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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Brennräume aufweisenden Kurbelgehäuse, einem an dem Kurbelgehäuse angeordneten Zylinderkopf und einer Kühleinrichtung, wobei die Kühleinrichtung mindestens einen ersten Kühlmantel und mindestens einem zweiten Kühlmantel aufweist, wobei der erste Kühlmantel zur zumindest bereichsweisen Kühlung des Kurbelgehäuses und der zweite Kühlmantel zur zumindest bereichsweisen Kühlung des Zylinderkopfs vorgesehen sind, wobei der erste Kühlmantel über mindestens einen ersten Fluidbereich, dem über mindestens einen Kühlmittelanschluss Kühlmittel zuführbar ist, und einen mit dem ersten Fluidbereich über einen zumindest bereichsweise zwischen den Brennräumen vorgesehenen Kühldurchgang fluidverbundenen zweiten Fluidbereich verfügt, und wobei ein zumindest bereichsweise zwischen den Brennräumen verlaufender Kühlkanal vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
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Brennkraftmaschinen mit einer Kühleinrichtung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die hier vorgestellte Brennkraftmaschine weist das Kurbelgehäuse und den Zylinderkopf auf. in dem Kurbelgehäuse ist zumindest ein Brennraum, in den meisten Fällen jedoch mehrere Brennräume vorgesehen. In die Brennräume der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Kurbelgehäuses wird während eines Betriebs der Brennkraftmaschine Brennstoff eingebracht und entzündet. Durch die Verbrennung des Brennstoffs in dem Brennraum wird ein in dem Brennraum angeordneter Kolben verlagert. Der Kolben ist beispielsweise mit einem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine verbunden, über welchen die bei der Verbrennung entstandene Energie beispielsweise an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass die Brennräume in dem Kurbelgehäuse als randoffene Ausnehmungen vorliegen, welche mittels des Zylinderkopfes verschlossen werden. Die Brennräume müssen jedoch nicht vollständig in dem Kurbelgehäuse vorgesehen sein. Vielmehr können sie teilweise von dem Kurbelgehäuse und teilweise von dem Zylinderkopf ausgebildet sein.
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Die Brennkraftmaschine weist weiterhin die Kühleinrichtung auf. Diese besteht aus dem mindestens einen ersten Kühlmantel und dem mindestens einen zweiten Kühlmantel. Der erste Kühlmantel ist dabei dem Kurbelgehäuse und der zweite Kühlmantel dem Zylinderkopf zugeordnet und dienen jeweils zu deren Kühlung. Vorzugsweise sind der erste und/oder der zweite Kühlmantel jeweils in das Kurbelgehäuse beziehungsweise den Zylinderkopf integriert. Der erste Kühlmantel ist üblicherweise in mindestens zwei Bereiche aufteilbar, nämlich den ersten Fluidbereich und den zweiten Fluidbereich. Der erste Fluidbereich verfügt über den Kühlmittelanschluss, über welchen ihm Kühlmittel zuführbar ist. In einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ist es üblicherweise vorgesehen, dass das Kühlmittel über einen weiteren Kühlmittelanschluss in den zweiten Fluidbereich eingebracht wird, von welchem es in den ersten Fluidbereich strömt. Anschließend kann das Kühlmittel aus dem ersten Fluidbereich entnommen oder dem zweiten Kühlmantel zugeführt und anschließend aus diesem entnommen werden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dem ersten Fluidbereich über den Kühlmittelanschluss Kühlmittel zuzuführen, wobei das Kühlmittel nach dem Einbringen über den Kühlmittelanschluss von dem ersten Fluidbereich in den zweiten Fluidbereich strömt. Aus dem zweiten Fluidbereich des ersten Kühlmantels wird das Kühlmittel nach dem Durchströmen des Kühldurchgangs entnommen, um nachfolgend gekühlt und erneut der Kühleinrichtung zugeführt zu werden. Zur Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidbereich ist der Kühldurchgang vorgesehen, welcher dazu sowohl mit dem ersten Fluidbereich als auch dem zweiten Fluidbereich fluidverbunden ist. Der Kühldurchgang ist dabei zumindest bereichsweise zwischen den Brennräumen vorgesehen, so dass durch ihn hindurch strömendes Kühlmittel zu deren Kühlung beiträgt. Der Kühldurchgang ist dem ersten Kühlmantel zugeordnet und daher beispielsweise in dem Kurbelgehäuse ausgebildet.
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In Zukunft wird der schnellen Aufheizung der Brennkraftmaschine eine hohe Bedeutung zukommen, um zum einen im MVEG-Zyklus durch die schnelle Aufheizung einen Motorreibungsvorteil und damit einen niedrigen Verbrauch der Brennkraftmaschine zu erzielen. Zum anderen kann durch die schnelle Aufheizung der Komfort eines Fahrzeugs, welches die Brennkraftmaschine aufweist, erhöht werden, weil beispielsweise eine Innenraumheizung des Fahrzeugs schneller verfügbar ist. Um die Brennkraftmaschine schnell aufzuheizen wird nach einem Start der Brennkraftmaschine das Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, in der Kühleinrichtung, das heißt dem ersten und dem zweiten Kühlmantel, nicht oder nur minimal bewegt. Dies geschieht üblicherweise so lange, bis an den heißesten Stellen der Brennkraftmaschine eine Kühlung durch das Kühlmittel erforderlich ist. In der Regel ist dies zuerst am Zylinderkopf und in einem Stegbereich des Kurbelgehäuses der Fall. Hochbelastete Brennkraftmaschinen sind daher oft mit einer Stegkühlung im Kurbelgehäuse ausgestattet, bei welcher ein kleiner Volumenstrom des Kühlmittels durch einen Kühlkanal im Stegbereich zwischen den Brennräumen hindurch geleitet wird, um diesen zu kühlen. Der Kühlkanal ist demnach der Stegkühlung des Kurbelgehäuses zuzuordnen. Üblicherweise ist die Stegkühlung beziehungsweise der Kühlkanal auf beiden Seiten an den Wassermantel des Kurbelgehäuses, also den ersten Kühlmantel, angebunden.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen weisen jedoch den Nachteil auf, dass für eine Durchströmung des Kühlkanals mit Kühlmittel der gesamte erste Kühlmantel des Kurbelgehäuses durchströmt werden muss, sobald dies zur Kühlung des Stegbereiches notwendig ist. Somit werden auch andere Bereiche der Brennkraftmaschine um den ersten Kühlmantel herum gekühlt und somit der Motorreibungsvorteil nicht mehr erzielt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche diesen Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere gleichzeitig eine Kühlung des Stegbereichs mittels des Kühlkanals und die Ausnutzung des Motorreibungsvorteils erlaubt.
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Dies wird mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Kühlkanal dem Kühlmittelanschluss zugeordnet ist und auf seiner einen Seite im Bereich des Kühlmittelanschlusses zumindest an den ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels und auf seiner anderen Seite an den zweiten Kühlmantel angeschlossen ist. Unter der Zuordnung des Kühlkanals zu dem Kühlmittelanschluss ist dabei zu verstehen, dass der Kühlkanal in unmittelbarer Nähe zu dem Kühlmittelanschluss an den ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels angeschlossen ist. Auf seiner anderen Seite soll der Kühlkanal an den zweiten Kühlmantel angeschlossen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Brennkraftmaschine ist die Fluidverbindung zwischen dem ersten Kühlmantel und dem zweiten Kühlmantel ausschließlich über den Kühlkanal hergestellt. Es ist demnach keine weitere Verbindung zwischen dem ersten Kühlmantel und den zweiten Kühlmantel vorgesehen. Dem zweiten Kühlmantel ist demnach das Kühlmittel lediglich über den Kühlkanal zuführbar. Das dem ersten Kühlmantel über den Kühlmittelanschluss zugeführte Kühlmittel gelangt dabei aus dem ersten Kühlmantel zunächst in den Kühlkanal und anschließend in den zweiten Kühlmantel.
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Die Zufuhr des Kühlmittels zu der Kühleinrichtung ist lediglich für den ersten Kühlmantel vorgesehen. Üblicherweise ist keine direkte Versorgung des zweiten Kühlmantels mit Kühlmittel vorgesehen. Bedingt durch den Anschluss des Kühlkanals auf seiner einen Seite im Bereich des Kühlmittelanschlusses an den ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels und den Anschluss seiner anderen Seite an den zweiten Kühlmantel, wird eine indirekte Zuführung des Kühlmittels in den zweiten Kühlmantel aus dem ersten Kühlmantel erreicht. Weil der Kühlkanal im Bereich des Kühlmittelanschlusses an den ersten Fluidbereich angeschlossen ist, kann auch bei einer Zuführung von Kühlmittel in den ersten Kühlmantel der Kühlkanal und der zweite Kühlmantel mit Kühlmittel versorgt werden, ohne dass dieses den ersten Kühlmantel vollständig durchströmt. Durch die Anordnung des Anschlusses des Kühlkanals an den ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels im Bereich des Kühlmittelanschlusses wird also erreicht, dass das in dem ersten Kühlmantel befindliche Kühlmittel zu einem wesentlichen Teil ruht, obwohl dem Kühlkanal und dem zweiten Kühlmantel Kühlmittel zugeführt wird. Dabei wird keine beziehungsweise nur eine minimale Strömung in dem ersten Kühlmantel des Kurbelgehäuses induziert. Auf diese Weise kann das Kühlmittel in dem ersten Kühlmantel in einem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine deutlich länger stehen gelassen werden und so der Motorreibungsvorteil ausgenutzt werden und gleichzeitig der Stegbereich mittels des Kühlkanals und der Zylinderkopf gekühlt werden. Dabei ist es üblicherweise lediglich in einem Aufwärmbetrieb vorgesehen, der der Kühleinrichtung beziehungsweise dem ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels über den Kühlmittelanschluss Kühlmittel zuzuführen, womit das im Wesentlichen stehende Kühlmittel erreicht wird. In einem Normalbetrieb kann zusätzlich oder alternativ das Kühlmittel über einen weiteren Kühlmittelanschluss beispielsweise dem zweiten Fluidbereich zugeführt werden, aus welchem es in den ersten Fluidbereich und weiter in den zweiten Kühlmantel, insbesondere durch den Kühlkanal, gelangt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkanal mit seiner einen Seite und/oder der erste Fluidbereich des ersten Kühlmantels an den zweiten Kühlmantel angeschlossen ist. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist der Kühlkanal zunächst auf seiner einen Seite an den ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels angeschlossen. Zusätzlich ist es nun vorgesehen, dass der Kühlkanal mit seiner einen Seite auch an den zweiten Kühlmantel angeschlossen ist. Über die eine Seite des Kühlkanals besteht demnach eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels und dem zweiten Kühlmantel. Eine solche Fluidverbindung muss jedoch nicht über den Kühlkanal hergestellt sein. Vielmehr kann der erste Fluidbereich des ersten Kühlmantels auch direkt an den zweiten Kühlmantel angeschlossen sein. Es liegt demnach sowohl die Fluidverbindung zwischen dem ersten Kühlmantel und dem zweiten Kühlmantel über den Kühlkanal als auch eine direkte Fluidverbindung zwischen den beiden vor.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Anschluss des Kühlkanals an den zweiten Kühlmantel auf seiner einen Seite und/oder der Anschluss des ersten Fluidbereichs des ersten Kühlmantels an den zweiten Kühlmantel einen geringeren Strömungsquerschnitt aufweist als der Anschluss an den zweiten Kühlmantel auf der anderen Seite des Kühlkanals und/oder als der Kühlkanal. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Strömungswiderstand durch den Anschluss des Kühlkanals an den zweiten Kühlmantel beziehungsweise des gesamten Kühlkanals geringer ist als der Strömungswiderstand des Anschlusses des Kühlkanals an den zweiten Kühlmantel beziehungsweise der Anschluss des ersten Kühlmantels an den zweiten Kühlmantel. Somit durchströmt das Kühlmittel bevorzugt den Kühlkanal. Dies ist insbesondere bei einem geringen Druckunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmantel beziehungsweise bei geringer Zuflussrate (Massen- beziehungsweise Volumenstrom) des Kühlmittels durch den Kühlmittelanschluss gegeben. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Kühlmittel stets den Kühlkanal durchströmt und nicht direkt aus dem ersten Kühlmantel in den zweiten Kühlmantel übergeht.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Kühlmittelanschluss eine Kühlmittelleiste zugeordnet ist, welcher mittels einer Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine und/oder einer, insbesondere eine geringere Pumpleistung als die Kühlmittelpumpe aufweisenden, weiteren Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine Kühlmittel zuführbar ist. Die Kühlmittelpumpe ist beispielsweise eine Hauptkühlmittelpumpe, die weitere Kühlmittelpumpe eine Sekundärkühlmittelpumpe. Die Sekundärkühlmittelpumpe weist beispielsweise eine geringere Pumpleistung auf als die Hauptkühlmittelpumpe. Mittels der Kühlmittelpumpe beziehungsweise der weiteren Kühlmittelpumpe ist Kühlmittel der Kühlmittelleiste zuführbar. Über die Kühlmittelleiste ist der Kühlmittelanschluss und/oder der weitere Kühlmittelanschluss mit Kühlmittel beaufschlagbar. Das bedeutet, dass der Kühlmittelanschluss und/oder der weitere Kühlmittelanschluss eine Fluidverbindung zu der Kühlmittelleiste aufweist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kühlmittelpumpe lediglich zu dem weiteren Kühlmittelanschluss und die weitere Kühlmittelpumpe zu dem Kühlmittelanschluss eine Fluidverbindung aufweist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Kühlmittelanschlüsse vorgesehen sind, welche an die gemeinsame Kühlmittelleiste angeschlossen sind, wobei zumindest einem der Kühlmittelanschlüsse der Kühlkanal zugeordnet ist. Die Kühlmittelleiste ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehrere Kühlmittelanschlüsse vorliegen. Sie ist in diesem Fall als gemeinsame Kühlmittelleiste ausgebildet, an welche zumindest einer der Kühlmittelanschlüsse, vorzugsweise alle Kühlmittelanschlüsse, angeschlossen sind. Über die gemeinsame Kühlmittelleiste können in letzterem Fall die Kühlmittelanschlüsse der Kühleinrichtung gleichmäßig mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, den zumindest einen Kühlkanal mit Kühlmittel zu beaufschlagen, ohne dass eine unerwünschte Kühlmittelströmung in dem ersten Kühlmantels induziert wird. Zu diesem Zweck ist vorteilhafterweise jedem der Kühlmittelanschlüsse ein Kühlkanal zugeordnet. Durch die Kühlmittelanschlüsse in den ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels einströmendes Kühlmittel wird also, bedingt durch die Anordnung des Kühlkanals beziehungsweise des Anschlusses des Kühlkanals im Bereich des Kühlmittelanschlusses, unmittelbar in den Kühlkanal geleitet, ohne dass die Strömung in dem ersten Kühlmantel induziert wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels der Kühlmittelpumpe einem Primärkühlmittelanschluss des Zuführbereichs Kühlmittel zuführbar ist, wobei der Primärkühlmittelanschluss von dem Kühlmittelanschluss beabstandet angeordnet ist. Neben dem mindestens einen Kühlmittelanschluss, welchem der Kühlkanal zugeordnet ist, kann also zusätzlich der Primärkühlmittelanschluss vorgesehen sein. Dieser mündet in den ersten und/oder zweiten Fluidbereich des ersten Kühlmantels. Über den Primärkühlmittelanschluss kann, beispielsweise mittels der Kühlmittelpumpe, dem ersten und/oder dem zweiten Fluidbereich Kühlmittel zugeführt werden, so dass das Kurbelgehäuse mittels des ersten Kühlmantels gekühlt ist. Bei einer Kühlmittelzufuhr über den Primärkühlmittelanschluss ist demnach eine gute Kühlung des Kurbelgehäuses beabsichtigt. Der Primärkühlmittelanschluss ist daher derart angeordnet, dass die bei dem Aufwärmen der Brennkraftmaschine unerwünschte Strömung in dem ersten Kühlmantel angeregt wird. Dies wird insbesondere durch eine beabstandete Anordnung des Primärkühlmittelanschlusses zu dem Kühlmittelanschluss erreicht. Das Zuführen des Kühlmittels über den Primärkühlmittelanschluss ist vorzugsweise in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen. Dagegen ist in einem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen, lediglich über den Kühlmittelanschluss das Kühlmittel zuzuführen, um die Anregung der Strömung in dem ersten Kühlmantel möglichst zu vermeiden. Vorzugsweise ist mittels des Primärkühlmittelanschlusses, entsprechend dem weiteren Kühlmittelanschluss, eine Zuführung des Kühlmittels lediglich in den zweiten Fluidbereich vorgesehen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kühlmittelleiste einen Kühlkreis eines integrierten Abgaskrümmers zumindest bereichsweise bildet. Die Brennkraftmaschine weist demnach einen integrierten Abgaskrümmer auf. Unter einem integrierten Abgaskrümmer ist ein Abgaskrümmer zu verstehen, welcher einteilig mit dem Zylinderkopf ausgebildet ist. Die Kühlmittelleiste kann demnach den zweiten Kühlmantel zumindest bereichsweise mit ausbilden beziehungsweise einen zusätzlichen Kühlkreis bilden. Auf diese Weise lässt sich eine äußerst kompakte Brennkraftmaschine realisieren, die dennoch mittels der Kühleinrichtung, welcher die Kühlmittelleiste zugeordnet ist, effizient kühlbar ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühldurchgang einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist als der Kühlkanal und/oder die Anschlüsse des Kühlkanals. Über den Kühldurchgang ist eine unmittelbare Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidbereich und dem zweiten Fluidbereich des ersten Kühlmantels gegeben. Der größere Strömungsquerschnitt des Kühldurchgangs bewirkt, dass der Strömungswiderstand des Kühldurchgangs geringer ist, als der des Kühlkanals beziehungsweise der Anschlüsse des Kühlkanals. Das in den ersten Fluidbereich eingebrachte Kühlmittel wird daher, wenn es nicht in unmittelbarer Nähe des Kühlkanals in den ersten Fluidbereich eingebracht wird, den Kühldurchgang bevorzugt durchströmen. Lediglich durch die Anordnung des Anschlusses des Kühlkanals im Bereich des Kühlmittelanschlusses wird ein Durchströmen des Kühldurchgangs durch das Kühlmittel (insbesondere während des Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine) im Wesentlichen unterbunden und somit die Anregung der Strömung in dem ersten Kühlmantel verhindert. Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Kühldurchgang einen kleineren beziehungsweise einen gleichgroßen Strömungsquerschnitt aufweist wie der Kühlkanal und/oder die Anschlüsse des Kühlkanals. In diesem Fall durchströmt das Kühlmittel, wenn es in den ersten Fluidbereich eingebracht wird, bevorzugt den Kühlkanal. Erst bei ausreichend hohem Druckunterschied des Kühlmittels beziehungsweise einer entsprechend großen Zuflussrate wird in diesem Fall auch der Kühldurchgang zur Kühlung des Kurbelgehäuses durchströmt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlmittelanschluss und der Kühlkanal, insbesondere in lateraler Richtung, versetzt zu dem Kühldurchgang angeordnet sind. Vorzugsweise sind der Kühlmittelanschluss und der Kühlkanal – in lateraler Richtung gesehen – an derselben Position angeordnet, so dass das Kühlmittel bei einem Einbringen in den ersten Fluidbereich durch den Kühlmittelanschluss direkt in den Kühlkanal einströmen kann. Durch die versetzte Anordnung des Kühlmittelanschlusses und des Kühlkanals zu dem Kühldurchgang wird ein Durchströmen des Kühldurchgangs durch das durch den Kühlmittelanschluss eingebrachte Kühlmittel zumindest bei geringer Zuflussrate des Kühlmittels im Wesentlichen unterbunden, so dass das Kühlmittel in den Kühlkanal einströmt. Die versetzte Anordnung zu dem Kühldurchgang ist dabei insbesondere in lateraler Richtung vorgesehen. Diese liegt in der Richtung vor, in welche die Brennräume angeordnet sind. Die laterale Richtung liegt demnach entlang beziehungsweise parallel zu einer gedachten, die Mittelpunkte der Brennräume schneidenden Linie vor.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß den vorstehenden Ausführungen. Dabei ist es vorgesehen, dass in einem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine lediglich die weitere Kühlmittelpumpe betrieben wird, um Kühlmittel über den Kühlmittelanschluss zuzuführen, und in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine zumindest die Kühlmittelpumpe betrieben wird, um Kühlmittel über den Primärkühlmittelanschluss zuzuführen. In dem Aufwärmbetrieb wird also mittels der weiteren Kühlmittelpumpe lediglich durch den Kühlmittelanschluss das Kühlmittel dem ersten Fluidbereich des ersten Kühlmantels zugeführt, wobei es im Wesentlichen ohne Kühlung des Kurbelgehäuses – in den Kühlkanal einströmt. Bei Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wird von dem Aufwärmbetrieb in dem Normalbetrieb umgeschaltet. In diesem wird die Kühlmittelpumpe betrieben, um Kühlmittel über den Primärkühlmittelanschluss zuzuführen. Das Zuführen des Kühlmittels in den ersten und/oder zweiten Fluidbereich erfolgt also nicht mehr derart, dass das Kühlmittel bevorzugt in den Kühlkanal einströmt. Vielmehr ist es vorgesehen, dass sowohl eine Durchströmung des ersten Kühlmantels von dem ersten Fluidbereich zu dem zweiten Fluidbereich oder umgekehrt und auch eine Durchströmung des Kühlkanals und somit des zweiten Kühlmantels vorliegt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch einen ersten Kühlmantel und einen zweiten Kühlmantel einer Kühleinrichtung einer Brennkraftmaschine, in einem Normalbetrieb, und
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2 den Querschnitt durch den ersten Kühlmantel und den zweiten Kühlmantel, wie aus der 1 bekannt, in einem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine.
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Die 1 zeigt einen Bereich einer hier nicht detailliert dargestellten Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Kurbelgehäuse 2 und einen Zylinderkopf 3, wobei der Zylinderkopf 3 an dem Kurbelgehäuse 2 angeordnet ist. Das Kurbelgehäuse 2 weist mehrere Brennräume (hier nicht dargestellt) auf. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt außerdem über eine Kühleinrichtung 4, welche zumindest aus einem ersten Kühlmantel 5 des Kurbelgehäuses 2 und einem zweiten Kühlmantel 6 des Zylinderkopfes 3 besteht. Der erste Kühlmantel 5 ist demnach zur zumindest bereichsweisen Kühlung des Kurbelgehäuses 2 und der zweite Kühlmantel 6 zur zumindest bereichsweisen Kühlung des Zylinderkopfs 3 vorgesehen. Der erste Kühlmantel 5 verfügt über einen ersten Fluidbereich 7 und einen zweiten Fluidbereich 8. Dem ersten Fluidbereich 7 ist über mindestens einen Kühlmittelanschluss 9 Kühlmittel zuführbar. Das Einbringen des Kühlmittels erfolgt zumindest in einem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine 1 in den ersten Fluidbereich 7 des ersten Kühlmantels 5. Es kann vorgesehen sein, dass das eingebrachte Kühlmittel aus dem ersten Fluidbereich 7 durch einen hier nicht erkennbaren Kühldurchgang in den zweiten Fluidbereich 8 des ersten Kühlmantels 5 gelangen kann. Aus diesem zweiten Fluidbereich 8 kann das Kühlmittel anschließend entnommen und vorzugsweise gekühlt wieder dem ersten Fluidbereich 7 zugeführt werden. Vorzugsweise ist es jedoch vorgesehen, dass in dem Aufwärmbetrieb das Kühlmittel nicht aus dem ersten Fluidbereich 7 in den zweiten Fluidbereich 8 strömt, sondern aus ersterem ausschließlich in den zweiten Kühlmantel 6 gelangt.
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Der Kühldurchgang ist hier nicht erkennbar, weil er vor beziehungsweise hinter der Zeichenebene angeordnet ist, also in lateraler Richtung versetzt vorliegt. Er ist insbesondere zu dem Kühlmittelanschluss 9 in lateraler Richtung versetzt. Das bedeutet, dass die Abmessungen des Kühlmittelanschlusses 9 und des Kühldurchgangs in lateraler Richtung derart gewählt sind, dass in dieser Richtung keine Überschneidung von Kühlmittelanschluss 9 und Kühldurchgang vorliegt. Durch den Kühlmittelanschluss 9 in den ersten Fluidbereich 7 eingebrachtes Fluid strömt demnach nicht direkt den Kühldurchgang an.
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Um einen Stegbereich zwischen den Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 zu kühlen, ist ein Kühlkanal 10 vorgesehen. Dieser ist auf seiner einen Seite 11 zumindest an den ersten Kühlmantel 5, insbesondere dessen ersten Fluidbereich 7 angeschlossen. Zu diesem Zweck ist ein Anschluss 12 vorgesehen. Über den Anschluss 12 kann demnach Kühlmittel aus dem ersten Fluidbereich 7 des ersten Kühlmantels 5 in den Kühlkanal 10 gelangen. Der Kühlkanal 10 ist in dem Kühlmittelanschluss 9 zugeordnet. Das bedeutet, dass sich der Anschluss 12 im Bereich des Kühlmittelanschlusses 9 befindet, insbesondere in lateraler Richtung. Es liegt also vorzugsweise in lateraler Richtung eine Überschneidung der Erstreckungen des Anschlusses 12 und des Kühlmittelanschlusses 9 vor.
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Zusätzlich zu dem Anschluss 12 weist der Kühlkanal einen Anschluss 13 auf seiner einen Seite 11 auf, über welchen eine Verbindung zwischen der einen Seite 11 des Kühlkanals 10 und dem zweiten Kühlmantel 6 hergestellt ist. Auf seiner anderen, der einen Seite 11 gegenüberliegenden Seite 14 ist der Kühlkanal 10 über einen Anschluss 15 ebenfalls an den zweiten Kühlmantel 6 angeschlossen. Es sei an dieser Stelle festgehalten, dass der Anschluss 13 optional ist, also – entgegen der hier dargestellten Ausführungsform – entfallen kann. in diesem Fall ist der Kühlkanal 10 auf der einen Seite 11 lediglich an den ersten Kühlmantel 5 und an der anderen Seite 14 an den zweiten Kühlmantel 6 angeschlossen.
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Aus der 1 geht hervor, dass der Querschnitt des Anschlusses 13, mit welchem der Kühlkanal 10 an den zweiten Kühlmantel 6 auf seiner einen Seite angeschlossen ist, einen geringeren Strömungsquerschnitt aufweist als der Anschluss 15 an den zweiten Kühlmantel 6 auf seiner anderen Seite 14. Auch weist der Anschluss 13 einen geringeren Querschnitt auf als der Kühlkanal 10 selbst. Somit wird erreicht, dass in den ersten Kühlmantel 5 eingebrachtes Kühlmittel bevorzugt den Kühlkanal 10 durchströmt und nicht durch den Anschluss 13 aus dem ersten Kühlmantel 5 in den zweiten Kühlmantel 6 übergeht.
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Der Kühlmittelanschluss 9 ist einer Kühlmittelleiste 16 zugeordnet, welche sich vorzugsweise in lateraler Richtung entlang des ersten Kühlmantels 5 erstreckt. Über die Kühlmittelleiste 16 können auf einfache Weise mehrere Kühlmittelanschlüsse 9 (von welchen lediglich einer dargestellt ist) mit Kühlmittel versorgt werden. Die Kühlmittelleiste 16 ist mittels einer Kühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise einer weiteren Kühlmittelpumpe mit Kühlmittel beaufschlagbar. Die weitere Kühlmittelpumpe weist vorzugsweise eine geringere Pumpleistung auf als die Kühlmittelpumpe. Die Kühlmittelpumpe ist demnach eine Hauptkühlmittelpumpe der Brennkraftmaschine, die weitere Kühlmittelpumpe eine Sekundärkühlmittelpumpe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlmittelleiste 16 lediglich mittels der weiteren Kühlmittelpumpe, also der Sekundärkühlmittelpumpe, mit Kühlmittel beaufschlagbar. Die Kühlmittelpumpe, also die Hauptkühlmittelpumpe, dient in diesem Fall dazu, dem ersten Kühlmantel 5 über einen hier nicht dargestellten Primärkühlmittelanschluss Kühlmittel zuzuführen. Der Primärkühlmittelanschluss ist von dem Kühlmittelanschluss 9 beziehungsweise von allen Kühlmittelanschlüssen 9 beabstandet angeordnet, insbesondere in lateraler Richtung. Der Primärkühlmittelanschluss kann an dem ersten und/oder dem zweiten Fluidbereich vorgesehen sein. Bevorzugt dient er jedoch dazu, in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 Kühlmittel lediglich in den zweiten Fluidbereich 8 einzubringen. Der Primärkühlmittelanschluss ist vorzugsweise derart angeordnet, dass das durch ihn eingebrachte Kühlmittel bevorzugt durch den Kühldurchgang aus dem zweiten Fluidbereich 8 in den ersten Fluidbereich 7 des ersten Kühlmantels 5 strömt. Alternativ kann jedoch auch eine umgekehrte Strömung von dem ersten Fluidbereich 7 in den zweiten Fluidbereich 8 realisiert sein. Weil der erste Kühlmantel 5 als Hochdruckkühlmantel und der zweite Kühlmantel 6 als Niederdruckkühlmantel ausgebildet sind, durchströmt bedingt durch den Druckunterschied zwischen dem ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 auch bei Einbringen des Kühlmittels lediglich mittels der Hauptkühlmittelpumpe über den Primärkühlmittelanschluss zumindest ein Teil des Kühlmittels den Kühlkanal 10 und gelangt daraufhin in den zweiten Kühlmantel 6. Das Kühlmittel wird anschließend aus dem zweiten Kühlmantel 6 entnommen, vorzugsweise gekühlt und wieder der Kühleinrichtung 4 zugeführt.
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Die Kühlmittelleiste 16 bildet einen Kühlkreis 17 eines integrierten Abgaskrümmers zumindest bereichsweise aus.
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In der 1 ist eine Durchströmung der Kühleinrichtung 4 in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Dabei wird lediglich über den Primärkühlmittelanschluss Kühlmittel in den zweiten Fluidbereich 8 des ersten Kühlmantels 5 eingebracht, wobei eine hohe Zuflussrate vorliegt. Aus dem zweiten Fluidbereich 8 gelangt das Kühlmittel über den Kühldurchgang in den ersten Fluidbereich 7. Bedingt durch den Druckunterschied zwischen dem ersten Kühlmantel 5 und dem zweiten Kühlmantel 6 und die hohe Zuflussrate strömt zumindest ein Teil des Kühlmittels durch den Anschluss 12 in den Kühlkanal 10 ein. Von dort aus gelangt das Kühlmittel zum einen durch den Anschluss 13 und zum anderen durch den Anschluss 15 in den zweiten Kühlmantel 6. Bedingt durch die hohen Zuflussrate, mit welcher das Kühlmittel in den ersten Kühlmantel 5 eingebracht wird, gelangt daher auch durch den Anschluss 13, welcher einen geringeren Strömungsquerschnitt aufweist als der Anschluss 15, Kühlmittel in den zweiten Kühlmantel 6. Die größere Drosselwirkung des Anschluss 13 im Vergleich zu dem Anschluss 15 bewirkt hierbei also nicht, dass der Anschluss 13 nicht mit Kühlmittel durchströmt wird.
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Im Gegensatz zu der Durchströmung während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine 1 der 1, zeigt die 2 die Durchströmung in einem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine 1. in diesem wird lediglich über den Kühlmittelanschluss 9 Kühlmittel in den ersten Fluidbereich 7 des ersten Kühlmantels 5 eingebracht. Es erfolgt demnach kein Einbringen von Kühlmittel über den Primärkühlmittelanschluss, insbesondere nicht in den zweiten Fluidbereich 8. In dem Aufwärmbetrieb wird durch den Kühlmittelanschluss 9 lediglich eine geringe Zuflussrate des Kühlmittels realisiert.
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Bedingt durch die Anordnung des Anschlusses 12 des Kühlkanals 10 im Bereich des Kühlmittelanschlusses 9, strömt das durch den Kühlmittelanschluss 9 eingebrachte Kühlmittel bevorzugt in den Kühlkanal 10 ein. Insbesondere findet in dem ersten Fluidbereich 7 keine Strömung des Kühlmittels in lateraler Richtung in Richtung des Kühldurchgangs statt. Auf diese Weise wird keine oder lediglich eine geringe Durchströmung des ersten Kühlmantels 5, insbesondere des Kühldurchgangs beziehungsweise in lateraler Richtung des ersten Fluidbereichs 7 erreicht. Das Kühlmittel strömt vielmehr unmittelbar von dem Kühlmittelanschluss 9 durch den Anschluss 12 in den Kühlkanal 10 ein und gelangt über diesen und den Anschluss 15 in den zweiten Kühlmantel 6. Bedingt durch den kleineren Strömungsquerschnitt des Anschlusses 13 im Vergleich zu dem Strömungsquerschnitt des Anschlusseses 15, gelangt durch den Anschluss 13 kaum, insbesondere kein Kühlmittel in den zweiten Kühlmantel 6. Nahezu das gesamte, insbesondere das gesamte durch den Anschluss 12 in den Kühlkanal 10 einströmende Kühlmittel gelangt vielmehr durch den Anschluss 15 in den zweiten Kühlmantel 6. Dies liegt in der erhöhten Drosselwirkung des Anschlusses 13 im Vergleich zu der Drosselwirkung des Anschlusses 15 begründet. Aufgrund dieser größeren Drosselwirkung und der geringeren Zuflussrate durchströmt das Kühlmittel bevorzugt den Anschluss 15.
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Zum Betreiben der in den 1 und 2 dargestellten Brennkraftmaschine 1 ist es gemäß den vorstehenden Ausführungen vorgesehen, in dem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine 1 lediglich die Sekundärkühlmittelpumpe zu betreiben, um Kühlmittel über den Kühlmittelanschluss 9 zuzuführen. In dem Normalbetrieb ist es dagegen vorgesehen, dass die Hauptkühlmittelpumpe betrieben wird, um Kühlmittel über den Primärkühlmittelanschluss in den zweiten Fluidbereich 8 (und/oder den ersten Fluidbereich 7) einzubringen. Durch die Anordnung des Kühlkanals 10 im Bereich des Kühlmittelanschlusses 9, insbesondere in lateraler Richtung, wird die Induktion einer Strömung in dem ersten Kühlmantel 5 weitestgehend verhindert. Auf diese Weise wird das Kurbelgehäuse 2 lediglich ein denjenigen Stellen gekühlt, an welchem dies auch erwünscht ist, insbesondere im Bereich des Stegs, in welchem der Kühlkanal 10 vorliegt. Um die Durchströmung des Kühldurchgangs zu verhindern, kann es vorgesehen sein, ein hier nicht dargestelltes Auslassventil, über welches das Kühlmittel aus dem ersten Fluidbereich 7 und/oder dem zweiten Fluidbereich 8 entnehmbar ist, zu schließen. Des Auslassventil ist somit nur in dem Normalbetrieb, nicht jedoch in dem Aufwärmbetrieb der Brennkraftmaschine 1 zumindest teilweise geöffnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kurbelgehäuse
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Kühleinrichtung
- 5
- Erster Kühlmantel
- 6
- Zweiter Kühlmantel
- 7
- erster Fluidbereich
- 8
- zweiter Fluidbereich
- 9
- Kühlmittelanschluss
- 10
- Kühlkanal
- 11
- Eine Seite
- 12
- Anschluss
- 13
- Anschluss
- 14
- Andere Seite
- 15
- Anschluss
- 16
- Kühlmittelleiste
- 17
- Kühlkreis
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ZUSAMMENFASSUNG
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Brennkraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Brennräume aufweisenden Kurbelgehäuse (2), einem an dem Kurbelgehäuse (2) angeordneten Zylinderkopf (3) und einer Kühleinrichtung (4), wobei die Kühleinrichtung (4) mindestens einen ersten Kühlmantel (5) und mindestens einen zweiten Kühlmantel (6) aufweist, wobei der erste Kühlmantel (5) zur zumindest bereichsweisen Kühlung des Kurbelgehäuses (2) und der zweite Kühlmantel (6) zur zumindest bereichsweisen Kühlung des Zylinderkopfs (3) vorgesehen sind, wobei der erste Kühlmantel (5) über mindestens einen ersten Fluidbereich (7), dem über mindestens einen Kühlmittelanschluss (9) Kühlmittel zuführbar ist, und einen mit dem ersten Fluidbereich (7) über einen zumindest bereichsweise zwischen den Brennräumen vorgesehenen Kühldurchgang fluidverbundenen zweiten Fluidbereich (8) verfügt, und wobei ein zumindest bereichsweise zwischen den Brennräumen verlaufender Kühlkanal (10) vorgesehen ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Kühlkanal (10) dem Kühlmittelanschluss (9) zugeordnet ist und auf seiner einen Seite (11) im Bereich des Kühlmittelanschlusses (9) zumindest an den ersten Fluidbereich (7) des ersten Kühlmantels (5) und auf seiner anderen Seite (14) an den zweiten Kühlmantel (6) angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1).
