged.

Coolant circuit according to one of claims 3 to 8, characterized in that the first actuating element ( 18 ) and a second actuator ( 19 ) are arranged in a common housing and together form a rotary valve, wherein the first ( 18 ) and the second actuator ( 19 ) are hollow and each have a plurality of radial openings which, upon rotation of the first ( 18 ) and / or the second actuating element ( 19 ) can be overlapped with correspondingly corresponding openings in the housing to form a flow path for the coolant, wherein the main coolant pump designed as a centrifugal pump ( 15 ) the coolant axially from the second actuator ( 19 ) and radially to the first actuator ( 18 ) promotes.

Coolant circuit according to claim 9, characterized in that the main heat exchanger flow ( 6 ) a branch ( 6a ), which in the second actuator ( 19 ), the main heat exchanger return ( 7 ) and the branch ( 6a ) by the second actuator ( 19 ) are fluidically connectable, and that the second partial return ( 10b ) of the heating heat exchanger return ( 10 ) on the suction side to the main coolant pump ( 15 ) opens.

Coolant circuit according to claim 9, characterized in that the second actuating element ( 19 ) and the main coolant pump ( 15 ) a part of the heating heat exchanger flow ( 9 ) can form.