DE102010036581A1 - Liquid-cooled combustion engine for motor car, has shut-off element arranged upstream to steering valve and in feed line of heating circuit, where shut-off element is controlled by engine controller based on coolant temperature - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und
- – einem Kühlmittelkreislauf umfassend mindestens einen im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel, eine Zuführleitung zur Versorgung des Kühlmittelmantels mit Kühlmittel, eine Abführleitung zum Abführen des Kühlmittels und eine Rückführleitung, welche von der Abführleitung abzweigt und via einem selbsttätig – temperaturabhängig – steuernden Ventil in die Zuführleitung einmündet und in der ein Wärmetauscher vorgesehen ist, und
- – einem Heizungskreislauf, der eine Versorgungsleitung umfaßt, die von der Abführleitung abzweigt und via dem selbsttätig steuernden Ventil in die Zuführleitung einmündet und in der eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen ist, wobei das selbsttätig steuernde Ventil ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist und die Rückführleitung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur Tcoolant,valve am Element entweder mit der Zuführleitung verbunden oder von der Zuführleitung getrennt ist, wohingegen die Versorgungsleitung mittels Ventil von der Zuführleitung nicht trennbar ist.
- A coolant circuit comprising at least one coolant jacket integrated in the cylinder head, a supply line for supplying the coolant jacket with coolant, a discharge line for discharging the coolant and a return line which branches off from the discharge line and opens into the supply line via an automatically temperature-dependent-controlling valve; a heat exchanger is provided, and
- - A heating circuit comprising a supply line which branches off from the discharge line and opens via the automatically controlling valve in the supply line and in which a coolant-driven heater is provided, wherein the automatically controlling valve has a temperature-responsive element acted upon with coolant and the return line depending on the coolant temperature T coolant valve on the element is either connected to the supply line or separated from the supply line, whereas the supply line by means of valve from the supply line is not separable.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.
Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird beispielsweise als Antrieb für ein Kraftfahrzeug verwendet. Grundsätzlich besteht dabei die Möglichkeit, die Kühlung der Brennkraftmaschine in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Aufgrund der höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten können mit einer Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist.An internal combustion engine of the above type is used for example as a drive for a motor vehicle. In principle, it is possible to carry out the cooling of the internal combustion engine in the form of air cooling or liquid cooling. Due to the higher heat capacity of liquids can be dissipated with a liquid cooling much larger amounts of heat than is possible with an air cooling.
Die thermische Belastung der Motoren nimmt stetig zu. Dies ist auch dadurch bedingt, dass Brennkraftmaschinen zunehmend aufgeladen und – mit dem Ziel eines möglichst dichten Packaging – immer mehr Komponenten, beispielsweise der Abgaskrümmer, in den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock integriert werden, wodurch die thermische Belastung der Motoren, d. h. der Brennkraftmaschinen, wachst.The thermal load of the motors is steadily increasing. This is also due to the fact that internal combustion engines are increasingly charged and - with the aim of a dense packaging - more and more components, such as the exhaust manifold, are integrated into the cylinder head or cylinder block, whereby the thermal load of the motors, d. H. the internal combustion engine, grows.
Aus diesem Grunde werden Brennkraftmaschinen nach dem Stand der Technik immer häufiger mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet.For this reason, internal combustion engines are increasingly equipped with liquid cooling according to the prior art.
Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme muß nicht wie bei einer Luftkühlung erst an die Zylinderkopfoberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden. Die Wärme wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer in der Zuführleitung des Kühlmittelkreislaufs angeordneten Pumpe gefördert, so dass es zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes via Abführleitung abgeführt und dem Kühlmittel außerhalb des Zylinderkopfes wieder entzogen, was auf unterschiedliche Weise erfolgen kann. Wie der Zylinderkopf kann auch der Zylinderblock mit einem oder mehreren Kühlmittelmänteln ausgestattet werden.The liquid cooling requires the equipment of the cylinder head with a coolant jacket, d. H. the arrangement of the coolant through the cylinder head leading coolant channels. The heat does not have to be directed to the cylinder head surface, as in the case of air cooling, in order to be dissipated. The heat is already in the interior of the cylinder head to the coolant, usually mixed with additives added water. The coolant is thereby conveyed by means of a pump arranged in the supply line of the coolant circuit, so that it circulates. The heat emitted to the coolant heat is dissipated in this way from the interior of the cylinder head via the discharge line and removed from the coolant outside the cylinder head again, which can be done in different ways. Like the cylinder head, the cylinder block can be equipped with one or more coolant jackets.
Der Kühlmittelkreislauf wird durch eine Rückführleitung vervollständigt, welche von der Abführleitung abzweigt und in die Zuführleitung einmündet und über die das im Zylinderkopf erwärmte Kühlmittel auf die Kühlmitteleinlaßseite zurückgeführt wird. Die Abführ- und die Zuführleitung müssen keine Leitungen im eigentlichen Sinn darstellen, sondern können Teil des Kühlmittelmantels sein oder in Gestalt eines Kühlmitteleintrittsgehäuses bzw. Kühlmittelaustrittsgehäuses ausgebildet werden.The coolant circuit is completed by a return line which branches off from the discharge line and opens into the supply line and via which the coolant heated in the cylinder head is returned to the coolant inlet side. The discharge and the supply line need not represent lines in the strict sense, but may be part of the coolant jacket or be formed in the form of a coolant inlet housing or coolant outlet housing.
In der Rückführleitung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der dem Kühlmittel Wärme wieder entzieht. Um dem Wärmetauscher unter sämtlichen Betriebszuständen, insbesondere bei stehendem Kraftfahrzeug und bei nur geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, einen ausreichend hohen Luftmassenstrom bereitzustellen und den Wärmeübergang grundsätzlich zu unterstützen, werden die Kühlsysteme moderner Kraftfahrzeugantriebe zunehmend mit leistungsstarken Lüftermotoren ausgestattet, die ein Lüfterrad antreiben bzw. in Drehung versetzen. Die Lüftermotoren werden in der Regel elektrisch betrieben und sind vorzugsweise stufenlos steuerbar mit verschiedenen Lasten bzw. Drehzahlen.In the return line, a heat exchanger is provided which removes heat from the coolant again. To provide the heat exchanger under all operating conditions, especially when the vehicle is stationary and at low vehicle speeds, a sufficiently high air mass flow and to support the heat transfer in principle, the cooling systems of modern motor vehicle engines are increasingly equipped with powerful fan motors that drive a fan or set in rotation. The fan motors are usually operated electrically and are preferably infinitely controllable with different loads or speeds.
Dem Kühlmittel kann nach Durchströmen des Zylinderkopfes, d. h. stromabwärts des Zylinderkopfes, auch Wärme durch eine weitere Verwendung entzogen werden.The coolant can after flowing through the cylinder head, d. H. downstream of the cylinder head, heat also be extracted by further use.
Bei der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen, welche das im Zylinderkopf aufgeheizte Kühlmittel nutzt, um die dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführte Luft zu erwärmen, wobei die Temperatur des Kühlmittels abnimmt.In the internal combustion engine object of the present invention, there is provided a coolant-operated heater that uses the coolant heated in the cylinder head to heat the air supplied to the passenger compartment of the vehicle, and the temperature of the coolant decreases.
Der Heizungskreislauf umfaßt eine Versorgungsleitung, die von der Abführleitung abzweigt und in die Zuführleitung einmündet und in der eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen ist.The heating circuit includes a supply line, which branches off from the discharge line and opens into the supply line and in which a coolant-operated heater is provided.
Folglich wird dem im Zylinderkopf erwärmten Kühlmittel nicht nur im Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs, sondern auch beim Durchströmen des Heizungskreislaufs Wärme entzogen. Der Heizungskreislauf kann daher auch als kleiner Kühlkreislauf bzw. kleiner Kühlmittelkreislauf bezeichnet werden. Nichtsdestotrotz wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung begrifflich unterschieden zwischen dem Kühlmittelkreislauf einerseits, dessen primäre Funktion die Kühlung des Zylinderkopfes unter Verwendung des Wärmetauschers ist, und dem Heizungskreislauf andererseits, welcher der Erwärmung der dem Innenraum zugeführten Luft dient, auch wenn beide Kreisläufe teilweise dieselben Leitungen nutzen, beispielsweise die Zuführleitung und die Abführleitung. Consequently, the coolant heated in the cylinder head is deprived of heat not only in the heat exchanger of the coolant circuit but also as it flows through the heating circuit. The heating circuit can therefore also be referred to as a small cooling circuit or small coolant circuit. Nevertheless, in the context of the present invention, a distinction is made between the coolant circuit on the one hand, whose primary function is the cooling of the cylinder head using the heat exchanger, and the heating circuit on the other hand, which serves to heat the air supplied to the interior, even if both circuits partially use the same lines , For example, the supply and the discharge line.
Es ist nicht das Ziel und die Aufgabe einer Flüssigkeitskühlung, der Brennkraftmaschine unter sämtlichen Betriebsbedingungen eine möglichst große Wärmemenge zu entziehen. Vielmehr wird eine bedarfsgerechte Steuerung der Flüssigkeitskühlung angestrebt, die neben der Vollast auch den Betriebsmodi der Brennkraftmaschine Rechnung trägt, in denen es vorteilhafter ist, der Brennkraftmaschine weniger bzw. möglichst wenig Wärme zu entziehen.It is not the objective and the object of liquid cooling to extract the largest possible amount of heat from the internal combustion engine under all operating conditions. Rather, a needs-based control of the liquid cooling is sought, which in addition to the full load and the operating modes of the internal combustion engine takes into account, in which it is more advantageous to extract less or as little heat as possible from the internal combustion engine.
Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass man grundsätzlich bemüht ist, den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu minimieren. Neben einer verbesserten, d. h. effektiveren, Verbrennung steht dabei die Reduzierung der Reibleistung im Focus.It should be noted in this context that it is always endeavor to minimize the fuel consumption of an internal combustion engine. In addition to an improved, d. H. more effective, combustion is the reduction of friction in the focus.
Hinsichtlich Letztgenanntem ist eine zügige Erwärmung des Motoröls, insbesondere nach einem Kaltstart, zielführend. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Öls, was zu einer Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lager, beispielsweise den Lager der Kurbelwelle, führt.With regard to the latter, rapid heating of the engine oil, especially after a cold start, is expedient. Rapid heating of the engine oil during the warm-up phase of the engine provides for a correspondingly rapid decrease in the viscosity of the oil, resulting in a reduction in friction, especially in the oil-powered bearings, such as the crankshaft bearings.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Konzepte bekannt, die eine Minderung der Reibleistung durch schnelle Erwärmung des Motoröls anstreben. Das Öl kann beispielsweise mittels externer Heizvorrichtung aktiv erwärmt werden. Eine Heizvorrichtung ist aber im Hinblick auf den Kraftstoffeinsatz ein zusätzlicher Verbraucher, was einer Minderung des Kraftstoffverbrauchs entgegen steht. Andere Konzepte sehen vor, das im Betrieb erwärmte Motoröl in einem isolierten Behältnis zu speichern und bei einem Neustart zu nutzen, wobei das im Betrieb erwärmte Öl zeitlich nicht unbegrenzt auf hoher Temperatur gehalten werden kann. Gemäß einem weiteren Konzept wird ein kühlmittelbetriebener Ölkühler in der Warmlaufphase zweckentfremdet und zum Erwärmen des Öls genutzt, was aber wiederum eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels voraussetzt.Various concepts are known from the prior art, which seek to reduce the friction loss by rapid heating of the engine oil. The oil can be actively heated, for example by means of external heating device. A heater is but in terms of fuel use an additional consumer, which is a reduction in fuel consumption. Other concepts include storing the engine-heated engine oil in an insulated container and using it on a restart, whereby the oil heated during operation can not be kept indefinitely at a high temperature. According to another concept, a coolant-operated oil cooler is used in the warm-up phase and used for heating the oil, which in turn requires rapid heating of the coolant.
Grundsätzlich kann einer schnellen Erwärmung des Motoröls zur Reduzierung der Reibleistung auch Vorschub geleistet werden durch eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine selbst, die wiederum dadurch unterstützt, d. h. forciert, wird, dass der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme entzogen wird.In principle, rapid heating of the engine oil to reduce friction losses can also be achieved by rapid heating of the internal combustion engine itself, which in turn is assisted by d. H. forced, is that the internal combustion engine during the warm-up phase as little heat is removed.
Insofern ist die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart ein Beispiel für einen Betriebsmodus, in dem es vorteilhaft ist, der Brennkraftmaschine möglichst wenig, idealerweise keine, Wärme zu entziehen.In this respect, the warm-up phase of the internal combustion engine after a cold start is an example of an operating mode in which it is advantageous to extract heat from the internal combustion engine as little as possible, ideally none.
Eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung, bei der zum Zweck der schnellen Aufheizung der Brennkraftmaschine der Wärmeentzug nach einem Kaltstart vermindert wird, kann durch den Einsatz eines selbsttätig temperaturabhängig steuernden Ventils realisiert werden, welches im Stand der Technik häufig abgekürzt als Thermostat bezeichnet wird.A control of the liquid cooling, in which for the purpose of rapid heating of the internal combustion engine, the heat extraction is reduced after a cold start, can be realized by the use of a self-dependent temperature-controlling valve, which is often referred to in the art abbreviated as a thermostat.
Dieses selbsttätig steuernde Ventil weist ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperaturreaktives Element auf, wobei die Rückführleitung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur Tcoolant,valve am Element entweder in der Offenstellung des Ventils mit der Zuführleitung verbunden oder in der Schließstellung des Ventils von der Zuführleitung getrennt ist. Die Versorgungsleitung des Heizungskreislaufs ist unter Zwischenschaltung des selbsttätig steuernden Ventils ununterbrochen mit der Zuführleitung verbunden.This automatically controlling valve has a temperature-responsive element acted upon by coolant, the return line being connected to the supply line as a function of the coolant temperature T coolant valve on the element either in the open position of the valve or being separated from the supply line in the closed position of the valve. The supply line of the heating circuit is continuously connected to the supply line with the interposition of the automatically controlling valve.
Die Versorgungsleitung führt durch das Ventil, um das temperatur-reaktive Element bei geschlossenem Ventil mit Kühlmittel aus dem Heizungskreislauf zu beaufschlagen. Bei geschlossenem Ventil, beispielsweise nach einem Kaltstart, wird der Kühlmittelstrom via Kühlmittelkreislauf bzw. Wärmetauscher unterbunden und das Kühlmittel zirkuliert im Heizungskreislauf, wobei das temperatur-reaktive Element des Ventils mit dem Kühlmittel des Heizungskreislaufs beaufschlagt wird. Der Kühlmittelstrom durch den Zylinderkopf ist aufgrund des geschlossenen Ventils vermindert, wodurch einerseits der Wärmeübergang infolge Konvektion reduziert wird und andererseits die vergleichsweise kleine, frei zirkulierende Kühlmittelmenge schneller erwärmt werden kann. Mit der Deaktivierung des Kühlmittelkreislaufs entfällt der Wärmeentzug im Kühler.The supply line passes through the valve to pressurize the temperature-responsive element with coolant from the heating circuit when the valve is closed. When the valve is closed, for example after a cold start, the coolant flow is prevented via the coolant circuit or heat exchanger and the coolant circulates in the heating circuit, wherein the temperature-reactive element of the valve is acted upon by the coolant of the heating circuit. The coolant flow through the cylinder head is reduced due to the closed valve, whereby on the one hand, the heat transfer due to convection is reduced and on the other hand, the comparatively small, freely circulating coolant quantity can be heated faster. With the deactivation of the coolant circuit, the heat removal in the radiator is eliminated.
Erreicht oder übersteigt die Temperatur Tcoolant,valve des im Heizungskreislauf zirkulierenden Kühlmittels am temperatur-reaktiven Element eine bestimmte Schwellentemperatur Tcoolant,valve,therhold, öffnet das Ventil und die Rückführleitung wird mit der Zuführleitung verbunden. Nun strömt Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf über das Ventil in die Zuführleitung und mischt sich mit dem aus dem Heizungskreislauf stammenden Kühlmittelstrom. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf erhöht sich und folglich nimmt die dem Zylinderkopf entzogene Wärmemenge zu, wobei die Temperatur Tcoolant des Kühlmittels aufgrund des zusätzlichen und kälteren Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf abnimmt, was zwangsweise zu einer höheren Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Zylinderkopf führt.If the temperature T coolant, valve of the coolant circulating in the heating circuit reaches or exceeds a certain threshold temperature T coolant, valve, therhold at the temperature-reactive element , the valve opens and exceeds the valve and the return line is connected to the Feed line connected. Now coolant flows from the coolant circuit via the valve into the supply line and mixes with the originating from the heating circuit coolant flow. The coolant flow rate through the cylinder head increases and consequently the amount of heat extracted from the cylinder head increases, with the temperature T coolant of the coolant decreasing due to the additional and colder coolant from the cooling circuit, forcibly leading to a higher temperature difference between the coolant and the cylinder head.
Zu berücksichtigen ist, dass das Element mit dem Gesamtkühlmittelstrom, welcher sich beim Mischen der beiden Kühlmittelströme im Ventil ergibt, beaufschlagt wird, der ein erneutes Schließen des Ventils bewirkt, falls die Temperatur Tcoolant,valve unter die Schwellentemperatur Tcoolant,valve,therhold fällt. In der Regel öffnet und schließt der Thermostat während des Warmlaufens mehrmals.It should be noted that if the temperature T coolant, valve falls below the threshold temperature T coolant, valve, therhold, the element will be acted upon by the total coolant flow resulting from the mixing of the two coolant flows in the valve, which will cause the valve to re-close , As a rule, the thermostat opens and closes several times during warm-up.
Vorteilhaft wäre es, nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine auch die Zirkulation des Kühlmittels im Heizungskreislauf, d. h. den Fluß von Kühlmittel vollständig zu unterbinden, um auf diese Weise die Wärmeabfuhr infolge Konvektion einzustellen. Das Kühlmittel würde dann zumindest zu Beginn der Warmlaufphase nicht fließen, sondern vielmehr in den Leitungen und im Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes stehen, was die Erwärmung des Kühlmittels und die Aufheizung der Bremskraftmaschine weiter beschleunigt. Eine derartige Steuerung würde die Erwärmung des Motoröls zusätzlich vorantreiben und die Reibleistung weiter reduzieren.It would be advantageous, after a cold start of the internal combustion engine, the circulation of the coolant in the heating circuit, d. H. to completely suppress the flow of coolant to adjust in this way the heat dissipation due to convection. The coolant would then not flow at least at the beginning of the warm-up phase, but rather stand in the lines and in the coolant jacket of the cylinder head, which further accelerates the heating of the coolant and the heating of the brake motor. Such a control would additionally promote the heating of the engine oil and further reduce the friction loss.
Darüber hinaus ist grundsätzlich eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung anzustreben, mit der nicht nur die zirkulierende Kühlmittelmenge bzw. der Kühlmitteldurchsatz nach einem Kaltstart in der Warmlaufphase vermindert werden kann, um die Erwärmung des Kühlmittels bzw. des Motoröls zu beschleunigen, sondern vielmehr auch auf den Wärmehaushalt der auf Betriebstemperatur aufgeheizten Brennkraftmaschine Einfluß genommen werden kann.In addition, in principle, a control of the liquid cooling is desirable with which not only the circulating coolant quantity or the coolant flow rate can be reduced after a cold start in the warm-up phase to accelerate the heating of the coolant or the engine oil, but also on the heat balance of can be influenced to the operating temperature heated internal combustion engine.
Eine erste Weiterentwicklung der beschriebenen Steuerung einer Flüssigkeitskühlung sieht vor, das herkömmliche Thermostat durch ein kennfeldgesteuertes Thermostat zu ersetzen, welches im Gegensatz zu dem herkömmlichen Thermostat nicht durch eine konkrete unveränderliche Öffnungstemperatur gekennzeichnet ist, sondern dem mittels elektrischer Heizung eine kennfeldspezifische virtuelle Öffnungstemperatur aufgeprägt werden kann.A first further development of the described control of a liquid cooling provides to replace the conventional thermostat by a map-controlled thermostat, which in contrast to the conventional thermostat is not characterized by a specific fixed opening temperature, but the electric heating a map-specific virtual opening temperature can be impressed.
Damit wird das – in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur – selbsttätig steuernde Ventil durch ein mittels Motorsteuerung kennfeldspezifisch gesteuertes Ventil ersetzt, so dass die Kühlmittelströme und damit die entzogene Wärmemenge sowie die Kühlmitteltemperatur variabel sind und bedarfsgerecht eingestellt werden können.Thus, the - depending on the coolant temperature - automatically controlling valve is replaced by a motor control map-specific controlled valve, so that the coolant flows and thus the extracted heat and the coolant temperature are variable and can be adjusted as needed.
Ein kennfeldgesteuertes Thermostat, d. h. Ventil, weist ebenfalls ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element auf, welches prinzipbedingt wiederum eine bauteilspezifische Öffnungstemperatur hat. Das temperatur-reaktive Element ist aber elektrisch beheizbar, so dass das Thermostat nicht allein von der am Element vorherrschenden Kühlmitteltemperatur Tcoolant gesteuert wird, sondern vielmehr auch mittels elektrischer Heizung bzw. Energiezufuhr durch die Motorsteuerung. Bei der Erwärmung des Elements mittels Heizung wird dem Element von außen eine virtuelle Kühlmitteltemperatur aufgeprägt, die höher ist als die tatsächlich am Element vorliegende Kühlmitteltemperatur.A map-controlled thermostat, ie valve, likewise has a temperature-responsive element acted upon by coolant, which, in principle, in turn has a component-specific opening temperature. However, the temperature-responsive element is electrically heated, so that the thermostat is controlled not only by the prevailing at the element coolant temperature T coolant , but also by means of electrical heating or power supply by the engine control. When the element is heated by means of heating, the element is impressed from the outside by a virtual coolant temperature which is higher than the coolant temperature actually present at the element.
Ein kennfeldgesteuertes Thermostat ermöglicht es, die bauteilspezifische Öffnungstemperatur auf den Teillastbetrieb auszulegen, um im Teillastbetrieb eine Kühlmitteltemperatur Tcoolant von 95°C bis 110°C zu realisieren. Diese für höhere Lasten unakzeptabel und unüblich hohe Öffnungstemperatur wird dann bei zunehmender Last mittels elektrischer Heizung, d. h. durch Einbringen von elektrischer Energie, in der Weise korrigiert, dass das Thermostat bereits bei niedrigeren am Element vorliegenden Temperaturen öffnet, beispielsweise sich die sonst für höhere Lasten übliche Kühlmitteltemperatur von 85°C bis 95°C einstellt.A map-controlled thermostat makes it possible to design the component-specific opening temperature to the part-load operation in order to realize a part-load operation coolant temperature T coolant of 95 ° C to 110 ° C. This unacceptable for higher loads and unusually high opening temperature is then corrected with increasing load by electrical heating, ie by introducing electrical energy in such a way that the thermostat opens at lower temperatures present on the element, for example, the usual for higher loads Coolant temperature from 85 ° C to 95 ° C sets.
Ein selbsttätig steuerndes Ventil mit einer unveränderlichen bauteilspezifischen Öffnungstemperatur muß sämtlichen Lastzuständen genügen und daher eine auf hohe Lasten ausgelegte Öffnungstemperatur aufweisen, die vergleichsweise niedrig ist und zu niedrigeren Kühlmitteltemperaturen auch im Teillastbetrieb führt.An automatically controlled valve with a fixed component-specific opening temperature must meet all load conditions and therefore have a designed for high loads opening temperature, which is relatively low and leads to lower coolant temperatures even in partial load operation.
Unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen für unterschiedliche Lastzustände sind überaus vorteilhaft, weil der Wärmeübergang im Zylinderkopf nicht ausschließlich von der durchgesetzten Kühlmittelmenge, sondern maßgeblich auch von der Temperaturdifferenz zwischen Bauteil und Kühlmittel bestimmt wird.Different coolant temperatures for different load conditions are extremely advantageous because the heat transfer in the cylinder head is determined not only by the amount of coolant passed, but also significantly by the temperature difference between the component and coolant.
Eine höhere Kühlmitteltemperatur im Teillastbetrieb ist gleichbedeutend mit einer geringen Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und dem Zylinderkopf. Ein geringer Wärmeübergang bei niedrigen und mittleren Lasten ist die Folge. Dies erhöht den Wirkungsgrad im Teillastbetrieb. Da eine Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart in der Regel im Teillastbereich betrieben wird, ergeben sich durch die erhöhte Kühlmitteltemperatur auch Vorteile hinsichtlich der Reduzierung der Reibleistung in der Warmlaufphase.A higher coolant temperature in part-load operation is synonymous with a small temperature difference between the coolant and the cylinder head. A low heat transfer at low and medium loads is the result. This increases the efficiency in partial load operation. Since an internal combustion engine is generally operated in the partial load range after a cold start, the increased coolant temperature also offers advantages in terms of reducing the friction in the warm-up phase.
Ergänzend zu den Ausführungen hinsichtlich des kennfeldgesteuerten Thermostaten sei angemerkt, dass aus dem Stand der Technik Ausführungsformen bekannt sind, welche die Zirkulation des Kühlmittels in kleineren Kühlmittelkreisläufen, beispielsweise den Heizungskreislauf, unterbinden, sobald der Kühlmittelkreislauf durch den Kühler geöffnet wird. In addition to the statements with regard to the map-controlled thermostat, it should be noted that from the prior art embodiments are known which prevent the circulation of the coolant in smaller coolant circuits, for example the heating circuit, as soon as the coolant circuit is opened by the radiator.
Die hohen Kosten des kennfeldgesteuerten Thermostaten stehen einer breiten Anwendung in der Serienfertigung entgegen. Ein weiterer Nachteil ist in der komplexen Steuerung des Thermostaten zu sehen und in dem Umstand, dass bei Ausfall bzw. Störung der elektrischen Heizung eine Öffnung des Ventils nur dann erfolgt, wenn das Kühlmittel am temperaturreaktiven Element die vergleichsweise hohe bauteilspezifische Öffnungstemperatur erreicht, wodurch es zu einer thermischen Überlastung der Brennkraftmaschine kommen kann.The high costs of the map-controlled thermostat are contrary to a wide application in series production. Another disadvantage is seen in the complex control of the thermostat and the fact that in case of failure or failure of the electric heater, an opening of the valve only occurs when the coolant reaches the temperature-reactive element, the comparatively high component-specific opening temperature, causing it a thermal overload of the internal combustion engine can come.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch eine Brennkraftmaschine, deren Flüssigkeitskühlung mit einem in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur selbsttätig steuerndem Ventil ausgestattet ist, welches durch eine konkrete unveränderliche Öffnungstemperatur gekennzeichnet ist.The present invention is therefore also an internal combustion engine whose liquid cooling is equipped with a function of the coolant temperature automatically controlling valve, which is characterized by a specific constant opening temperature.
Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, deren Flüssigkeitskühlung derart gestaltet ist, dass sowohl auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase als auch auf den Wärmehaushalt der aufgeheizten Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise Einfluß genommen werden kann.Against the background of the above, it is the object of the present invention to provide a liquid-cooled internal combustion engine according to the preamble of
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.A further sub-task of the present invention is to show a method for operating such an internal combustion engine.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und
- – einem Kühlmittelkreislauf umfassend mindestens einen im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel, eine Zuführleitung zur Versorgung des Kühlmittelmantels mit Kühlmittel, eine Abführleitung zum Abführen des Kühlmittels und eine Rückführleitung, welche von der Abführleitung abzweigt und via einem selbsttätig – temperaturabhängig – steuernden Ventil in die Zuführleitung einmündet und in der ein Wärmetauscher vorgesehen ist, und
- – einem Heizungskreislauf, der eine Versorgungsleitung umfaßt, die von der Abführleitung abzweigt und via dem selbsttätig steuernden Ventil in die Zuführleitung einmündet und in der eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen ist, wobei das selbsttätig steuernde Ventil ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist und die Rückführleitung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur Tcoolant,valve am Element entweder mit der Zuführleitung verbunden oder von der Zuführleitung getrennt ist, wohingegen die Versorgungsleitung mittels Ventil von der Zuführleitung nicht trennbar ist,
- – stromaufwärts des selbsttätig steuernden Ventils ein elektrisch betätigbares Absperrelement in der Versorgungsleitung des Heizungskreislaufs angeordnet ist, das mittels Motorsteuerung in Abhängigkeit von einer Temperatur Tcoolant des Kühlmittels steuerbar ist.
- A coolant circuit comprising at least one coolant jacket integrated in the cylinder head, a supply line for supplying the coolant jacket with coolant, a discharge line for discharging the coolant and a return line which branches off from the discharge line and opens into the supply line via an automatically temperature-dependent-controlling valve; a heat exchanger is provided, and
- - A heating circuit comprising a supply line which branches off from the discharge line and opens via the automatically controlling valve in the supply line and in which a coolant-driven heater is provided, wherein the automatically controlling valve has a temperature-responsive element acted upon with coolant and the return line depending on the coolant temperature T coolant valve on the element is either connected to the supply line or separated from the supply line, whereas the supply line is not separable by means of valve from the supply line,
- - Is arranged upstream of the self-controlling valve, an electrically actuated shut-off in the supply line of the heating circuit, which is controllable by means of motor control function of a temperature T coolant of the coolant.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über ein elektrisch betätigbares Absperrelement in der Versorgungsleitung, mit dem auf den Wärmeübergang im Zylinderkopf sowohl in der Warmlaufphase als auch nach Beendigung der Warmlaufphase Einfluß genommen werden kann.The internal combustion engine according to the invention has an electrically operable shut-off element in the supply line, with which the heat transfer in the cylinder head can be influenced both in the warm-up phase and after completion of the warm-up phase.
Durch Schließen des Absperrelements nach einem Kaltstart wird die Zirkulation des Kühlmittels im Heizungskreislauf unterbunden. Der Kühlmittelfluß kommt dadurch vollständig zum Erliegen, denn ein Kühlmittelstrom durch den als Kühler fungierenden Wärmetauscher findet aufgrund der niedrigen Kühlmitteltemperatur und dem geschlossenen Ventil noch nicht statt.Closing the shut-off element after a cold start prevents circulation of the coolant in the heating circuit. The coolant flow is thereby completely stopped because a coolant flow through the heat exchanger acting as a cooler does not yet take place due to the low coolant temperature and the closed valve.
Dadurch, dass das Kühlmittel im Zylinderkopf durch Verschließen des Absperrelementes nach einem Kaltstart zum Stehen gebracht wird, werden die Erwärmung des Kühlmittels und die Aufheizung der Brennkraftmaschine beschleunigt. Aufgrund des geringeren Wärmeentzugs im Zylinderkopf erwärmt sich auch das Motoröl schneller. Die Reibleistung wird hierdurch reduziert, was sich vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.Characterized in that the coolant is brought to a stop in the cylinder head by closing the shut-off after a cold start, the heating of the coolant and the heating of the internal combustion engine are accelerated. Due to the lower heat extraction in the cylinder head, the engine oil heats up faster. The friction is thereby reduced, which has an advantageous effect on fuel consumption.
Durch geeignetes Ansteuern des Absperrelements kann auch nach Beendigung der Warmlaufphase Einfluß genommen werden auf die Kühlmittelströme, d. h. den Kühlmitteldurchsatz und damit auf die Kühlmitteltemperatur und den Wärmehaushalt der aufgeheizten Brennkraftmaschine.By suitably activating the shut-off element, it is possible to influence the coolant flows even after the warm-up phase has ended. H. the coolant flow rate and thus the coolant temperature and the heat balance of the heated internal combustion engine.
Bei einer warmgelaufenen Brennkraftmaschine können auf diese Weise unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen für unterschiedliche Lastzustände realisiert werden, obwohl – im Gegensatz zum Stand der Technik – ein selbsttätig steuerndes Ventil und kein kennfeldgesteuertes Ventil eingesetzt wird.In a warm-running internal combustion engine different coolant temperatures for different load conditions can be realized in this way, although - in contrast to the prior art - an automatically controlling valve and no map-controlled valve is used.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ermöglicht es, die Kühlmitteltemperaturen im Teillastbetrieb anzuheben, wodurch sich der Wirkungsgrad im Teillastbereich verbessern läßt.The internal combustion engine according to the invention makes it possible to control the coolant temperatures in the Part load operation to raise, which can improve the efficiency in the partial load range.
Hierzu wird das Absperrelement bei niedrigen und mittleren Lasten intermittierend geöffnet, wobei sich kurze Öffnungs- und Schließphasen abwechseln. Das Absperrelement ist also nicht kontinuierlich geöffnet. Vielmehr werden die Öffnungsphasen durch Schließphasen unterbrochen.For this purpose, the shut-off element is intermittently opened at low and medium loads, with alternating short opening and closing phases. The shut-off is therefore not open continuously. Rather, the opening phases are interrupted by closing phases.
Die Steuerung des Absperrelements im Einzelnen, insbesondere das intermittierende getaktete Öffnen des Absperrelements in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur Tcoolant, wird ausführlich in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. Vorteilhaft sind insbesondere flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, bei denen das Absperrelement mittels Motorsteuerung in Abhängigkeit von einer Temperatur Tcoolant,circuit des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf steuerbar ist. Die Steuerung erfordert das Hinterlegen von Kennfeldern in der Motorsteuerung.The control of the shut-off element in detail, in particular the intermittent clocked opening of the shut-off element as a function of the coolant temperature T coolant , will be described in detail in connection with the method according to the invention. In particular, liquid-cooled internal combustion engines in which the shut-off element can be controlled by means of motor control as a function of a temperature T coolant, circuit of the coolant in the coolant circuit are advantageous. The control requires the storage of maps in the engine control.
Die erfindungsgemäße Brennkrafmaschine löst somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe. Es wird eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, deren Flüssigkeitskühlung derart gestaltet ist, dass sowohl auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase als auch auf den Wärmehaushalt der aufgeheizten Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise Einfluß genommen werden kann.The internal combustion engine according to the invention thus solves the first sub-task on which the invention is based. There is provided an internal combustion engine, the liquid cooling is designed such that both the heat balance of the internal combustion engine in the warm-up phase as well as the heat balance of the heated internal combustion engine can be advantageously influenced.
Das vorgeschlagene Konzept eignet sich auch zur Nachrüstung bereits auf dem Markt befindlicher Brennkraftmaschinen.The proposed concept is also suitable for retrofitting already on the market internal combustion engines.
Neben dem Kühlmittelkreislauf und dem Heizungskreislauf können weitere Kreisläufe bzw. Wärmetauscher vorgesehen werden.In addition to the coolant circuit and the heating circuit further circuits or heat exchangers can be provided.
Auf der Ansaugseite einer Brennkraftmaschine wird häufig ein Ladeluftkühler angeordnet. Der Ladeluftkühler senkt die Temperatur der angesaugten Frischluft bzw. des angesaugten Frischgemisches und steigert damit die Dichte der Zylinderfrischladung. Auf diese Weise trägt der Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Luft bzw. mit Frischgemisch bei. Üblicherweise werden aufgeladene Brennkraftmaschinen mit einem Ladeluftkühler ausgestattet.On the intake side of an internal combustion engine, a charge air cooler is often arranged. The intercooler lowers the temperature of the intake fresh air or of the sucked fresh mixture and thus increases the density of the cylinder fresh charge. In this way, the cooler contributes to a better filling of the combustion chamber with air or with fresh mixture. Usually supercharged internal combustion engines are equipped with a charge air cooler.
Die Kühlung der Ladeluft mittels Ladeluftkühler dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozeß benötigte Luft wird aufgrund der Kühlung verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und somit der Mitteldruck gesteigert werden.The cooling of the charge air by means of intercooler is used primarily to increase the performance of the internal combustion engine. The air required for the combustion process is compressed due to the cooling, whereby each cylinder per cycle can be supplied with a larger air mass. As a result, the fuel mass and thus the medium pressure can be increased.
Moderne Brennkraftmaschinen werden darüber hinaus zunehmend mit einer Abgasrückführung (AGR) ausgestattet. Die Abgasrückführung, d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen von der Abgasseite auf die Ansaugseite der Brennkraftmaschine, wird als zielführend angesehen, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, insbesondere die Grenzwerte für Stickoxidemissionen. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen Luftüberschuß, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsverfahren mit niedrigeren Verbrennungstemperaturen zu entwickeln, wobei die Abgasrückführung ein Mittel zur Senkung der Temperaturen darstellt.In addition, modern internal combustion engines are increasingly being equipped with exhaust gas recirculation (EGR). The exhaust gas recirculation, d. H. the recirculation of combustion gases from the exhaust side to the intake side of the internal combustion engine is considered to be effective in meeting future emissions limits, particularly nitrogen oxide emission limits. Since the formation of nitrogen oxides requires not only an excess of air but also high temperatures, a concept for reducing nitrogen oxide emissions is to develop combustion processes with lower combustion temperatures, with exhaust gas recirculation as a means of lowering temperatures.
Mit zunehmender Abgasrückführrate können die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei zu xAGR = mAGR/(mAGR + mFrischluft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte und gegebenenfalls komprimierte Frischluft bzw. Ladeluft bezeichnet.With increasing exhaust gas recirculation rate, the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced. In this case, the exhaust gas recirculation rate x AGR is determined as x AGR = m AGR / (m AGR + m fresh air ), where m AGR denotes the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air the supplied and possibly compressed fresh air or charge air.
Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich, die in der Größenordnung von xAGR ≈ 50% bis 70% liegen können. Zur Realisierung dieser hohen Rückführraten ist eine Kühlung des rückzuführenden Abgases, d. h. eine Verdichtung des Abgases durch Kühlung, zwingend erforderlich, um die Dichte des rückgeführten Abgases zu steigern. Die Brernnkraftmaschine ist daher mit einer zusätzlichen Kühlvorrichtung zur Kühlung des rückzuführenden Abgases auszustatten.In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required, which can be on the order of x AGR ≈ 50% to 70%. In order to realize these high recycling rates, cooling of the exhaust gas to be recirculated, ie compression of the exhaust gas by cooling, is absolutely necessary in order to increase the density of the recirculated exhaust gas. The Brernnkraftmaschine is therefore equipped with an additional cooling device for cooling the recirculating exhaust gas.
Weitere Kühler können vorgesehen werden, beispielsweise zur Kühlung des Getriebeöls bei Automatikgetrieben und/oder zur Kühlung von Hydraulikflüssigkeiten, insbesondere von Hydrauliköl, welches im Rahmen hydraulisch betätigbarer Verstellvorrichtungen bzw. zur Lenkunterstützung eingesetzt wird.Other coolers can be provided, for example for cooling the transmission oil in automatic transmissions and / or for cooling hydraulic fluids, in particular hydraulic oil, which is used in the context of hydraulically actuated adjusting devices or for steering assistance.
Auch wenn es grundsätzlich vorteilhaft ist, das Motoröl nach einem Kaltstart möglichst schnell zu erwärmen, um die Reibleistung zu mindern, muß das Öl einer warmgelaufenen Brennkraftmaschine in der Regel doch gekühlt werden, da eine Überhitzung des Motoröls zu einer vorzeitigen Alterung des Öls und einer Verschlechterung der Schmiereigenschaften führt.Although it is generally advantageous to heat the engine oil as quickly as possible after a cold start in order to reduce the friction, the oil of a warmed up internal combustion engine usually has to be cooled, as overheating of the engine oil leads to premature aging of the oil and deterioration the lubricating properties leads.
Zur Einhaltung einer maximal zulässigen Öltemperatur genügt die Wärmeabgabe über die Ölwanne mittels Wärmeleitung und natürlicher Konvektion häufig nicht mehr, so dass ein Ölkühler vorzusehen ist, der kühlmittelbetrieben sein kann, d. h. der dem Öl unter Verwendung des Kühlmittels Wärme entzieht. Ein kühlmittelbetriebener Ölkühler bietet zudem die Möglichkeit, das Motorenöl in der Warmlaufphase unter Verwendung des Kühlmittels zu erwärmen.In order to maintain a maximum permissible oil temperature, the heat release via the oil sump by means of heat conduction and natural convection is often no longer sufficient, so that an oil cooler is provided, which can be coolant-driven, ie the heat extracting the oil using the coolant. A coolant-driven oil cooler also offers the possibility of engine oil in the Warm-up phase using the coolant to heat.
Vorteilhaft sind sowohl Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Ölkühler parallel zur kühlmittelbetriebenen Heizung vorgesehen ist, als auch Ausführungsformen, bei denen der Ölkühler in Reihe mit der kühlmittelbetriebenen Heizung angeordnet ist.Both embodiments of the internal combustion engine in which the oil cooler is provided parallel to the coolant-operated heater and also embodiments in which the oil cooler is arranged in series with the coolant-operated heater are advantageous.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein Sensor zur meßtechnischen Erfassung der Kühlmitteltemperatur Tcoolant vorgesehen ist. Die mittels Sensor erfaßte Kühlmitteltemperatur wird der Motorsteuerung als Eingangsgröße bereitgestellt.Embodiments of the internal combustion engine in which a sensor is provided for the metrological detection of the coolant temperature T coolant are advantageous. The sensor-detected coolant temperature is provided to the engine controller as an input.
Die meßtechnische Erfassung der Kühlmitteltemperatur Tcoolant mittels Sensor ist vorliegend unproblematisch, da das Kühlmittel auch bei warmgelaufener Brennkraftmaschine moderate Temperaturen aufweist, beispielsweise im Vergleich zu den hohen Temperaturen der Verbrennungsgase. Der Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bietet zudem eine Vielzahl von Möglichkeiten, d. h. viele Stellen, zur Anordnung eines Sensors, ohne dass die Funktionstüchtigkeit der Flüssigkeitskühlung beeinträchtigt werden würde.The metrological detection of the coolant temperature T coolant by means of a sensor is presently unproblematic because the coolant has moderate temperatures even when the engine has warmed up, for example in comparison to the high temperatures of the combustion gases. The cooling circuit of an internal combustion engine also offers a variety of possibilities, ie many points, for the arrangement of a sensor, without the functioning of the liquid cooling would be affected.
Eine rechnerische Bestimmung der Kühlmitteltemperatur ausschließlich mittels Simulation, bei der auch dynamische Wärmemodelle und kinetische Modelle zur Bestimmung der während der Verbrennung generierten Reaktionswarme verwendet werden, ist zwar grundsätzlich eine Möglichkeit, die Kühlmitteltemperatur Tcooling zu bestimmen, vorliegend aber nicht die bevorzugte Vorgehensweise, auch wenn die Simulationsrechnung keine weiteren Bauteile, insbesondere keine Sensoren, erfordert, um die Temperatur zu bestimmen, was hinsichtlich der Kosten günstig ist. Die mittels Simulation ermittelte Kühlmitteltemperatur Tcooling ist lediglich ein Schätzwert, was die Qualität der Steuerung der Flüssigkeitskühlung nachteilig beeinflußt würde.Although a mathematical determination of the coolant temperature exclusively by means of simulation, in which dynamic heat models and kinetic models are used to determine the heat of reaction generated during combustion, is basically a way to determine the coolant temperature T cooling , but not the preferred approach, even if the simulation calculation requires no further components, in particular no sensors, in order to determine the temperature, which is favorable in terms of cost. The coolant temperature T cooling determined by means of simulation is merely an estimated value, which would adversely affect the quality of the control of the liquid cooling.
Zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur Tcooling kann auch eine Bauteiltemperatur, insbesondere eine Zylinderkopftemperatur, herangezogen werden, welche beispielsweise meßtechnisch wiederum mittels Sensor erfaßt wird. Gemäß dieser Variante wird die Temperatur des Kühlmittels indirekt – unter Verwendung einer anderen Temperatur – ermittelt, was grundsätzlich eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Kühlmitteltemperatur darstellt.For estimating the coolant temperature T cooling, it is also possible to use a component temperature, in particular a cylinder head temperature, which, for example, in turn is detected by means of a sensor. According to this variant, the temperature of the coolant is determined indirectly - using a different temperature - which is basically another way to determine the coolant temperature.
Wird die Kühlmitteltemperatur mittels Sensor erfaßt, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur Tcooling benachbart zu einem Austritt des Kühlmittelkreislaufs aus dem mindestens einen Zylinderkopf angeordnet wird.If the coolant temperature is detected by means of a sensor, embodiments are advantageous in which the sensor for detecting the coolant temperature T cooling is arranged adjacent to an outlet of the coolant circuit from the at least one cylinder head.
Die Anordnung des Sensors stromabwärts des Zylinderkopfes, gemäß der vorstehenden Ausführungsform konkret im Bereich des Kühlmittelaustritts aus dem Zylinderkopf, stellt sicher, dass die Temperatur an einer Stelle des Kühlkreislaufs erfaßt wird, an der das Kühlmittel bereits eine deutliche Temperaturerhöhung erfahren hat, da es den Zylinderkopf durchströmt und Wärme aufgenommen hat. Dies ist vorteilhaft, da die Kühlmitteltemperatur häufig auf eine maximal zulässige Kühlmitteltemperatur geregelt wird bzw. geregelt werden soll.The arrangement of the sensor downstream of the cylinder head, according to the above embodiment concretely in the area of the coolant outlet from the cylinder head, ensures that the temperature is detected at a point of the cooling circuit, at which the coolant has already undergone a significant increase in temperature, since it is the cylinder head flowed through and absorbed heat. This is advantageous since the coolant temperature is frequently regulated or should be regulated to a maximum permissible coolant temperature.
Unter Berücksichtigung des vorstehend genannten Aspekts ist es besonders vorteilhaft, die Temperatur an der Stelle im Kühlkreislauf zu ermitteln, wo das Kühlmittel die maximale Temperatur erreicht. Aus dem gleichen Grund sind auch Varianten vorteilhaft, bei denen der Sensor nahe der höchstgelegenen Stelle des Kühlmittelkreislaufs bzw. Kühlmittelmantels angeordnet wird, da sich das verdampfte, überhitzte Kühlmittel an der höchstgelegenen Stelle des Kreislaufs sammelt und vorzugsweise dort die Entlüftung des Kühlkreislaufs vorgenommen wird.With the above aspect in mind, it is particularly advantageous to determine the temperature at the point in the refrigeration cycle where the refrigerant reaches the maximum temperature. For the same reason, variants are also advantageous in which the sensor is arranged close to the highest point of the coolant circuit or coolant jacket, since the vaporized, superheated coolant collects at the highest point of the circuit and preferably there the venting of the cooling circuit is made.
Gemäß einer alternativen Verfahrensvariante kann der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur Tcoolant auch benachbart zu einem Eintritt des Kühlmittelkreislaufs in den mindestens einen Zylinderkopf angeordnet werden.According to an alternative variant of the method, the sensor for detecting the coolant temperature T coolant can also be arranged adjacent to an inlet of the coolant circuit into the at least one cylinder head.
Die Eintrittstemperatur des Kühlmittels kann auch dazu verwendet werden, die Kühlmitteltemperatur Tcoolant an einer anderen Stelle des Kühlkreislaufs zu ermitteln, d. h. abzuschätzen.The inlet temperature of the coolant can also be used to determine the coolant temperature T coolant at another point of the cooling circuit, ie to estimate.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit die Temperatur an der einen Stelle meßtechnisch zu erfassen und diese Temperatur zu transformatieren, um die Kühlmitteltemperatur an einer anderen Stelle zu ermitteln.In principle, it is possible to measure the temperature at one point and to transform this temperature in order to determine the coolant temperature at another location.
Aus dem vorstehend Gesagten folgt, dass Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sind, bei denen der Sensor zur meßtechnischen Erfassung der Kühlmitteltemperatur Tcoolant im Kühlmittelkreislauf stromabwärts des mindestens einen Zylinderkopfes und stromaufwärts des Wärmetauschers im Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist.From the above it follows that embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the sensor is provided for metrological detection of the coolant temperature T coolant in the coolant circuit downstream of the at least one cylinder head and upstream of the heat exchanger in the coolant circuit.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts des Absperrelementes in die Versorgungsleitung mündet und in der ein Ausgleichsbehältnis angeordnet ist.Advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which a vent line is provided, the upstream of the Shut-off opens into the supply line and in which a surge tank is arranged.
Die Führung bzw. das Anschließen der Entlüftungsleitung gemäß der vorstehenden Art erweist sich in der Warmlaufphase als überaus vorteilhaft. Das erfindungsgemäße Verschließen des Absperrelements nach einem Kaltstart mit dem Ziel, die Zirkulation des Kühlmittels im Heizungskreislauf zu unterbinden, bringt auch den Kühlmittelfluß im Entlüftungssystem zum Erliegen. Dadurch wird die frei zirkulierende und in der Warmlaufphase zu erwärmende Kühlmittelmenge weiter vermindert und zwar um die im Entlüftungskreislauf, insbesondere im Ausgleichsbehältnis, befindliche Menge, welche im Einzelfall eineinhalb bis zwei Liter betragen kann.The guide or the connection of the vent line according to the above type proves to be extremely advantageous in the warm-up phase. Closing the shut-off element according to the invention after a cold start with the aim of preventing the circulation of the coolant in the heating circuit also stops the coolant flow in the deaeration system. As a result, the amount of coolant circulating freely and to be heated in the warm-up phase is further reduced by the amount present in the venting circuit, in particular in the expansion tank, which in one case may be one and a half to two liters.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Wärmetauscher des Kühlmittelkreislaufs ein Radiator ist. Die Ausstattung des Wärmetauschers mit einem Lüfter gewährleistet einen ausreichend hohen Luftmassenstrom auch im Stillstand und bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten.Embodiments of the internal combustion engine in which the heat exchanger of the coolant circuit is a radiator are advantageous. The equipment of the heat exchanger with a fan ensures a sufficiently high air mass flow even at a standstill and at low vehicle speeds.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Zuführleitung eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels angeordnet ist, so dass das Kühlmittel zirkuliert.Embodiments of the internal combustion engine in which a pump for conveying the coolant is arranged in the supply line are advantageous, so that the coolant circulates.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das temperaturreaktive Element des Ventils ein Wachselement ist.Embodiments of the internal combustion engine in which the temperature-responsive element of the valve is a wax element are advantageous.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem das elektrisch betätigbare Absperrelement in Abhängigkeit von einer Temperatur Tcoolant des Kühlmittels und der Last pme der Brennkraftmaschine gesteuert wird, in der Art, dass das Absperrelement nach Abschluß der Warmlaufphase bei niedrigen und mittleren Lasten intermittierend geöffnet wird.The second of the invention underlying subtask, namely to show a method for operating an internal combustion engine according to one of the aforementioned embodiments, is achieved by a method in which the electrically actuable shut-off depending on a temperature T coolant of the coolant and the load p me Internal combustion engine is controlled, in such a way that the shut-off element is intermittently opened at the end of the warm-up phase at low and medium loads.
Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.The comments made in connection with the internal combustion engine according to the invention also apply to the inventive method.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach Beendigung der Warmlaufphase Einfluß genommen auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine, d. h. auf den Wärmeübergang im Zylinderkopf. Die Kriterien, anhand derer der Abschluß der Warmlaufphase als maßgebliche Voraussetzung für die Einleitung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt wird, werden zuvor festgelegt.With the method according to the invention, after the end of the warm-up phase, influence is exerted on the heat balance of the internal combustion engine, ie. H. on the heat transfer in the cylinder head. The criteria by means of which the conclusion of the warm-up phase is determined as the decisive prerequisite for the initiation of the method according to the invention are determined in advance.
Vorteilhaft ist die Vorgabe einer bestimmten Mindesttemperatur Tmin, welche das Kühlmittel erreicht haben muß, damit die Warmlaufphase als abgeschlossen angesehen wird. Die Mindesttemperatur Tmin kann zu Vergleichszwecken beispielsweise in der Motorsteuerung hinterlegt werden. Alternativ bzw. zusätzlich kann auch eine Zeitspanne, d. h. eine Mindestbetriebsdauer tmin, vorgegeben werden, über welche die Brennkraftmaschine seit dem Start bzw. Neustart mindestens betrieben worden sein muß, d. h. die verstrichen sein muß, damit von einer warmgelaufenen Brennkraftmaschine ausgegangen werden darf.Advantageously, the specification of a certain minimum temperature T min , which must have reached the coolant, so that the warm-up phase is considered completed. The minimum temperature T min can be deposited for comparison purposes, for example in the engine control. Alternatively or additionally, a period of time, ie, a minimum operating time t min , are given, via which the internal combustion engine must have been operated since the start or restart at least, ie which must have elapsed so that it may be assumed that a warm-running internal combustion engine.
In analoger Weise ist festzulegen, was als niedrige und mittlere Last anzusehen ist, damit der Teillastbereich, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt, eindeutig definiert wird. Die untere und obere Grenze des zugehörigen Teillastbereichs können dabei in Prozent angegeben werden, wobei sich die Vollast als Bezugsgröße eignet. Eine Festlegung des Lastbereichs kann mehrfach für unterschiedliche Drehzahlen vorgenommen werden oder auch einmalig, dann gegebenenfalls mit der Nennlast als Bezugsgröße. Die Festlegung des Lastbereichs erklärt die Abhängigkeit der Steuerung des Absperrelements von der Last pme.In an analogous manner, it is to be determined what is to be regarded as a low and medium load so that the partial load range in which the method according to the invention is used is clearly defined. The lower and upper limits of the associated part-load range can be specified in percent, with the full load is suitable as a reference. A determination of the load range can be made several times for different speeds or even once, then possibly with the rated load as a reference. The definition of the load range explains the dependence of the control of the shut-off element on the load p me .
Durch geeignetes Ansteuern des Absperrelements, nämlich das intermittierende, d. h. das immer wieder durch Schließen unterbrochene, Öffnen des Absperrelements wird direkt Einfluß genommen auf den Kühlmittelstrom des Heizungskreislaufs und damit auf den Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf.By suitably driving the shut-off element, namely the intermittent, d. H. the repeatedly interrupted by closing, opening the shut-off element is directly influenced on the coolant flow of the heating circuit and thus on the coolant flow through the cylinder head.
Das Absperrelement ist im Teillastbereich nicht kontinuierlich geöffnet, sondern phasenweise immer wieder geschlossen, so dass sich Öffnungsphasen und Schließphasen abwechseln und die durch den Zylinderkopf im Mittel hindurchgeführte Kühlmittelmenge reduziert wird. Die Folge ist ein Anstieg der Kühlmitteltemperatur. Durch Schließen des Absperrelements wird die Zirkulation im Heizungskreislauf eingestellt und es strömt kein Kühlmittel via Absperrelement bzw. Versorgungsleitung in den Zylinderkopf. Bei noch verschlossenem Ventil, d. h. bei noch verschlossenem Kühlmittelkreislauf, kommt der Kühlmittelfluß durch Schließen des Absperrelements vollständig zum Erliegen.The shut-off is not continuously opened in the partial load range, but phase-closed again and again, so that alternate opening phases and closing phases and the amount of coolant passed through the cylinder head in the middle is reduced. The result is an increase in the coolant temperature. Closing the shut-off element sets the circulation in the heating circuit and no coolant flows via the shut-off element or supply line into the cylinder head. With the valve still closed, d. H. when the coolant circuit is still closed, the coolant flow comes to a complete halt by closing the shut-off element.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Anhebung der Kühlmitteltemperatur der aufgeheizten Brennkraftmaschine im Teillastbereich. Der Wärmeübergang im Zylinderkopf korreliert aber auch mit der Temperaturdifferenz zwischen Bauteil und Kühlmittel. Eine höhere Kühlmitteltemperatur ist gleichbedeutend mit einer geringen Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und dem Zylinderkopf. Eine erhöhte Kühlmitteltemperatur führt folglich zu einem geringeren Wärmeübergang, wodurch der Wirkungsgrad im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine verbessert wird.The inventive method allows the increase in the coolant temperature of the heated internal combustion engine in the partial load range. The heat transfer in the cylinder head also correlates with the temperature difference between the component and the coolant. A higher coolant temperature is equivalent to a small temperature difference between the coolant and the cylinder head. An increased coolant temperature thus leads to a lower heat transfer, whereby the efficiency is improved in the partial load operation of the internal combustion engine.
Dass das erfindungsgemäße Verfahren speziell im Teillastbetrieb zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führt, ist besonders vorteilhaft, wenn berücksichtigt wird, dass fremdgezündete Brennkraftmaschinen aufgrund ihrer Lastregelung gerade in diesem Lastbereich einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad aufweisen.The fact that the method according to the invention leads to an improvement in the efficiency especially in part-load operation is particularly advantageous when it is taken into account that spark-ignited internal combustion engines have a comparatively poor efficiency precisely in this load range because of their load regulation.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren gestattet ein Schließen des Absperrelements nach einem Kaltstart. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventil aufgrund der niedrigen Kühlmitteltemperatur noch geschlossenen. Die Zirkulation des Kühlmittels wird damit in der Warmlaufphase vollständig unterbunden.The method according to the invention also makes it possible to close the shut-off element after a cold start. At this time, the valve is still closed due to the low coolant temperature. The circulation of the coolant is thus completely prevented in the warm-up phase.
Wie bereits mehrfach und ausführlich erläutert, werden die Erwärmung des Kühlmittels und die Aufheizung der Brennkraftmaschine dadurch beschleunigt. Das Motoröl erwärmt sich schneller und die Reibleistung wird reduziert, was den Kraftstoffverbrauch mindert.As already explained several times and in detail, the heating of the coolant and the heating of the internal combustion engine are thereby accelerated. The engine oil heats up faster and the friction loss is reduced, which reduces fuel consumption.
Aus den vorstehend genannten Gründen sind auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen das Absperrelement nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase geschlossen wird bzw. bleibt.For the reasons mentioned above, embodiments are also advantageous in the context of the method according to the invention, in which the shut-off element is closed or remains after a cold start of the internal combustion engine in the warm-up phase.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen das Absperrelement nach Abschluß der Warmlaufphase geöffnet wird, wenn die momentane Last pme eine vorgebbare Last pme,threshold,warm übersteigt.Process variants are advantageous in which the shut-off element is opened after completion of the warm-up phase when the instantaneous load p me warmly exceeds a predefinable load p me, threshold .
Bei hohen Lasten, insbesondere bei Vollast, wird eine möglichst große Wärmeabfuhr angestrebt, um eine thermische Überlastung der Brennkraftmaschine sicher zu vermeiden. Zielführend dabei ist ein möglichst großer Kühlmitteldurchsatz, auch wenn die Kühlmitteltemperatur selbst abnimmt.At high loads, especially at full load, the greatest possible heat dissipation is sought in order to reliably avoid thermal overloading of the internal combustion engine. The goal here is the greatest possible coolant throughput, even if the coolant temperature itself decreases.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können bei einer warmgelaufenen Brennkraftmaschine unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen für unterschiedliche Lastzustände realisiert werden und das ohne Verwendung des aus dem Stand der Technik bekannten kennfeldgesteuerten Ventils.With the method according to the invention, different coolant temperatures for different load states can be realized in a warm-running internal combustion engine and this without using the map-controlled valve known from the prior art.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Kühlmitteltemperatur Tcoolant mittels Sensor meßtechnisch erfaßt wird.Embodiments of the method in which the coolant temperature T coolant is detected by means of a sensor are advantageous.
Vorteilhaft sind dabei Verfahrensvarianten, bei denen die Kühlmitteltemperatur Tcoolant,circuit im Kühlmittelkreislauf stromabwärts des mindestens einen Zylinderkopfes und stromaufwärts des Wärmetauschers erfaßt wird.Process variants in which the coolant temperature T coolant, circuit in the coolant circuit downstream of the at least one cylinder head and upstream of the heat exchanger is detected are advantageous.
Hinsichtlich der beiden zuletzt genannten Verfahrensvarianten wird Bezug genommen auf das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte.With regard to the two last-mentioned process variants, reference is made to what has been said in connection with the internal combustion engine according to the invention.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das elektrisch betätigbare Absperrelement in Abhängigkeit von der Temperatur Tcoolant,circuit des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf und der Last pme der Brennkraftmaschine gesteuert wird.Embodiments of the method are advantageous in which the electrically actuable shut-off element is controlled as a function of the temperature T coolant, circuit of the coolant in the coolant circuit and the load p me of the internal combustion engine.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das intermittierende Öffnen des Absperrelements bei niedrigen und mittleren Lasten pulsweiten-moduliert erfolgt.Embodiments of the method in which the intermittent opening of the shutoff element is pulse width modulated at low and medium loads are advantageous.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das intermittierende Öffnen des Absperrelements getaktet durchgeführt wird, wobei ein Takt eine Schließphase und eine Öffnungsphase umfaßt und eine konstante Zeitspanne aufweist.Also advantageous are embodiments of the method in which the intermittent opening of the shut-off is performed clocked, wherein a clock includes a closing phase and an opening phase and having a constant period of time.
Ein getaktetes Öffnen kann dabei in vorteilhafter Weise mit einem unveränderlichen einheitlichen Takt oder aber mit einem veränderbaren Takt durchgeführt werden. Die Unterschiede bestehen hinsichtlich der Aufteilung des Takts in Öffnungsphase und Schließphase.A clocked opening can be carried out in an advantageous manner with a fixed uniform clock or with a variable clock. The differences exist with regard to the division of the clock in opening and closing phases.
Einerseits sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen das intermittierende Öffnen mit einem unveränderlichen einheitlichen Takt durchgeführt wird, so dass die Anteile der Schließphase und der Öffnungsphase am Takt bei jedem Takt dieselben sind. Gemäß einer speziellen Ausführungsform sind die Schließphase und die Öffnungsphase gleich groß, d. h. gleich lang.On the one hand, embodiments of the method are advantageous in which the intermittent opening is performed with a constant uniform clock, so that the shares of the closing phase and the opening phase are the same at the clock at each clock. According to a specific embodiment, the closing phase and the opening phase are the same, d. H. of equal length.
Andererseits sind auch Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen das intermittierende Öffnen mit einem veränderbaren Takt durchgeführt wird, bei dem die Anteile der Schließphase und der Öffnungsphase am Takt variabel sind.On the other hand, process variants are advantageous in which the intermittent opening is carried out with a variable cycle, in which the shares of the closing phase and the opening phase are variable on the clock.
Diese Variante gestattet eine Veränderung der Aufteilung von Takt zu Takt, insbesondere in Abhängigkeit von der momentanen Kühlmitteltemperatur Tcoolant, und damit eine bedarfsgerechte Anpassung der Aufteilung an die momentane Kühlmitteltemperatur Tcoolant. Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Anteile der Schließphase und der Öffnungsphase am Takt in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz ΔTcoolant festgelegt werden, um die die momentane Kühlmitteltemperatur Tcoolant von einem vorgebbaren Richtwert Tcoolant,threshold abweicht, wobei gilt:
Ein veränderbarer Takt gestattet es, den Anteil der Schließphase zu vergrößern, um die Kühlmitteltemperatur zu erhöhen, oder den Anteil der Öffnungsphase zu vergrößern, um die Kühlmitteltemperatur zu senken.A variable stroke makes it possible to increase the proportion of the closing phase in order to increase the coolant temperature or to increase the proportion of the opening phase in order to lower the coolant temperature.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Absperrelement in der Warmlaufphase geöffnet wird, wenn die momentane Last pme eine vorgebbare Last pme,threshold,cold übersteigt.Embodiments of the method in which the shut-off element is opened in the warm-up phase are advantageous if the instantaneous load p me exceeds a predefinable load p me, threshold, cold .
Zwar sollte – wie oben beschrieben – das Absperrelement nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine vorzugsweise geschlossen werden bzw. bleiben, um die Erwärmung des Motoröls zu beschleunigen. Bei ungünstigen Betriebsbedingungen kann es aber auch vorteilhaft sein, das Absperrelement ausnahmsweise in der Warmlaufphase zu öffnen, um die Brennkraftmaschine vor irreparablen Schäden zu bewahren, wenn beispielsweise nach einem Kaltstart unvorteilhaft hohe Lasten angefordert werden bzw. der Leistungsbedarf hoch ist.Although - as described above - the shut-off after a cold start of the internal combustion engine preferably be closed or remain to accelerate the heating of the engine oil. In unfavorable operating conditions, it may also be advantageous to open the shut-off exceptionally in the warm-up phase to protect the engine from irreparable damage, if, for example, after a cold start unfavorably high loads are required or the power consumption is high.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen Wasser als Kühlmittel verwendet wird. In der Regel wird das Wasser mit Additiven versetzt. Wasser hat gegenüber anderen Kühlmitteln den Vorteil, dass es nicht toxisch, leicht verfügbar und kostengünstig ist und zudem über eine sehr hohe Wärmekapazität verfügt, weshalb Wasser sich für den Entzug und die Abfuhr sehr großer Wärmmengen eignet, was im Allgemeinen als vorteilhaft angesehen wird.Advantageous are process variants in which water is used as the coolant. As a rule, the water is mixed with additives. Water has the advantage over other coolants that it is non-toxic, readily available and inexpensive and also has a very high heat capacity, which is why water is suitable for the removal and removal of very large amounts of heat, which is generally considered advantageous.
Vorteilhaft können aber auch Verfahrensvarianten sein, bei denen Öl als Kühlmittel verwendet wird. Gegenüber der Verwendung von Wasser hat Öl als Kühlmittel den Vorteil, dass es nicht korrosiv ist, vielmehr sogar einen Korrosionsschutz bietet und im Gegensatz zu Wasser mit – insbesondere sich bewegenden – Bauteilen ohne weiteres in Kontakt kommen kann, ohne dass die Funktionstüchtigkeit der Brennkraftmaschine gefährdet wäre.But can also be advantageous process variants in which oil is used as a coolant. Compared to the use of water, oil as a coolant has the advantage that it is not corrosive, rather even offers corrosion protection and unlike water with - in particular moving - components can easily come into contact without the functioning of the engine would be at risk ,
Darüber hinaus wird Öl ohnehin als Prozeßflüssigkeit verwendet und durch den Zylinderkopf bzw. den Block geführt, um verschiedene Verbraucher, insbesondere die Kurbelwelle und die Nockenwelle, mit Öl zu versorgen.In addition, oil is used anyway as a process fluid and passed through the cylinder head or the block to supply various consumers, in particular the crankshaft and the camshaft, with oil.
Die geringere Wärmekapazität von Öl gegenüber Wasser führt zu einem geringeren Wärmeentzug, was nach einem Kaltstart vorteilhaft ist. Die Ausbildung der Flüssigkeitskühlung unter Verwendung von Motoröl als Kühlmittel beschleunigt die Erwärmung des Öls während der Warmlaufphase.The lower heat capacity of oil compared to water leads to a lower heat removal, which is advantageous after a cold start. The formation of the liquid cooling using motor oil as a refrigerant accelerates the heating of the oil during the warm-up phase.
Bei einem Zylinderkopf mit mindestens zwei Kühlmittelmänteln können auch zwei unterschiedliche Kühlmittel eingesetzt werden. Der Zylinderkopf verfügt dabei über zwei voneinander unabhängige Kühlmittelkreisläufe, die jeweils mindestens einen Kühlmittelmantel aufweisen und mit unterschiedlichen Kühlmitteln betrieben werden. Ein auslaßseitiger Kühlmittelmantel könnte mit Wasser und ein einlaßseitiger Kühlmittelmantel mit Öl als Kühlmittel betrieben werden.In a cylinder head with at least two coolant jackets, two different coolant can be used. The cylinder head has two independent coolant circuits, each having at least one coolant jacket and operated with different coolants. An outlet side coolant jacket could be operated with water and an inlet side coolant jacket with oil as the coolant.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der
Das selbsttätig steuernde Ventil
Der Heizungskreislauf
Stromaufwärts des selbsttätig steuernden Ventils
Die Kühlmitteltemperatur Tcoolant,circuit im Kühlmittelkreislauf ist auf der linken Ordinate in °Celsius und die Zeit t ist auf der Abszisse in Sekunden aufgetragen. Am rechten Rand des Diagramms sind die beiden Schaltzustände des Absperrelements angedeutet, so dass dem Diagramm auch zu entnehmen ist, zu welchem Zeitpunkt das Absperrelement zu bzw. auf ist, d. h. sich in der Schließstellung bzw. in der Offenstellung befindet (siehe Kurve A).The coolant temperature T coolant, circuit in the coolant circuit is on the left ordinate in ° Celsius and the time t is plotted on the abscissa in seconds. At the right edge of the diagram, the two switching states of the shut-off element are indicated, so that the diagram can also be seen at what time the shut-off is on or on, that is in the closed position or in the open position (see curve A).
Ausgehend von einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird der NEDC-Zyklus durchfahren, der 1180 Sekunden umfaßt und auch zur Ermittlung der Schadstoffemissionen eingesetzt wird, um die Einhaltung der gesetzlich reglementierten Schadstoffkonzentrationen zu überprüfen. Der dazugehörige Verlauf v(t) der Fahrzeuggeschwindigkeit v über der Zeit t kann dem Diagramm entnommen werden.Starting from a cold start of the internal combustion engine, the NEDC cycle is completed, which covers 1180 seconds and is also used to determine the pollutant emissions in order to check compliance with the legally regulated pollutant concentrations. The associated course v (t) of the vehicle speed v over the time t can be found in the diagram.
Die Temperatur Tcoolant des Kühlmittels steigt in der Warmlaufphase kontinuierlich an. Das Absperrelement ist während der Warmlaufphase geschlossen.The temperature T coolant of the coolant increases continuously in the warm-up phase. The shut-off element is closed during the warm-up phase.
Erreicht das Kühlmittel eine vorgegebene Mindesttemperatur Tmin, welche vorliegend bei ungefähr 98°C liegt, wird die Warmlaufphase als abgeschlossen angesehen. Die Mindesttemperatur Tmin entspricht vorliegend einer Mindestbetriebsdauer tmin von 470 Sekunden.If the coolant reaches a predetermined minimum temperature T min , which in the present case is about 98 ° C, the warm-up phase is considered completed. In this case, the minimum temperature T min corresponds to a minimum operating time t min of 470 seconds.
Nach Abschluß der Warmlaufphase wird das elektrisch betätigbare Absperrelement in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur Tcoolant gesteuert, wobei das Absperrelement intermittierend geöffnet wird, d. h. abwechselnd geöffnet und geschlossen wird.After completion of the warm-up phase, the electrically actuable shut-off is controlled in dependence on the coolant temperature T coolant , wherein the shut-off is opened intermittently, that is, alternately opened and closed.
Das intermittierende Öffnen des Absperrelements wird getaktet durchgeführt. Ein Takt umspannt eine konstante Zeitdauer und besteht aus Schließphase und Öffnungsphase. Bei der in
Die Folge des intermittierenden Öffnens ist eine vergleichsweise hohe Kühlmitteltemperatur Tcoolant im Teillastbetrieb, die vorliegend der Zylinderkopfaustrittstemperatur entspricht und im Mittel etwa 105°C beträgt.The result of the intermittent opening is a comparatively high coolant temperature T coolant in the part-load operation, which in the present case corresponds to the cylinder head outlet temperature and is on average about 105 ° C.
Dem Ausschnitt kann entnommen werden, dass die Taktung des Absperrelements der Gestalt, d. h. derart schnell sein kann, dass das Absperrelement die Schließstellung bzw. die Offenstellung nicht ganz erreicht und vorher eine Richtungsänderung erfolgt.It can be seen from the detail that the timing of the shut-off element of the shape, d. H. can be so fast that the shut-off element does not fully reach the closed position or the open position and previously made a change in direction.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschineliquid-cooled internal combustion engine
- 22
- Zylinderkopfcylinder head
- 33
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 44
- Zuführleitungfeed
- 55
- Abführleitungdischarge
- 66
- RückführleitungReturn line
- 77
- selbsttätig steuerndes Ventil, Thermostatself-controlling valve, thermostat
- 7a7a
- temperatur-reaktives Elementtemperature-reactive element
- 88th
- Wärmetauscher, RadiatorHeat exchanger, radiator
- 99
- HeizungskreislaufHeating circuit
- 1010
- Versorgungsleitungsupply line
- 1111
- Heizungheater
- 1212
- Absperrelementshut-off
- 1313
- Motorsteuerungmotor control
- 1414
- Sensorsensor
- 1515
- Pumpepump
- pme p me
- momentane Lastmomentary load
- pme,threshold,cold p me, threshold, cold
- vorgebbare Last für die Brennkraftmaschine in der Warmlaufphasepredefinable load for the internal combustion engine in the warm-up phase
- pme,threshold,warm p me, threshold, warm
- vorgebbare Last für die Brennkraftmaschine nach der Warmlaufphasespecifiable load for the internal combustion engine after the warm-up phase
- Tcoolant T coolant
- Temperatur des KühlmittelsTemperature of the coolant
- Tcoolant,circuit T coolant, circuit
- Temperatur des Kühlmittels im KühlmittelkreislaufTemperature of the coolant in the coolant circuit
- Tcoolant,heating T coolant, heating
- Temperatur des Kühlmittels im HeizungskreislaufTemperature of the coolant in the heating circuit
- Tcoolant,valve T coolant, valve
- Temperatur des Kühlmittels am thermisch-reaktiven Element des VentilsTemperature of the coolant at the thermally-reactive element of the valve
- Tcoolant,threshold T coolant, threshold
- Richtwert für die KühlmitteltemperaturGuideline for the coolant temperature
- ΔTcoolant ΔT coolant
- Temperaturdifferenz zwischen Tcoolant und Tcoolant,threshold Temperature difference between T coolant and T coolant, threshold
- Tmin T min
- Mindesttemperaturminimum temperature
- tt
- ZeitTime
- tmin min
- MindestbetriebsdauerMinimum operating time
- vv
- Fahrzeuggeschwindigkeitvehicle speed
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---|---|---|---|---|
US9032915B2 (en) | 2012-07-30 | 2015-05-19 | Ford Global Technologies, Llc | Independent cooling of cylinder head and block |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004012372A1 (en) * | 2004-03-13 | 2005-09-29 | Daimlerchrysler Ag | Cooling circuit for a coolant-cooled internal combustion engine |
DE102004058865A1 (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-08 | Att Automotivethermotech Gmbh | Cooling and heating circuit operation method for motor vehicle, involves supplying cooling water at position upstream of motor coolant pump in cooling system, where pump is opened at each position of closed thermostatic valve |
DE102005035121A1 (en) * | 2005-07-23 | 2007-02-01 | Att Automotivethermotech Gmbh | Heating and air conditioning device operating method for e.g. passenger car, involves temporarily throttling coolant flow-rate in heating path, so that minimum heating criterion characterizing minimum heat potential is fulfillable |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004012372A1 (en) * | 2004-03-13 | 2005-09-29 | Daimlerchrysler Ag | Cooling circuit for a coolant-cooled internal combustion engine |
DE102004058865A1 (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-08 | Att Automotivethermotech Gmbh | Cooling and heating circuit operation method for motor vehicle, involves supplying cooling water at position upstream of motor coolant pump in cooling system, where pump is opened at each position of closed thermostatic valve |
DE102005035121A1 (en) * | 2005-07-23 | 2007-02-01 | Att Automotivethermotech Gmbh | Heating and air conditioning device operating method for e.g. passenger car, involves temporarily throttling coolant flow-rate in heating path, so that minimum heating criterion characterizing minimum heat potential is fulfillable |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9032915B2 (en) | 2012-07-30 | 2015-05-19 | Ford Global Technologies, Llc | Independent cooling of cylinder head and block |
DE102013214838B4 (en) | 2012-07-30 | 2021-11-04 | Ford Global Technologies, Llc | Internal combustion engine with liquid-cooled cylinder head and liquid-cooled cylinder block and method for operating such an internal combustion engine |
KR20150132305A (en) * | 2013-03-19 | 2015-11-25 | 얀마 가부시키가이샤 | Internal combustion engine and cogeneration device |
KR102114522B1 (en) * | 2013-03-19 | 2020-05-22 | 얀마 가부시키가이샤 | Internal combustion engine and cogeneration device |
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