DE102013208676A1 - Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit Kühlmittelkreislauf und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) mit – mindestens einem Zylinderkopf (1a), und – einem Kühlmittelkreislauf (2) umfassend mindestens einen im Zylinderkopf (1a) integrierten Kühlmittelmantel, eine Zuführleitung (2b) zur Versorgung des Kühlmittelmantels mit Kühlmittel, eine Abführleitung (2c) zum Abführen des Kühlmittels und eine Rückführleitung (2d), welche von der Abführleitung (2c) abzweigt und in die Zuführleitung (2b) einmündet und in der ein Wärmetauscher (2e) vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine. Es soll eine Brennkraftmaschine (1) der genannten Art bereitgestellt werden, die hinsichtlich der Flüssigkeitskühlung optimiert ist. Erreicht wird dies mit einer Brennkraftmaschine (1) der oben genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass – eine den Zylinderkopf (1a) umgehende Bypaßleitung (3) vorgesehen ist, die zur Umgehung des Zylinderkopfes (1a) stromaufwärts des Zylinderkopfes (1a) aus dem Kühlmittelkreislauf (2) abzweigt und stromabwärts des Zylinderkopfes (1a) in den Kühlmittelkreislauf (2) einmündet und in der ein Absperrelement (3a) angeordnet ist.

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 in die Zuführleitung einmündet und in der ein Wärmetauscher vorgesehen ist.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren, Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen.
• Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine der genannten Art.
• Um die thermische Belastung in Grenzen zu halten, werden moderne Brennkraftmaschinen mit einer Kühlung ausgestattet, die im Folgenden auch als Motorkühlung bezeichnet wird. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Da mit einer Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden können und die thermische Belastung von Brennkraftmaschinen, insbesondere infolge Aufladung, stetig zunimmt, wird in der Regel eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen. Auch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine.
• Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung der Brennkraftmaschine, d. h. des mindestens einen Zylinderkopfes bzw. des Zylinderblocks mit mindestens einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf bzw. den Zylinderblock führenden Kühlmittelkanälen, was eine komplexe Struktur bedingt. Dabei wird der mechanisch und thermisch hochbelastete Zylinderkopf bzw. -block durch das Einbringen der Kühlmittelkanäle einerseits in seiner Festigkeit geschwächt. Andererseits muß die Wärme nicht wie bei der Luftkühlung erst an die Oberfläche geleitet werden, um abgeführt werden zu können. Die Wärme wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes bzw. -blocks 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.
• 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 Sinne darstellen, sondern können Teil des Kühlmittelmantels sein, d. h. integral mit dem Zylinderkopf ausgebildet sein, oder in Gestalt eines Kühlmitteleintrittsgehäuses bzw. Kühlmittelaustrittsgehäuses ausgebildet werden.
• In der Rückführleitung ist vorliegend ein Wärmetauscher vorgesehen, der dem Kühlmittel Wärme wieder entzieht. Um dem Wärmetauscher unter sämtlichen Betriebszuständen, insbesondere bei stehendem Kraftfahrzeug und bei nur niedrigen 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.
• Dem Kühlmittel kann nach Durchströmen des Zylinderkopfes, d. h. stromabwärts des Zylinderkopfes, auch Wärme durch eine weitere Verwendung entzogen werden. So kann eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen werden, welche das im Zylinderkopf aufgeheizte Kühlmittel nutzt, um die dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführte Luft zu erwärmen, wobei die Temperatur des Kühlmittels abnimmt.
• Häufig ist der mindestens eine Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes mit dem mindestens einen Kühlmittelmantel des Zylinderblocks verbunden, wobei der Kopf über den Block mit Kühlmittel versorgt wird bzw. umgekehrt.
• Nach dem Stand der Technik wird der in der Rückführleitung vorgesehene Wärmetauscher auf die maximale Belastung ausgelegt, d. h. in der Art, dass die anfallenden Wärmemengen unter sämtlichen Betriebsbedingungen abgeführt werden können, um die Funktionssicherheit der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
• Nichtsdestotrotz treten in der Praxis Fahrzustände auf, bei denen die Motorkühlung an ihre Leistungsgrenze gerät. Bei Beschleunigungs- und Bergfahrten hat der Kühler aufgrund der hohen Lasten vergleichsweise große Wärmemengen abzuführen, wobei gleichzeitig die Fahrzeuggeschwindigkeiten und damit der zur Unterstützung des Wärmeübergangs bereitgestellte Luftmassenstrom niedrig sind.
• Dabei ist es nicht unbedingt die Bauteiltemperatur des Motors, d. h. die Zylinderkopftemperatur, die zuerst kritische Werte erreicht. Vielmehr kann das Kühlmittel selbst stromabwärts des Zylinderkopfes überhitzen und eine Kühlung erfordern noch bevor die Brennkraftmaschine überhitzt.
• Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Flüssigkeitskühlung optimiert ist.
• Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
• Gelöst wird die erste Aufgabe 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 in die Zuführleitung einmündet und in der ein Wärmetauscher vorgesehen ist,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass
• – eine den Zylinderkopf umgehende Bypaßleitung vorgesehen ist, die zur Umgehung des Zylinderkopfes stromaufwärts des Zylinderkopfes aus dem Kühlmittelkreislauf abzweigt und stromabwärts des Zylinderkopfes in den Kühlmittelkreislauf einmündet und in der ein Absperrelement angeordnet ist.
• Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit einer Bypaßleitung ausgestattet, die als Kurzschlußleitung fungiert und mit der das Kühlmittel im Bedarfsfall am Zylinderkopf vorbeigeführt werden kann, beispielsweise wenn das Kühlmittel überhitzt. Überschreitet die Kühlmitteltemperatur T_coolant einen kritischen Wert, wird das in der Bypaßleitung angeordnete Absperrelement geöffnet bzw. in Richtung Offenstellung verstellt. Dadurch wird der Zylinderkopf bzw. der mindestens eine im Zylinderkopf integrierte Kühlmittelmantel nicht mehr von Kühlmittel bzw. von wesentlich weniger Kühlmittel durchströmt, d. h. in seiner Funktion als Bestandteil des Kühlmittekreislaufs deaktiviert. Zum einen wird damit dem ohnehin überhitzten Kühlmittel keine Wärme mehr im Zylinderkopf zugeführt. Eine Kühlung des Zylinderkopfes unterbleibt. Zum anderen wird durch Umgehen des Zylinderkopfes der Strömungswiderstand im Kühlmittelkreislauf herabgesetzt, so dass die Pumpe mehr Kühlmittel fördert, wodurch sich auch der Kühlmitteldurchsatz durch den Wärmetauscher erhöht.
• Das in der Bypaßleitung angeordnete Absperrelement wird wieder geschlossen bzw. in Richtung Schließstellung verstellt, wenn die Temperatur T_coolant des überhitzten Kühlmittels in ausreichendem Maße abgesenkt wurde oder aber der Zylinderkopf eine kritische Bauteiltemperatur erreicht, die eine Kühlung unverzichtbar macht, so dass auf eine – gegebenenfalls erneute – Überhitzung des Kühlmittels keine Rücksicht genommen werden kann, da die Kühlung des Zylinderkopfes höhere Priorität hat.
• Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine bereitgestellt, deren Flüssigkeitskühlung optimiert ist.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen in der Bypaßleitung ausschließlich das Absperrelement angeordnet ist.
• Dadurch wird der Strömungswiderstand der Bypassleitung weiter herabgesetzt, so dass die Pumpe bei geöffnetem Absperrelement mehr überhitztes Kühlmittel in die Bypaßleitung und weniger Kühlmittel in den Zylinderkopf bzw. in den mindestens einen Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes hin fördert, wodurch sich der Kühlmitteldurchsatz durch den Wärmetauscher nochmals erhöht und dem überhitzten Kühlmittel mehr Wärme entzogen wird.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement stufenlos verstellbar ist. Ein stufenlos verstellbares Absperrelement gestattet neben dem Öffnen und Verschließen der Bypaßleitung eine weitergehende Einflußnahme auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine, beispielsweise während der Warmlaufphase, indem der Kühlmittedurchsatz durch den Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes und damit die vom Zylinderkopf in das Kühlmittel eingebrachte Wärmemenge gesteuert wird.
• Nichtsdestotrotz können auch Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen das Absperrelement zweistufig schaltbar ist.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement ein mittels Motorsteuerung steuerbares Absperrelement ist, insbesondere ein elektrisch steuerbares Absperrelement. Nichtsdestotrotz kann das Absperrelement auch hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar sein, vorzugsweise auch mittels Motorsteuerung.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement ein in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur T_coolant steuerbares Absperrelement ist.
• Zur meßtechnischen Erfassung der Kühlmitteltemperatur T_coolant kann ein Sensor vorgesehen werden. Die mittels Sensor erfaßte Kühlmitteltemperatur kann dann einer Motorsteuerung als Eingangsgröße bereitgestellt werden. Die meßtechnische Erfassung der Kühlmitteltemperatur T_coolant mittels Sensor ist unproblematisch, da das Kühlmittel auch bei warmgelaufener Brennkraftmaschine moderate Temperaturen aufweist. Der Kühlmittelkreislauf 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.
• Eine rechnerische Bestimmung der Kühlmitteltemperatur T_coolant ausschließlich mittels Simulation, bei der auch dynamische Wärmemodelle und kinetische Modelle zur Bestimmung der während der Verbrennung generierten Reaktionswärme verwendet werden, ist grundsätzlich auch eine Möglichkeit, die Kühlmitteltemperatur T_coolant 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 T_coolant ist aber lediglich ein Schätzwert, was die Qualität der Steuerung der Flüssigkeitskühlung nachteilig beeinflußt.
• Wird die Kühlmitteltemperatur mittels Sensor erfaßt, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur T_coolant benachbart zum Austritt des Kühlmittelkreislaufs aus dem mindestens einen Zylinderkopf angeordnet wird.
• 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 Kühlmittelkreislaufs erfaßt wird, an der das Kühlmittel eine deutliche Temperaturerhöhung erfahren hat und die Gefahr von Überhitzung besteht. Dies ist vorliegend besonders vorteilhaft, da die maximale Kühlmitteltemperatur betrachtet wird bzw. geregelt werden soll.
• Alternativ kann der Sensor zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur T_coolant auch benachbart zum Eintritt des Kühlmittels in den Zylinderkopf angeordnet werden. Die Eintrittstemperatur des Kühlmittels kann auch dazu verwendet werden, die Kühlmitteltemperatur T_coolant an einer anderen Stelle des Kühlkreislaufs, insbesondere am Austritt, zu ermitteln, d. h. abzuschätzen.
• Grundsätzlich besteht die Möglichkeit die Temperatur an der einen Stelle meßtechnisch zu erfassen und diese Temperatur zu transformieren, um die Kühlmitteltemperatur an einer anderen Stelle zu ermitteln.
• Aus dem vorstehend Gesagten folgt, dass Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sind, bei denen der Sensor zur meßtechnischen Erfassung der Kühlmitteltemperatur T_coolant im Kühlmittelkreislauf stromabwärts des mindestens einen Zylinderkopfes und stromaufwärts des Wärmetauschers im Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist.
• Zur Abschätzung der Kühlmitteltemperatur T_coolant kann auch eine Bauteiltemperatur, insbesondere eine Zylinderkopftemperatur T_{cylinder-head}, herangezogen werden, welche beispielsweise meßtechnisch wiederum mittels Sensor erfaßt werden kann. 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.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement ein in Abhängigkeit von einer Bauteiltemperatur T_{cylinder-head} steuerbares Absperrelement ist.
• Diese Ausführungsform stellt nicht auf die Variante ab, bei der die Kühlmitteltemperatur T_coolant unter Verwendung einer Bauteiltemperatur ermittelt wird. Vielmehr soll dem Umstand Rechnung getragen werden, dass der Zylinderkopf eine kritische Bauteiltemperatur erreichen kann, der eine Kühlung unverzichtbar macht, so dass die Kühlung des Zylinderkopfes Vorrang hat vor einer eventuellen Überhitzung des Kühlmittels. Das Absperrelement wird dann in Richtung Schließstellung verstellt, um den Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf zu erhöhen und den Zylinderkopf zu kühlen.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen im Kühlmittelkreislauf eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels vorgesehen ist.
• Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, bei denen die Bypaßleitung stromabwärts der Pumpe aus dem Kühlmittelkreislauf abzweigt. Dann kann die Pumpe bei geöffnetem Absperrelement effektiv überhitztes Kühlmittel in die Bypaßleitung hinein fördern, wobei der Förderdruck eingangs der Bypassleitung in voller Höhe anliegt, wodurch der Kühlmitteldurchsatz via Bypassleitung durch den Wärmetauscher hindurch gesteigert wird.
• Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem das Absperrelement in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur T_coolant im Kühlmittelkreislauf betätigt wird.
• Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Einfluß genommen werden auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine, d. h. auf den Wärmeübergang im Zylinderkopf. Durch Öffnen bzw. Schließen des Absperrelementes wird das Kühlmittel am Zylinderkopf vorbei bzw. durch den Zylinderkopf hindurch geführt.
• 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.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Absperrelement in Abhängigkeit von der maximalen im Kühlmittelkreislauf auftretenden Kühlmitteltemperatur T_coolant,max betätigt wird. Als Entscheidungsgrundlage für das Öffnen des Absperrelements dient somit die maximale Kühlmitteltemperatur.
• Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Absperrelement in Richtung Offenstellung verstellt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur T_coolant eine vorgebbare Temperatur T_threshold,1 übersteigt.
• Vorteilhaft sind dabei Verfahrensvarianten, bei denen das Absperrelement in Richtung Offenstellung verstellt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur T_coolant eine vorgebbare Temperatur T_threshold,1 übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δt₁ größer ist als diese vorgegebene Temperatur T_threshold,1.
• Die Einführung einer zusätzlichen Bedingung für das Öffnen des Absperrelements soll ein zu häufiges Umschalten verhindern, insbesondere ein Freigeben der Bypaßleitung, wenn die Kühlmitteltemperatur nur kurzzeitig die vorgegebene Kühlmitteltemperatur überschreitet und dann wieder fällt bzw. um den vorgegebenen Wert für die Kühlmitteltemperatur schwankt, ohne dass ein Öffnen des Absperrelements gerechtfertigt wäre.
• Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen das Absperrelement in Richtung Schließstellung verstellt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur T_coolant eine vorgebbare Temperatur T_threshold,2 unterschreitet.
• Aus den zuvor genannten Gründen sind dabei Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen das Absperrelement in Richtung Schließstellung verstellt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur T_coolant eine vorgebbare Temperatur T_threshold,2 unterschreitet und für eine vorgebbare Zeitspanne Δt₂ kleiner ist als diese vorgegebene Kühlmitteltemperatur.
• Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen das Absperrelement in Abhängigkeit von einer Zylinderkopftemperatur T_{cylinder-head} betätigt wird, wobei das Absperrelement in Richtung Schließstellung verstellt wird, wenn die Zylinderkopftemperatur T_{cylinder-head} eine vorgebbare Temperatur T_{cylinder-head,max} überschreitet.
• Diese Verfahrensvariante trägt dem Umstand Rechnung, dass der Zylinderkopf gegebenenfalls eine kritische Betriebstemperatur erreicht, bei der eine Kühlung unverzichtbar ist. Dann hat die Kühlung des Zylinderkopfes Vorrang vor der Vermeidung einer Überhitzung des Kühlmittels.
• Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen das Absperrelement nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase geöffnet wird.
• Man ist grundsätzlich bemüht, den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu minimieren, beispielsweise durch Reduzierung der Reibleistung, wobei eine zügige Erwärmung des Motoröls nach dem Starten zielführend ist. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Motoröls, was zu einer Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern, beispielsweise den Lagern der Kurbelwelle, führt.
• Einer schnellen Erwärmung des Motoröls kann 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. 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.
• Eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung, bei der zum Zweck der schnellen Aufheizung der Brennkraftmaschine der Wärmeentzug nach einem Kaltstart vermindert wird, kann durch Öffnen des Absperrelementes realisiert werden.
• Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der ein Heizungskreislauf vorgesehen ist, der via Versorgungsleitung mit dem Kühlmittelkreislauf in Verbindung steht, wobei in der Versorgungsleitung eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungskreislauf durch Absperren der Versorgungsleitung deaktiviert wird, wenn die Bypaßleitung geöffnet ist.
• Durch Umgehen, d. h. Deaktivieren des Heizungskreislaufs wird der Strömungswiderstand im Kühlmittelkreislauf weiter herabgesetzt, so dass die Pumpe mehr Kühlmittel fördert, wodurch sich auch der Kühlmitteldurchsatz durch den Wärmetauscher erhöht.
• Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei der ein Entlüftungskreislauf vorgesehen ist, der via Entlüftungsleitung mit dem Kühlmittelkreislauf in Verbindung steht, wobei in der Entlüftungsleitung ein Entlüftungsbehälter vorgesehen ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der Entlüftungskreislauf durch Absperren der Entlüftungsleitung deaktiviert wird, wenn die Bypaßleitung geöffnet ist.
• Durch Umgehen, d. h. Deaktivieren des Entlüftungskreislaufs wird der Strömungswiderstand im Kühlmittelkreislauf weiter herabgesetzt, so dass die Pumpe mehr Kühlmittel fördert, wodurch sich auch der Kühlmitteldurchsatz durch den Wärmetauscher erhöht.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher erläutert. Hierbei zeigt:
• 1 schematisch eine erste Ausführungsform der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mitsamt Kühlmittelkreislauf.
• 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 1 mitsamt Kühlmittelkreislauf 2.
• Die Brennkraftmaschine 1 umfaßt einen Zylinderkopf 1a, der an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock 1b verbunden ist.
• Der Kühlmittelkreislauf 2 umfaßt einen im Zylinderkopf 1a integrierten Kühlmittelmantel, eine Zuführleitung 2b zur Versorgung des Kühlmittelmantels mit Kühlmittel, eine Abführleitung 2c zum Abführen des Kühlmittels und eine Rückführleitung 2d, welche von der Abführleitung 2c abzweigt und in die Zuführleitung 2b einmündet und in der ein Wärmetauscher 2e vorgesehen ist. Stromaufwärts des Zylinderkopfes 1a ist in der Zuführleitung 2b eine Pumpe 2a zur Förderung des Kühlmittels vorgesehen.
• Bei der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1 ist eine den Zylinderkopf 1a umgehende Bypaßleitung 3 vorgesehen, die zur Umgehung des Zylinderkopfes 1a stromaufwärts des Zylinderkopfes 1a aus dem Kühlmittelkreislauf 2 abzweigt und stromabwärts des Zylinderkopfes 1a in den Kühlmittelkreislauf 2 einmündet und in der ein Absperrelement 3a angeordnet ist. Gesteuert wird das Absperrelement 3a mittels Motorsteuerung 4, wobei das Absperrelement 3a in Abhängigkeit von einer im Kühlmittelkreislauf 2 stromabwärts des Zylinderkopfes 1a mittels Sensor erfaßten Kühlmitteltemperatur T_coolant betätigt wird.
• Bezugszeichenliste

1

Brennkraftmaschine

1a

Zylinderkopf

1b

Zylinderblock

2

Kühlmittelkreislauf, Motorkühlung

2a

Pumpe

2b

Zuführleitung

2c

Abführleitung

2d

Rückführleitung

2e

Wärmetauscher

3

Bypaßleitung

3a

Absperrelement

4

Motorsteuerung

T_coolant

Kühlmitteltemperatur

T_coolant,max

maximale im Kühlmittelkreislauf auftretende Kühlmitteltemperatur

T_threshold,1

vorgebbare Temperatur für das Kühlmittel

T_threshold,2

vorgebbare Temperatur für das Kühlmittel

T_{cylinder-head}

Zylinderkopftemperatur

T_{cylinder-head,max}

vorgegebene Temperatur für den Zylinderkopf

Claims (15)

1. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) mit – mindestens einem Zylinderkopf (1a), und – einem Kühlmittelkreislauf (2) umfassend mindestens einen im Zylinderkopf (1a) integrierten Kühlmittelmantel, eine Zuführleitung (2b) zur Versorgung des Kühlmittelmantels mit Kühlmittel, eine Abführleitung (2c) zum Abführen des Kühlmittels und eine Rückführleitung (2d), welche von der Abführleitung (2c) abzweigt und in die Zuführleitung (2b) einmündet und in der ein Wärmetauscher (2e) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine den Zylinderkopf (1a) umgehende Bypaßleitung (3) vorgesehen ist, die zur Umgehung des Zylinderkopfes (1a) stromaufwärts des Zylinderkopfes (1a) aus dem Kühlmittelkreislauf (2) abzweigt und stromabwärts des Zylinderkopfes (1a) in den Kühlmittelkreislauf (2) einmündet und in der ein Absperrelement (3a) angeordnet ist.
2. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bypaßleitung (3) ausschließlich das Absperrelement (3a) angeordnet ist.
3. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) ein mittels Motorsteuerung (4) steuerbares Absperrelement (3a) ist.
4. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) ein in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur T_coolant steuerbares Absperrelement (3a) ist.
5. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) ein in Abhängigkeit von einer Bauteiltemperatur T_{cylinder-head} steuerbares Absperrelement (3a) ist.
6. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf (2) eine Pumpe (2a) zur Förderung des Kühlmittels vorgesehen ist.
7. Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypaßleitung (3) stromabwärts der Pumpe (2a) aus dem Kühlmittelkreislauf (2) abzweigt.
8. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur T_coolant im Kühlmittelkreislauf (2) betätigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) in Abhängigkeit von der maximalen im Kühlmittelkreislauf (2) auftretenden Kühlmitteltemperatur T_coolant,max betätigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) in Richtung Offenstellung verstellt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur T_coolant eine vorgebbare Temperatur T_threshold,1 übersteigt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) in Richtung Schließstellung verstellt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur T_coolant eine vorgebbare Temperatur T_threshold,2 unterschreitet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) in Abhängigkeit von einer Zylinderkopftemperatur T_{cylinder-head} betätigt wird, wobei das Absperrelement (3a) in Richtung Schließstellung verstellt wird, wenn die Zylinderkopftemperatur T_{cylinder-head} eine vorgebbare Temperatur T_{cylinder-head,max} überschreitet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3a) nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine (1) in der Warmlaufphase geöffnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei der ein Heizungskreislauf vorgesehen ist, der via Versorgungsleitung mit dem Kühlmittelkreislauf (2) in Verbindung steht, wobei in der Versorgungsleitung eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungskreislauf durch Absperren der Versorgungsleitung deaktiviert wird, wenn die Bypaßleitung (3) geöffnet ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), bei der ein Entlüftungskreislauf vorgesehen ist, der via Entlüftungsleitung mit dem Kühlmittelkreislauf (2) in Verbindung steht, wobei in der Entlüftungsleitung ein Entlüftungsbehälter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskreislauf durch Absperren der Entlüftungsleitung deaktiviert wird, wenn die Bypaßleitung (3) geöffnet ist.

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