DE102013222557A1

DE102013222557A1 - Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102013222557A1
Application number: DE201310222557
Authority: DE
Inventors: Franco Ghiani
Original assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2015-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, welcher in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wobei der Verbrennungsmotor (1) über Kühlmittelleitungen (5, 12) mit mindestens einem Kühlelement (2, 3, 4), vorzugsweise einem Wärmetauscher (4), und/oder einem Kühlmittelausgleichsbehälter (13, 21, 25) verbunden ist. Bei einem Kühlmittelkreislauf, bei welchem die Abgasemission des Kraftfahrzeuges weiter reduziert wird, sind das indirekte Kühlelement (4) und/oder der Kühlmittelausgleichsbehälter (13, 21, 25) und/oder mindestens eine Kühlmittelleitung (5) von einer thermischen Isolierung (6, 7, 29, 36, 37) umgeben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2009 024 776 A1 ist ein Fahrzeug mit einem geschlossenen Fluidkreislauf bekannt, bei welchem ein Kühler im Fahrgastraum an der Karosserie befestigt ist, wobei die, dem Fahrgastraum zugewandte Oberfläche des Kühlers eine thermische Isolierung aufweist, um unerwünschte Wärmeabgabe an den Fahrgastraum zu verhindern.
Die G 83 31 228.5 weist eine Kühlwasser-Heizung für Verbrennungsmotoren auf, welche aus einem Heizelement besteht, dem ein Wärmetauscher derart zugeordnet ist, dass das von einer Isolierung umgebene Heizelement der Kühlflüssigkeit nicht ausgesetzt ist.
Die beschriebenen Isolierungen verhindern ein Aufheizen der Umgebung durch den Wärmetauscher bzw. den Kühler.
In der DE 103 54 875 A1 ist eine Brennkraftmaschine offenbart, bei welcher die Brennkraftmaschine ein Kühlmodul mit mindestens einer Kühlstation aufweist, welche eine Elektronikeinheit eines, an der Brennkraftmaschine angeordneten Sensors thermisch kontaktiert und im Betrieb kühlt.
Fahrzeuge, welche nach einer Fahrt abgestellt werden, kühlen ab. Bei jedem Neustart wird eine erhöhte Dosis von schädlichen Abgasen solange an die Umwelt abgegeben, bis der Verbrennungsmotor die ideale Betriebstemperatur erreicht hat. Insbesondere bei Kälteeinwirkung, wie im Winter, dauert die Aufwärmphase länger, weshalb eine hohe Schadstoffemission an die Umgebung abgegeben wird.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors zu schaffen, bei welchem während einer Aufwärmphase des Verbrennungsmotors die Schadstoffemissionen reduziert werden.
Dies wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, welcher in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wobei der Verbrennungsmotor über Kühlmittelleitungen mit mindestens einem Kühlelement, vorzugsweise einem Wärmetauscher, und/oder einem Kühlmittelausgleichsbehälter verbunden ist, wobei das passive Kühlelement und/oder der Kühlmittelausgleichsbehälter und/oder mindestens eine Kühlmittelleitung von einer thermischen Isolierung umgeben sind. Durch diese thermische Isolierung wird eine kontrollierte Wärmeabgabe bzw. Wärmespeicherung vorteilhafterweise an alle Bauteile des Kühlkreislaufes durch die indirekten Wärmeüberträger ermöglicht. Da das Kühlelement, die Kühlmittelleitungen und der Kühlmittelausgleichsbehälter aufgrund der Isolierung nur langsam abkühlen, wird bei einem Neustart des Verbrennungsmotors die Betriebstemperatur schneller erreicht. Dadurch verkürzt sich die Aufwärmphase des Verbrennungsmotors und eine Schadstoffemission wird begrenzt. Die Isolierung verhindert darüber hinaus das Abkühlen des eingeschlossenen Stoffes, wie z. B. Öl, Kühlmittel oder Metalle.
Vorteilhafterweise ist die thermische Isolierung als Folie ausgebildet, welche außen am Kühlelement und/oder am Kühlmittelausgleichsbehälter und/oder an der Kühlmittelleitung anliegt. Dadurch wird eine unkontrollierte Wärmeabstrahlung im Motorraum verhindert. Weiterhin steht schnell Wärme zur Aufheizung des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges zur Verfügung.
Der Wirkungsgrad der thermischen Isolierung wird erhöht, wenn die thermische Isolierung sandwichähnlich aus mehreren Folien gebildet ist, wobei die unkontrollierte Wärmeabstrahlung in den Motorraum über diese indirekten Wärmeüberträger reduziert wird.
In einer Variante ist zwischen den Folien eine Schaum- oder Gasfüllung ausgebildet. Dies stellt eine besonders kostengünstige Ausgestaltung dar, welche einen hohen Wirkungsgrad bei der Isolierung der Wärme in dem Kühlelement und/oder dem Kühlmittelausgleichsbehälter und/oder der Kühlmittelleitung aufweist.
In einer Alternative ist eine, das Kühlelement und/oder den Kühlmittelausgleichsbehälter und/oder die Kühlmittelleitung umgebende Wand als Doppelwandung ausgebildet, deren Zwischenraum mit der thermischen Isolierung ausgefüllt ist. Mittels dieser Ausgestaltung wird ein Wärmestau an unerwünschten Stellen des Kühlkreislaufes reduziert und der Wärmerücklauf in unerwünschten Bereichen verringert.
In einer Weiterbildung ist die thermische Isolierung von einem Gehäuse gebildet. Ein solches Gehäuse kann einfach durch Recycling-Materialien hergestellt werden, wodurch sich eine sehr kostengünstige thermische Isolierung ergibt.
Vorteilhafterweise besteht das Gehäuse aus mindestens zwei Schalen, wobei die Schalen kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Ein solches Schalensystem ist beispielsweise einfach über ein integriertes Clip-System montierbar und kann nur schwer wieder demontiert werden. Darüber hinaus ist eine Verbindung über Schrauben, Nieten, Schweißen, Kleben oder Schellen denkbar. Auch eine Isolation mit integrierter Klebebandage ist möglich.
Vorteilhafterweise bestehen die Schalen aus einem gasgefüllten Kunststoff. Dabei wird das Gewicht der Schalen und somit das des Kraftfahrzeuges reduziert und trotzdem eine zuverlässige thermische Isolation erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform sind die thermische Isolierung auf das Kühlelement und/oder den Kühlmittelausgleichsbehälter und/oder die Kühlmittelleitung aufgeschäumt. Durch diese kostengünstige Gestaltung wird Platz innerhalb des Motorraumes eingespart.
Eine besonders komfortable Ausführung besitzt die thermische Isolierung, wenn sie als Luft-Raum-Separator ausgebildet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufes des Verbrennungsmotors,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des thermisch isolierten Wärmeübertragers des Kühlmittelkreislaufes gemäß 1,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der thermischen Isolierung eines Kühlmittelausgleichsbehälters,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines isolierten Kühlmittelausgleichsbehälters,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines thermisch isolierten Kühlmittelausgleichsbehälters,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs des Verbrennungsmotors,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer thermisch isolierten Kühlmittelleitung,
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer thermisch isolierten Kühlmittelleitung,
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer thermisch isolierten Kühlmittelleitung,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer thermisch isolierten Kühlmittelleitung,
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines thermisch isolierten Wärmeübertragers.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufes eines Verbrennungsmotors, wie er vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Dieser Kühlkreislauf ist in Kraftfahrzeugen im Motorraum angeordnet. Der Verbrennungsmotor 1 ist über Kühlmittelkühler 2, 3 mit einem Wärmeübertrager 4 verbunden, welcher wiederum auf den Verbrennungsmotor 1 führt. Zwischen den einzelnen Kühlmittelkühlern 2, 3, dem Wärmeübertrager 4 und dem Verbrennungsmotor 2 sind Kühlmittelleitungen 5 ausgebildet. Der Wärmeübertrager 4 ist mit einem Isoliermantel 6 überzogen. Der Wärmeübertrager 4 besitzt einen Eintritt 8 und einen Austritt 9 für ein Kühlmittel. Darüber hinaus sind ein Eintritt 10 und ein Austritt 11 für eine Ladeluft oder Öl, welches vom Verbrennungsmotor 1 aufgeheizt wird, vorhanden. Diese Eintritte 8, 10 und Austritte 9, 11 sind ebenfalls von dem Isoliermantel 6 umgeben und durch diesen Isoliermantel 6 nach außen geführt, um die Verbindung mit den entsprechenden Kühlmittelleitungen herzustellen. Auch die Kühlmitteleitung 5, welche den Wärmeübertrager 4 mit dem Verbrennungsmotor 2 verbindet, weist eine Isolierung 7 auf.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 4 gemäß 1, bei welchem der Wärmeübertrager 4 eine Zweikomponentenisolation aufweist, die beispielsweise bei hohem Temperatureintritt von Bedeutung ist. Die Zweikomponentenisolation besteht dabei aus dem ersten Isoliermantel 6 und einem zweiten Isoliermantel 12.
Ein elektrisch isolierter Kühlmittelausgleichsbehälter 13 ist in 3 dargestellt, wobei der Kühlmittelausgleichsbehälter 13 von einem isolierenden Gehäuse 14 umgeben ist, welches als Zweischalensystem 14.1, 14.2 ausgebildet ist. Auch das an den Kühlmittelausgleichsbehälter 13 angeschlossene Ventil 15 sowie die Kühlmittelleitung 16 sind von einer thermischen Isolation, beispielsweise einer Folie, umgeben. Der Kühlmittelausgleichsbehälter 13 ist mit einem Kühlmittelkühler 3 über eine Entlüftungsleitung 17 verbunden, wobei die Entlüftungsleitung 17 in einen Entlüftungseinlass 18 des Kühlmittelausgleichsbehälters 13 mündet. Der Kühlmittelkühler 3 weist dabei einen Kühlmitteleingang 19 und einen Kühlmittelausgang 20 auf.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen thermisch isolierten Kühlmittelausgleichsbehälter 21 angegeben, bei welchem die Wand des Kühlmittelausgleichsbehälters 21 mit einer Doppelwandisolation verstärkt ist, wobei ein Schaumstoff 24 zwischen der Wand 22 und der Wand 23 ausgebildet ist. Bei dem in 5 dargestellten Kühlmittelausgleichsbehälter 25 ist die Wand 26 als Doppelwandisolation ausgebildet, in welchem nachträglich Schaum oder Gas in vorgeformte Kanäle 27 der Doppelwand eingefügt sind.
Bei dem in 6 gezeigten Kühlmittelkreislauf ist der Wärmeübertrager 28 von einem Isoliermantel 29 umgeben, welcher aus mehreren Schalen 30 besteht. Diese Schalen 30 können dabei vorgefertigt und mit einer Folie umgeben werden. Alternativ können die Schalen 30 aber auch auf den Wärmeübertrager 28 aufgespritzt werden. Die Schalen 30 können mit einer Gas- oder einer Schauminjektion in ihrem Inneren ausgefüllt sein, um die Wärmeisolierung zu erhöhen.
Die 7 bis 10 zeigen verschiedene thermische Isolierungsmöglichkeiten der Kühlmittelleitung 5. In 7 ist die Kühlmittelleitung 5 von zwei, ein Gehäuse bildenden Halbschalen 31, 32 umgeben. Die Halbschalen 31, 32 sind wie in 8 dargestellt, einseitig beweglich miteinander verbunden und werden im geöffneten Zustand über die Kühlmittelleitung 5 gelegt und anschließend geschlossen. Dadurch wird ein Clip 33, welcher zwischen den offenen Enden beiden Halbschalen 31, 32 angeordnet ist, geschlossen und die Isolierung an der Kühlmittelleitung 5 verankert.
Eine weitere Alternative der Ausgestaltung der thermischen Isolierung in Form von Halbschalen ist in 9 dargestellt, wo die beiden Halbschalen 31, 32 getrennt voneinander ausgebildet sind und unabhängig voneinander über die Kühlmittelleitung 5 gelegt werden. Dabei ist jeweils an einer Seite jeder Halbschale 31, 32 eine Clipverbindung 34, 35 ausgebildet, welche ineinander greifen, wenn die beiden Halbschalen 30, 31 die Kühlmittelleitung 5 umgriffen haben.
In 10 ist die Kühlmittelleitung 5 von einer Folie 36 umgeben, wobei zwischen der Folie 36 und der Kühlmittelleitung 5 eine Isolationsfüllung 37, beispielsweise ein Schaumstoff, ausgebildet ist.
In 11 ist ein Wärmeübertrager 38 gezeigt, welcher von einer Isolierung, die aus zwei Halbschalen 39, 40 besteht und die eine annähernd rechteckähnliche Form aufweisen, umgeben ist. Die beiden rechteckähnlichen Halbschalen 39, 40 werden gemäß der Pfeilrichtung von beiden Seiten über den Wärmeübertrager 38 geschoben. Beim Zusammentreffen der beiden Halbschalen 39, 40 greift ein, an der Halbschale 40 angeordneter Clip 41 in eine Clipaufnahme 42 ein, welche an der zweiten Halbschale 39 ausgearbeitet ist. Zusätzlich zu dieser Verclipsung können die Halbschalen 39, 40 noch verschweißt oder verklebt werden.
Aufgrund des vorgestellten Kühlmittelkreislaufes kann Passivwärme, welche normalerweise nutzlos von den indirekten Kühlelementen 4, 5, 13 eines Kühlkreislaufes abgegeben wird, zur Nutzung in dem Motorraum weiter zur Verfügung gestellt werden. Dabei können die verschiedenen Isolierungsmöglichkeiten auch in beliebiger Art und Weise miteinander kombiniert werden, je nachdem welcher Wirkungsgrad der Isolierung erreicht werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009024776 A1 [0002]
DE 8331228 U [0003]
DE 10354875 A1 [0005]

Claims

Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, welcher in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wobei der Verbrennungsmotor (1) über Kühlmittelleitungen (5, 12) mit mindestens einem Kühlelement (2, 3, 4), vorzugsweise einem Wärmetauscher (4), und/oder einem Kühlmittelausgleichsbehälter (13, 21, 25) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das indirekte Kühlelement (4) und/oder der Kühlmittelausgleichsbehälter (13, 21, 25) und/oder mindestens eine Kühlmittelleitung (5) von einer thermischen Isolierung (6, 7, 29, 36, 37) umgeben sind.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (6, 7, 29, 36, 37) als Folie (36) ausgebildet ist, welche außen am indirekten Kühlelement (4) und/oder am Kühlmittelausgleichsbehälter (13, 21, 25) und/oder an der Kühlmittelleitung (5) anliegt.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (6, 7, 29, 36, 37) sandwichähnlich aus mehreren Folien (36) gebildet ist.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Folien (36) eine Schaum- oder Gasfüllung (24, 37) ausgebildet ist.
Kühlmittelkreislauf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, das indirekte Kühlelement (4) und/oder den Kühlmittelausgleichsbehälter (13, 21, 25) und/oder die Kühlmittelleitung (5) umgebende Wand (22, 23) als Doppelwandung ausgebildet ist, deren Zwischenraum mit der thermischen Isolierung (24) ausgefüllt ist.
Kühlmittelkreislauf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (6, 7, 29, 36, 37) von einem Gehäuse (6, 14, 39, 40), gebildet ist.
Kühlmittelkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens aus zwei Schalen (39, 40) besteht, wobei die Schalen (39, 30) kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (39, 40) aus einem gasgefüllten Kunststoff bestehen.
Kühlmittelkreislauf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (6, 7, 29, 36, 37) auf das indirekte Kühlelement (4) und/oder den Kühlmittelausgleichsbehälter (13, 21, 25) und/oder die Kühlmittelleitung (5) aufgeschäumt ist.
Kühlmittelkreislauf nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (6, 7, 29, 36, 37) als Luftraumseparator ausgebildet ist.