DE102012205001A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine - Google Patents
Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine Download PDFInfo
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Abstract
Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Kurbelgehäuse (3) und zumindest einem Zylinderkopf (4), mit einer von der Brennkraftmaschine (2) antreibbaren ersten Kühlmittelpumpe (5), wobei der Kühlmittelkreislauf (1) zumindest einen ersten Teil-Kühlmittelkreislauf (6) und einen zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf (7) aufweist, wobei in dem Kühlmittelkreislauf (1) von der ersten Kühlmittelpumpe (5) Kühlmittel durch die Brennkraftmaschine (2) und nach dieser einerseits durch den ersten Teil-Kühlmittelkreislauf (6) durch einen Luft-Wärmetauscher (8) und weiter zu einem Ventil (9) und andererseits nach der Brennkraftmaschine (2) durch den zweiten Kühlmittelkreislauf (7) zu dem Ventil (9) und nach dem Ventil (9) das gesamte geförderte Kühlmittel zurück zur ersten Kühlmittelpumpe (5) förderbar ist und wobei die erste Kühlmittelpumpe (5) von der Brennkraftmaschine (2) abkoppelbar ist und ein dritter Teil-Kühlmittelkreislauf (13) in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine (2) vom Kühlmittelkreislauf (1) abzweigt, wobei im dritten Kühlmittelkreislauf (13) ein Abgas-Wärmetauscher (10) und eine zweite Kühlmittelpumpe (11) angeordnet sind, mit der Kühlmittel zurück zur ersten Kühlmittelpumpe (5) förderbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufs und dem erfindungsgemäßen Verfahrens werden Kraftstoffverbrauchsvorteile im Warmlauf der Brennkraftmaschine erzielt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 18.
- Die Erfindung geht von der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2008 037 062 A1 aus. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Kühleinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben bekannt. In dieser Schrift ist eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine in einem Kühlkreislauf mit einer Kühlmittelpumpe beschrieben, mit einem Brennkraftmaschinengehäuse, einem Abgasrückführ-Wärmetauscher (AGR-Wärmetauscher), einem Kühlmittel-Thermostatventil und mit einem Kühlmittel-Wärmetauscher, wobei die Kühlmittelpumpe, der Abgasrückführ-Wärmetauscher und das Kühlmittel-Thermostatventil von einem ersten Kühlmittel-Teilkreislauf und die Kühlmittelpumpe, das Brennkraftmaschinengehäuse und das Kühlmittel-Thermostatventil von einem zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf umfasst sind, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Kühleinrichtung, wobei bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten ersten Wertes ein erstes Absperrventil geschlossen ist und ein Kühlmittelumlauf im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf im wesentlichen unterbunden ist, so dass das Kühlmittel im wesentlichen im ersten Kühlmittel-Teilkreislauf umläuft. - Auch wenn der bekannte Stand der Technik keine wesentlichen Nachteile aufweist, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere im Warmlauf einer Brennkraftmaschine die CO2-Emissionen und somit den Kraftstoffverbrauch weiter zu reduzieren.
- Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 sowie verfahrensmäßig durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 15 gelöst.
- Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufs für eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren wird die thermische Trägheit des Kühlsystems auf ein Minimum reduziert. Darüber hinaus kann die Antriebsleistung einer Hauptkühlmittelpumpe eingespart werden. In vorteilhafter Weise wird der brennkraftmaschineninterne Wärmefluss in Richtung höherer Zylindertemperatur umgeleitet. Erfindungsgemäß kann der Antrieb der mechanischen Kühlmittelpumpe, beispielsweise durch Öffnung einer Kupplung, abgestellt werden. Damit „steht” das Kühlwasser weitgehend im Kühlmittelkreislauf. Nur die Abgasrückführkühlung (AGR-Kühlung) wird mit einer leistungsschwachen, drehzahlvariablen, vorzugsweise elektrischen zweiten Kühlmittelpumpe aufrecht erhalten. Dies führt in vorteilhafter Weise zu Kraftstoffverbrauchsvorteilen im MVEG-Zyklus (Motor Vehicle Emission Group-Zyklus) sowie zu Verbrauchsvorteilen im Warmlauf der Brennkraftmaschine. Dies macht sich im kundenrelevanten Betrieb positiv bemerkbar, speziell im Winterbetrieb.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Im Folgenden ist die Erfindung in fünf Figuren anhand von fünf Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
1 zeigt einen grundsätzlichen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine gemäß den Patentansprüchen 1 bis 3. -
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf gemäß Patentanspruch 4. -
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf gemäß den Patentansprüchen 5 und 6. -
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf gemäß den Patentansprüchen 7 bis 12. -
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf. - Im Folgenden gelten in den fünf Figuren für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
-
1 zeigt schematisch ein erstes grundsätzliches Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf1 für eine Brennkraftmaschine2 mit einem Kurbelgehäuse3 und zumindest einem Zylinderkopf4 . Eine Brennkraftmaschine der V-Bauart hat entsprechend zwei Zylinderköpfe4 . Kühlmittelleitungen sind als Verbindungspfeile zwischen den einzelnen Bauelementen dargestellt. Eine Fließrichtung des Kühlmittels ist durch Pfeilspitzen angedeutet. - Gemäß dem Stand der Technik weist der Kühlmittelkreislauf
1 eine von der Brennkraftmaschine2 antreibbare Kühlmittelpumpe5 auf, wobei der Kühlmittelkreislauf1 zumindest einen ersten Teil-Kühlmittelkreislauf6 und einen zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf7 aufweist. In dem Kühlmittelkreislauf1 wird von der Kühlmittelpumpe5 Kühlmittel durch die Brennkraftmaschine1 und nach Austritt aus dieser einerseits durch den ersten Teil-Kühlmittelkreislauf6 zuerst durch einen Luft-Wärmetauscher8 und weiter zu einem Ventil9 und andererseits nach der Brennkraftmaschine2 durch den zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf7 zu dem Ventil9 und nach dem Ventil9 das gesamte geförderte Kühlmittel zurück zur ersten Kühlmittelpumpe5 gefördert. - Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf
1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlmittelpumpe5 von der Brennkraftmaschine2 , beispielsweise mit einer Kupplung abkoppelbar ist und ein dritter Teil-Kühlmittelkreislauf13 vorgesehen ist, der in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine2 vom Kühlmittelkreislauf1 abzweigt, wobei im dritten Kühlmittelkreislauf13 ein Abgas-Wärmetauscher10 (ein Abgasrückführ-, bzw. AGR-Kühler) und eine zweite Kühlmittelpumpe11 angeordnet sind, mit der Kühlmittel aus dem dritten Kühlmittelkreislauf13 zurück zur ersten Kühlmittelpumpe5 förderbar ist. - Besonders bevorzugt ist die zweite Kühlmittelpumpe
11 eine elektrische Kühlmittelpumpe. Dadurch kann für die AGR-Kühlung eine relativ leistungsschwache, drehzahlvariable Kühlmittelpumpe verwendet werden. Weiter weist der zweite Teil-Kühlmittelkreislauf7 bevorzugt zwischen der Brennkraftmaschine2 und dem Ventil9 ein Absperrelement12 auf. Durch diese Maßnahme kann gezielt ein Durchfluss der Brennkraftmaschine2 mit Kühlmittel verhindert werden. Bei dem Ventil9 handelt es sich bevorzugt um ein 3-Wege-Ventil, um beliebige Kühlmittel-Mischtemperaturen einstellen zu können. - Ferner sind ein Punkt A zwischen der Kühlmittelpumpe
5 und dem Abgas-Wärmetauscher10 und ein Punkt B zwischen der zweiten Kühlmittelpumpe11 und der der Kühlmittelpumpe5 eingezeichnet, an denen eine Druckdifferenz im Kühlmittel detektierbar ist. - Weiter sind der Zylinderkopf
4 und der zweite Teil-Kühlmittelkreislauf6 bevorzugt Kühlmittel führend mit einem Ausgleichsbehälter25 verbunden, wobei der Ausgleichsbehälter25 kühlmittelführend mit dem dritten Kühlmittelkreis13 vor der Kühlmittelpumpe5 verbunden ist. - Weiter zweigt in Strömungsrichtung des Kühlmittels im zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf
6 nach der Brennkraftmaschine1 und vor dem Luft-Wärmetauscher8 bevorzugt ein Heizkreislauf26 ab, in dem eine fünfte Kühlmittelpumpe27 und ein Heizungswärmetauscher28 angeordnet sind, wobei der Heizkreislauf26 wieder in den Kühlmittelkreislauf1 vor der Kühlmittelpumpe5 mündet. Durch diese bekannte Anordnung ist es möglich, z. B. den Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeuges zu temperieren. - Darüber hinaus ist der zweite Teil-Kühlmittelkreislauf
6 nach einem Austritt aus der Brennkraftmaschine2 und vor dem Eintritt in den Luft-Wärmetauscher8 über einen Motoröl-Wärmetauscher14 zwischen der Kühlmittelpumpe und der Brennkraftmaschine2 mit dem dritten Teilkühlmittelkreislauf13 Kühlmittel führend verbunden. - Weiter kann vom Luft-Wärmetauscher
8 eine Kühlmittelleitung abzweigen, so dass der Luft-Wärmetauscher8 Kühlmittel führend mit einem Getriebeöl-Wärmetauscher23 in Verbindung steht, wobei der Getriebeöl-Wärmetauscher23 andererseits wiederum mit dem Kühlmittelkreislauf1 zwischen dem Ausgleichsbehälter25 und der Kühlmittelpumpe5 kühlmittelführend verbunden ist. - Mit dieser erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufkonfiguration sind nun zwei unterschiedliche Verfahren durchführbar, wobei diese Verfahren für alle fünf Ausführungsbeispiele gelten. Es ist
- A) Ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bei einem Warmlauf mit niedriger Last möglich, der durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
– Starten der Brennkraftmaschine
2 und – Trennen der Kühlmittelpumpe5 von ihrem Antrieb und – Einschalten der zweiten Kühlmittelpumpe11 ab einer definierten Temperatur derart, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Punkt A und dem Punkt B nicht ausreicht, um eine Kühlmittelströmung durch das Kurbelgehäuse3 und den Zylinderkopf4 zu generieren und – ab einer höheren definierten Temperatur Mischen des heißen Kühlmittels aus dem dritten Teil-Kühlmittelkreislauf13 mit kaltem Kühlmittel aus dem ersten und/oder dem zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf6 ,7 . - B) Weiter möglich, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine durchzuführen bei einem Warmlauf mit hoher Last, der durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
– Starten der Brennkraftmaschine
2 und – Verbinden der Kühlmittelpumpe5 mit ihrem Antrieb und – Abschalten der zweiten Kühlmittelpumpe11 . -
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf1 für eine Brennkraftmaschine2 . Das Ausführungsbeispiel in2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel in1 dadurch, dass im dritten Teil-Kühlmittelkreislauf13 der Motoröl-Wärmetauscher14 parallel zum Abgas-Wärmetauscher10 angeordnet ist und dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach der zweiten Kühlmittelpumpe11 ein zweites Ventil15 angeordnet ist, das Kühlmittel führend mit dem zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf6 zwischen der Brennkraftmaschine2 und dem Luft-Wärmetauscher8 verbunden ist. - Auch mit diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Verfahren nach A) und B) durchführbar.
-
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf1 . Das Ausführungsbeispiel in3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel in2 dadurch, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Abgas-Wärmetauscher10 ein Schaltventil16 vorgesehen ist, das Kühlmittel führend mit dem Luft-Wärmetauscher8 verbunden ist, wobei zwischen dem Luft-Wärmetauscher8 und dem Schaltventil16 eine dritte Kühlmittelpumpe17 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Schaltventil16 und dem Abgas-Wärmetauscher10 ein Temperatursensor18 angeordnet. -
4 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf1 für eine Brennkraftmaschine2 . Das Ausführungsbeispiel in4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in1 dadurch, dass der dritte Kühlmittelkreislauf13 in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach der Kühlmittelpumpe5 und vor der Brennkraftmaschine2 über den Motoröl-Wärmetauscher14 mit dem zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf6 vor dem Luft-Wärmetauscher8 kühlmittelführend verbunden ist. Weiter ist der dritte Teil-Kühlmittelkreislauf13 in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Abgas-Wärmetauscher10 und vor der Kühlmittelpumpe5 über einen Verdichter19 , beispielsweise für einen Abgasturbolader und/oder einen Harnstoffbehälter für eine Harnstoffeindüsung zur Abgasreinigung (SCR-System = Selective Catalytic Reduction) mit der Brennkraftmaschine2 Kühlmittel führend verbunden. Mit dieser Ausgestaltung ist es auch möglich einen Abgaskrümmer mit Kühlmittel zu kühlen. - Um ungewollte Kühlmittelströmungen zu verhindern, ist zwischen dem Verdichter
19 und dem dritten Teil-Kühlmittelkreislauf13 bevorzugt ein zweites Absperrelement20 angeordnet. - Weiter ist bevorzugt in Strömungsrichtung des Kühlmittels im dritten Teil-Kühlmittelkreislauf
13 nach der Kühlmittelpumpe5 und vor dem Abgas-Wärmetauscher10 ein drittes Ventil21 angeordnet, das Kühlmittel führend mit dem dritten Teil-Kühlmittelkreislauf13 vor der Kühlmittelpumpe5 verbunden ist und wobei der Luft-Wärmetauscher8 Kühlmittel führend mit dieser Verbindung verbunden ist, wobei in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Luft-Wärmetauscher8 eine vierte Kühlmittelpumpe22 angeordnet ist. - Weiter ist in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt zwischen dem dritten Ventil
21 und der Kühlmittelpumpe5 der Getriebeöl-Wärmetauscher23 angeordnet. Für eine exakte Temperatursteuerung der Brennkraftmaschine ist bevorzugt zwischen dem dritten Ventil21 und dem Abgas-Wärmetauscher10 ein zweiter Temperatursensor24 im dritten Kühlmittelkreislauf13 angeordnet. -
5 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf1 für eine Brennkraftmaschine2 . Das Ausführungsbeispiel in5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in4 dadurch, dass parallel zum Abgas-Wärmetauscher10 ein zweiter von dem Kühlmittel durchstömbarer Abgas-Wärmetauscher31 angeordnet ist. Dieser zweite Abgas-Wärmetauscher31 ist bevorzugt ein Niederdruck-Abgasrückführ-Wärmetauscher (AGR-Wärmetauscher). Hierbei ist die zweite Kühlmittelpumpe11 in Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter beiden Abgas-Wärmetauschern10 ,31 angeordnet. - Weiter ist parallel zum Verdichter
19 ein von dem Kühlmittel durchströmbares SCR-(Selective Catalytic Reduction)System19' angeordnet ist, wobei beide aus der Brennkraftmaschine2 heraus mit Kühlmittel durchströmbar sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Speisung mit Kühlmittel aus dem Kurbelgehäuse3 heraus. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Speisung auch aus dem Zylinderkopf4 heraus erfolgen. Die Abfuhr des Kühlmittels erfolgt direkt in den Ausgleichsbehälter25 und über das zweite Absperrelement20 in eine Leitung zwischen dem Ventil9 und der ersten Kühlmittelpumpe5 . - Als weiterer Unterschied zu
4 ist der Heizungskreislauf26 nach der fünften Kühlmittelpumpe27 und vor dem Heizungs-Wärmetauscher28 in zwei parallele Zweige aufgeteilt, in denen jeweils ein viertes, vorzugsweise elektrisches Ventil30 angeordnet ist, wobei im Heizungsrücklauf ein drittes Absperrelement29 angeordnet ist. - Zusammenfassend gesagt:
Erfindungsgemäß ist somit ein Kühlmittelkreislauf1 für eine Brennkraftmaschine2 dargestellt, der nur die Kühlmittelmenge im Grundmotor (Kurbelgehäuse3 und Zylinderkopf2 ) mit AGR-Kühler (Abgas-Wärmetauscher10 ) und Motoröl-Kühler14 erwärmt. Die Kühlmittelmenge in Nebenkreisen, wie Heizkreislauf26 und Ausgleichsbehälter25 und weitere Nebenkreise werden beim Warmlauf der Brennkraftmaschine2 nicht erwärmt. Weiter kann das Kühlmittel im Kurbelgehäuse3 und Zylinderkopf4 „stehen” gelassen werden, um die anfallende Wärmeenergie reibungsgünstig in den tribologisch belasteten Bauteilen, speziell den Zylindern, zu lassen. Um auch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe5 zu reduzieren, wird der Ansatz verfolgt, diese über einen Mechanismus, beispielsweise eine mechanische Kupplung, vom Antrieb durch die Brennkraftmaschine2 zu trennen. Die Abgasrückführkühlung im Abgas-Wärmetauscher10 wird mittels der sehr kleinen, elektrischen zweiten Kühlmittelpumpe11 , die variabel ansteuerbar ist, angesteuert. - Hiermit ergibt sich die Möglichkeit bei einem Brennkraftmaschinenwarmlauf mit niedriger Last:
Die mechanische Kühlmittelpumpe5 ist mittels einer nicht dargestellten Kupplung von ihrem Antrieb getrennt und kann deshalb kein Kühlmittel fördern. Das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf1 „steht”. Zu Beginn des Warmlaufs strömt das rückgeführte Abgas vorzugsweise durch einen in den1 bis4 nicht dargestellten Bypass des Abgas-Wärmetauschers10 . In diesem Betrieb ist auch keine Kühlung des rückgeführten Abgases erforderlich. Erst wenn der Abgas-Wärmetauscher10 auf Kühlbetrieb umgeschaltet wird, muss der Abgas-Wärmetauscher10 durchströmt werden. Den Kühlmitteldurchsatz durch den Abgas-Wärmetauscher10 erzeugt die kleine, elektrische zweite Kühlmittelpumpe11 , die drehzahlvariabel ist, je nach elektrischer Ansteuerung. Die Ansteuerung der zweiten Kühlmittelpumpe11 ist so niedrig zu wählen, dass die Kühlung des rückgeführten Abgases sichergestellt ist, jedoch eine Druckdifferenz zwischen dem Punkt A und dem Punkt B nicht ausreicht, um eine relevante Strömung durch das Kurbelgehäuse3 und den Zylinderkopf4 zu generieren. Um das Kühlmittel im Abgasrückführzweig, vor Überhitzung zu schützen, kann die Drehzahl der zweiten Kühlmittelpumpe11 kurzzeitig hochgefahren werden, so dass die Druckdifferenz zwischen Punkt A und B groß genug ist, um eine Kühlmittelströmung in der Brennkraftmaschine2 zu generieren. Dann wird das heiße Kühlmittel im Abgasrückführzweig mit dem kälteren Kühlmittel aus Kurbelgehäuse3 und Zylinderkopf4 gemischt. Es ist auch möglich, das warme Kühlmittel des Zylinderkopfes4 in den Motoröl-Wärmetauscher14 zu verschieben. - Weiter ergibt sich die Möglichkeit bei einem Brennkraftmaschinenwarmlauf mit hoher Last:
Die Kupplung der mechanischen Kühlmittelpumpe5 wird geschlossen. Die kleine elektrische zweite Kühlmittelpumpe11 im Abgasrückführzweig wird abgeschaltet und stellt nur einen kleinen Strömungswiderstand dar. Die Kühlung der Brennkraftmaschine2 funktioniert nun konventionell, wie aus dem Stand der Technik bekannt. - Großer Kühlkreislauf:
- Die Kupplung der Kühlmittelpumpe
5 wird geschlossen. Die elektrische zweite Kühlmittelpumpe11 im Abgasrückführzweig wird abgeschaltet und stellt nur einen kleinen Strömungswiderstand dar. Die Kühlung der Brennkraftmaschine2 funktioniert nun konventionell, wie aus dem Stand der Technik bekannt. - Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufes
1 wird die thermische Trägheit des Kühlsystems auf ein Minimum reduziert. - Die Antriebsleistung der mechanischen Kühlmittelpumpe
5 wird eingespart. - Der brennkraftinterne Wärmefluss wird in Richtung höherer Zylindertemperatur umgeleitet.
- Der Antrieb der mechanischen Kühlmittelpumpe
5 kann mit Öffnung der Kupplung abgestellt werden. - Damit „steht” das Kühlmittel weitgehend im Kühlmittelkreislauf
1 . - Nur die Kühlung des rückgeführten Abgases wird mit der leistungsschwachen, drehzahlvariablen elektrischen zweiten Kühlmittelpumpe
11 aufrecht erhalten. Dies führt zu Verbrauchsvorteilen im MVEG-Zyklus. Darüber hinaus ergeben sich Verbrauchsvorteile im Warmlauf der Brennkraftmaschine2 und in kundenrelevanten Betriebsbereichen, speziell im Winterbetrieb. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kühlmittelkreislauf
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Kurbelgehäuse
- 4
- Zylinderkopf
- 5
- erste Kühlmittelpumpe
- 6
- erster Teil-Kühlmittelkreislauf
- 7
- zweiter Teil-Kühlmittelkreislauf
- 8
- Luft-Wärmetauscher
- 9
- Ventil
- 10
- Abgas-Wärmetauscher
- 11
- zweite Kühlmittelpumpe
- 12
- Absperrelement
- 13
- dritter Teil-Kühlmittelkreislauf
- 14
- Motoröl-Wärmetauscher
- 15
- zweites Ventil
- 16
- Schaltventil
- 17
- dritte Kühlmittelpumpe
- 18
- Temperatursensor
- 19
- Verdichter
- 19'
- SCR-System
- 20
- zweites Absperrelement
- 21
- drittes Ventil
- 22
- vierte Kühlmittelpumpe
- 23
- Getriebeöl-Wärmetauscher
- 24
- zweiter Temperatursensor
- 25
- Ausgleichsbehälter
- 26
- Heizungskreislauf
- 27
- fünfte Kühlmittelpumpe
- 28
- Heizungs-Wärmetauscher
- 29
- drittes Absperrelement
- 30
- viertes Ventil
- 31
- zweiter Abgas-Wärmetauscher
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008037062 A1 [0002]
Claims (19)
- Kühlmittelkreislauf (
1 ) für eine Brennkraftmaschine (2 ) mit einem Kurbelgehäuse (3 ) und zumindest einem Zylinderkopf (4 ), mit einer von der Brennkraftmaschine (2 ) antreibbaren ersten Kühlmittelpumpe (5 ), wobei der Kühlmittelkreislauf (1 ) zumindest einen ersten Teil-Kühlmittelkreislauf (6 ) und einen zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf (7 ) aufweist, wobei in dem Kühlmittelkreislauf (1 ) von der ersten Kühlmittelpumpe (5 ) Kühlmittel durch die Brennkraftmaschine (2 ) und nach dieser einerseits durch den ersten Teil-Kühlmittelkreislauf (6 ) durch einen Luft-Wärmetauscher (8 ) und weiter zu einem Ventil (9 ) und andererseits nach der Brennkraftmaschine (2 ) durch den zweiten Kühlmittelkreislauf (7 ) zu dem Ventil (9 ) und nach dem Ventil (9 ) das gesamte geförderte Kühlmittel zurück zur ersten Kühlmittelpumpe (5 ) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlmittelpumpe (5 ) von der Brennkraftmaschine (2 ) abkoppelbar ist und ein dritter Teil-Kühlmittelkreislauf (13 ) in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine (2 ) vom Kühlmittelkreislauf (1 ) abzweigt, wobei im dritten Kühlmittelkreislauf (13 ) ein Abgas-Wärmetauscher (10 ) und eine zweite Kühlmittelpumpe (11 ) angeordnet sind, mit der Kühlmittel zurück zur ersten Kühlmittelpumpe (5 ) förderbar ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelpumpe (
11 ) eine elektrische Kühlmittelpumpe ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf (
7 ) zwischen der Brennkraftmaschine (2 ) und dem Ventil (9 ) ein Absperrelement (12 ) angeordnet ist. - Kühlmittelkreislauf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Teil-Kühlmittelkreislauf (
13 ) parallel zum Abgas-Wärmetauscher (10 ) ein Motoröl-Wärmetauscher (14 ) angeordnet ist und in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach der zweiten Kühlmittelpumpe (11 ) ein zweites Ventil (15 ) angeordnet ist das Kühlmittel führend mit dem zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf (6 ) zwischen der Brennkraftmaschine (2 ) und dem Luft-Wärmetauscher (8 ) verbunden ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Abgas-Wärmetauscher (
10 ) ein Schaltventil (16 ) vorgesehen ist, das Kühlmittel führend mit dem Luft-Wärmetauscher (8 ) verbunden ist, wobei zwischen dem Luft-Wärmetauscher (8 ) und dem Schaltventil (16 ) eine dritte Kühlmittelpumpe (17 ) vorgesehen ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaltventil (
16 ) und dem Abgas-Wärmetauscher (10 ) ein Temperatursensor (18 ) angeordnet ist. - Kühlmittelkreislauf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Teil-Kühlmittelkreislauf (
13 ) in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach der Kühlmittelpumpe (5 ) und vor der Brennkraftmaschine (2 ) über den Motoröl-Wärmetauscher (14 ) mit dem zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf (6 ) vor dem Luft-Wärmetauscher (8 ) Kühlmittel führend verbunden ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Teil-Kühlmittelkreislauf (
13 ) in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Abgas-Wärmetauscher (10 ) und vor der Kühlmittelpumpe (5 ) über einen Verdichter (19 ) und/oder einen Harnstoffbehälter mit der Brennkraftmaschine (2 ) Kühlmittel führend verbunden ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichter (
19 ) und dem dritten Teil-Kühlmittelkreislauf (13 ) ein zweites Absperrelement (20 ) angeordnet ist. - Kühlmittelkreislauf nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels im dritten Teil-Kühlmittelkreislauf (
13 ) nach der Kühlmittelpumpe (5 ) und vor dem Abgas-Wärmetauscher (10 ) ein drittes Ventil (21 ) angeordnet ist, das Kühlmittel führend mit dem dritten Teil-Kühlmittelkreislauf (13 ) vor der Kühlmittelpumpe (5 ) verbunden ist und der Luft-Wärmetauscher (8 ) Kühlmittel führend mit dieser Verbindung verbunden ist, wobei in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Luft-Wärmetauscher (8 ) eine vierte Kühlmittelpumpe (22 ) angeordnet ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlmittelkreislauf (
1 ) zwischen dem dritten Ventil (21 ) und der Kühlmittelpumpe (5 ) ein Getriebeöl-Wärmetauscher (23 ) angeordnet ist. - Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem dritten Ventil (
21 ) und dem Abgas-Wärmetauscher (10 ) ein zweiter Temperatursensor (24 ) im dritten Teil-Kühlmittelkreislauf (13 ) angeordnet ist. - Kühlmittelkreislauf nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (
4 ) und der zweite Teil-Kühlmittelkreislauf (6 ) Kühlmittel führend mit einem Ausgleichsbehälter (25 ) verbunden sind, der Kühlmittel führend mit dem dritten Kühlmittelkreis (13 ) vor der Kühlmittelpumpe (5 ) verbunden ist. - Kühlmittelkreislauf nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kühlmittels im zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf (
6 ) nach der Brennkraftmaschine (1 ) und vor dem Luft-Wärmetauscher (8 ) ein Heizkreislauf (26 ) abzweigt in dem eine fünfte Kühlmittelpumpe (27 ) und ein Heizungs-Wärmetauscher (28 ) angeordnet sind und der Heizkreislauf (26 ) wieder in den Kühlmittelkreislauf (1 ) vor der Kühlmittelpumpe (5 ) mündet. - Kühlmittelkreislauf nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Abgas-Wärmetauscher (
10 ) eine zweiter von dem Kühlmittel durchstömbarer Abgas-Wärmetauscher (31 ) angeordnet ist. - Kühlmittelkreislauf nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Verdichter (
19 ) ein von dem Kühlmittel durchströmbares SCR-(Selective Catalytic Reduction)System (19' ) angeordnet ist, wobei beide aus der Brennkraftmaschine mit Kühlmittel durchströmbar sind und das Kühlmittel direkt in den Ausgleichsbehälter (25 ) und über das zweite Absperrelement (20 ) zwischen das Ventil (9 ) und die erste Kühlmittelpumpe (5 ) förderbar ist. - Kühlmittelkreislauf nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungskreislauf (
26 ) nach der fünften Kühlmittelpumpe (27 ) und vor dem Heizungs-Wärmetauscher (28 ) in zwei parallele Zweige aufgeteilt ist, in denen jeweils ein viertes Ventil (30 ) angeordnet ist, wobei im Heizungsrücklauf ein drittes Absperrelement (29 ) angeordnet ist. - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bei einem Warmlauf mit niedriger Last mit einem Kühlmittelkreislauf nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Starten der Brennkraftmaschine (
2 ) und – Trennen der Kühlmittelpumpe (5 ) von ihrem Antrieb und – Einschalten der zweiten Kühlmittelpumpe (11 ) ab einer definierten Temperatur derart, dass eine Druckdifferenz zwischen einem Punkt A und einem Punkt B nicht ausreicht, um eine Kühlmittelströmung durch das Kurbelgehäuse (3 ) und den Zylinderkopf (4 ) zu generieren und – ab einer höheren definierten Temperatur mischen des heißen Kühlmittels aus dem dritten Teil-Kühlmittelkreislauf (13 ) mit kaltem Kühlmittel aus dem ersten und/oder dem zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf (6 ,7 ). - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bei einem Warmlauf mit hoher Last mit einem Kühlmittelkreislauf nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: – Starten der Brennkraftmaschine (
2 ) und – Verbinden der Kühlmittelpumpe (5 ) mit ihrem Antrieb und – Abschalten der zweiten Kühlmittelpumpe (11 ).
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