DE102010015107A1 - Coolant circuit for internal combustion engine of motor car, has secondary coolant pump producing coolant circulation through heating circuit according to turning off of combustion engine depending on detected actual coolant temperature - Google Patents
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Abstract
Description
Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein mehrere Teilkreisläufe aufweisender Kühlmittelkreislauf mit der Möglichkeit einer Nachlaufkühlung bei abgeschalteter Brennkraftmaschine.Coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a multi-circuit circuits exhibiting coolant circuit with the possibility of a follow-up cooling when the engine is switched off.
Derartige Kühlmittelkreisläufe werden im Kraftfahrzeugbau zur Abfuhr von beim Betrieb der Brennkraftmaschine entstehender Abwärme, beziehungsweise zur gezielten Temperierung weiterer Fahrzeugkomponenten mit eben dieser, genutzt. Außerdem sollen diverse Komponenten der Brennkraftmaschine nach dem Abstellen derselben vor einer Schädigung durch einen Hitzestau geschützt werden.Such coolant circuits are used in the automotive industry to dissipate waste heat arising during operation of the internal combustion engine, or for targeted temperature control of further vehicle components with precisely this. In addition, various components of the internal combustion engine are to be protected after the parking of the same from damage by heat accumulation.
Die gattungsbildende
Die
Die
Nachteilig an dem gezeigten Stand der Technik ist die geringe Flexibilität in Bezug auf die Nutzung der verschiedenen zur Verfügung stehenden Teilkreisläufe und der darin eingebundenen Wärmetauscher zur Wärmeabfuhr nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine.A disadvantage of the prior art shown is the low flexibility with respect to the use of the various available subcircuits and the heat exchangers incorporated therein for heat dissipation after switching off the internal combustion engine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei der verschiedene Teilkreisläufe flexibel für eine Nachlaufkühlung der Brennkraftmaschine nutzbar sind.The object of the present invention is therefore to provide a coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle, in which different partial circuits can be used flexibly for a follow-up cooling of the internal combustion engine.
Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Hauptkreislauf mit einem Hauptwärmetauscher-Vorlauf und einem Hauptwärmetauscher-Rücklauf zur strömungstechnischen Verbindung eines Hauptwärmetauschers mit der Brennkraftmaschine, einen Heizkreislauf mit einem Heizungswärmetauscher-Vorlauf und einem Heizungswärmetauscher-Rücklauf zur strömungstechnischen Verbindung eines Heizungswärmetauschers mit der Brennkraftmaschine, wobei der Heizkreislauf und der Hauptkreislauf einen gemeinsamen Abschnitt aufweisen, so dass Kühlmittel in Abhängigkeit eines Stellelements und/oder eines ersten Sperrventils zwischen Hauptkreislauf und Heizkreislauf überströmen kann, sowie eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, einem Zylinderkurbelgehäuse, und mindestens einem abgasführenden Bauteil, die mit Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf beaufschlagbar und zu diesem Zweck strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei eine Hauptkühlmittelpumpe in dem Hauptkreislauf und eine Sekundärkühlmittelpumpe in dem Heizkreislauf angeordnet sind, und wobei der Heizungswärmetauscher-Rücklauf an mindestens einem der abgasführenden Bauteile angeschlossen ist, so dass die Sekundärkühlmittelpumpe während einer Nachlaufphase nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine, in Abhängigkeit einer von einem Temperatursensor erfassten Ist-Kühlmitteltemperatur, eine Kühlmittelzirkulation zumindest durch den Heizkreislauf erzeugen kann.Coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising a main circuit with a main heat exchanger flow and a main heat exchanger return to the fluidic connection of a main heat exchanger with the internal combustion engine, a heating circuit with a heater core and a heat exchanger return to the fluidic connection of a heat exchanger with the internal combustion engine, wherein the heating circuit and the main circuit have a common portion, so that coolant can flow in dependence of an actuating element and / or a first shut-off valve between the main circuit and the heating circuit, and an internal combustion engine with at least one cylinder head, a cylinder crankcase, and at least one exhaust gas-carrying component with Coolant can be acted upon from the coolant circuit and fluidly connected to each other for this purpose, with a Hau pt coolant pump in the main circuit and a secondary coolant pump are arranged in the heating circuit, and wherein the heater core return is connected to at least one of the exhaust gas-carrying components, so that the secondary coolant pump during a follow-up phase after switching off the internal combustion engine, depending on an actual detected by a temperature sensor Coolant temperature, a coolant circulation can generate at least through the heating circuit.
Indem mindestens eins der abgasführenden Bauteile in den Heizkreislauf eingebunden ist und eine Kühlmittelzirkulation im Heizkreislauf auch nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine durch die Sekundärkühlmittelpumpe in Abhängigkeit einer von einem Temperatursensor erfassten Ist-Kühlmitteltemperatur erzeugt werden kann, lässt sich das entsprechende abgasführende Bauteil während einer Nachlaufphase kontrolliert abkühlen. Dadurch kann ein Hitzestau in den Bauteilen vermieden werden, der ansonsten zu Beschädigungen führen könnte. Da Heizkreislauf und Hauptkreislauf über einen gemeinsamen Abschnitt verfügen, kann Kühlmittel zwischen beiden in Abhängigkeit eines Stellelements und/oder eines ersten Sperrventils überströmen. Bei Bedarf kann somit zusätzlich zum Heizungswärmetauscher des Heizkreislaufs, der Hauptwärmetauscher des Hauptkreislaufes für die Nachlaufkühlung der Brennkraftmaschine benutzt werden, wobei die Kühlmittelzirkulation in beiden Kreisläufen von der Sekundärkühlmittelpumpe im Heizkreislauf erzeugt wird. Durch eine permanente Nachjustierung des Stellelements kann die Abkühlung der Brennkraftmaschine gesteuert, insbesondere verlangsamt, werden. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft bei einem erneuten Start des Motors nach einer gewissen Abstellzeit. Weiterhin kann der Kühlmittelfluss durch den Heizungswärmetauscher in der Nachlaufphase auch für eine Beheizung des Fahrgastraumes genutzt werden, wenn Umgebungsluft über den Heizungswärmetauscher in den Fahrgastraum gefördert wird. Die Brennkraftmaschine kann darüber hinaus weitere Bauteile aufweisen, wie zum Beispiel zwei Zylinderköpfe in V-Anordnung oder drei Zylinderköpfe in W-Anordnung, sowie diverse Nebenaggregate. Diese können über weitere Teilkreisläufe in den erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf eingebunden werden.By at least one of the exhaust gas-carrying components is integrated into the heating circuit and a coolant circulation in the heating circuit even after the shutdown of the internal combustion engine by the Secondary coolant pump can be generated as a function of an actual coolant temperature detected by a temperature sensor, the corresponding exhaust-gas-conducting component can be cooled controlled controlled during a follow-up phase. As a result, heat build-up in the components can be avoided, which could otherwise lead to damage. Since heating circuit and main circuit have a common section, coolant can flow between them in response to an actuating element and / or a first check valve. If required, in addition to the heating heat exchanger of the heating circuit, the main heat exchanger of the main circuit can be used for the aftercooling of the internal combustion engine, wherein the coolant circulation is generated in both circuits by the secondary coolant pump in the heating circuit. By a permanent readjustment of the control element, the cooling of the internal combustion engine can be controlled, in particular slowed down. This proves to be particularly advantageous in a restart of the engine after a certain shutdown time. Furthermore, the coolant flow through the heating heat exchanger in the follow-up phase can also be used for heating the passenger compartment when ambient air is conveyed into the passenger compartment via the heater core. The internal combustion engine may also have other components, such as two cylinder heads in V-arrangement or three cylinder heads in W arrangement, as well as various ancillaries. These can be integrated into the coolant circuit according to the invention via further partial circuits.
In einer bevorzugten Ausführung stellt das Stellelement und/oder das erste Sperrventil während der Nachlaufphase eine Kühlmittelzirkulation durch den Heizkreislauf und den Hauptkreislauf ein. Eine besonders effiziente Nachlaufkühlung der Brennkraftmaschine wird durch die gleichzeitige Nutzung des Hauptwärmetauschers im Hauptkreislauf und des Heizungswärmetauschers im Heizkreislauf erzielt.In a preferred embodiment, the adjusting element and / or the first check valve during the follow-up phase, a coolant circulation through the heating circuit and the main circuit. A particularly efficient follow-up cooling of the internal combustion engine is achieved by the simultaneous use of the main heat exchanger in the main circuit and the heating heat exchanger in the heating circuit.
In einer bevorzugten Ausführung ermittelt der Temperatursensor die Ist-Kühlmitteltemperatur des im Zylinderkopf befindlichen Kühlmittels. Der Temperatursensor ist vorzugsweise im Zylinderkopf angeordnet und übermittelt seine Daten zur Auswertung an ein Steuergerät, welches daraufhin das Stellelement und/oder das erste Sperrventil und/oder die Sekundärkühlmittelpumpe ansteuert.In a preferred embodiment, the temperature sensor determines the actual coolant temperature of the coolant located in the cylinder head. The temperature sensor is preferably arranged in the cylinder head and transmits its data for evaluation to a control unit, which then actuates the control element and / or the first check valve and / or the secondary coolant pump.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Hauptkühlmittelpumpe im Hauptwärmetauscher-Rücklauf angeordnet, wobei der Hauptwärmetauscher-Rücklauf durch das Stellelement oder ein weiteres Stellelement absperrbar ist. Indem das erste oder ein weiteres Stellelement den Hauptwärmetauscher-Rücklauf vorzugsweise stromab der Hauptkühlmittelpumpe versperrt, kann eine Rückzirkulation des Kühlmittels aus dem Hauptwärmetauscher in die Brennkraftmaschine unterbunden werden.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 the actuator or another actuator. By the first or another actuator blocking the main heat exchanger return preferably downstream of the main coolant pump, a recirculation of the coolant from the main heat exchanger into the internal combustion engine can be prevented.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Sekundärkühlmittelpumpe im Heizungswärmetauscher-Vorlauf angeordnet, wobei der Heizkreislauf von einem ersten Sperrventil absperrbar ist. Das erste Sperrventil ist vorzugsweise stromauf der Sekundärkühlmittelpumpe angeordnet und versperrt den Heizkreislauf, wenn kein Kühlmittel am Heizungswärmetauscher benötigt wird, beispielsweise bei einer ausbleibenden Heizleistungsanforderung. Der Heizkreislauf ist indes geöffnet, wenn das mindestens eine abgasführende Bauteil und/oder der Zylinderkopf Kühlmittel benötigen. Wird in diesem Fall dennoch keine Heizleistung für den Fahrgastraum angefordert, so wird die Durchströmung des Heizungswärmetauschers mit Umgebungsluft unterlassen.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 first shut-off valve. The first check valve is preferably located upstream of the secondary coolant pump and blocks the heating circuit when no coolant is needed on the heater core, for example, a lack of heating power requirement. The heating circuit is, however, open when the at least one exhaust gas-carrying component and / or the cylinder head require coolant. If, in this case, no heating power is requested for the passenger compartment, the flow through the heating heat exchanger with ambient air is omitted.
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. Der Abgasturbolader und der integrierte Abgaskrümmer sind somit in zwei separaten Teilkreisläufen mit zugehöriger Verschlauchung angeordnet, wodurch keine interne Verbindung zum Zwecke des Kühlmittelaustauschs vorgesehen werden muss.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. The exhaust gas turbocharger and the integrated exhaust manifold are thus arranged in two separate sub-circuits with associated tubing, whereby no internal connection for the purpose of coolant exchange must be provided.
In einer bevorzugten Ausführung sind das Stellelement und das weitere Stellelement in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und bilden zusammen einen Drehschieber, wobei das Stellelement und das weitere 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 Strömungswegs für das Kühlmittel überschnitten werden können und wobei die als Kreiselpumpe ausgebildete Hauptkühlmittelpumpe das Kühlmittel axial aus dem Stellelement ansaugt und radial zu dem weiteren Stellelement fördert. Eine solche Drehschieberanordnung erlaubt eine weitestgehend flexible Verteilung von Kühlmittel auf die angeschlossenen Teilkreisläufe, wobei vorzugsweise nur das Stellelement angetrieben ist und sich das weitere Stellelement in Abhängigkeit vom Stellelement verdrehen lässt. Die Integration der Hauptkühlmittelpumpe in das Drehschiebergehäuse erlaubt eine besonders kompakte Bauweise.In a preferred embodiment, the control element and the further control element are arranged in a common housing and together form a rotary valve, wherein the control element and the further control element 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 and wherein the centrifugal pump designed as the main coolant pump sucks the coolant axially from the actuator and promotes radially to the other actuator. Such a rotary valve arrangement allows a largely flexible distribution of coolant to the connected subcircuits, wherein preferably only the actuating element is driven and can be rotated depending on the actuating element, the further actuating element. The integration of the main coolant pump in the rotary valve housing allows a particularly compact design.
In einer bevorzugten Ausführung bilden der Hauptwärmetauscher-Vorlauf und der Heizungswärmetauscher-Vorlauf den gemeinsamen Abschnitt aus, wobei der gemeinsame Abschnitt und der Hauptwärmetauscher-Rücklauf jeweils an dem Zylinderkurbelgehäuse angeschlossen sind.In a preferred embodiment, the main heat exchanger feed and the heater core feed the common portion, with the common portion and the main heat exchanger return respectively connected to the cylinder crankcase.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Hauptwärmetauscher-Vorlauf einen Abzweig auf, der in das Stellelement mündet, wobei der Hauptwärmetauscher-Rücklauf und der Abzweig durch das Stellelement strömungstechnisch verbindbar sind, und dass der zweite Teilrücklauf des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs saugseitig an die Hauptkühlmittelpumpe mündet. Während der Nachlaufphase sperrt das weitere Stellelement den Hauptwärmetauscher-Rücklauf stromab der Hauptkühlmittelpumpe, das Stellelement öffnet einen Strömungsweg vom zweiten Teilrücklauf zum Hauptwärmetauscher-Rücklauf, so dass der Hauptwärmetauscher vom Hauptwärmetauscher-Rücklauf in Richtung Hauptwärmetauscher-Vorlauf durchströmt wird, und das erste Sperrventil öffnet den Heizungswärmetauscher-Vorlauf.In a preferred embodiment, the main heat exchanger flow has a branch, which opens into the control element, wherein the main heat exchanger return and the branch are fluidically connectable by the actuator, and that the second partial return of the heater core return flows on the suction side of the main coolant pump. During the follow-up phase, the further actuator locks the main heat exchanger return downstream of the main coolant pump, the actuator opens a flow path from the second partial return to the main heat exchanger return, so that the main heat exchanger is flowed through from the main heat exchanger return towards the main heat exchanger flow, and the first check valve opens the Heating heat exchanger supply line.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Stellelement als Thermostatventil ausgebildet und der Hauptwärmetauscher-Vorlauf weist einen Abzweig auf, der in das Thermostatventil mündet, wobei der Hauptwärmetauscher-Rücklauf und der Abzweig durch das Thermostatventil strömungstechnisch verbindbar sind, und wobei der zweite Teilrücklauf des Heizungswärmetauscher-Rücklaufs saugseitig an die Hauptkühlmittelpumpe mündet. Durch ein derartiges Thermostatventil lässt sich ein erfindungemäßer Kühlmittelkreislauf besonders kostengünstig bereitstellen.In a preferred embodiment, the actuator is designed as a thermostatic valve and the main heat exchanger flow has a branch, which opens into the thermostatic valve, wherein the main heat exchanger return and the branch are fluidically connected through the thermostatic valve, and wherein the second partial return of the heating heat exchanger return the suction side opens to the main coolant pump. Such a thermostatic valve makes it possible to provide a coolant circuit according to the invention in a particularly cost-effective manner.
In einer bevorzugten Ausführung bilden der Hauptwärmetauscher-Rücklauf und der Heizungswärmetauscher-Vorlauf den gemeinsamen Abschnitt aus, wobei der gemeinsame Abschnitt und der Hauptwärmetauscher-Vorlauf jeweils an dem Zylinderkurbelgehäuse angeschlossen sind.In a preferred embodiment, the main heat exchanger return and the heater core supply form the common section with the common section and the main heat exchanger header respectively connected to the cylinder crankcase.
In einer bevorzugten Ausführung zweigt stromauf der Sekundärkühlmittelpumpe ein weiterer Abzweig aus dem Heizungswärmetauscher-Vorlauf zum Zylinderkopf ab, wobei der weitere Abzweig von einem zweiten Sperrventil absperrbar ist. Während der Nachlaufphase öffnet das Thermostatventil einen Strömungsweg vom zweiten Teilrücklauf zum Hauptwärmetauscher-Rücklauf, das erste Sperrventil öffnet den Heizungswärmetauscher-Vorlauf und das zweite Sperrventil sperrt den weiteren Abzweig. Das zweite Sperrventil im weiteren Abzweig verhindert, dass die Sekundärkühlmittelpumpe Kühlmittel aus dem Zylinderkopf ansaugt bzw. der Heizungswärmetauscher ungewollt durchströmt wird.In a preferred embodiment, another branch branches off from the heating heat exchanger feed line to the cylinder head upstream of the secondary coolant pump, wherein the further branch can be shut off by a second shut-off valve. During the follow-up phase, the thermostatic valve opens a flow path from the second partial return to the main heat exchanger return, the first check valve opens the heater core and the second check valve blocks the other branch. The second shut-off valve in the further branch prevents the secondary coolant pump from sucking in coolant from the cylinder head or the heating heat exchanger from flowing through unintentionally.
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:
Gemäß
Der aus dem Stellelement
Die beiden Stellelemente
Gemäß
Zur Steuerung und Regelung des Kühlmittelkreislaufs
Bezugszeichenliste LIST 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
- 9a9a
- (weiterer) Abzweig(further) branch
- 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
- Stellelementactuator
- 1919
- (weiteres) Stellelement(further) control element
- 2020
- erstes Sperrventilfirst shut-off valve
- 2121
- Rückschlagventilcheck valve
- 2222
- Verzweigungsstellebranching point
- 2323
- Temperatursensortemperature sensor
- 2424
- Thermostatventilthermostatic valve
- 2525
- zweites Sperrventilsecond shut-off valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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