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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgasstrang sowie mit einem Ölkühler zur Kühlung der Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Ölkühler für ein derartiges Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Regulierung einer Öltemperatur in einem Kraftfahrzeug mit einem solchen Ölkühler.
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Ölkühler werden in modernen Kraftfahrzeugen in vielfältiger Weise eingesetzt und dienen insbesondere der Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine, indem sie das Öl kühlen und dadurch die Schmierung der Brennkraftmaschine auch im oberen Leistungsspektrum zuverlässig sicherstellen. Derartige Ölkühler sind üblicherweise an einen Kühlkreislauf angeschlossen. Während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, in welcher weder die Brennkraftmaschine noch das Öl die geforderte Betriebstemperatur aufweisen, wird der Ölkühler üblicherweise mittels eines Bypasses umgangen, um zu erreichen, dass die Brennkraftmaschine schneller ihre Betriebstemperatur erreicht. Gerade die Kaltstartphase ist dabei sowohl durch einen hohen Kraftstoffverbrauch als auch durch eine hohe Abgasemission gekennzeichnet, wodurch es wünschenswert ist, die Kaltstartphase möglichst kurz zu halten und ein schnelles Warmlaufen der Brennkraftmaschine zu erreichen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Kraftfahrzeug der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch die Möglichkeit einer verkürzten Kaltstartphase auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Abgasstrang sowie einem Ölkühler zur Kühlung des Öls der Brennkraftmaschine das heiße Abgas der Brennkraftmaschine bereits in der Kaltstartphase dazu zu nutzen, um das Öl möglichst schnell aufzuheizen. Der Ölkühler ist dabei als Plattenwärmetauscher ausgebildet und weist erfindungsgemäß drei Medienpfade, nämlich einen für Abgas, einen für Kühlmittel und einen für Öl auf. Dabei ist der Ölkühler derart kommunizierend mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden, dass insbesondere in einer Kaltstartphase Abgas durch den Ölkühler leitbar ist und ein Erwärmen des Öls und damit auch ein schnelleres Erwärmen der Brennkraftmaschine bewirkt. Während der Kaltstartphase, d.h. während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine, ist das Öl für die Schmierung noch kalt und wird erfindungsgemäß durch das bereits kurz nach dem Start bereits sehr heiße Abgas erwärmt. Dieses Abgas wurde bisher ungenutzt in die Umgebung abgeführt, ohne einen weiteren, sinnvollen Beitrag leisten zu können. Nun wird erstmals das bereits nach dem Start vergleichsweise schnell sehr heiße Abgas dazu genutzt, das durch den Ölkühler fließende Öl zu erwärmen und dadurch die Brennkraftmaschine schneller auf ihre Betriebstemperatur zu bringen. Durch das schnellere Erreichen der Betriebstemperatur können sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Schadstoffemissionen deutlich reduziert werden.
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Zweckmäßig ist der Ölkühler wärmeisolierend an den Abgasstrang angebunden. Der Wunsch nach Wärmeübertragung vom Abgas auf das Öl ist lediglich während der Kaltstartphase gerechtfertigt, wobei während des Betriebs das Öl eher gekühlt werden muss und somit keine weitere Wärmeübertragung vom heißen Abgas auf das Öl zu tolerieren ist. Aus diesem Grund ist der Ölkühler an sich wärmeisolierend an den Abgasstrang angebunden und lediglich über Ein- und Ausströmöffnungen mit diesem verbunden, durch welche bedarfsabhängig Abgas durch den Ölkühler geleitet werden kann. Hat das Öl im Ölkühler seine Solltemperatur erreicht, wird der Einlass bzw. Auslass entweder geschlossen oder eine Ventileinrichtung entsprechend eingestellt, so dass ab diesem Zeitpunkt das Abgas wiederum vollumfänglich durch den Abgasstrang geführt wird. Durch die wärmeisolierende Anbindung des Ölkühlers an den Abgasstrang können insbesondere ein unerwünschtes Aufheizen des Öls im Betriebszustand der Brennkraftmaschine und damit eine erhöhte Kühlleistung verhindert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, die einen Abgasstrom zwischen einem durch den Ölkühler strömenden Teilstrom und einem durch den Abgasstrang strömenden Teilstrom aufteilt. Die Ventileinrichtung kann dabei beispielsweise als Drehklappenventil ausgebildet sein. Ein derartiges Drehklappenventil kann insbesondere im Abgasstrang angeordnet sein und verschließt diesen zumindest teilweise während der Kaltstartphase, so dass das aus der Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas gezwungenermaßen durch den Ölkühler geleitet wird und dort das Öl erwärmt. Weist das Öl im Ölkühler seine Solltemperatur auf, wird das Drehklappenventil verstellt, wodurch der ursprüngliche Querschnittsverschluss bzw. die ursprüngliche Querschnittsverengung im Abgasstrang wieder aufgehoben wird und dadurch der durch den Abgasstrang strömende Teilstrom vorzugsweise wieder auf 100% anschwillt. In diesem Betriebszustand kann nun das Kühlen des Motoröls mittels eines entsprechenden Kühlmittels erfolgen.
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Zweckmäßig ist ein Temperatursensor zur Messung der Öltemperatur im Ölkühler vorgesehen, ebenso wie eine Steuereinrichtung, die mit dem Temperatursensor kommunizierend verbunden ist und die die Ventileinrichtung temperaturabhängig ansteuert. Während der Kaltstartphase ermittelt so der Temperatursensor eine Ist-Öltemperatur im Ölkühler, welche unterhalb der Soll-Temperatur des Öls liegt, woraufhin die Steuereinrichtung die Ventileinrichtung derart ansteuert, dass der durch den Ölkühler strömende Teilstrom des Abgases zumindest stark ansteigt und dadurch das im Ölkühler strömende Öl erwärmt. Mit zunehmender Erwärmung nähert sich die Ist-Temperatur des Öls im Ölkühler der vorgegebenen Soll-Temperatur, was vom Temperatursensor erfasst wird und woraufhin die Steuereinrichtung die Ventileinrichtung derart verstellt, dass der durch den Ölkühler strömende Teilstrom des Abgases reduziert und letztlich komplett unterbunden wird, wodurch ein weiteres Aufheizen des Öls im Ölkühler durch das heiße Abgas verhindert werden kann. Durch die bereits in den vorherigen Absätzen erwähnte wärmeisolierende Anbindung des Ölkühlers an den Abgasstrang, erfolgt im weiteren Betriebsablauf keine unerwünschte Aufheizung des Öls im Ölkühler durch den Abgasstrang.
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Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zur Regulierung einer Öltemperatur in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Abgasstrang sowie mit einem als Plattenwärmetauscher für drei Medien ausgebildeten Ölkühler zur Kühlung des Öls der Brennkraftmaschine anzugeben, mit welchem insbesondere eine Reduzierung der Kaltstartphase, d.h. ein schnelleres Warmlaufen der Brennkraftmaschine und dadurch auch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bzw. eine Reduzierung der Schadstoffemissionen während der Kaltstartphase erreicht werden sollen. Dies ist erstmals mit dem erfindungsgemäßen Ölkühler und der im Abgasstrang angeordneten Ventileinrichtung möglich, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens temperaturabhängig verstellt wird. Solange die im Ölkühler gemessene Ist-Temperatur des Öls unterhalb der vorgegebenen Soll-Temperatur liegt, wird Abgas zur Erwärmung des Öls durch den Abgaspfad des Ölkühlers geleitet. Erst bei Erreichen bzw. Überschreiten der vorgegebenen Soll-Temperatur des Öls im Ölkühler, was mit dem Temperatursensor erfasst werden kann, wird mittels der Steuereinrichtung die Ventileinrichtung so verstellt, dass kein Abgas mehr durch den Ölkühler strömt und dadurch eine weitere Aufheizung des Öls bewirkt. Ab diesem Zeitpunkt muss das im Ölkühler vorhandene Öl vielmehr gekühlt werden, was mittels des zweiten Mediums, nämlich des Kühlmittels, erfolgt. Das Kühlen des Öls ist insbesondere im oberen Leistungsbereich der Brennkraftmaschine erforderlich.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug im Bereich eines auf einen Abgasstrang aufgesetzten Ölkühlers während einer Kaltstartphase,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch während des normalen Betriebszustands,
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3a, b unterschiedliche Ausführungsformen zweier Turbulenzbleche,
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4 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Ölkühlers. Entsprechend den 1 und 2 sowie 4, weist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 eine Brennkraftmaschine 2, einen Abgasstrang 3 sowie einen Ölkühler 4 zur Kühlung des Öls der Brennkraftmaschine 2 auf. Der Ölkühler 4 ist dabei als Plattenwärmetauscher mit drei Medienpfaden ausgebildet, wobei ein erstes Medium Abgas 5, ein zweites Medium Kühlmittel sowie ein drittes Medium Öl ist. Darüber hinaus ist der Ölkühler 4 derart kommunizierend mit dem Abgasstrang 3 der Brennkraftmaschine 2 verbunden, dass insbesondere während einer Kaltstartphase, wie diese gemäß der 1 gezeigt ist, Abgas 5 durch den Ölkühler 4 leitbar ist und ein schnelleres Erwärmen des Öls und damit ein schnelleres Erwärmen der Brennkraftmaschine 2 bewirkt. Durch das schnellere Erwärmen des Öls im Ölkühler 4 bzw. der Brennkraftmaschine 2 können der Kraftstoffverbrauch derselben während des Warmlaufens ebenso wie die Schadstoffemissionen deutlich reduziert werden. Nach der Kaltstartphase wird das Abgas 5 wieder vorzugsweise komplett durch den Abgasstrang 3 geleitet, wie dies gemäß der 2 dargestellt ist.
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Zur bedarfsgerechten Umleitung des Abgases 5 während der Kaltstartphase ist eine Ventileinrichtung 6 vorgesehen, die den Abgasstrom 5 zwischen einem durch den Ölkühler strömenden Teilstrom 7 und einem durch den Abgasstrang 3 strömenden Teilstrom 8 aufteilt. Schließt die Ventileinrichtung 6 während der Kaltstartphase den Abgasstrang 3 vollständig, so beträgt der Teilstrom 7 100% und der Teilstrom 8 0%, weswegen er gemäß der 1 lediglich mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt ist.
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Zur Reduzierung des Abgasgegendrucks ist aber auch denkbar, dass der durch den Abgasstrang 3 strömende Teilstrom 8 des Abgases 5 zumindest 10% beträgt. Gemäß den 1 und 2 kann man erkennen, dass die Ventileinrichtung 6 als Drehklappenventil ausgebildet ist. Ebenfalls vorgesehen ist ein Temperatursensor 9 zur Messung der Öltemperatur im Ölkühler 4. Der Temperatursensor 9 ist dabei mit einer Steuereinrichtung 10 kommunizierend verbunden, die wiederum in der Lage ist, die Ventileinrichtung 6 temperaturabhängig zu steuern, d.h. zu öffnen oder zu schließen.
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Während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 2, in welcher die Ist-Temperatur des Öls noch nicht seine Soll-Temperatur erreicht hat, wird die Ventileinrichtung 6 durch die Steuereinrichtung 10 in die gemäß der 1 dargestellte Stellung verstellt, so dass ein Großteil des Abgases 5 durch den Ölkühler 4 geleitet wird und dort das Öl erwärmt. Das Abgas 5 ist dabei bereits kurze Zeit nach dem Start der Brennkraftmaschine 2 vergleichsweise heiß, wodurch eine vergleichsweise schnelle Erwärmung des Öls erfolgen kann. Mit zunehmender Annäherung der Ist-Temperatur des Öls an seine Soll-Temperatur, was vom Temperatursensor 9 erfasst wird, verdreht die Steuereinrichtung 10 das Drehklappenventil der Ventileinrichtung 6, bis es schlussendlich seine gemäß der 2 dargestellte Endlage erreicht hat. Diese Endlage nimmt die Ventileinrichtung 6 ein, sofern die Ist-Temperatur des Öls im Ölkühler 4 die Soll-Temperatur erreicht oder überschritten hat. In diesem Zustand strömt nun das Abgas 5 zumindest größtenteils durch den gesamten Abgasstrang 3, ohne die Abzweigung durch den Ölkühler 4.
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Zur besseren Wärmeübertragung zwischen den einzelnen Medien können unterschiedliche Turbulenzbleche 11, 12 (vgl. die 3a und 3b) vorgesehen sein, wobei das gemäß der 3a dargestellte Turbulenzblech 11 beispielsweise im Abgas 5 führenden Medienpfad angeordnet ist, wogegen das gemäß der 3b dargestellte Turbulenzblech 12 im Öl führenden Medienpfad angeordnet ist. Während des Durchströmens des Abgases 5 durch den Ölkühler 4 gibt es einen Großteil seiner Wärmeenergie an das noch kalte Öl ab und verlässt somit Ölkühler 4 mit deutlich niedriger Temperatur. Der Ölkühler 4 ist darüber hinaus wärmeisolierend an den Abgasstrang 3 angebunden, um insbesondere in dem gemäß der 2 dargestellten Betriebszustand möglichst wenig Wärmeenergie vom Abgasstrang 3 in unerwünschter Weise an das im Ölkühler 4 strömende Öl zu übertragen. Im Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 dient der Ölkühler 4 nämlich dazu, das darin strömende Öl zu kühlen und damit die Leistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen.
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Gemäß der 4 ist der erfindungsgemäße Ölkühler 4 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, mit einem Kühlmitteleinlass 13, einem Kühlmittelauslass 14, einem Öleinlass 15 sowie einem Ölauslass 16. Diese Ein- bzw. Auslässe 13, 14, 15 und 16 sind dabei an einer Deckscheibe 17 angeordnet. Dazwischen ist beispielsweise noch ein Turbulenzblech 12 für Öl sowie ein Turbulenzblech 11 für Abgas 5 zwischen den einzelnen Platten 19, 22 des als Plattenwärmetauschers ausgebildeten Ölkühlers 4 angeordnet. Über eine Grundplatte 18 wird der Ölkühler 4 am Abgasstrang 3 befestigt, wobei auf der Grundplatte 18 eine erste Wärmetauscherplatte 19 mit einem Abgaseinlass 20 sowie einem Abgasauslass 21 angeordnet ist. Zwischen der ersten Wärmetauscherplatte 19 und der zweiten Wärmetauscherplatte 22 ist wiederum ein Turbulenzblech 11 angeordnet. Zwischen der zweiten Wärmetauscherplatte 22 und der darüber angeordneten ersten Wärmetauscherplatte 19 ist eine Kanalplatte 23 für zwei unterschiedliche Medien, nämlich Abgas 5 und Kühlmittel angeordnet. Darüber und damit noch zwischen der zweiten Wärmetauscherplatte 22 und der ersten Wärmetauscherplatte 19 ist der Öl führende Medienpfad und damit das Turbulenzblech 12.
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Mit dem erfindungsgemäßen Ölkühler 4 lassen sich somit die Kaltstartphase des Kraftfahrzeugs 1 deutlich verkürzen und damit sowohl der Kraftstoffverbrauch reduzieren als auch die Schadstoffemission.
