DE102013224005A1 - cooling system - Google Patents
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Abstract
Ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem einen Komponentenkühler, einen Umgebungswärmetauscher und eine Pumpe (18) umfassenden ersten Kühlkreis und einem einen Komponentenkühler und eine Pumpe (24) umfassenden zweiten Kühlkreis, wobei die Kühlkreise in zumindest einem Abschnitt integral ausgebildet sind und in den Kühlkreisen ein zur Förderung durch die Pumpen (18, 24) vorgesehenes Kühlmittel vorgesehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen regelbar ausgebildet sind und eine Regelung der durch die Komponentenkühler strömenden Volumenströme des Kühlmittels mittels eines angepassten Betriebs der Pumpen (18, 24) erfolgt.A cooling system for an internal combustion engine comprising a first cooling circuit comprising a component cooler, an ambient heat exchanger, and a pump (18) and a second cooling circuit comprising a component cooler and a pump (24), the cooling circuits being integrally formed in at least one section and entering the cooling circuits is provided for conveying by the pump (18, 24) provided coolant, characterized in that the pumps are designed controllable and a control of the flowing through the component cooler volume flows of the coolant by means of an adapted operation of the pumps (18, 24).
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine. The invention relates to a cooling system for an internal combustion engine.
Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge weisen mindestens ein Kühlsystem auf, in dem ein Kühlmittel mittels einer oder mehrerer Pumpen in mindestens einem Kühlkreis gepumpt wird und dabei Wärmeenergie von in den Kühlkreis integrierten Komponenten, insbesondere dem Verbrennungsmotor sowie einem Ölkühler und/oder einem Ladeluftkühler, aufnimmt. Diese Wärmeenergie wird anschließend in einem Umgebungswärmetauscher, dem sogenannten Hauptwasserkühler, sowie zeitweise in einem Heizungswärmetauscher an die Umgebungsluft, im Fall des Heizungswärmetauschers an die zur Klimatisierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehene Umgebungsluft, abgegeben. Internal combustion engines for motor vehicles have at least one cooling system in which a coolant is pumped by means of one or more pumps in at least one cooling circuit and thereby absorbs heat energy from integrated into the cooling circuit components, in particular the internal combustion engine and an oil cooler and / or a charge air cooler. This thermal energy is then in an ambient heat exchanger, the so-called main water cooler, as well as temporarily in a heating heat exchanger to the ambient air, in the case of the heating heat exchanger to the provided for air conditioning of the interior of the motor vehicle ambient air delivered.
Kühlsysteme moderner Kraftfahrzeuge weisen in der Regel mehrere Kühlkreise auf. Beispielsweise ist es bekannt, einen so genannten großen bzw. Hauptkühlkreis sowie einen kleinen Kühlkreis vorzusehen, die abschnittsweise integral ausgebildet sind, und wobei mittels eines thermostatgesteuerten Ventils das Kühlmittel entweder über den großen oder den kleinen Kühlkreis geführt wird. Dies erfolgt in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels, so dass beispielsweise in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, wenn das Kühlmittel noch nicht seinen Betriebstemperaturbereich erreicht hat, dieses in dem kleinen Kühlkreis gefördert wird, wodurch der Hauptwasserkühler, d.h. derjenige Umgebungswärmetauscher, in dem das Kühlmittel durch Wärmeübergang auf die Umgebungsluft hauptsächlich gekühlt wird, umgangen wird. Hat das Kühlmittel dagegen seinen Betriebstemperaturbereich erreicht, wird mittels des thermostatgesteuerten Ventils das Kühlmittel in dem großen Kundenkreis gefördert, so dass durch einen Wärmeübergang von dem Kühlmittel auf die Umgebungsluft einen Überhitzten des Kühlsystems vermieden wird. Der Heizungswärmetauscher als zweiter Umgebungswärmetauscher ist dagegen regelmäßig in den kleinen Kühlkreis integriert, wodurch auch schon in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine eine Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird. Cooling systems of modern motor vehicles generally have several cooling circuits. For example, it is known to provide a so-called large or main cooling circuit and a small cooling circuit, which are partially formed integrally, and wherein by means of a thermostatically controlled valve, the coolant is guided either over the large or the small cooling circuit. This is done as a function of the temperature of the coolant, so that, for example, in a warm-up phase of the internal combustion engine, when the coolant has not yet reached its operating temperature range, this is conveyed in the small cooling circuit, whereby the main water cooler, i. the ambient heat exchanger, in which the coolant is mainly cooled by heat transfer to the ambient air, is bypassed. On the other hand, if the coolant has reached its operating temperature range, the coolant in the large customer group is conveyed by means of the thermostat-controlled valve, so that overheating of the cooling system is avoided by a heat transfer from the coolant to the ambient air. By contrast, the heating heat exchanger as the second ambient heat exchanger is regularly integrated into the small cooling circuit, which enables the interior of the motor vehicle to be heated even in the warm-up phase of the internal combustion engine.
Die (Haupt-)Pumpe des Kühlsystems wird regelmäßig mechanisch von dem Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine angetriebenen. Ihre Förderleistung ist somit grundsätzlich proportional zu der Drehzahl, mit der eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors rotiert. Obwohl mit steigender Drehzahl des Verbrennungsmotors tendenziell auch der Kühlleistungsbedarf steigt, entspricht die durch den Betrieb der Pumpe theoretisch erzielbare Kühlleistung in vielen Betriebszuständen nicht dem tatsächlichen Kühlleistungsbedarf. Da in allen Betriebszuständen eine ausreichend hohe Kühlleistung zur Verfügung stehen soll, sind solche mechanisch angetriebenen Pumpen vielfach überdimensioniert. Die Bestrebungen, den Kraftstoffbedarf von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, hat daher zu der Entwicklung von mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpen geführt, die in Grenzen hinsichtlich des Volumenförderstroms regelbar sind. Eine solche regelbare, mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe ist beispielsweise aus der
Bei den Kühlsystemen moderner Kraftfahrzeuge erfolgt die Hauptregelung des Volumenstroms des Kühlmittels somit mittels regelbarer Kühlmittelpumpen während die Verteilung des Volumenstroms auf die einzelnen, jeweils einen unterschiedlichen Kühlbedarf aufweisenden Komponentenkühler mittels aktiv und insbesondere über Thermostate angesteuerte Ventile gesteuert wird. Beispielsweise offenbart die
Aus der
Für eine gute und insbesondere effiziente Kühlleistung eines Kühlkreises ist es relevant, dass dieser möglichst vollständig entlüftet ist. Demnach muss zum einen während des Befüllvorgangs des Kühlkreises, insbesondere bei einer Erstbefüllung oder einer Neubefüllung im Rahmen einer Wartung, die im Kühlkreis enthaltene Luft, die von dem einströmenden Kühlmittel verdrängt wird, möglichst vollständig abgeführt werden. Zudem kann im Betrieb des Kraftfahrzeugs und damit des Kühlkreises Gas durch Verdampfungsprozesse entstehen, das sicher abgeführt werden sollte. Dies gilt insbesondere, wenn der Kühlkreis für eine Betriebstemperatur des Kühlmittels ausgelegt ist, die oberhalb der (druckabhängigen) Siedetemperatur von Wasser liegt. Wasser, das sich in dem Kühlkreislauf angesammelt oder abgesetzt hat, verdampft dann und sollte entsprechend abgeführt werden. For a good and especially efficient cooling performance of a cooling circuit, it is relevant that this is vented as completely as possible. Accordingly, on the one hand during the filling process of the cooling circuit, in particular during a first filling or refilling as part of a maintenance, the air contained in the cooling circuit, which is displaced by the inflowing coolant, as completely dissipated. In addition, during operation of the motor vehicle and thus of the cooling circuit, gas can be produced by evaporation processes, which should be safely dissipated. This is especially true if the cooling circuit is designed for an operating temperature of the coolant, which is above the (pressure-dependent) boiling point of water. Water that has accumulated or settled in the cooling circuit, then evaporates and should be discharged accordingly.
Eine Entlüftung eines Kühlkreises erfolgt regelmäßig über einen Ausgleichsbehälter des Kühlsystems. Ein solcher Ausgleichsbehälter hat zudem noch die Aufgabe, die unterschiedliche, thermische bedingte Ausdehnung des Kühlmittels zu kompensieren und ist dazu teilweise mit Luft gefüllt. Zur Entlüftung kann eine Entlüftungsleitung von in der Regel der höchsten Stelle des Kühlkreises zu dem noch höher angeordneten Ausgleichsbehälter führen. A ventilation of a cooling circuit is carried out regularly via a surge tank of the cooling system. Such a reservoir also has the task of compensating for the different thermal expansion of the coolant and is partially filled with air. For venting can lead a vent line of usually the highest point of the cooling circuit to the even higher arranged surge tank.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfach aufgebautes regelbares Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben. Based on this prior art, the present invention seeks to provide a simple as possible adjustable cooling system for a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlsystems ist Gegenstand des Patentanspruchs 11. Gegenstand des Patentanspruchs 15 ist zudem ein Anschlusselement, das vorteilhafterweise zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems genutzt werden kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kühlsystems und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung. This object is achieved by a cooling system according to independent claim 1. A method for operating such a cooling system is the subject of claim 11. The subject of claim 15 is also a connection element that can be advantageously used to form the cooling system according to the invention. Advantageous embodiments and embodiments of the cooling system according to the invention and the method according to the invention are the subject of the further claims and will become apparent from the following description of the invention.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch den Verzicht auf möglichst alle temperaturgesteuerten Ventile ein möglichst einfach aufgebautes Kühlsystem zu erhalten. Dabei ist eine der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis, dass durch eine geeignete Integration von mindestens zwei regelbaren Kühlmittelpumpen auch ohne solche temperaturgesteuerten Ventilen eine individuelle Regelung des durch die einzelnen Komponentenkühler strömenden Volumenstroms des Kühlmittels und damit der Kühlleistungsbedarf für diese Komponentenkühler erfolgen kann. Dabei ist von Bedeutung, dass die mindestens zwei regelbaren Pumpen in verschiedene Kühlkreise integriert sind, die jedoch abschnittsweise integral ausgebildet sind, so dass durch die gegenseitige Beeinflussung beziehungsweise Überlagerung des von den einzelnen Kühlmittelpumpen erzeugten Volumenstroms beziehungsweise Drucks des Kühlmittels eine individuelle Regelung des durch die einzelnen Komponentenkühler strömenden Volumenstroms erfolgen kann. The invention is based on the idea to obtain as simple as possible all temperature-controlled valves as simple as possible cooling system. Here is an underlying recognition of the invention that can be done by a suitable integration of at least two controllable coolant pumps without such temperature-controlled valves individual control of the flowing through the individual component cooler volume flow of the coolant and thus the cooling power requirement for these component. It is important that the at least two controllable pumps are integrated into different cooling circuits, which are partially formed integrally, so that by the mutual influence or superposition of the volume flow generated by the individual coolant pumps or pressure of the coolant an individual control of the individual Component cooler flowing volume flow can be done.
Demnach ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem einen Komponentenkühler, einen Umgebungswärmetauscher und eine Pumpe umfassenden ersten Kühlkreis und einem einen Komponentenkühler und eine Pumpe umfassenden zweiten Kühlkreis, wobei die Kühlkreise in zumindest einem Abschnitt integral ausgebildet sind und in den Kühlkreisen ein Kühlmittel zur Förderung vorgesehen ist beziehungsweise gefördert wird, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen regelbar ausgebildet sind und eine Regelung der durch die Komponentenkühler strömenden Volumenströme des Kühlmittels mittels eines (zueinander) angepassten Betriebs der mindestens zwei Pumpen erfolgen kann beziehungsweise erfolgt. Accordingly, a cooling system for an internal combustion engine having a first cooling circuit comprising a component cooler, an ambient heat exchanger and a pump and a second cooling circuit comprising a component cooler and a pump, wherein the cooling circuits are integrally formed in at least a portion and provided in the cooling circuits a coolant for delivery is or is promoted according to the invention, characterized in that the pumps are designed to be controllable and a control of the flowing through the component cooler volume flows of the coolant by means of (mutually) adapted operation of the at least two pumps can take place or takes place.
Unter dem Begriff „Kühler“ werden erfindungsgemäß Wärmetauscher verstanden, die einen Wärmeübergang in beide Richtungen, d.h. von einer Komponente auf das Kühlmittel sowie von dem Kühlmittel auf die Komponente, ermöglichen. Der Begriff „Kühler“ ist gewählt, da im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, d.h. wenn diese ihren Betriebstemperaturbereich erreicht hat, ein Wärmeübergang von der Komponente auf das Kühlmittel vorgesehen ist und der Wärmetauscher eine Kühlung der Komponenten bewirkt. In einer anderen Betriebsphase der Brennkraftmaschine, insbesondere in einer Warmlaufphase oder bei einem Betrieb mit sehr geringer Leistung, kann jedoch auch ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel auf die jeweilige Komponente vorgesehen sein. Dadurch kann insbesondere ein schnelles Erwärmen der Komponente erzielt werden kann. The term "cooler" according to the invention heat exchangers understood that a heat transfer in both directions, i. from a component to the coolant and from the coolant to the component. The term "radiator" is chosen because during normal operation of the internal combustion engine, i. when this has reached its operating temperature range, a heat transfer from the component to the coolant is provided and the heat exchanger causes a cooling of the components. In another operating phase of the internal combustion engine, in particular in a warm-up phase or during operation with very low power, however, a heat transfer from the coolant to the respective component can be provided. As a result, in particular a rapid heating of the component can be achieved.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Pumpen elektromotorisch angetrieben sind. Dadurch kann eine besonders einfache und genaue Regelung der einzelnen Pumpen und somit auch des angepassten Betriebs der mindestens zwei Pumpen erfolgen. Möglich ist aber auch, eine, mehrere oder alle der Pumpen mechanisch durch beispielsweise einen Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine angetriebenen auszuführen, wobei die Regelbarkeit der Förderleistungen dieser Pumpen durch andere Maßnahmen (vgl. beispielsweise
Bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine hauptsächlich oder ausschließlich die Pumpe des zweiten Kühlkreises betrieben wird, während die Pumpe des ersten Kühlkreis nicht oder nur mit geringer Leistung betrieben wird. Die dann eine erhebliche Drosselwirkung aufweisende Pumpe des ersten Kühlkreises verhindert weitgehend, dass ein relevanter Volumenstrom des Kühlmittels über den Umgebungswärmetauscher, bei dem es sich insbesondere um den sogenannten Hauptwasserkühler handeln kann, geführt wird. Im Ergebnis kann so eine ungewollte Kühlung des Kühlmittels in dem Umgebungswärmetauscher während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine verhindert und ein schnelles Aufheizen des Kühlmittels unterstützt werden. In a cooling system according to the invention can advantageously be provided that in a warm-up phase of the internal combustion engine mainly or exclusively the pump of the second cooling circuit is operated, while the pump of the first cooling circuit is not or only at low Power is operated. The then a significant throttling effect having pump of the first cooling circuit largely prevents that a relevant volume flow of the coolant through the ambient heat exchanger, which may in particular be the so-called main water cooler, is performed. As a result, such an undesired cooling of the coolant in the ambient heat exchanger during the warm-up phase of the internal combustion engine can be prevented and a rapid heating of the coolant can be supported.
Insbesondere dann, wenn die Drosselwirkung von einer mit geringer Leistung oder überhaupt nicht betriebenen Pumpe nicht ausreichend ist, um ein Durchströmen des dazugehörigen Kühlkreises in ausreichendem Maße zu verhindern, können in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems Mittel zur Vermeidung eines Rückflusses des Kühlmittels aus dem integralen Abschnitt in einen oder beide Kühlkreise vorgesehen sein. Diese Mittel können beispielsweise in Form von in den oder die Kühlkreise integrierten Rückschlagventilen ausgebildet sein. Sofern die Mittel direkt in einen Mündungsabschnitt des integralen Abschnitts integriert sind, besteht auch die vorteilhafte Möglichkeit, diese in Form eines Klappenventils auszubilden, dass druckabhängig verschwenkbar ist und dabei entweder die Mündungsöffnung des ersten oder des zweiten Kühlkreises (zumindest teilweise) verschließt. In particular, when the throttling action of a low power or not operated pump is not sufficient to prevent flow through the associated cooling circuit sufficiently, in a preferred embodiment of the cooling system according to the invention means for preventing backflow of the coolant from the integral Section be provided in one or both cooling circuits. These means can be designed, for example, in the form of check valves integrated into the cooling circuit (s). If the means are integrated directly into a mouth portion of the integral portion, there is also the advantageous possibility to form them in the form of a flap valve that is pressure-dependent pivotable and thereby either the orifice of the first or the second cooling circuit (at least partially) closes.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass in den zweiten Kühlkreis des Kühlsystems ein Heizungswärmetauscher integriert ist. Somit kann sichergestellt werden, dass bedarfsweise auch während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine Wärmeenergie aus dem Kühlkreis an zur Klimatisierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehene Umgebungsluft übertragen werden kann. It can preferably be provided that a heating heat exchanger is integrated in the second cooling circuit of the cooling system. Thus, it can be ensured that, if necessary, during the warm-up phase of the internal combustion engine, heat energy can be transferred from the cooling circuit to ambient air provided for conditioning an interior of the motor vehicle.
Die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine kann weiterhin bevorzugt in eine erste Phase, in der die Pumpe des zweiten Kühlkreises mit einer relativ niedrigen Förderleistung und somit einem entsprechend niedrigen Fördervolumenstrom des Kühlmittels betrieben wird, und eine zweite Phase, in der die Pumpe des zweiten Kühlkreises mit einer relativ hohen Förderleistung und somit einem entsprechend hohen Fördervolumenstrom des Kühlmittels betrieben wird, unterteilt sein. Dadurch kann beispielsweise erzielt werden, dass in der ersten Phase, die vorzugsweise zeitlich vor der zweiten Phase liegt, durch eine nur sehr geringe Durchströmung von insbesondere einem Verbrennungsmotor und besonders bevorzugt einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors, ein schnelles Erwärmen dieser Komponente erreicht wird, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine auswirken kann. Dabei kann die Regelung der Förderleistung der Pumpe des zweiten Kühlkreises insbesondere auch in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur sowie einer Solltemperatur für den Innenraum des Kraftfahrzeugs erfolgen. Sofern in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Solltemperatur für den Innenraum eine Heizleistung für den Innenraum vorgesehen ist, kann die Pumpe des zweiten Kühlkreis in der genannten ersten Phase der Warmlaufphase mit einer höheren Leistung betrieben werden, als dies der Fall ist, wenn keine Heizleistung notwendig ist. The warm-up phase of the internal combustion engine may further preferably in a first phase in which the pump of the second cooling circuit with a relatively low flow rate and thus a correspondingly low flow rate of the coolant is operated, and a second phase in which the pump of the second cooling circuit with a relative high flow rate and thus a correspondingly high flow rate of the coolant is operated, be divided. As a result, it can be achieved, for example, that in the first phase, which is preferably prior to the second phase, rapid heating of this component is achieved by only a very small flow of, in particular, an internal combustion engine and particularly preferably a cylinder head of the internal combustion engine, which is positive can affect the fuel consumption and the exhaust emissions of the internal combustion engine. In this case, the regulation of the delivery rate of the pump of the second cooling circuit can in particular also be effected as a function of an ambient temperature and a setpoint temperature for the interior of the motor vehicle. If a heating power for the interior is provided depending on the difference between the ambient temperature and the target temperature for the interior, the pump of the second cooling circuit can be operated at a higher power in said first phase of the warm-up phase, as is the case no heating power is necessary.
Die zweite Phase der Warmlaufphase mit einer anderen, relativ höheren Förderleistung der Pumpe des zweiten Kühlkreises und somit einem höheren Volumenstrom des Kühlmittels durch den zweiten Kühlkreis kann insbesondere dann gestartet werden, wenn eine (zunächst) ausreichende Erwärmung des Verbrennungsmotors und insbesondere des Zylinderkopfs erreicht wurde und/oder keine besonders hohe Heizleistung für die Innenraum des Kraftfahrzeugs mehr erforderlich ist. Dann kann die von dem Kühlmittel in dem Verbrennungsmotor aufgenommene Wärmeenergie vorzugsweise für eine schnelle Erwärmung einer weiteren Komponente, wie beispielsweise des Motoröls, genutzt werden. Dazu kann ein entsprechender weiterer Komponentenkühler, insbesondere ein Motorölkühler, in einen die zwei Kühlkreise verbindenden Verbindungsabschnitt integriert sein. Dabei erfolgt die Integration des Verbindungsabschnitts vorzugsweise derart, dass das über den weiteren Komponentenkühler strömende Kühlmittel zirkulieren kann, ohne über den Umgebungswärmetauscher des ersten Kühlkreises geführt zu werden. The second phase of the warm-up phase with a different, relatively higher flow rate of the pump of the second cooling circuit and thus a higher volume flow of the coolant through the second cooling circuit can be started in particular when (initially) sufficient heating of the internal combustion engine and in particular of the cylinder head has been achieved and / or no particularly high heating power for the interior of the motor vehicle is required more. Then, the heat energy absorbed by the coolant in the internal combustion engine may preferably be utilized for rapid heating of another component, such as the engine oil. For this purpose, a corresponding further component cooler, in particular an engine oil cooler, can be integrated into a connecting section connecting the two cooling circuits. In this case, the integration of the connection section preferably takes place in such a way that the coolant flowing over the further component cooler can circulate, without being led over the ambient heat exchanger of the first cooling circuit.
Sofern das erfindungsgemäße Kühlsystem, wie im Stand der Technik üblich, einen Ausgleichsbehälter aufweist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser in einen Abschnitt integriert ist, in dem in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine kein relevanter Volumenstrom des Kühlmittels vorgesehen ist. Insbesondere kann der Ausgleichsbehälter parallel zu dem Umgebungswärmetauscher in den ersten Kühlkreis integriert sein. Dadurch kann vermieden werden, dass während der Warmlaufphase das möglichst schnell zu erwärmende Kühlmittel in relevantem Ausmaß durch den Ausgleichsbehälter gefördert wird, was ansonsten mit einer nicht unerheblichen, in dieser Betriebsphase der Brennkraftmaschine unerwünschten Kühlung des Kühlmittels verbunden sein kann. If the cooling system according to the invention, as usual in the prior art, has a surge tank, it can preferably be provided that this is integrated into a section in which no relevant volume flow of the coolant is provided in the warm-up phase of the internal combustion engine. In particular, the expansion tank can be integrated into the first cooling circuit parallel to the ambient heat exchanger. This can avoid that during the warm-up phase as quickly as possible to be heated coolant is promoted to a relevant extent by the surge tank, which may otherwise be associated with a significant, undesirable in this phase of operation of the engine cooling of the coolant.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlsystems hat bei einer solchen Positionierung des Ausgleichsbehälters noch den Vorteil einer einfach durchführbaren Entlüftung des Kühlsystems bei einer Neu- oder Wiederbefüllung. Insbesondere kann dazu vorgesehen sein, dass während oder nach dem Befüllen des Kühlkreises mit dem Kühlmittel die (nicht von dem Verbrennungsmotor und insbesondere elektrisch angetriebene) Pumpe des ersten Kühlkreises betrieben wird, ohne dass dabei der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine betrieben wird (Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors). Dies Vereinfacht den Befüllvorgang. Bei Brennkraftmaschinen mit konventionellen Kühlsystemen muss dagegen in der Regel zur Entlüftung nach dem Neu- oder Wiederbefüllen des Kühlsystems der Verbrennungsmotor betrieben werden, um die (Haupt-)Pumpe des Kühlsystems zu betreiben, durch die dann das Kühlmittel und mittels des Kühlmittels in dem Kühlsystem enthaltene Luft in Richtung des Ausgleichsbehälters gefördert wird. The inventive design of the cooling system has in such a positioning of the surge tank still has the advantage of easy feasible ventilation of the cooling system in a new or refill. In particular, it can be provided that during or after the filling of the cooling circuit with the coolant (not by the internal combustion engine and in particular electrically driven) pump of the first cooling circuit is operated without causing the internal combustion engine of the internal combustion engine is operated (non-operation of the internal combustion engine). This simplifies the filling process. On the other hand, in internal combustion engines with conventional cooling systems, the internal combustion engine usually has to be operated for venting after refilling or refilling the cooling system in order to operate the (main) pump of the cooling system, through which then the coolant and coolant contained in the cooling system Air is conveyed in the direction of the expansion tank.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass ein erster der Komponentenkühler in dem integralen Abschnitt der zwei Kühlkreise angeordnet ist. Dabei umfasst der erste Komponentenkühler besonders bevorzugt einen ersten Teilkomponentenkühler und einen zweiten Teilkomponentenkühler, wobei die Teilkomponentenkühler parallel geschaltet sind. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Teilkomponentenkühler um einen Kühler eines Zylinderkurbelgehäuses (insbesondere in Form von in das Zylinderkurbelgehäuse integrierten Kühlkanälen ausgebildet) und bei dem zweiten Teilkomponentenkühler um einen Kühler eines Zylinderkopfs (insbesondere in Form von in den Zylinderkopf integrierten Kühlkanälen ausgebildet) eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine handeln. In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention can be provided that a first of the component cooler is arranged in the integral portion of the two cooling circuits. In this case, the first component cooler particularly preferably comprises a first part-component cooler and a second part-component cooler, wherein the part-component coolers are connected in parallel. In particular, the first part-component radiator may be a cooler of a cylinder crankcase (in particular in the form of cooling channels integrated in the cylinder crankcase) and the second part-component radiator may be a cooler of a cylinder head (in particular in the form of cooling channels integrated in the cylinder head) of an internal combustion engine Internal combustion engine act.
Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass der Volumenstrom des Kühlmittels durch den ersten Teilkomponentenkühler mittels eines druckgesteuerten Ventils in Abhängigkeit von dem Volumenstrom durch den zweiten Teilkomponentenkühler regelbar ist. Somit kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine relevante Durchströmung des Kühlers des Zylinderkurbelgehäuses mit dem Kühlmittel erst erfolgt, wenn die Durchströmung des Kühlers des Zylinderkopfs einen definierten Grenzwert überschritten hat. It can be particularly preferably provided that the volume flow of the coolant through the first Teilkomponentenkühler by means of a pressure-controlled valve in dependence on the volume flow through the second Teilkomponentenkühler is controllable. Thus, it can be provided, in particular, that a relevant flow through the radiator of the cylinder crankcase with the coolant takes place only when the flow through the radiator of the cylinder head has exceeded a defined limit value.
Mittels eines solchen Kühlsystems kann eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden, bei dem die Förderleistung der Pumpe des ersten Kühlkreises anhand der Temperatur des Kühlmittels am Ausgang der zweiten Teilkühlkomponente (wozu der oder die Kühlkreise mindestens einen entsprechend angeordneten Temperatursensor aufweisen) geregelt wird und ein Volumenstrom durch den ersten Teilkomponentenkühler mittels eines angepassten Betriebs der Pumpe des zweiten Kühlkreises geregelt wird. Somit kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Zylinderkopfs, die sich in der Temperatur des Kühlmittels am Ausgang des Kühlers des Zylinderkopf widerspiegelt, als eine oder die relevante Regelgröße für die Pumpe des ersten Kühlkreises genutzt wird, wobei eine Regelung der Kühlleistung des Kühlers des Zylinderkopf und damit der Temperatur des Zylinderkopfs vorteilhaft über die Förderleistung dieser Pumpe geregelt werden kann. Um diese Regelung von der Regelung der Kühlleistung des Kühlers des Zylinderkurbelgehäuses zu entkoppeln, kann dann der Druck im integralen Abschnitt der Kühlkreise so mittels der Pumpe des zweiten Kühlkreises variiert werden, dass das druckgesteuerte Ventile in einem definierten Umfang öffnet oder schließt und damit die Durchströmung des Kühlers des Zylinderkurbelgehäuses regelt. By means of such a cooling system, a preferred embodiment of the method according to the invention can be realized in which the delivery rate of the pump of the first cooling circuit is controlled by the temperature of the coolant at the output of the second Teilkühlkomponente (for which the or the cooling circuits have at least one appropriately arranged temperature sensor) and a Volumetric flow is controlled by the first part of the component cooler by means of a matched operation of the pump of the second cooling circuit. Thus, it may be provided that the temperature of the cylinder head, which is reflected in the temperature of the coolant at the outlet of the radiator of the cylinder head, is used as one or the relevant controlled variable for the pump of the first cooling circuit, wherein a control of the cooling performance of the radiator of the cylinder head and thus the temperature of the cylinder head can be advantageously controlled by the flow rate of this pump. To decouple this regulation of the control of the cooling capacity of the radiator of the cylinder crankcase, then the pressure in the integral portion of the cooling circuits can be varied by means of the pump of the second cooling circuit that the pressure-controlled valves opens or closes in a defined extent and thus the flow through the Radiator of the cylinder crankcase regulates.
Ein für die Ausbildung eines solchen Kühlkreises vorteilhaft einsetzbares Anschlusselement, das insbesondere außenseitig an einen Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine angeschlossen werden kann, weist mindestens ein zwei voneinander getrennte Strömungsräume ausbildendes (ein- oder mehrteiliges) Gehäuse auf, wobei ein erster der Strömungsräume mit mindestens zwei Einlassanschlüssen, die beide (insbesondere alternativ) mittels einer Vorrichtung zur Verhinderung eines Rückflusses absperrbar sind, und einem Auslassanschluss verbunden ist. Ein zweiter der Strömungsräume ist dagegen mit mindestens zwei Einlassanschlüssen, von denen einer mittels eines druckbetätigten Absperrelements absperrbar ist, und mindestens zwei Auslassanschlüssen verbunden. An advantageously usable for the formation of such a cooling circuit connection element which can be connected in particular to the outside of an internal combustion engine of the internal combustion engine, has at least one two separate flow chambers forming (one or more parts) housing, wherein a first of the flow spaces with at least two inlet ports, both (in particular alternatively) can be shut off by means of a device for preventing backflow, and is connected to an outlet port. On the other hand, a second of the flow spaces is connected to at least two inlet connections, one of which can be shut off by means of a pressure-actuated shut-off element, and at least two outlet connections.
Bei einem solchen Anschlusselement kann weiterhin bevorzugt in (oder zumindest in der Nähe von) zumindest einem der beiden mit dem zweiten Strömungsraum verbundenen Einlassanschlüsse ein Temperatursensor angeordnet sein. Hierbei kann es sich insbesondere um denjenigen Einlassanschluss handeln, der einen Kühlkanal des Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors mit dem zweiten Strömungsraum verbindet. In such a connection element, a temperature sensor can furthermore preferably be arranged in (or at least in the vicinity of) at least one of the two inlet connections connected to the second flow space. This may in particular be that inlet connection which connects a cooling channel of the cylinder head of the internal combustion engine with the second flow chamber.
Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können. The indefinite articles ("a", "an", "an" and "an"), in particular in the patent claims and in the description generally describing the claims, are to be understood as such and not as number words. Corresponding to this concretized components are thus to be understood that they are present at least once and may be present more than once.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt jeweils schematisch: The present invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. In the drawings, each schematically shows:
Die
Sowohl das Zylinderkurbelgehäuses
Das Kühlsystem bildet einen ersten Kühlkreis und einen zweiten Kühlkreis aus, die in einem Abschnitt, nämlich insbesondere in dem von den Kühlkanälen
Der erste Kühlkreis umfasst weiterhin einen Umgebungswärmetauscher, der als sogenannter Hauptwasserkühler
Der zweite Kühlkreis umfasst noch einen Heizungswärmetauscher
Das Kühlsystem umfasst weiterhin noch einen Zwischenkühlkreis, der von dem integralen Abschnitt des ersten und zweiten Kühlkreis, einem weiteren Abschnitt des ersten Kühlkreises, einem weiteren Abschnitt des zweiten Kühlkreises sowie einem den ersten Kühlkreis und den zweiten Kühlkreis verbindenden Verbindungsabschnitt (mit entsprechenden Verbindungsleitungen) gebildet wird. Dabei geht, bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels, der Verbindungsabschnitt stromab des Verbrennungsmotors
Zur Ausbildung des integralen Abschnitts des ersten und zweiten Kühlkreises ist ein Anschlusselement
Wie sich auch aus den
In den
Der zweite Strömungsraum
Das in den Zeichnungen dargestellten Kühlsystem kommt vollständig ohne temperaturgesteuerte Ventile aus. Eine Regelung der über die einzelnen Komponentenkühler und Wärmetauscher geführten Volumenströme des Kühlmittels und damit die entsprechenden Kühl- bzw. Wärmetauschleistungen wird ausschließlich über eine angepasste Leistungsregelung der beiden Pumpen
Die
Insbesondere kann vorgesehen sein, eine Regelung der Pumpe
Eine solcher Betrieb des Kühlsystems ist insbesondere nach dem Erreichen eines definierten, für den Dauerbetrieb vorgesehenen Betriebstemperaturbereichs der Brennkraftmaschine sinnvoll. Die
Eine Regelung der Kühlleistung des Motorölkühlers
Ein Betrieb des Kühlsystems, bei dem der erste und der zweite Kühlkreis sowie der Zwischenkühlkreis von dem Kühlmittel durchströmt werden, kann weiterhin auch zur Entlüftung nach einer Neu- oder Wiederbefüllung des Kühlsystems, die beispielsweise im Rahmen der Neuherstellung oder einer Wartung der Brennkraftmaschine erfolgt sein kann, genutzt werden. Durch das Umwälzen des Kühlmittels wird Luft, die sich noch innerhalb des Kühlsystems befindet, mitgenommen und nach und nach zu dem Ausgleichsbehälter
Die
Dabei ist die Warmlaufphase in mindestens zwei, vorzugsweise drei Phasen unterteilt. In einer ersten, sich direkt an den Kaltstart anschließenden Phase (vgl.
Kurz darauf kann in einer zweiten Phase (vgl.
Sobald für den Zylinderkopf
Ein Betrieb des Kühlsystems gemäß dieser dritten Phase kann auch nach dem Erreichen des Betriebstemperaturbereichs der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, wenn der Verbrennungsmotor
Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass Wärmeenergie, die in einem in den Zeichnungen nicht dargestellten, in das Kühlsystem und insbesondere in den zweiten Kühlkreis und/oder den Zwischenkühlkreis integrierten Wärmespeicher gespeichert ist (und die beispielsweise in oder kurz nach einem vorherigen Betrieb der Brennkraftmaschine in dem Wärmespeicher gespeichert wurde), an das Kühlmittel abgegeben wird. Um eine Verteilung dieser zuvor gespeicherten Wärmeenergie in dem zweiten Kühlkreis und dem Zwischenkühlkreises zu erreichen, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass ein solches Entladen des Wärmespeichers mit einem Betrieb der Pumpe
Sofern ein solcher Wärmespeicher in das Kühlsystem und insbesondere in den zweiten Kühlkreis und/oder den Zwischenkühlkreis integriert ist, kann vorgesehen sein, nach dem Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine (insbesondere wenn diese während des Betriebs ihren Betriebstemperaturbereich erreicht hatte) die Pumpen
Neben den gezeigten und beschriebenen Komponentenkühlern kann das Kühlsystem noch weitere Komponentenkühler umfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Getriebeölkühler, einen Kühler für einen Abgasturbolader, einen Ladeluftkühler und/oder einen Kühler für eine Abgasrückführung sein. In addition to the component coolers shown and described, the cooling system may include other component coolers. This may be, for example, a transmission oil cooler, a cooler for an exhaust gas turbocharger, a charge air cooler and / or a cooler for exhaust gas recirculation.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 12 12
- Zylinderkurbelgehäuse cylinder crankcase
- 14 14
- Zylinderkopf cylinder head
- 16 16
- Hauptwasserkühler Main water cooler
- 18 18
- Pumpe des ersten Kühlkreises Pump of the first cooling circuit
- 20 20
- Ausgleichsbehälter surge tank
- 22 22
- Heizungswärmetauscher Heater core
- 24 24
- Pumpe des zweiten Kühlkreises Pump of the second cooling circuit
- 26 26
- Motorölkühler Engine oil cooler
- 28 28
- Anschlusselement connecting element
- 30 30
- Gehäuse casing
- 32 32
- erster Strömungsraum des Anschlusselements first flow space of the connection element
- 34 34
- zweiter Strömungsraum des Anschlusselements second flow space of the connection element
- 36 36
- erster Auslassanschluss des ersten Strömungsraums first outlet port of the first flow space
- 38 38
- zweiter Auslassanschluss des ersten Strömungsraums second outlet port of the first flow space
- 40 40
- Einlassanschluss des ersten Strömungsraums Inlet port of the first flow space
- 42 42
- Ventilklappe valve flap
- 44 44
- Rückschlagventile check valves
- 46 46
- erster Einlassanschluss des zweiten Strömungsraums first inlet port of the second flow space
- 48 48
- zweiter Einlassanschluss des zweiten Strömungsraums second inlet port of the second flow space
- 50 50
- Ventil Valve
- 52 52
- erster Auslassanschluss des zweiten Strömungsraums first outlet port of the second flow space
- 54 54
- zweiter Auslassanschluss des zweiten Strömungsraums second outlet port of the second flow space
- 56 56
- dritter Auslassanschluss des zweiten Strömungsraums third outlet port of the second flow space
- 58 58
- Kühlkanal des Zylinderkopfs Cooling channel of the cylinder head
- 60 60
- Kühlkanal des Zylinderkurbelgehäuses Cooling channel of the cylinder crankcase
- 62 62
- Kühlkanal des Verbrennungsmotors Cooling channel of the internal combustion engine
- 64 64
- Verzweigung branch
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |