DE102012217229A1

DE102012217229A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine und Betriebsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102012217229A1
Application number: DE201210217229
Authority: DE
Inventors: Ivo Daniel Weese; Matthias LINDE
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, mit einem Hauptkühlmittelkühler und einem Nebenkühlmittelkühler, mit einem ersten Kühlmittelvorlauf aus der Brennkraftmaschine heraus in den Hauptkühlmittelkühler und über eine Verbindungsleitung aus dem Hauptkühlmittelkühler in den Nebenkühlmittelkühler und einem ersten Kühlmittelrücklauf aus dem Hauptkühlmittelkühler und dem Nebenkühlmittelkühler zur Brennkraftmaschine zurück, wobei aus der Verbindungsleitung in einem Abzweig ein zweiter Kühlmittelvorlauf zum Abgasturbolader abzweigt, dessen zweiter Kühlmittelrücklauf in den ersten Kühlmittelrücklauf mündet, wobei für jeden Kühlmittelvorlauf und/oder jeden Kühlmittelrücklauf eine Kühlmittelförderpumpe vorgesehen ist, wobei in der Verbindungsleitung zwischen dem Hauptkühlmittelkühler und dem Abzweig ein erstes Absperrelement und zwischen dem Abzweig und dem Nebenkühlmittelkühler ein zweites Absperrelement angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und die erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird ein Energiespeicher, wie z. B. eine Fahrzeugbatterie geschont.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kühlmittelkreisläufe für Brennkraftmaschinen mit einem Abgasturbolader mit einem Hauptkühlmittelkühler und einem Nebenkühlmittelkühler sind vielfach bekannt.
Ein Beispiel hierfür ist der BMW V8-Motor mit der internen Bezeichnung „N63”. Dieser Motor ist beispielsweise in den aktuellen Modellen BMW X5 und BMW 7er-Baureihe verbaut. Die V8-Brennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader auf, sowie einen Kühlmittelkreislauf mit einem Hauptkühlmittelkühler und einem Nebenkühlmittelkühler. Ein erster Kühlmittelvorlauf erstreckt sich aus der Brennkraftmaschine heraus in den Hauptkühlmittelkühler und weiter über eine Verbindungsleitung aus dem Hauptkühlmittelkühler in den Nebenkühlmittelkühler. Ein erster Kühlmittelrücklauf erstreckt sich aus dem Hauptkühlmittelkühler und dem Nebenkühlmittelkühler zur Brennkraftmaschine zurück. Weiter zweigt aus der Verbindungsleitung in einem Abzweig ein zweiter Kühlmittelvorlauf zum Abgasturbolader ab. Der Kühlmittelrücklauf des Abgasturboladers mündet wieder den ersten Kühlmittelrücklauf. Zur Förderung des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreislauf ist in jedem Kühlmittelrücklauf eine Kühlmittelförderpumpe vorgesehen ist. Abweichend hiervon kann auch in jedem Kühlmittelvorlauf eine Kühlmittelförderpumpe vorgesehen werden.
Nachteilig ist ein systembedingter oft notwendiger Lüfternachlauf des Kühlergebläses nach einem Abstellen der heißen Brennkraftmaschine. Darüber hinaus kann unter Umständen auch ein Turboladerkühlmittelnachlauf notwendig sein. Bedingt durch diesen Lüfter-, bzw. Kühlmittelnachlauf kann die digitale Motorelektronik nicht vollständig ausgeschaltet werden, da sie den Lüfter und die Kühlmittelpumpen ansteuern muss. Dies bedeutet einen erhöhten Mehrbedarf an elektrischer Energie, welcher das Bordnetz belastet und den Energiespeicher, beispielsweise die Fahrzeugbatterie, in nachteiliger Weise belastet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen, mit der der Nachlauf der Kühlmittelpumpen, bzw. des Lüfters verhindert, zumindest reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und verfahrensmäßig durch die Betriebsverfahren gemäß den Patentansprüchen 2 bis 4 gelöst.
Die Erfindung beschreibt vom Grundaufbau her einen bereits bekannten Kühlmittelkreislauf, wie dieser erfindungsgemäß bedarfsgeregelt zu- und abschaltbar ausgestaltet ist, um ihn während günstiger Betriebspunkte auf Umgebungstemperatur abzukühlen. Beim Abstellen der betriebswarmen Brennkraftmaschine, unabhängig von der Zylinderzahl, kann der kalte Inhalt des ausgelagerten Kühlers, dem Nebenkühlmittelkühler, mit dem heißen Kühlmittel der Brennkraftmaschine ausgetauscht und diese oder der Turbolader-Lagerstuhl schneller abgekühlt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und den erfindungsgemäßen Betriebsverfahren kann die Nachlaufzeit für die Kühlmittelpumpen bzw. den Lüfter deutlich reduziert werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Energiespeicher für das Bordnetz, wie beispielsweise die Fahrzeugbatterie, geschont.
Mit dem Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 2 wird eine hohe Kühlleistung während der Fahrt dargestellt. In diesem Fall werden in vorteilhafter Weise die Kühlung des Turbolader-Lagerstuhls und der Brennkraftmaschine über den Hauptkühlmittelkühler und den Nebenkühlmittelkühler erledigt. In diesem Fall sind der Hauptkühlmittelkühler und der Nebenkühlmittelkühler parallel geschaltet. In vorteilhafter Weise entspricht diese Einstellung auch einer fail-save-Stellung.
Mit dem Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 3 wird eine geringe Kühlleistung während der Fahrt dargestellt. Die Kühlung von Turbolader-Lagerstuhl und von der Brennkraftmaschine erfolgt nur über den Hauptkühlmittelkühler. In diesem Fall ist der Nebenkühlmittelkühler entkoppelt und kühlt aus.
Mit dem Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 4 wird ein Kühlmittelpumpennachlauf für den Turbolader-Lagerstuhl bei einer ausgeschalteten Brennkraftmaschine ermöglicht. Die Kühlung des Turbolader-Lagerstuhls erfolgt über das kalte Reservoir aus dem Nebenkühlmittelkühler. In diesem Fall sind der Nebenkühlmittelkühler und der Hauptkühlmittelkühler in Reihe geschaltet.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.
1 zeigt ein Blockschaltbild für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf.
1 zeigt ein Blockschaltbild für einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf. Es ist ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturbolader 2, mit einem Hauptkühlmittelkühler 3 und einem Nebenkühlmittelkühler 4. Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf ist für beliebige Zylinderzahlen der Brennkraftmaschine 1 darstellbar. Das Kühlmittel strömt durch einen ersten Kühlmittelvorlauf 5 aus der Brennkraftmaschine 1 heraus in den Hauptkühlmittelkühler 3 und über eine Verbindungsleitung 6 aus dem Hauptkühlmittelkühler 3 in den Nebenkühlmittelkühler 4 und einem ersten Kühlmittelrücklauf 7 aus dem Hauptkühlmittelkühler 3 und dem Nebenkühlmittelkühler 4 zur Brennkraftmaschine 1 zurück. Eine Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels ist durch Pfeile schematisch dargestellt. Hierbei zweigt aus der Verbindungsleitung 6 in einem Abzweig 8 ein zweiter Kühlmittelvorlauf 9 zum Abgasturbolader 2, zur Kühlung des Abgasturbolader-Lagerstuhls ab, dessen zweiter Kühlmittelrücklauf 10 in wieder den ersten Kühlmittelrücklauf 7 vor der Brennkraftmaschine 1 mündet. In diesem Ausführungsbeispiel sind im zweiten Kühlmittelrücklauf 10 des Abgasturboladers 2 eine Kühlmittelförderpumpe 11 sowie eine weitere Kühlmittelförderpumpe 11 im ersten Kühlmittelrücklauf 7 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch in jedem Kühlmittelvorlauf 5, 9 eine eigene Kühlmittelförderpumpe 11 angeordnet sein.
Erfindungsgemäß sind in der Verbindungsleitung 6 zwischen dem Hauptkühlmittelkühler 3 und dem Abzweig 8 ein erstes Absperrelement 12 und zwischen dem Abzweig 8 und dem Nebenkühlmittelkühler 4 ein zweites Absperrelement 13 angeordnet.
Mit diesem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine 1 lassen sich nun drei Betriebsverfahren durchführen:

– Ein erstes Betriebsverfahren für einen Kühlmittelkreislauf das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer hohen Kühlanforderung der Brennkraftmaschine 1 das erste und das zweite Absperrelement 12, 13 geöffnet sind.
– Ein zweites Betriebsverfahren für einen Kühlmittelkreislauf das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer geringen Kühlanforderung der Brennkraftmaschine 1 das erste Absperrelement 12 geöffnet und das zweite Absperrelement 13 geschlossen ist.
– Ein drittes Betriebsverfahren für einen Kühlmittelkreislauf das dadurch gekennzeichnet ist, dass nach einem Ausschalten der Brennkraftmaschine 1 das erste Absperrelement 12 geschlossen und das zweite Absperrelement 13 geöffnet ist.

Die Erfindung beschreibt somit vom Grundaufbau her einen bereits bekannten Kühlmittelkreislauf, wie dieser erfindungsgemäß bedarfsgeregelt zu- und abschaltbar ausgestaltet ist, um ihn während günstiger Betriebspunkte auf Umgebungstemperatur abzukühlen. Beim Abstellen der betriebswarmen Brennkraftmaschine 1 kann der kalte Inhalt des Nebenkühlmittelkühlers 4 mit dem heißen Kühlmittel der Brennkraftmaschine 1 ausgetauscht und diese oder der Turbolader-Lagerstuhl schneller abgekühlt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und den erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird die Nachlaufzeit für die Kühlmittelpumpe 11 bzw. den Lüfter deutlich reduziert. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Energiespeicher für das Bordnetz geschont.
Mit dem ersten Betriebsverfahren wird eine hohe Kühlleistung während der Fahrt dargestellt. In diesem Fall werden in vorteilhafter Weise die Kühlung des Turbolader-Lagerstuhls und der Brennkraftmaschine 1 über den Hauptkühlmittelkühler 3 und den Nebenkühlmittelkühler 4 erledigt. In diesem Fall sind der Hauptkühlmittelkühler 3 und der Nebenkühlmittelkühler 4 parallel geschaltet. In vorteilhafter Weise entspricht diese Einstellung auch einer fail-save-Stellung.
Mit dem zweiten Betriebsverfahren wird eine geringe Kühlleistung während der Fahrt dargestellt. Die Kühlung von Turbolader-Lagerstuhl und von der Brennkraftmaschine 1 erfolgt nur über den Hauptkühlmittelkühler 3. In diesem Fall ist der Nebenkühlmittelkühler 4 entkoppelt und kühlt aus.
Mit dem dritten Betriebsverfahren wird ein Kühlmittelpumpennachlauf für den Turbolader-Lagerstuhl bei einer ausgeschalteten Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Die Turbolader-Lagerkühlung erfolgt über das kalte Reservoir aus dem Nebenkühlmittelkühler 4. In diesem Fall sind der Nebenkühlmittelkühler 4 und der Hauptkühlmittelkühler 3 in Reihe geschaltet.
Kurz gesagt:
Es handelt sich somit um ein „vorausschauendes Wärmemanagement”.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Abgasturbolader
3: Hauptkühlmittelkühler
4: Nebenkühlmittelkühler
5: erster Kühlmittelvorlauf
6: Verbindungsleitung
7: erster Kühlmittelrücklauf
8: Abzweig
9: zweiter Kühlmittelvorlauf
10: zweiter Kühlmittelrücklauf
11: Kühlmittelförderpumpe
12: erstes Absperrelement
13: zweites Absperrelement

Claims

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasturbolader (2), mit einem Hauptkühlmittelkühler (3) und einem Nebenkühlmittelkühler (4), mit einem ersten Kühlmittelvorlauf (5) aus der Brennkraftmaschine (1) heraus in den Hauptkühlmittelkühler (3) und über eine Verbindungsleitung (6) aus dem Hauptkühlmittelkühler (3) weiter in den Nebenkühlmittelkühler (4) und einem ersten Kühlmittelrücklauf (7) aus dem Hauptkühlmittelkühler (3) und dem Nebenkühlmittelkühler (4) zur Brennkraftmaschine (1) zurück, wobei aus der Verbindungsleitung (6) in einem Abzweig (8) ein zweiter Kühlmittelvorlauf (9) zum Abgasturbolader (2) abzweigt, dessen zweiter Kühlmittelrücklauf (10) in den ersten Kühlmittelrücklauf (7) mündet, wobei für jeden Kühlmittelvorlauf (5, 9) und/oder jeden Kühlmittelrücklauf (7, 10) eine Kühlmittelförderpumpe (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (6) zwischen dem Hauptkühlmittelkühler (3) und dem Abzweig (8) ein erstes Absperrelement (12) und zwischen dem Abzweig (8) und dem Nebenkühlmittelkühler (4) ein zweites Absperrelement (13) angeordnet ist.
Betriebsverfahren für einen Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer hohen Kühlanforderung der Brennkraftmaschine (1) das erste und das zweite Absperrelement (12, 13) geöffnet sind.
Betriebsverfahren für einen Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geringen Kühlanforderung der Brennkraftmaschine (1) das erste Absperrelement (12) geöffnet und das zweite Absperrelement (13) geschlossen ist.
Betriebsverfahren für einen Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Ausschalten der Brennkraftmaschine (1) das erste Absperrelement (12) geschlossen und das zweite Absperrelement (13) geöffnet ist.