DE102012200005A1

DE102012200005A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kühlmittelkreislaufs

Info

Publication number: DE102012200005A1
Application number: DE102012200005A
Authority: DE
Inventors: Hans Günther Quix; Rainer Lach; Jan Mehring
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-02
Filing date: 2012-01-02
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2032-01-03
Also published as: CN103184925B; US10161361B2; CN103184925A; DE102012200005B4; US20130167784A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlmittelkreislaufs (1) eines Verbrennungsmotors, wobei der Kühlmittelkreislauf (1) zumindest eine Hauptkühlmittelpumpe (7) und zumindest einen Blockkühlkreislauf (3) sowie zumindest einen AGR-Kühler (14) aufweist, wobei der AGR-Kühler (14) mit einem Wärmtauscherkreislauf (17) in Verbindung steht.
Das Verfahren umfaßt zumindest die Schritte:
Feststellen, dass der Blockkühlkreislauf (3) im No-Flow Status betrieben werden soll, Feststellen, dass rückgeführte Abgase trotz des No-Flow Status des Blockkühlkreislauf (3) einer Kühlung bedürfen
Ansteuern einer Hilfskühlmittelpumpe (20) so, dass Kühlmittel die Hauptkühlmittelpumpe (7) umgehend stromauf dieser über einen Bypass (12) des Blockkühlmittelkreislaufes (3) und über eine Verbindungsleitung (23) zum AGR-Kühler geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlmittelkreislaufes eines Verbrennungsmotors, wobei der Kühlmittelkreislauf zumindest eine Hauptkühlmittelpumpe und zumindest einen Blockkühlkreislauf sowie zumindest einen AGR-Kühler aufweist, wobei der AGR-Kühler mit einem Wärmetauscherkreislauf in Verbindung steht.
Bekannt ist, daß es zweckmäßig ist, den Motorblock und den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors jeweils getrennt oder wenigstens überwiegend getrennt voneinander mit einem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs durchströmen zu lassen. Auf diese Weise können der Zylinderkopf, der thermisch vor allem mit der Brennraumwand, der Ansaugluftführung und der Abgasabführung gekoppelt ist und der Motorblock, der thermisch vor allem mit den Reibstellen gekoppelt ist, unterschiedlich gekühlt werden. Durch dieses so genannte „Split-Cooling-System“ (getrennter Kühlmittelkreislauf) soll erreicht werden, daß in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors der Zylinderkopf gekühlt wird, wobei der Motorblock zunächst noch nicht gekühlt werden soll, so daß der Motorblock schneller auf die erforderliche Betriebstemperatur geführt werden kann, d. h. unter getrenntem Kühlkreislauf sind nicht zwei Kühlkreisläufe zu verstehen, sondern es ist ein Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine gemeint, bei der der Wassermantel des Zylinderkopfes von dem Wassermantel des Zylinderblocks durch geeignete Mittel separiert ist. Bei manchen Konstruktionsformen können allerdings auch kleine Leckagen vom Zylinderkopfwassermantel zum Zylinderblockwassermantel vorgesehen sein, wobei die Leckagemengen so gering sind, daß man trotzdem von einem getrennten Kühlkreislauf sprechen kann.
Insofern ist eine bekannte Vorgehensweise zur Verkürzung der Warmlaufphase darin zu sehen, dass das Kühlmittel im Blockkühlkreislauf nicht zirkuliert, was auch als „No-Flow Status“ bezeichnet werden kann. So können Betriebsmedien des Verbrennungsmotors, beispielsweise das Motoröl schneller erwärmt werden, was zu Vorteilen bezüglich reduzierten Kraftstoffverbrauchs führt. Bekannt ist auch, dass der AGR-Kühler (Abgas Rückführung) in den Kühlmittelkreislauf, beispielsweise in den Blockkühlmittelkreislauf eingebunden ist, um rückgeführte Abgase zu kühlen. Möglich ist, dass das rückgeführte Abgas während des No-Flow Status des Blockkühlmittelkreislaufs der Kühlung bedarf, so dass der No-Flow Status aufgegeben werden muß, obwohl die Warmlaufphase noch nicht beendet ist. So können durch noch relativ kaltes Motoröl eigentlich erreichbare Vorteile z.B. hinsichtlich der Kraftstoffeinsparung nicht erreicht werden. Um dem entgegen zu treten, wurde der AGR-Kühler im Stand der Technik in einen separaten AGR-Kühlmittelkreislauf eingebunden. Der AGR-Kühlmittelkreislauf zweigt stromab der Hauptwasserpumpe aber stromauf des Blockkühlmitteleingangs aus dem Blockkühlmittelkreislauf ab, führt Kühlmittel den AGR-Kühler durchströmend zu einem Kabinenwärmetauscher und strömt aus diesem austretend zurück zur Hauptwasserpumpe. Das Kühlmittel mündet stromauf der Hauptwasserpumpe im Kühlmittelkreislauf. Stromab des Kabinenwärmetauschers und stromauf der Hauptkühlmittelpumpe ist eine Hilfskühlmittelpumpe vorgesehen, so dass trotz erforderlicher Kühlung rückgeführter Abgase der No-Flow Status des Blockkühlmittelkreislauf beibehalten werden kann. Allerdings ist als Nachteil ersichtlich, dass zusätzliche Verbindungsleitungen von der Hauptkühlmittelpumpe zum AGR-Kühler vorgesehen werden müssen, was nicht nur zu höheren Herstellungskosten, sondern auch zu einem Mehrgewicht des Kraftfahrzeuges führt. Zusätzliches Gewicht bedeutet allerdings auch wieder Nachteile bezüglich des Kraftstoffverbrauchs in kauf nehmen zu müssen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Eingangs genanten Art anzugeben, bei welchem rückgeführte Abgase trotz Aufrechterhalten des No-Flow Status des Blockkühlmittelkreislaufes gekühlt werden können, wobei die vorgenannten Nachteile zumindest weitgehend vermieden sind.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit der Figur zusätzlich.
Zielführend ist vorgesehen, dass eine Hilfskühlmittelpumpe so angesteuert wird, dass Kühlmittel die Hauptkühlmittelpumpe umgehend stromauf dieser über einen Bypaß des Blockkühlmittelkreislaufes und über eine Verbindungsleitung zum AGR-Kühler geleitet wird, wenn festgestellt wird, dass der Blockkühlmittelkreislauf den No-Flow Status bedarf, und zugleich rückgeführte Abgase der Kühlung bedürfen.
Mit der Erfindung wird so ein Verfahren bereitgestellt, bei welchem der No-Flow Status des Blockkühlmittelkreislaufs beibehalten wird, auch wenn die rückgeführten Abgase der Kühlung bedürfen, wobei der AGR-Kühler über eine Verbindungsleitung mit dem Blockkühlkreislauf, bzw. mit einem Auslaß desselben verbunden ist. Dies wird erreicht, in dem der Bypaß während des No-Flow Status des Blockkühlkreislaufes quasi in umgekehrter Strömungsrichtung von Kühlmittel durchströmt wird, wobei die Strömung durch die Hilfskühlmittelpumpe bewirkt wird.
Das den AGR-Kühler durchströmende Kühlmittel wird in den Wärmetauscher bzw. – kreislauf geleitet. Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Zeitdauer, bei welcher der No-flow Status beibehalten und gleichzeitig die rückgeführten Abgase gekühlt werden begrenzt ist. Dabei wird vorteilhaft die Wärmeträgheit des Wärmetauschers bzw. des Wärmertauscherkreislaufs beobachtet, wobei ein Grenzwert vorgebbar ist, um so die rückgeführten Abgase mittels des in dem Wärmetauscherkreislauf zirkulierenden Kühlmittels zeitlich begrenzt in Abhängigkeit der besagten Wärmeträgheit im Zusammenspiel mit den tatsächlichen Kühlungserfordernissen der rückgeführten Abgase zu kühlen oder den No Flow Status aufzugeben und die eigentliche, normale Strömungsrichtung wieder zuzulassen. Ein möglicher Grenzwert wäre z. B. 80°C Kühlmitteltemperatur, wobei die Temperatur über den Kühlmitteltemperatursensor, der typischerweise am Kühlmittelausgang sitzt, detektierbar sein könnte.
Im Vergleich zum Stand der Technik werden mit der Erfindung die Herstellungskosten und insbesondere das Gewicht reduziert, da auf zusätzliche Leitungen verzichtet werden kann, wobei auch die Leistung der Hauptkühlmittelpumpe reduziert werden kann, da diese nicht gegen den Strömungswiderstand zusätzlicher Leitungen arbeiten muß. In vorteilhafter Ausgestaltung kann zudem noch vorgesehen sein, die Kühlung der rückgeführten Abgase unabhängig von der Belastung des Verbrennungsmotors zu gestalten, indem z. B. eine elektrische Hauptkühlmittelpumpe eingesetzt wird, welche nicht wie konventionelle Hauptkühlmittelpumpen in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors stehen.
1 zeigt einen Kühlmittelkreislauf prinzipiell nach dem Stand der Technik. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt
2 prinzipiell einen Kühlmittelkreislauf gemäß der Erfindung.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
Grundsätzlich sind getrennte Kühlmittelkreisläufe (Split-Cooling System) bekannt, weswegen nicht näher darauf eingegangen wird.
1 zeigt einen Kühlmittelkreislauf 1 nach dem Stand der Technik. Von einem Verbrennungsmotor ist lediglich prinzipiell dessen Zylinderblock 2 erkennbar, welcher einen Blockkühlmittelkreislauf 3 aufweist. In den Zylinderblock 2 mündet eingangseitig eine Eingangsleitung 4, in dem ein Steuerelement 5 angeordnet ist. Das Steuerelement 5 kann so geschaltet werden, dass der Blockkühlkreislauf 3 den No-Flow Status aufweist, wobei das Steuerelement 5 also eine Kühlmittelströmung im Blockkühlmittelkreislauf 3 völlig unterbinden (NULL-Strömung) kann. Das Steuerelement 5 kann aber auch stufig öffnen oder stufenlos bis zu einem Maximalbetrag vollständig öffnen, so dass der Strömungsbetrag im Blockkühlmittelkreislauf 3 stufenlos bis zum Maximalbetrag ansteigen kann. Die Eingangsleitung 4 zweigt aus einer Versorgungsleitung 6 ab, in welcher eine Hauptkühlmittelpumpe 7 angeordnet ist. Ausgangsseitig ist eine Kühlerleitung 8 vorgesehen, welche zu einem Hauptkühler 9 führt. Die Kühlerleitung 8 mündet stromab des Hauptkühlers 9 in ein Kühlmittelthermostat 10, aus welchem eine Leitung 11 zurück zur Versorgungsleitung 6 führt. Aus der Kühlerleitung 8 zweigt stromauf des Hauptkühlers 9 ein Bypaß 12 ab, welcher in das Kühlmittelthermostat 10 mündet. Da das Kühlmittelthermostat 10 typischerweise bis Temperaturen von etwa 90°C geschlossen ist, wird das zirkulierende Kühlmittel über den Bypaß 12 an dem Hauptkühler 9 vorbeigeleitet. Stromab der Hauptkühlmittelpumpe 7 (1) zweigt eine zusätzliche AGR-Kühlerleitung 13 aus der Versorgungsleitung 6 ab. Die AGR-Kühlerleitung 13 mündet in einem AGR-Kühler 14, welcher über eine Wärmetauscherleitung 15 mit einem Wärmetauscher 16 bzw. mit einem Wärmetauscherkreislauf 17 verbunden ist. Aus dem Wärmetauscher 16 führt eine Rückleitung 18 zur Versorgungsleitung 6, wobei die Rückleitung 18 stromab des Kühlmittelthermostaten 10 in der Versorgungsleitung 6 mündet und zwar an einem gemeinsamen Einbindungspunkt 19 mit der Leitung 11. In der Rückleitung 18 ist eine Hilfskühlmittelpumpe 20 angeordnet.
Aus dem Hauptkühler 9 ist eine Entgasungsleitungen 21 zu einer Entgasungsvorrichtung 22 geführt, welche Kühlmittel zum Einbindungspunkt 19 zurückführt.
Die normale Strömungsrichtung ist mittels der Strömungspfeile eingezeichnet. Ersichtlich ist, dass die Strömungsrichtung des Kühlmittels auch entlang des Bypaß 12 in Richtung zum Kühlmittelthermostat 10 orientiert ist. Dies stellt die eigentliche Strömungsrichtung dar, wenn das Steuerelement 5 nicht geschlossen ist.
In einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors wird der Blockkühlkreislauf 3 über das erste Steuerelement 5 so geschaltet, dass kein Kühlmittel zirkuliert (NULL-Strömung). Eine Kühlung rückgeführter Abgase ist gleichwohl möglich, indem die Kühlmittelströmung in der zusätzlichen AGR-Kühlerleitung 13 über die Hauptkühlmittelpumpe 7 bewirkt wird.
Hier setzt die Erfindung, indem unter anderem auf die zusätzliche AGR-Kühlerleitung verzichtet wird, wie der 2 entnehmbar ist.
Dabei ist eine Verbindungsleitung 23 vorgesehen, welche den Bypaß 12 bzw. die Kühlerleitung 8 mit dem AGR-Kühler 14 verbindet.
Wird nun das erste Steuerelement 5 auf den No-Flow Status des Blockkühlkreislaufs 3 geschaltet (NULL-Strömung), wird die Hilfskühlmittelpumpe 20 angesteuert. Die Hilfskühlmittelpumpe 20 wird aktiv geschaltet. Das Kühlmittel strömt nun aus der Leitung 11 über das Kühlmittelthermostat 10 durch den Bypaß 12 und durch die Verbindungsleitung 23 zum AGR-Kühler 14. Von dem AGR-Kühler 14 wird das Kühlmittel in den Wärmetauscher 16 geleitet, von wo aus das Kühlmittel entlang der Rückleitung 18 die Hilfskühlmittelpumpe passierend zum Einbindungspunkt 19 und von hier zur Leitung 11 gelangt.
So wird der Bypaß 12, aber auch die Leitung 11 entgegen der eigentlichen Strömungsrichtung durchströmt, was in 2 mittel der Strömungspfeile angedeutet ist.
Erkennbar ist, dass der No-Flow Status des Blockkühlkreislaufs 3 aufrechterhalten bleibt, obwohl die rückgeführten Abgase der Kühlung bedürfen, wobei keine zusätzlichen Leitungen, welche in 1 notwendig sind, erforderlich sind. Ersichtlich ist auch, dass die Hauptkühlmittepumpe 7 kein Kühlmittel fördern muß, da auch diese von dem durch den Bypaß 12 strömenden Kühlmittel umgangen wird.
Spätestens wenn die Warmlaufphase, bzw. eine Teilphase davon beendet ist, bzw. wenn der No-Flow Status aufgegeben werden kann, öffnet das erste Steuerelement 5 den Kühlmittelzufluß zum Zylinderblock und die Hilfskühlmittelpumpe 20 wird abgeschaltet, so dass die ursprüngliche Strömungsrichtung durch den Bypaß 12 wieder hergestellt ist. Der Bypaß 12 kann seine normale Funktion zur Umgehung des Hauptkühlers 9 aufnehmen.
Der Wärmetauscher 16 kann als Kabinenheizung ausgeführt sein, so dass die rückgeführten Abgase mittels des Heizungskreislaufes gekühlt werden können.
Mit der Erfindung kann so die Abgaswärme zum Betrieb des Wärmetauschers, also z. B. für die Klimatisierung der Kabine verwendet werden.
Natürlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf das so genannte Split-Cooling-System beschränkt, sondern kann auch auf Verbrennungsmotoren ohne Split-Cooling-System anwendbar sein.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kühlmittelkreislaufs (1) eines Verbrennungsmotors, wobei der Kühlmittelkreislauf (1) zumindest eine Hauptkühlmittelpumpe (7) und zumindest einen Blockkühlkreislauf (3) sowie zumindest einen AGR-Kühler (14) aufweist, wobei der AGR-Kühler (14) zumindest mit einem Wärmtauscherkreislauf (17) in Verbindung steht umfassend zumindest die Schritte Feststellen, dass der Blockkühlkreislauf (3) im No-Flow Status betrieben werden soll, Feststellen, dass rückgeführte Abgase trotz des No-Flow Status des Blockkühlkreislauf (3) einer Kühlung bedürfen Ansteuern einer Hilfskühlmittelpumpe (20) so, dass Kühlmittel die Hauptkühlmittelpumpe (7) umgehend stromauf dieser über einen Bypass (12) des Blockkühlmittelkreislaufes (3) und über eine Verbindungsleitung (23) zum AGR-Kühler geleitet wird
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockkühlmittelkreislauf (3) nur in einer Warmlaufphase in dem No-Flow Status betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Bypaß (12) umgelehrt zur eigentlichen Strömungsrichtung ist, wenn der Blockkühlmittelkreislauf (3) in dem No-Flow Status ist und wenn die rückgeführten Abgase der Kühlung bedürfen