DE102015109728A1 - System und verfahren zum thermischen management eines motors - Google Patents

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    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
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    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
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Abstract

Es sind ein System zum thermischen Management eines Motors für ein Fahrzeug, das ein Abgassystem und einen Motor mit einem integrierten Auslasskrümmer aufweist, und ein Verfahren zum Steuern desselben vorgesehen. Das System zum thermischen Management des Motors umfasst eine Kühlmittelpumpe, einen Motorwassermantel und einen Controller. Der Motorwassermantel stößt ein Kühlmittel aus einem IEM-Kühlmittelauslass aus, der direkt in den integrierten Auslasskrümmer gegossen ist. Das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel strömt und aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird, steht mit einem aufgeheizten Abgas, das durch das Abgassystem strömt, über einen Motorzylinderkopf und eine Abgastrennwand in einer Wärmeaustauschbeziehung, um dadurch Wärme aus diesen zu entnehmen, was zu einem aufgeheizten Kühlmittel führt, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird und durch den Controller selektiv zu einem Heizkern, einem Motoröl-Wärmetauscher, einem Getriebe-Wärmetauscher oder einem Kühler geleitet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegenden Lehren betreffen ein System und ein Verfahren zum thermischen Management für ein Fahrzeug, das einen Motor mit einem fest zugeordneten IEM-Kühlmittelauslass (einem Kühlmittelauslass eines integrierten Auslasskrümmers) aufweist.
  • HINTERGRUND
  • Bei einem herkömmlichen System zum thermischen Management für einen Kraftfahrzeugmotor zirkuliert ein Kühlkreislauf eine Kühlmittelflüssigkeit, die im Allgemeinen aus Wasser und Frostschutzmittel besteht. Der Kühlkreislauf weist im Allgemeinen eine Kühlmittelpumpe auf, die durch die Motorkurbelwelle oder ein elektronisches Steuermodul angetrieben wird. Die Kühlmittelpumpe treibt die Kühlmittelflüssigkeit durch den Kühlkreislauf.
  • Systeme zum thermischen Management eines Motors sind im Allgemeinen derart konstruiert, dass sie nach einem Kaltstart das Aufwärmen des Motors und der Kühlmittelflüssigkeit begünstigen und dass sie während des normalen Fahrzeugbetriebs die Kühlung des Motors begünstigen. Das Kühlmittel kann einem Weg durch Kühldurchgänge im Motorblock, durch Kühldurchgänge im Motorkopf und anschließend direkt durch Schläuche zu einem Kühler oder Heizkern folgen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es werden ein System zum thermischen Management eines Motors und ein Verfahren zum thermischen Management für einen Kraftfahrzeugmotor geschaffen. Das Fahrzeug, in das der Motor eingebunden ist, kann ein Abgassystem aufweisen, das mehrere Abgaskanäle umfasst. Der Motor kann einen Motorblock, einen Zylinderkopf und einen integrierten Auslasskrümmer aufweisen. Der integrierte Auslasskrümmer (IEM) weist einen IEM-Kühlmittelauslass auf, der darin einstückig gegossen ist.
  • Das System zum thermischen Management des Motors kann eine Kühlmittelpumpe, einen Motorwassermantel und einen Controller umfassen. Der Motorwassermantel ist ausgebildet, um ein Kühlmittel aus der Kühlmittelpumpe aufzunehmen und um das Kühlmittel aus dem IEM-Kühlmittelauslass auszustoßen. Der Motorwassermantel kann einen Motorblock-Kühlmantel, einen unteren Kopfkühlmantel und einen oberen Kopfkühlmantel umfassen.
  • Das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel strömt und letztlich aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird, steht mit dem Zylinderkopf des Motors in einer Wärmeaustauschbeziehung. Der Zylinderkopf des Motors steht mit einem aufgeheizten Abgas, das durch das Abgassystem strömt, in einer Wärmeaustauschbeziehung. Daher steht der Motorwassermantel über den Zylinderkopf mit dem aufgeheizten Abgas effektiv in einer Wärmeaustauschbeziehung. Das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel strömt, absorbiert über den Zylinderkopf Wärme aus dem aufgeheizten Abgas, was dazu führt, dass ein aufgeheiztes Kühlmittel aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird.
  • Das aufgeheizte Kühlmittel, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird, wird mittels des Controllers selektiv zu einem Heizkern, um das Aufwärmen des Fahrgastraums zu unterstützen, zu einem Motoröl-Wärmetauscher, um das Moderieren der Temperatur des Motoröls zu unterstützen, zu einem Getriebe-Wärmetauscher, um das Moderieren der Temperatur des Getriebes zu unterstützen, oder zu einem Kühler geleitet, um das Kühlen des Motors zu unterstützen.
  • Der Controller weist einen Prozessor und einen zugreifbaren, nicht vorübergehenden Speicher auf, in dem Anweisungen aufgezeichnet sind, wobei das Ausführen der aufgezeichneten Anweisungen bewirkt, dass der Prozessor eine Strömung des Kühlmittels durch das System zum thermischen Management des Motors leitet.
  • Der Controller leitet eine Strömung des Kühlmittels mittels des vorliegenden Verfahrens durch das System zum thermischen Management, welches bewirkt, dass der Prozessor mehrere Steuerventile betätigt, so dass diese eine vollständig geschlossene Position einnehmen, bis der Motor eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Die mehreren Steuerventile können ein erstes Strömungssteuerventil, das ausgebildet ist, um eine offene Position und eine geschlossene Position einzunehmen, ein zweites Strömungssteuerventil, das ausgebildet ist, um eine erste, eine zweite, eine dritte oder eine vierte Position einzunehmen, wobei die erste Position die geschlossene Position ist, und ein drittes Strömungssteuerventil umfassen, das ausgebildet ist, um eine erste, eine zweite oder eine dritte Position einzunehmen, wobei die erste Position die geschlossene Position ist.
  • Der Prozessor kann anschließend ein Signal an die Kühlmittelpumpe übertragen, um diese zu starten und dadurch das Kühlmittel durch das System zum thermischen Management zu zirkulieren, nachdem der Motor eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Der Prozessor kann anschließend das zweite Strömungssteuerventil derart betätigen, dass dieses die zweite Position einnimmt, wodurch eine Strömung des Kühlmittels aus dem IEM-Kühlmittelauslass zu dem Motoröl-Wärmetauscher und dem Getriebe-Wärmetauscher geleitet wird, um sowohl das Motoröl als auch das Getriebe jeweils aufzuwärmen.
  • Sobald das Motoröl und das Getriebe eine vorbestimmte Temperatur erreichen, kann der Controller das zweite Strömungssteuerventil derart betätigen, dass dieses die dritte Position einnimmt, um das Kühlmittel, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird, zu dem Heizkern zu leiten, um das Aufheizen des Fahrgastraums zu bewirken.
  • Gemäß einer Ausführungsform nimmt der obere Kopfkühlmantel das Kühlmittel von dem unteren Kopfkühlmantel auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt der obere Kopfkühlmantel das Kühlmittel von jedem von dem unteren Kopfkühlmantel und der Kühlmittelpumpe auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt der mittlere Kühlmantel das Kühlmittel von dem unteren Kopfkühlmantel auf, und der obere Kopfkühlmantel nimmt das Kühlmittel über den mittleren Kühlmantel von der Kühlmittelpumpe und/oder dem unteren Kopfkühlmantel auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt das erste Strömungssteuerventil die geschlossene Position ein; wobei das dritte Strömungssteuerventil die erste Position einnimmt; wobei das zweite Strömungssteuerventil die zweite Position einnimmt und warmes Kühlmittel über das Modusauswahlventil, das die erste Position einnimmt zu dem Getriebe-Wärmetauscher und dem Motoröl-Wärmetauscher ausstößt, um dadurch das Motoröl aufzuheizen und das Getriebe aufzuwärmen; und wobei jeder von dem Motoröl-Wärmetauscher und Getriebe-Wärmetauscher ausgebildet ist, um das Kühlmittel zu dem Kühler auszustoßen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt das erste Strömungssteuerventil die geschlossene Position ein; wobei das dritte Strömungssteuerventil die erste Position einnimmt; wobei das zweite Strömungssteuerventil die dritte Position einnimmt und das Kühlmittel ausschließlich zu dem Heizkern ausstößt; und wobei der Heizkern ausgebildet ist, um das Kühlmittel von dem zweiten Strömungssteuerventil aufzunehmen und das Kühlmittel zu der Kühlmittelpumpe auszustoßen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt das erste Strömungssteuerventil die offene Position ein, und es stößt das Kühlmittel zu dem dritten Strömungssteuerventil aus; wobei das zweite Strömungssteuerventil die dritte Position einnimmt und das Kühlmittel zu jedem von dem dritten Strömungssteuerventil und dem Heizkern ausstößt; und wobei das dritte Strömungssteuerventil die zweite Position oder die dritte Position derart einnimmt, dass das dritte Strömungssteuerventil das Kühlmittel zu der Kühlmittelpumpe ausstößt, wenn es die zweite Position einnimmt, und das Kühlmittel zu dem Kühler ausstößt, wenn es die dritte Position einnimmt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Abgasauslass in einen Zylinderkopf des Motors integriert, wobei der Abgasauslass eine Abgastrennwand aufweist, die ausgebildet ist, um den Abgasauslass zu halbieren, wobei die Abgastrennwand mehrere Abgasanschlüsse definiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umgibt der Motorwassermantel im Wesentlichen die Abgaskanäle, und er ist ausgebildet, um Wärme aus jedem von dem Zylinderkopf und der Abgastrennwand zu entnehmen; wobei der Motorwassermantel einen oberen Kopfkühlmantel, einen unteren Kopfkühlmantel, einen mittleren Kühlmantel und einen Motorblock-Kühlmantel umfasst; und wobei der obere Kopfkühlmantel und der untere Kopfkühlmantel ausgebildet sind, um Wärme aus dem Zylinderkopf zu entnehmen, und wobei der mittlere Kühlmantel ausgebildet ist, um Wärme aus der Abgastrennwand zu entnehmen.
  • Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einiger der besten Weisen und weiterer Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Lehren leicht offensichtlich, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische, schematische Draufsicht eines Kraftfahrzeugmotors mit einem integrierten Auslasskrümmer, wobei der integrierte Auslasskrümmer eine Abgastrennwand, die mehrere Abgasanschlüsse definiert, und einen IEM-Kühlmittelauslass aufweist, der in den integrierten Auslasskrümmer gegossen ist.
  • 2 ist eine perspektivische, schematische Querschnittsansicht eines Zylinderkopfs des Motors mit einem integrierten Auslasskrümmer, wobei der integrierte Auslasskrümmer eine Abgastrennwand, die mehrere Abgasanschlüsse definiert, und einen IEM-Kühlmittelauslass aufweist, der in den integrierten Auslasskrümmer gegossen ist.
  • 3 ist eine perspektivische, schematische Ansicht eines Motorwassermantels, der dem System zum thermischen Management eines Motors zugeordnet ist, wobei der Motorwassermantel einen Motorblock-Kühlmantel, einen unteren Kopfkühlmantel, einen mittleren Kühlmantel und einen oberen Kopfkühlmantel umfasst.
  • 4 ist ein schematisches Kreislaufdiagramm einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Systems zum thermischen Management eines Motors.
  • 5 ist ein schematisches Kreislaufdiagramm einer zweiten beispielhaften Ausführungsform des Systems zum thermischen Management eines Motors.
  • 6 ist ein schematisches Kreislaufdiagramm einer dritten beispielhaften Ausführungsform des Systems zum thermischen Management eines Motors.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das Schritte des vorliegenden Verfahrens zum thermischen Management eines Kraftfahrzeugmotors beschreibt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die nachfolgende Beschreibung und die Figuren beziehen sich auf beispielhafte Ausführungsformen, und sie sind nur darstellender Natur und sollen die Erfindung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen nicht einschränken. Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten auf gleiche oder ähnliche Komponenten beziehen, sind ein System 10 zum thermischen Management eines Motors und ein Verfahren 200 zum Steuern desselben vorgesehen und allgemein in einer Vielzahl von Ausbildungen in 1–7 gezeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist das System zum thermischen Management eines Motors zur Verwendung in Fahrzeugen konstruiert, die ein Abgassystem 12 und einen Motor 14 aufweisen. Der Motor 14 kann einen Motorblock 16, einen Zylinderkopf 18 und einen integrierten Auslasskrümmer (IEM) 20 aufweisen, wobei der IEM 20 direkt in den Motorzylinderkopf 18 integriert ist, im Gegensatz zu einer herkömmlichen Auslasskrümmeranwendung, bei welcher der Auslasskrümmer ein separates Teil ist, das außen an dem Motorzylinderkopf 18 befestigt ist. Der Motor 14 kann ein selbstsaugender Motor mit einem integrierten Auslasskrümmer 20 oder eine beliebige Konfiguration eines turboaufgeladenen Motors mit einem IEM sein, beispielsweise einer Vierzylindermotor mit einem Doppelschnecken-Turbolader und mit einem integrierten Auslasskrümmer.
  • Der IEM-Kühlmittelauslass 56 ist ein eingegossener IEM-Kühlmittelauslass 56, der mittels eines Gussprozesses einstückig mit dem integrierten Auslasskrümmer (IEM) 20 gebildet ist, d. h., dass der IEM-Kühlmittelauslass 56 direkt in den IEM 20 gegossen ist. Der IEM-Kühlmittelauslass 56 ist direkt in den IEM 20 gegossen und direkt über diesem angeordnet, wodurch ein maximaler Wärmeaustausch von dem Abgassystem 12 zu dem Kühlmittel, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, ermöglicht wird.
  • Das Abgassystem 12 kann mehrere Abgaskanäle 57 und einen Abgasauslass 50 umfassen. Die Abgaskanäle 57 sind ausgebildet, um ein aufgeheiztes Abgas 58 durch das Abgassystem 12 zu tragen. Der Abgasauslass 50 ist ausgebildet, um das aufgeheizte Abgas 58 auszustoßen. Der Abgasauslass 50 ist in den IEM 20 integriert. Der Abgasauslass 50 kann eine Abgastrennwand 54 aufweisen. Die Abgastrennwand 54 kann den Abgasauslass 50 halbieren, wodurch mehrere Abgasanschlüsse 52 definiert werden, die dort angeordnet sind, wo die mehreren Abgaskanäle 57 den Abgasauslass 50 treffen.
  • Unter Bezugnahme auf 1–3 kann das System 10 zum thermischen Management des Motors ferner einen Motorwassermantel 59 umfassen. Der Motorwassermantel 59 ist ausgebildet, um das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 21 aufzunehmen, und er ist ferner ausgebildet, um das Kühlmittel aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 auszustoßen. Das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel 59 strömt und aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, steht mit dem Zylinderkopf 18 des Motors 14 in einer Wärmeaustauschbeziehung. Der Zylinderkopf 18 des Motors 14 steht mit dem aufgeheizten Abgas 58, das durch die mehreren Abgaskanäle 57 strömt und aus dem Abgasauslass 50 ausgestoßen wird, in einer Wärmeaustauschbeziehung. Daher steht der Motorwassermantel 59 über den Motorzylinderkopf 18 mit dem aufgeheizten Abgas 58 effektiv in einer Wärmeaustauschbeziehung. Das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel 59 strömt, absorbiert Wärme von dem aufgeheizten Abgas 58, indem es Wärme aus dem metallischen Material entnimmt, das den Zylinderkopf 18 bildet, was dazu führt, dass ein aufgeheiztes Kühlmittel aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird. Das aufgeheizte Kühlmittel, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, wird durch den Controller 30 selektiv zu einem Heizkern 34, einem Motoröl-Wärmetauscher 36, einem Getriebe-Wärmetauscher 38 oder einem Kühler 32 (in 4–6 gezeigt) geleitet.
  • Der Motorwassermantel 59 kann einen Motorblock-Kühlmantel 22, einen unteren Kopfkühlmantel 24 und einen oberen Kopfkühlmantel 26 umfassen. Der Motorwassermantel 59 kann auch optional einen mittleren Kühlmantel 28 umfassen.
  • Der Motorblock-Kühlmantel 22 kann einen Motorblock-Kühlmanteleinlass 62, Motorblock-Kühlmitteldurchgänge (in 2 gezeigt) und einen Motorblock-Kühlmantelauslass 64 (in 4–6 gezeigt) umfassen.
  • Der untere Kopfkühlmantel 24 kann einen unteren Kopfkühlmanteleinlass 66 (in 4–6 gezeigt), untere Kopfkühlmitteldurchgänge (in 2 gezeigt) und mehrere Übertragungsanschlüsse 60 umfassen, die das Kühlmittel vom unteren Kopfkühlmantel 24 zum oberen Kopfkühlmantel 26 übertragen. Der untere Kopfkühlmantel 24 kann auch zumindest einen unteren Kopfkühlmantelauslass 68 aufweisen (in 4–6 gezeigt). Der untere Kopfkühlmantel 24 ist ausgebildet, um das Kühlmittel direkt über die Übertragungsanschlüsse 60 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 auszustoßen, oder er kann das Kühlmittel über den mittleren Kühlmantels 28 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 ausstoßen. Der untere Kopfkühlmantel 24 steht über den Motorzylinderkopf 18 mit dem aufgeheizten Abgas 58, das durch die mehreren Abgaskanäle 57 des Abgassystems 12 strömt, in einer Wärmeaustauschbeziehung.
  • Der mittlere Kühlmantel 28 kann dann, wen er vorhanden ist, ausgebildet sein, um die Übertragung des Kühlmittels von dem unteren Kopfkühlmantel 24 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 zu unterstützen, indem er Kühlmittel aus dem unteren Kopfkühlmantel 24 aufnimmt und das Kühlmittel zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 ausstößt. Der mittlere Kühlmantel 28 steht mit der Abgastrennwand 54 in einer Wärmeaustauschbeziehung, wodurch das Kühlmittel, das durch den mittleren Kühlmantel 28 strömt, zum Absorbieren von Wärme von der Abgastrennwand 54 und zum effektiven Kühlen der Komponente der Abgastrennwand 54 verwendet wird, die bei einem Betrieb mit hoher Motorlast beschädigt werden kann, wenn deren Temperatur nicht kontrolliert wird.
  • Der obere Kopfkühlmantel 26 kann zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70, den IEM-Kühlmittelauslass 56 und obere Kopfmantel-Kühlmitteldurchgänge (in 2 gezeigt) umfassen. Das Kühlmittel, das durch den oberen Kopfmantel 26 strömt, steht über den Motorzylinderkopf 18 mit dem aufgeheizten Abgas 58, das durch die mehreren Abgaskanäle 57 des Abgassystems 12 strömt, in einer Wärmeaustauschbeziehung.
  • Das aufgeheizte Kühlmittel, das durch den oberen Kopfkühlmantel 26 strömt, wird aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen und durch einen Controller 30 (in 4–6 gezeigt) selektiv zu einem Heizkern 34, einem Motoröl-Wärmetauscher 36, einem Getriebe-Wärmetauscher 38 und einem Kühler 32 geleitet, wie hierin nachstehend beschrieben und in 4–6 gezeigt ist.
  • Der untere Kopfkühlmantel 24, der mittlere Kühlmantel 28 und der oberen Kopfkühlmantel 26 können derart bemessen sein, dass ermöglicht wird, dass der Motor 14 das stöchiometrische Äquivalenzverhältnis λ von Luft zu Kraftstoff in den Zylindern aufrecht erhält, bei dem λ = 1 ist, d. h. das ideale Verhältnis für die Verbrennung. Der Betrieb bei λ = 1 ist bei hohen Motorlasten oft schwierig zu erreichen, und zwar aufgrund der hohen Abgastemperaturen, die daraus resultieren und Komponenten, wie beispielsweise die Abgastrennwand 54, beschädigen können. Daher reichern die meisten Motoren das Luft-Kraftstoffgemisch unter Bedingungen bei hoher Last absichtlich an, um die Abgastemperatur zu verringern, wodurch bei einem Äquivalenzverhältnis von Luft zu Kraftstoff gearbeitet wird, bei welchem λ < 1 ist. Der Betrieb bei einem fetten Kraftstoff-Luftgemisch, bei dem das Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis λ < 1 ist, verwendet folglich, obgleich die Temperatur des aufgeheizten Abgases 58 wirksam verringert wird, überschüssigen Kraftstoff, um das gleiche Leistungsniveau zu erreichen, das mittels eines Betriebs bei einem Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis von λ = 1 erreicht werden könnte, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs verringert wird.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Motorwassermantel 59 ausgebildet, um Wärme aus dem Zylinderkopf 18 und der Abgastrennwand 54 zu entnehmen und um die Wärme mittels des aufgeheizten Kühlmittels zu anderen Teilen des Systems zu leiten, und zwar zu dem Heizkern 34, dem Getriebe-Wärmetauscher 38 und dem Motoröl-Wärmetauscher 36. Das System zum thermischen Management des Motors der vorliegenden Offenbarung erreicht die Ziele eines zusätzlichen Abgas-Wärmewiedergewinnungssystems (EGHR-Systems) ohne die zusätzlichen Kosten und den erforderlichen Bauraum eines EGHR, das die Abgase durch einen zusätzlichen Wärmetauscher leitet, um Wärme aus diesem zu entnehmen.
  • Der Motorwassermantel 59 der vorliegenden Offenbarung ist derart bemessen, dass er die Abgaskanäle 57 und die Abgastrennwand 54 im Wesentlichen umgibt. Die Abmessungen und die Ausbildung des Motorwassermantels 59 ermöglichen, dass der untere Kopfkühlmantel 24, der mittlere Kühlmantel 28 und der obere Kopfkühlmantel 26 (die in 3 gezeigt sind) genügend Wärme aus den Motorkomponenten entnehmen, um zu ermöglichen, dass der Motor 14 über die gesamte beabsichtigte Motorlastmatrix bei einem Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis von λ = 1 arbeitet, ohne die entsprechenden Komponenten zu beschädigen, z. B. den Zylinderkopf 18, die Abgastrennwand 54 oder das Turbinenrad bei Motoren mit Turbolader. Der effektive Betrieb des Motors 14 bei einem Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis von λ = 1 über die gesamte beabsichtigte Motorlastmatrix ermöglicht die Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs.
  • Der mittlere Kühlmantel 28 umgibt beispielsweise die Abgastrennwand 54 ausreichend und sorgt für ein Kühlmittel um diese herum, um deren Temperatur zu moderieren. Komponenten wie etwa die Abgastrennwand 54 können die Fähigkeit für den Motor 14 einschränken, bei einem Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis von λ = 1 zu arbeiten, da solche Komponenten aufgrund der erhöhten Abgastemperaturen beim Betrieb unter hoher Motorlast beschädigt werden können. Der mittlere Wassermantel 28 der vorliegenden Offenbarung kühlt die Komponente der Abgastrennwand 54 effektiv, um eine mögliche Beschädigung zu verhindern, welche die entsprechende Komponente aufgrund ihrer Wärmeaustauschbeziehung mit dem aufgeheizten Abgas 58 bei einer erhöhten Temperatur erfahren könnte, die während hoher Motorlasten erzeugt wird, wenn ein Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis von λ = 1 beibehalten wird.
  • Unter Bezugnahme auf den Controller 30, der allgemein in 4–6 gezeigt ist, umfasst der Controller 30 einen Prozessor und einen zugreifbaren, nicht flüchtigen Speicher, in dem Anweisungen aufgezeichnet sind. Das Ausführen der aufgezeichneten Anweisungen bewirkt, dass das vorliegende Verfahren 200 ausgeführt wird, das hierin nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben ist. Der Controller 30 kann eine eigenständige Einheit oder Teil eines Elektronikcontrollers sein, der den Betrieb des Systems 10 zum thermischen Management eines Motors steuert. Der Controller 30 kann als eine Server/Host-Maschine oder als ein verteiltes System verkörpert sein, z. B. als ein Digitalcomputer oder Mikrocomputer, der als ein Fahrzeugsteuermodul wirkt, und/oder als eine Proportional-Integral-Ableitungs-Controllereinrichtung (PID-Controllereinrichtung), die einen Prozessor und einen zugreifbaren, nichtflüchtigen Speicher aufweist, wie beispielsweise einen Festwertspeicher (ROM) oder einen Flashspeicher. Der Controller 30 kann auch einen Arbeitsspeicher (RAM), einen elektrisch löschbaren und programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Schaltungen zur Analog-Digitalumwandlung (A/D) und/oder zur Digital-Analogumwandlung (D/A) sowie beliebige erforderliche Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und dazugehörige Einrichtungen und auch beliebige erforderliche Signalkonditionierungs- und/oder Signalpufferschaltungen aufweisen.
  • Im Allgemeinen können Computersysteme und/oder Einrichtungen, wie beispielsweise der Controller 30, ein beliebiges einer Anzahl von Computerbetriebssystemen verwenden und allgemein durch einen Computer ausführbare Anweisungen aufweisen, wobei die Anweisungen durch eine oder mehrere Computereinrichtungen ausführbar sind, wie beispielsweise durch solche, die vorstehend aufgelistet sind. Die durch einen Computer ausführbaren Anweisungen können anhand der Computerprogramme kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielzahl wohlbekannter Programmiersprachen und/oder Programmiertechnologien erzeugt werden, die ohne Einschränkung auf diese und entweder allein oder in Kombination JavaTM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl usw. umfassen. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) die Anweisungen, beispielsweise aus einem Speicher, von einem computerlesbaren Medium usw., und er führt diese Anweisungen aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse ausgeführt werden, einschließlich eines oder mehrerer der Prozesse, die hierin beschrieben sind. Solche Anweisungen und weitere Daten können unter Verwendung einer Vielzahl bekannter computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
  • Daher kann der Controller 30 die gesamte Software, Hardware, den gesamten Speicher, alle Algorithmen, Verbindungen, Sensoren usw. aufweisen, die erforderlich sind, um den Betrieb des Systems 10 zum thermischen Management des Motors zu steuern und zu bewirken. Somit kann der Controller 30 ausgebildet sein, um den Prozess des thermischen Managements des Motors in einer Vielzahl von Motorzuständen zu überwachen und zu steuern, beispielsweise beim Kaltstart, beim Aufwärmen des Motors und im normalen Fahrzeugbetrieb oder beim Kühlen des Motors. Der Controller 30 kann mit einer Kühlmittelpumpe 21 in Verbindung stehen, um die Drehzahl zu steuern, bei welcher die Pumpe 21 arbeitet. Der Controller 30 kann ferner ausgebildet sein, um den Betrieb der mehreren Strömungssteuerventile 40, 42, 44, 100 zu steuern, und auch, um mit verschiedenen anderen Untersystemen und Sensoren des Motors 14 in Verbindung zu stehen.
  • Unter Beziehung auf 4–6 kann das System 10 zum thermischen Management des Motors ferner eine Kühlmittelpumpe 21, einen Kühler 32, einen Heizkern 34, einen Motoröl-Wärmetauscher 36, einen Getriebe-Wärmetauscher 38, mehrere Strömungssteuerventile 40, 42, 44, 100, ein Ein/Aus-Ventil 46 und einen Turboladerkühler 48 umfassen.
  • Die Kühlmittelpumpe 21 kann einen Kühlmittelpumpenauslass 90 und einen Kühlmittelpumpeneinlass 92 aufweisen. Die Kühlmittelpumpe 21 kann ausgebildet sein, um das Kühlmittel durch das System 10 zum thermischen Management des Motors von dem Kühlmittelpumpenauslass 90 über den Motorblock-Kühlmanteleinlass 62, den unteren Kopfkühlmanteleinlass 66 und/oder den oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 zu dem Motorwassermantel 59 zu zirkulieren. Die Kühlmittelpumpe 21 kann eine elektrische, eine mechanische oder eine elektromechanische Hybrid-Kühlmittelpumpe 21 sein. Die Variante mit mechanischer Pumpe kann durch die Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben werden, und die Variante mit elektrischer oder Hybridpumpe kann durch den Controller 30 gesteuert werden, und sie kann das Kühlmittel unabhängig von der Motordrehzahl liefern und ermöglichen, dass die Kühlmittelströmung für ein maximales Aufwärmen des Motors 14 und/oder des Kühlmittels gestoppt wird.
  • Das thermische System 10 des Motors kann mehrere Strömungssteuerventile 40, 42, 44, 100 umfassen, die ausgebildet sein können, um bestimmte Positionen einzunehmen, um eine Strömung des Kühlmittels, das von der Kühlmittelpumpe 21, dem IEM-Kühlmittelauslass 56, dem zumindest einen unteren Kopfkühlmantelauslass 68 und dem zumindest einen Motorblock-Kühlmantelauslass 64 ausgestoßen wird, selektiv auf den Heizkern 34, den Motoröl-Wärmetauscher 36, den Getriebe-Wärmetauscher 38 und/oder den Kühler 32 zu verteilen. Die mehreren Strömungssteuerventile 40, 42, 44, 100 können ausgebildet sein, um das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 21, dem Motorblock-Kühlmantel 22, dem unteren Kopfkühlmantel 24 und/oder dem oberen Kopfkühlmantel 26 aufzunehmen. Die mehreren Steuerventile 40, 42, 44, 100 werden durch den Controller 30 in die jeweiligen vorbestimmten Positionen gesteuert und verstellt.
  • Die mehreren Strömungssteuerventile umfassen zumindest ein erstes Strömungssteuerventil 40, ein zweites Strömungssteuerventil 42, ein drittes Strömungssteuerventil 44 und ein Modusauswahlventil 100. Das erste Strömungssteuerventil 40 ist ausgebildet, um das Kühlmittel von dem Motorblock-Kühlmantel 22 über den Motorblock-Kühlmantelauslass 64 aufzunehmen. Das erste Strömungssteuerventil 40 ist ferner ausgebildet, um eine offene Position oder eine geschlossene Position einzunehmen. Das erste Strömungssteuerventil 40 kann ein herkömmliches Zweiwegeventil mit mehreren Anschlüssen sein.
  • Das zweite Strömungssteuerventil 42 ist ausgebildet, um das Kühlmittel von dem oberen Kopfkühlmantel 26 über den IEM-Kühlmittelauslass 56 aufzunehmen. Das zweite Strömungssteuerventil 42 wird durch den Controller 30 betätigt, um eine erste Position 80, eine zweite Position 82, eine dritte Position 84 oder eine vierte Position 86 einzunehmen. Der IEM-Kühlmittelauslass 56 stößt das Kühlmittel in Abhängigkeit von der eingenommenen Position des zweiten Strömungssteuerventils 42 über das zweite Strömungssteuerventil 42 zu dem Heizkern 34, über das Modusauswahlventil 100 zu dem Getriebe-Wärmetauscher 38 und zu dem Motoröl-Wärmetauscher 36 oder zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 aus. Das zweite Strömungssteuerventil 42 ist in der ersten Position 80 geschlossen, es stößt das Kühlmittel in der zweiten Position 82 über das Modusauswahlventil 100 zu dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und zu dem Getriebe-Wärmetauscher aus, es stößt das Kühlmittel in der dritten Position 84 zu dem Heizkern 34 aus, und es stößt das Kühlmittel in der vierten Position 86 über das dritte Strömungssteuerventil 44 zu dem Heizkern 34 und dem Kühler 32 aus.
  • Das dritte Strömungssteuerventil 44 ist ausgebildet, um das Kühlmittel von jedem von dem unteren Kopfkühlmantel 24, dem ersten Strömungssteuerventil 40 und dem zweiten Strömungssteuerventil 42 aufzunehmen. Das dritte Strömungssteuerventil 44 wird durch den Controller 30 betätigt, um eine erste Position 94, eine zweite Position 96 oder eine dritte Position 98 einzunehmen. Das dritte Strömungssteuerventil 44 ist in der ersten Position 94 geschlossen, es stößt das Kühlmittel in der zweiten Position 96 zu der Kühlmittelpumpe 21 aus, und es stößt das Kühlmittel in der dritten Position 98 zu dem Kühler 32 aus.
  • Das Modusauswahlventil 100 ist ausgebildet, um das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 21 oder von dem zweiten Strömungssteuerventil 42 aufzunehmen. Das Modusauswahlventil 100 ist ferner ausgebildet, um eine erste Position 101 oder eine zweite Position 102 einzunehmen. Wenn das Motoröl und das Getriebe ein Aufwärmen erfordern, nimmt das Modusauswahlventil 100 die erste Position 101 ein, und es nimmt warmes Kühlmittel von dem zweiten Strömungssteuerventil 42 auf und stößt das warme Kühlmittel zu jedem von dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und dem Getriebe-Wärmetauscher 38 aus, um das Aufwärmen sowohl des Getriebes als auch des Motoröls zu unterstützen.
  • Wenn das Motoröl und das Getriebe eine Kühlung erfordern, nimmt das Modusauswahlventil 100 die zweite Position 102 ein, und es nimmt kaltes Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 21 auf und stößt das kalte Kühlmittel zu jedem von dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und dem Getriebe-Wärmetauscher 38 aus, um das Kühlen sowohl des Getriebes als auch des Motoröls zu unterstützen.
  • Das System 10 zum thermischen Management des Motors kann auch zumindest ein Ein/Aus-Ventil 46 umfassen. Das zumindest eine Ein/Aus-Ventil ist ausgebildet, um eine offene Position oder eine geschlossene Position derart einzunehmen, dass das zumindest Ein/Aus-Ventil 46 in der offenen Position ein kaltes Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 21 aufnimmt und das kalte Kühlmittel zu einem Turboladerkühler 48 aufstößt. Der Turboladerkühler 48 ist ausgebildet, um das Kühlmittel von dem zumindest einen Ein/Aus-Ventil 46 aufzunehmen, wenn das zumindest eine Ein/Aus-Ventil 46 die offene Position einnimmt, d. h. während des normalen Fahrzeugbetriebs. Der Turboladerkühler 48 ist ausgebildet, um das Kühlen eines Turboladers (nicht gezeigt) des Motors 14 zu unterstützen. Der Turboladerkühler 48 ist ferner ausgebildet, um das Kühlmittel zu dem Kühler 32 auszustoßen.
  • 4–6 zeigen drei beispielhafte Ausführungsformen des Systems 10 zum thermischen Management des Motors. In der ersten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, versorgt die Kühlmittelpumpe 21 den unteren Kopfkühlmantel 24 und den Motorblock-Kühlmantel 22 direkt. Das Kühlmittel kann entlang eines Strömungswegs jeweils zu jedem von dem unteren Kopfkühlmanteleinlass 66 und dem Motorblock-Kühlmanteleinlass 62 geleitet werden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform können der untere Kopfkühlmanteleinlass 66 und der Motorblock-Kühlmanteleinlass 62 derart bemessen sein, dass sie ermöglichen, dass die gewünschte Menge des Kühlmittels jeweils in jeden von dem unteren Kopfkühlmanteleinlass 66 und dem Motorblock-Kühlmanteleinlass 62 eintritt. Das Kühlmittel, das zu dem Motorblock-Kühlmantel 22 geleitet wird, tritt in den Motorblock-Kühlmanteleinlass 62 ein und kann durch die mehreren Motorblock-Kühldurchgänge strömen. Das Kühlmittel kann von dem Motorblock-Kühlmantelauslass 64 zu dem ersten Strömungssteuerventil 40 ausgestoßen werden, das an der Außenseite des Motorblock-Kühlmantels 22 angeordnet ist.
  • Das erste Strömungssteuerventil 40 ist in 4 an der Außenseite des Motorblock-Kühlmantels 22 gezeigt und kann ausgebildet sein, um das Kühlmittel von dem Motorblock-Kühlmantelauslass 64 aufzunehmen. Das erste Strömungssteuerventil 40 kann ferner ausgebildet sein, um die Strömung in dem Motorblock-Kühlmantel 22 einzustellen und die Motortemperatur unabhängig von dem unteren Kopfkühlmantel 24 und dem oberen Kopfkühlmantel 22 zu steuern, was für eine Kraftstoffsprühung wichtig sein kann, die auf die Laufbüchsenwand der Motorzylinder in dem Motorblock 16 (in 1 gezeigt) auftrifft. In Abhängigkeit von der betätigten Position des ersten Strömungssteuerventils 40 kann das erste Strömungssteuerventil 40 ausgebildet sein, um die Strömung des Kühlmittels von dem Motorblock-Kühlmantel 22 zu dem Strömungsweg des Kühlmittels, das von dem unteren Kopfkühlmantelauslass 24 ausgestoßen wird, selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken. Das Kühlmittel, das von dem ersten Strömungssteuerventil 40 ausgestoßen wird, wenn das erste Strömungssteuerventil 40 die offene Position einnimmt, kann zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 geleitet werden.
  • Das Kühlmittel, das zu dem unteren Kopfkühlmantel 24 geleitet wird, kann an dem unteren Kopfkühlmitteleinlass 66 in den unteren Kopfkühlmantel 24 eintreten und durch die mehreren unteren Kopfkühldurchgänge strömen. Das Kühlmittel kann von dem unteren Kopfkühlmantelauslass 68 zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 ausgestoßen werden. Das dritte Strömungssteuerventil 44 kann ausgebildet sein, um das Kühlmittel aufzunehmen und um die Strömung des Kühlmittels zu dem Kühler 32 und zu dem Rückführungsweg zur Kühlmittelpumpe 21 selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken.
  • Das Kühlmittel, das zu dem unteren Kopfkühlmantel 24 geleitet wird, kann auch, wie es in 4 gezeigt ist, auf den oberen Kopfkühlmantel 26 verteilt werden. Wenn das System 10 einen mittleren Kühlmantel 28 umfasst, wird das Kühlmittel durch mehrere Übertragungsanschlüsse 60 (3) von dem unteren Kopfkühlmantel 24 über den zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 zu dem mittleren Kühlmantel 28 und dem oberen Kopfkühlmantel 26 übertragen. Wenn das System 10 keinen mittleren Kühlmantel 28 umfasst, wird das Kühlmittel von dem unteren Kopfkühlmantel 24 direkt über die mehreren Übertragungsanschlüsse 60 und den zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 übertragen. Das Kühlmittel kann von dem oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 durch die mehreren oberen Kopfkühldurchgänge zu dem IEM-Kühlmittelauslass 56 strömen.
  • Das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, kann von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 zu dem zweiten Strömungssteuerventil 42 geleitet werden, das ausgebildet sein kann, um die Kühlmittelströmung zu dem Heizkern 34, dem dritten Strömungssteuerventil 44 oder über das Modusauswahlventil 100 zu einem Motoröl-Wärmetauscher 36 und einem Getriebe-Wärmetauscher 38 selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken.
  • Wenn das Strömungssteuerventil 42 die erste Position 80 einnimmt, ist das zweite Strömungssteuerventil geschlossen, und es tritt kein Kühlmittel durch dieses hindurch. Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die zweite Position 82 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, über das Modusauswahlventil 100, das die erste Position 101 einnimmt, zu jedem von dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und dem Getriebe-Wärmetauscher 38 geleitet, um das Motoröl bzw. das Getriebe aufzuwärmen. Nach dem Hindurchtreten durch jeweils den Motoröl-Wärmetauscher 36 und den Getriebe-Wärmetauscher 38 wird das Kühlmittel durch den Kühler 32 und zurück zu der Kühlmittelpumpe 21 geleitet.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die dritte Position 84 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, zu dem Heizkern 34 geleitet, um das Aufheizen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs zu unterstützen. Eine minimale Menge des Kühlmittels strömt konstant zu dem Heizkern 34, um den Taupunkt effektiv anzuheben. Das Kühlmittel, das zu dem Heizkern 34 geleitet wird, kann durch den Heizkern 34 hindurchtreten und zurück zu der Kühlmittelpumpe 21 geleitet werden.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die vierte Position 86 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, derart zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 und dem Heizkern 34 geleitet, das nur ein Leckageweg des zweiten Strömungssteuerventils 42 zu dem Heizkern 34 offen ist, wodurch ermöglicht wird, dass nur die minimale Menge der Kühlmittelströmung, die zum Anheben des Taupunkts notwendig ist, selektiv auf den Heizkern 34 verteilt wird. Das dritte Strömungssteuerventil 44 kann das Kühlmittel aufnehmen und das Kühlmittel selektiv in Abhängig von der betätigten Position des dritten Strömungssteuerventils 44, d. h. der ersten Position 94, der zweiten Position 96 oder der dritten Position 98, auf den Kühler 32 oder die Kühlmittelpumpe 21 verteilen.
  • Wenn das dritte Strömungssteuerventil 44 die erste Position 94 einnimmt, ist das dritte Strömungssteuerventil 44 vollständig geschlossen. Wenn das dritte Strömungssteuerventil 44 die zweite Position 96 einnimmt, stößt das dritte Strömungssteuerventil 44 das Kühlmittel zurück zur Kühlmittelpumpe 21 aus. Wenn das dritte Strömungssteuerventil die dritte Position 98 einnimmt, stößt das dritte Strömungssteuerventil 44 das Kühlmittel zu dem Kühler 32 aus, welches durch diesen hindurchtritt und zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet wird.
  • 5 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform des Systems 10 zum thermischen Management. Bei der zweiten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, kann die Kühlmittelpumpe 21 den unteren Kopfkühlmantel 24, den Motorblock-Kühlmantel 22 und den oberen Kopfkühlmantel 26 als unabhängige Kreisläufe direkt versorgen. Das Kühlmittel kann entlang eines Strömungswegs jeweils zu jedem von dem Motorblockeinlass 62, dem unteren Kopfkühlmanteleinlass 66 und dem zumindest einen oberen Kopfmanteleinlass 70 geleitet werden.
  • Das Kühlmittel, das zu dem Motorblock-Kühlmantel 22 geleitet wird, tritt in den Motorblock-Kühlmanteleinlass 62 ein und kann durch die mehreren Motorblock-Kühldurchgänge strömen. Das Kühlmittel kann aus dem Motorblock-Kühlmantelauslass 64 zu dem ersten Strömungssteuerventil 44 ausgestoßen werden, das an der Außenseite des Motorblock-Kühlmantels 22 angeordnet ist. In Abhängigkeit von der betätigten Position des ersten Strömungssteuerventils 40, d. h. der offenen Position oder der geschlossenen Position, kann das erste Strömungssteuerventil 40 ausgebildet sein, um die Strömung des Kühlmittels von dem Motorblock-Kühlmantel 22 zu dem Strömungsweg des Kühlmittels, das von dem unteren Kopfkühlmantelauslass 24 ausgestoßen wird, selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken. Wenn das erste Strömungssteuerventil 40 die geschlossene Position einnimmt, tritt kein Kühlmittel durch dieses hindurch. Wenn das erste Strömungssteuerventil 40 die offene Position einnimmt, wird das Kühlmittel von dem ersten Strömungssteuerventil 40 ausgestoßen und zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 geleitet.
  • Das Kühlmittel, das zu dem unteren Kopfkühlmantel 24 geleitet wird, kann an dem unteren Kopfkühlmanteleinlass 66 in den unteren Kopfkühlmantel 24 eintreten und durch die mehreren unteren Kopfkühldurchgänge strömen. Das Kühlmittel kann von dem unteren Kopfkühlmantelauslass 68 zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 ausgestoßen werden. Das dritte Strömungssteuerventil 44 kann ausgebildet sein, um das Kühlmittel aufzunehmen und die Strömung des Kühlmittels zu dem Kühler 32 und zu dem Rückführungsweg zur Kühlmittelpumpe 21 selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken.
  • Das Kühlmittel, das zu dem unteren Kopfkühlmantel 24 geleitet wird, kann auch, wie es in 5 gezeigt ist, auf den oberen Kopfkühlmantel 26 verteilt werden. Wenn das System 10 einen mittleren Kühlmantel 28 umfasst, wird das Kühlmittel durch mehrere Übertragungsanschlüsse 60 (3) von dem unteren Kopfkühlmantel 24 über den zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 zu dem mittleren Kühlmantel 28 und zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 übertragen. Wenn das System 10 keinen mittleren Kühlmantel 28 umfasst, wird das Kühlmittel direkt von dem unteren Kopfkühlmantel 24 über die mehreren Übertragungsanschlüsse 60 und den zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 übertragen. Das Kühlmittel kann von dem oberen Kopfmanteleinlass 70 durch die mehreren oberen Kopfkühldurchgänge zu dem IEM-Kühlmittelauslass 56 strömen.
  • Wie in 5 gezeigt ist, kann der obere Kopfkühlmantel 26 zusätzlich zu dem Kühlmittel, das von dem unteren Kopfkühlmantel 24 und dem mittleren Kühlmantel 28 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 ausgestoßen wird, eine Kühlmittelströmung direkt von der Kühlmittelpumpe 21 an dem zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 aufnehmen, und zwar als ein unabhängiger Kreislauf. Das Kühlmittel kann von dem oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 durch die mehreren oberen Kopfmantel-Kühlmitteldurchgänge zu dem IEM-Kühlmittelauslass 56 strömen.
  • Das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, kann von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 zu einem zweiten Strömungssteuerventil 42 geleitet werden, das ausgebildet sein kann, um die Kühlmittelströmung zu dem Heizkern 34, dem dritten Strömungssteuerventil 44 oder einem Motoröl-Wärmetauscher 36 und einem Getriebe-Wärmetauscher 38 selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken, wie es vorstehend bezogen auf 4 beschrieben ist.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die erste Position 80 einnimmt, ist das zweite Strömungssteuerventil geschlossen, und es tritt kein Kühlmittel durch dieses hindurch. Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die zweite Position 82 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, über das Modusauswahlventil 100 in der ersten Position 101 zu jedem von dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und dem Getriebe-Wärmetauscher 38 geleitet, um das Motoröl bzw. das Getriebe aufzuwärmen. Nach dem Hindurchtreten durch jeweils den Motoröl-Wärmetauscher 36 und den Getriebe-Wärmetauscher 38 wird das Kühlmittel zu dem Kühler 32 und zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die dritte Position 84 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, zu dem Heizkern 34 geleitet, um das Aufheizen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs zu unterstützen. Eine minimale Menge des Kühlmittels strömt konstant zu dem Heizkern 34, um den Taupunkt effektiv anzuheben. Das Kühlmittel, das zu dem Heizkern 34 geleitet wird, kann durch den Heizkern 34 hindurchtreten und zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet werden.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die vierte Position 86 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, derart zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 und dem Heizkern 34 geleitet, dass nur ein Leckageweg des zweiten Strömungssteuerventils 42 zu dem Heizkern 34 offen ist, wodurch ermöglicht wird, dass nur die minimale Menge der Kühlmittelströmung, die zum Anheben des Taupunkts notwendig ist, selektiv auf den Heizkern 34 verteilt wird. Das dritte Strömungssteuerventil 44 kann das Kühlmittel aufnehmen und das Kühlmittel in Abhängigkeit von der betätigten Position des dritten Strömungssteuerventils 44, d. h. der ersten Position 94, der zweiten Position 96 oder der dritten Position 98, selektiv auf den Kühler 32 oder die Kühlmittelpumpe 21 verteilen.
  • Wenn das dritte Strömungssteuerventil 44 die erste Position 94 einnimmt, ist das dritte Strömungssteuerventil 44 vollständig geschlossen. Wenn das dritte Strömungssteuerventil 44 die zweite Position 96 einnimmt, stößt das dritte Strömungssteuerventil 44 das Kühlmittel zurück zur Kühlmittelpumpe 21 aus. Wenn das dritte Strömungssteuerventil die dritte Position 98 einnimmt, stößt das dritte Strömungssteuerventil 44 das Kühlmittel zu dem Kühler 32 aus, welches durch diesen hindurchtritt und zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet wird.
  • 6 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform des Systems 10 zum thermischen Management. Bei der dritten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, kann die Kühlmittelpumpe 21 den unteren Kopfkühlmantel 24 und den Motorblock-Kühlmantel 22 direkt versorgen. Die Kühlmittelpumpe 21 kann auch den oberen Kopfkühlmantel 26 versorgen, indem das zusätzliche Kühlmittel in den Strömungsweg des Kühlmittels zugeführt wird, das von dem unteren Kopfkühlmantel 24 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 ausgestoßen wird.
  • Das Kühlmittel, das zu dem Motorblock-Kühlmantel 22 geleitet wird, tritt in den Motorblock-Kühlmanteleinlass 62 ein und kann durch die mehreren Motorblock-Kühldurchgänge strömen. Das Kühlmittel kann von dem Motorblock-Kühlmantelauslass 64 zu dem ersten Strömungssteuerventil 40 ausgestoßen werden, das an der Außenseite des Motorblock-Kühlmantels 22 angeordnet ist. In Abhängigkeit von der betätigten Position des ersten Strömungssteuerventils 40, d. h. der offenen Position oder geschlossenen Position, kann das erste Strömungssteuerventil 40 ausgebildet sein, um die Strömung des Kühlmittels von dem Motorblock-Kühlmantel 22 zu dem Strömungsweg des Kühlmittels, das von dem unteren Kopfkühlmantelauslass 24 ausgestoßen wird, selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken. Wenn das erste Strömungssteuerventil 40 die geschlossene Position einnimmt, tritt kein Kühlmittel durch dieses hindurch. Wenn das erste Strömungssteuerventil 40 die offene Position einnimmt, wird das Kühlmittel von dem ersten Strömungssteuerventil 40 ausgestoßen und zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 geleitet.
  • Das Kühlmittel, das zu dem unteren Kopfkühlmantel 24 geleitet wird, kann an dem unteren Kopfkühlmitteleinlass 66 in den unteren Kopfkühlmantel 24 eintreten und durch die mehreren unteren Kopfkühldurchgänge strömen. Das Kühlmittel kann von dem unteren Kopfkühlmantelauslass 68 zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 ausgestoßen werden. Das dritte Strömungssteuerventil 44 kann ausgebildet sein, um das Kühlmittel aufzunehmen und die Strömung des Kühlmittels zu dem Kühler 32 und zu dem Rückführungsweg zur Kühlmittelpumpe 21 selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken.
  • Das Kühlmittel, das zu dem unteren Kopfkühlmantel 24 geleitet wird, kann auch, wie es in 6 gezeigt ist, auf den oberen Kopfkühlmantel 26 verteilt werden. Wenn das System 10 einen mittleren Kühlmantel 28 umfasst, wird das Kühlmittel durch mehrere Übertragungsanschlüsse 60 (3) über den zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 von dem unteren Kopfkühlmantel 24 zu dem mittleren Kühlmantel 28 und zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 übertragen. Wenn das System 10 keinen mittleren Kühlmantel 28 umfasst, wird das Kühlmittel über die mehreren Übertragungsanschlüsse 60 und den zumindest einen oberen Kopfkühlmanteleinlass 70 direkt von dem unteren Kopfkühlmantel 24 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 übertragen. Das Kühlmittel kann von dem oberen Kopfmanteleinlass 70 durch die mehreren oberen Kopfkühldurchgänge zu dem IEM-Kühlmittelauslass 56 strömen.
  • Wie es in 6 gezeigt ist, kann der obere Kopfkühlmantel 26 zusätzlich zu dem Kühlmantel, das von dem unteren Kopfkühlmantel 24 oder von dem mittleren Kühlmantel 28 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 ausgestoßen wird, Kühlmittel durch eine Dosierung von der Kühlmittelpumpe 21 aufnehmen, wobei die Kühlmittelströmung zu dem Kühlmittelströmungsweg des Kühlmittels, das von dem unteren Kopfkühlmantel 24 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 ausgestoßen wird, wenn kein mittlerer Kühlmantel 28 vorhanden ist, oder zu dem Kühlmittelströmungsweg vom mittleren Kühlmantel 28 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 geleitet wird.
  • Das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, kann von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 zu einem zweiten Strömungssteuerventil 42 geleitet werden, das ausgebildet sein kann, um die Kühlmittelströmung zu dem Heizkern 34, dem dritten Strömungssteuerventil 44 oder über das Modusauswahlventil 100, das die erste Position 101 einnimmt, zu einem Motoröl-Wärmetauscher 36 und einem Getriebe-Wärmetauscher 38 selektiv zu verteilen und teilweise oder vollständig zu beschränken, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben ist.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die erste Position 80 einnimmt, ist das zweite Strömungssteuerventil geschlossen, und es tritt kein Kühlmittel durch dieses hindurch. Wenn das Strömungssteuerventil 42 die zweite Position 82 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, zu jedem von dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und dem Getriebe-Wärmetauscher 38 geleitet, um das Motoröl bzw. das Getriebe aufzuwärmen. Nach dem Hindurchtreten durch jeweils den Motoröl-Wärmetauscher 36 und den Getriebe-Wärmetauscher 38 wird das Kühlmittel durch den Kühler 32 und zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die dritte Position 84 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, zu dem Heizkern 34 geleitet, um das Aufheizen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs zu unterstützen. Eine minimale Menge des Kühlmittels strömt konstant zu dem Heizkern 34, um den Taupunkt effektiv anzuheben. Das Kühlmittel, das zu dem Heizkern 34 geleitet wird, kann durch den Heizkern 34 hindurchtreten und zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet werden.
  • Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die vierte Position 86 einnimmt, wird das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, derart zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 und zu dem Heizkern 34 geleitet, dass nur ein Leckageweg des zweiten Strömungssteuerventils 42 zu dem Heizkern 34 offen ist, wodurch ermöglicht wird, dass nur die minimale Menge der Kühlmittelströmung, die zum Anheben des Taupunkts erforderlich ist, selektiv auf den Heizkern 34 verteilt wird. Das dritte Strömungssteuerventil 44 kann das Kühlmittel aufnehmen und das Kühlmittel in Abhängigkeit von der betätigten Position des dritten Strömungssteuerventils 44, d. h. der ersten Position 94, der zweiten Position 96 oder der dritten Position 98, selektiv auf den Kühler 32 oder die Kühlmittelpumpe 21 verteilen.
  • Wenn das dritte Strömungssteuerventil 44 die erste Position 94 einnimmt, ist das dritte Strömungssteuerventil 44 vollständig geschlossen. Wenn das dritte Strömungssteuerventil 44 die zweite Position 96 einnimmt, stößt das dritte Strömungssteuerventil 44 das Kühlmittel zurück zur Kühlmittelpumpe 21 aus. Wenn das dritte Strömungssteuerventil die dritte Position 98 einnimmt, stößt das dritte Strömungssteuerventil 44 das Kühlmittel zu dem Kühler 32 aus, das durch diesen hindurchtritt und zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet wird.
  • Wie es in 4–6 gezeigt ist, kann das System 10 zum thermischen Management des Motors ferner zumindest ein Ein/Aus-Ventil 46 und einen Turboladerkühler 48 umfassen. Die Kühlmittelpumpe 21 kann das Kühlmittel dem Ein/Aus-Ventil 46 direkt zuführen, und zwar zusätzlich zur direkten Zuführung zu dem Motorblock-Kühlmantel 22, dem unteren Kopfkühlmantel 24 und/oder dem oberen Kopfkühlmantel 26. Das zumindest eine Ein/Aus-Ventil 46 wird durch den Controller 30 betätigt, um eine offene Position oder eine geschlossene Position einzunehmen. Wenn sich das Ein/Aus-Ventil in der offenen Position befindet, wird das Kühlmittel, das von dem Kühlmittelpumpenauslass 90 ausgestoßen wird, zu dem Turboladerkühler 48 geleitet, um das Kühlen eines Turboladers (nicht gezeigt) zu unterstützen. Sobald das Kühlmittel durch den Turboladerkühler 48 hindurchtritt, wird es zu dem Kühler 32 und anschließend zurück zur Kühlmittelpumpe 21 geleitet. Wenn das Ein/Aus-Ventil 46 die geschlossene Position einnimmt, wird verhindert, dass das Kühlmittel, das von dem Kühlmittelpumpenauslass 90 ausgestoßen wird, in den Turboladerkühler 48 eintritt. Das Ein/Aus-Ventil 46 kann während der Betriebsmodi zum Kaltstart und zum Aufwärmen des Motors geschlossen bleiben, und es kann öffnen, wenn die Last an dem Motor 14 zunimmt und eine Kühlung des Turboladers mittels des Turboladerkühlers 48 notwendig werden kann.
  • Jede der Varianten, die in 4–6 gezeigt sind, ist geeignet, um in einer Vielzahl von Kraftfahrzeug-Betriebsmodi wirksam zu sein, und zwar beim Kaltstart des Motors; beim Aufwärmen des Motors, z. B. beim Aufwärmen bei kaltem Wetter und beim Aufwärmen bei warmem Wetter; und beim Kühlen des Motors, z. B. beim normalen Fahrzeugbetrieb. Die thermische Strategie für den Motor für jeden von dem Modus zum Kaltstart des Motors, dem Modus zum Aufwärmen des Motors und dem Modus zum Kühlen des Motors wird durch das vorliegende Verfahren 200 detailliert dargestellt, bei dem aufgezeichnete Anweisungen durch den Controller 30 ausgeführt werden, wodurch bewirkt wird, dass der Prozessor in diesem das Verfahren ausführt, das in 7 detailliert dargestellt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 7 betätigt der Controller 30 bei Schritt 201 die mehreren Steuerventile 40, 42, 44 derart, dass diese eine vollständig geschlossene Position einnehmen, bis der Motor eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Dieser Schritt definiert den Betriebsmodus zum Kaltstart des Motors. Während des Betriebsmodus zum Kaltstart des Motors ist jedes von dem jeweiligen ersten, zweiten und dritten Strömungssteuerventil 40, 42, 44 in jeder der drei Varianten, die in 4–6 gezeigt sind, vollständig geschlossen, d. h., dass das erste Strömungssteuerventil 40 durch den Controller 30 derart betätigt wird, dass es die geschlossene Position einnimmt, dass das zweite Strömungssteuerventil 42 durch den Controller 30 derart betätigt wird, dass es die erste Position 80 einnimmt, und dass das dritte Strömungssteuerventil 44 durch den Controller 30 derart betätigt wird, dass es die erste Position 94 einnimmt. Ferner ist die Kühlmittelpumpe 21 während des Kaltstarts des Motors anfänglich ausgeschaltet, was dazu führt, dass das Kühlmittel stillsteht. Zusätzlich kann das Ein/Aus-Ventil 46 fest vollständig geschlossen sein. Das Hauptziel des Systems 10 zum thermischen Management während des Kaltstarts des Motors ist, den Motor und das Kühlmittel bis zu einer gewünschten Temperatur für den Fahrzeugbetrieb aufzuwärmen.
  • Die Schritte 202–205 definieren den Betriebsmodus zum Aufwärmen des Motors. Sobald das Kühlmittel während des Betriebsmodus zum Kaltstart des Motors ausreichend aufgewärmt ist, kann die Kühlmittelpumpe 21 gestartet werden, was durch Schritt 202 dargestellt wird. Bei Schritt 202 überträgt der Controller 30 ein Signal an die Kühlmittelpumpe 21, um diese zu starten und um das Kühlmittel durch das System 10 zum thermischen Management zu zirkulieren, nachdem der Motor 14 eine erste vorbestimmte Temperatur erreicht, die infolge des Modus zum Kaltstart des Motors, der durch Schritt 201 definiert ist, erreicht wird.
  • Bei Schritt 203 verstellt der Controller 30 das zweite Strömungssteuerventil 42 in die zweite Position 82. Bei Schritt 202 bleibt das erste Strömungssteuerventil 40 in der geschlossenen Position, und das dritte Strömungssteuerventil 44 bleibt in der ersten Position 94, um das anfängliche Aufheizen des Motorblocks 16 beizubehalten. Während eines Warmstarts des Motors können der Motorblock-Kühlmanteleinlass 62 und der untere Kopfmanteleinlass 66 fest offen bleiben. Da jedoch das erste Strömungssteuerventil 40 vollständig geschlossen ist, bleibt das Kühlmittel in dem Motorblockmantel 22 stillstehend, um das Aufwärmen des Motors zu unterstützen. Das dritte Strömungssteuerventil 44 ist ebenso vollständig geschlossen, wodurch die gesamte Strömung von dem unteren Kopfkühlmantel 24 zu dem oberen Kopfkühlmantel 26 geleitet wird. Das zweite Strömungssteuerventil 42 kann ausgebildet sein, um die gesamte Strömung von dem oberen Kopfkühlmantel 26 aufzunehmen, die aus dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird.
  • Bei Schritt 204 leitet der Controller 30 das aufgeheizte Kühlmittel, das von dem IEM-Kühlmittelauslass 56 ausgestoßen wird, selektiv zu dem zweiten Strömungssteuerventil 42, so dass das zweite Strömungssteuerventil 42, während es die zweite Position 82 einnimmt, das Kühlmittel über das zumindest eine Modusauswahlventil 100, das die erste Position 101 einnimmt, zu dem Motoröl-Wärmetauscher 36 bzw. dem Getriebe-Wärmetauscher 38 leitet, um das Aufwärmen des Motoröls bzw. des Getriebes zu unterstützen. Das Kühlmittel, das durch das System 10 zum thermischen Management des Motors zirkuliert, strömt durch den oberen Kopfkühlmantel 26 hindurch und wird dadurch in eine Wärmeaustauschbeziehung mit den Abgaskanälen 57 gebracht. Das Kühlmittel absorbiert anschließend Wärme von dem aufgeheizten Abgas 58, das durch die Abgaskanäle 57 strömt, indem es Wärme aus dem Zylinderkopf 16 entnimmt und die entnommene Wärme über den IEM-Kühlmittelauslass 56 zu dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und dem Getriebe-Wärmetauscher 38 trägt. Das Kühlmittel kann verwendet werden, um das Motoröl und das Getriebe auf eine geeignete Betriebstemperatur aufzuheizen, wenn es von dem zweiten Strömungssteuerventil 42, das in die zweite Position 82 verstellt ist, zu dem Modusauswahlventil 100, das die erste Position 101 einnimmt, geleitet wird, um dadurch den Motoröl-Wärmetauscher 36 und den Getriebe-Wärmetauscher 38 zu versorgen. Das Vorheizen des Motoröls und des Getriebes kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern und die Reibung verringern.
  • Bei Schritt 205 betätigt der Controller 30 das zweite Strömungssteuerventil derart, dass es die dritte Position 84 einnimmt, wodurch das Kühlmittel zu dem Heizkern 34 geleitet wird, um einen Fahrgastraum aufzuheizen, nachdem das Motoröl eine vorbestimmte Temperatur erreicht und das Getriebe eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Wenn das zweite Strömungssteuerventil 42 die dritte Position 84 einnimmt, wird das Kühlmittel dem Heizkern 34 zugeführt, um das Aufwärmen des Fahrgastraums zum Erfüllen einer Heizanforderung zu unterstützen. Während des Aufwärmens bei kaltem Wetter kann die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 21 durch den Controller 30 gesteuert werden, um den Motor 14 weiterhin aufzuwärmen, während ebenso der Heizkern 34 versorgt wird, um den Fahrgastraum zu erwärmen.
  • Bei Schritt 206 betätigt der Controller 30 das erste Strömungssteuerventil 40 derart, dass es die offene Position einnimmt, und das zweite Strömungssteuerventil derart, dass es die vierte Position 86 einnimmt, wodurch das gesamte Kühlmittel von dem zweiten Strömungssteuerventil 42 zu dem dritten Strömungssteuerventil 44 geleitet wird. Das zweite Strömungssteuerventil 42 wird von der dritten Position 84 in die vierte Position 86 verstellt, wenn die Heizanforderung für den Fahrgastraum erfüllt wurde, d. h. wenn der Fahrgastraum eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
  • Bei Schritt 207 verteilt der Controller 30 das Kühlmittel von dem dritten Strömungssteuerventil 44 selektiv auf die Kühlmittelpumpe 21 oder den Kühler 32. Beim selektiven Leiten und Verteilen des Kühlmittels bei Schritt 207 betätigt der Controller das dritte Strömungssteuerventil 44 derart, dass es die zweite Position 96 oder die dritte Position 98 einnimmt.
  • Der Controller 30 verstellt das dritte Strömungssteuerventil 44 in die zweite Position 96, wenn die Heizanforderung für den Fahrgastraum erfüllt ist, bevor der Motor 14 eine zweite vorbestimmte Temperatur erreicht, z. B. wenn das System 10 zum thermischen Management des Motors im Modus zum Aufwärmen des Motors bleibt. Wenn es die zweite Position 96 einnimmt, leitet das dritte Strömungssteuerventil 44 das Kühlmittel zurück zur Kühlmittelpumpe 21, um das Aufwärmen des Motors 14 weiterhin zu unterstützen.
  • Der Controller 30 verstellt das Strömungssteuerventil 44 in die dritte Position 98, wenn die Heizanforderung für den Fahrgastraum erfüllt ist, nachdem der Motor 14 eine zweite vorbestimmte Temperatur erreicht, z. B. wenn das System 10 zum thermischen Management des Motors in den Modus zum Kühlen des Motors übergeht. Wenn es die dritte Position 98 einnimmt, leitet das dritte Strömungssteuerventil 44 das gesamte Kühlmittel, das durch dieses hindurchtritt, zu dem Kühler 32, um das Kühlen des Motors 14 zu unterstützen.
  • Wenn das System 10 zum thermischen Management des Motors in dem Modus zum Kühlen des Motors arbeitet, ist es das Ziel des Systems 10 zum thermischen Management des Motors, so viel Kühlmittelströmung wie möglich durch den Kühler 32 zu leiten. Bei allen Varianten, die in 4–6 gezeigt sind, wird das zumindest eine Ein/Aus-Ventil 46 während des Modus zum Kühlen des Motors in die offene Position verstellt, wodurch ermöglicht wird, dass das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 21 durch dieses hindurch und weiter zu dem Turboladerkühler 48 gelangt, um das Kühlen eines Turboladers zu unterstützen. Bei allen Varianten, die in 4–6 gezeigt sind, wird das Modusauswahlventil 100 während des Modus zum Kühlen des Motors in die zweite Position 102 verstellt, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 21 durch dieses hindurch und weiter zu dem Motoröl-Wärmetauscher 36 und dem Getriebe-Wärmetauscher 38 gelangt, um das Kühlen des Motoröls bzw. des Getriebes zu unterstützen.
  • Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sollen die vorliegenden Lehren stützen und beschreiben, der Umfang der vorliegenden Lehren ist jedoch ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Weisen und andere Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Lehren im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Ausüben der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims (10)

  1. System zum thermischen Management eines Motors für ein Fahrzeug, das ein Abgassystem und einen Motor mit einem Zylinderkopf und einem integrierten Auslasskrümmer aufweist, umfassend: eine Kühlmittelpumpe; einen Motorwassermantel, der ausgebildet ist, um ein Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe aufzunehmen, und der ferner ausgebildet ist, um das Kühlmittel aus einem IEM-Kühlmittelauslass auszustoßen, wobei der IEM-Kühlmittelauslass in den integrierten Auslasskrümmer gegossen ist; einen Controller mit einem Prozessor und einem zugreifbaren, nicht vorübergehenden Speicher, in dem Anweisungen aufgezeichnet sind, wobei das Ausführen der aufgezeichneten Anweisungen bewirkt, dass der Prozessor eine Strömung des Kühlmittels durch das System zum thermischen Management eines Motors leitet; und wobei das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel strömt und aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird, mit dem Zylinderkopf des Motors in einer Wärmeaustauschbeziehung steht, welcher mit einem aufgeheizten Abgas, das durch das Abgassystem strömt, derart in einer Wärmeaustauschbeziehung steht, dass das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel strömt, Wärme von dem aufgeheizten Abgas über den Zylinderkopf absorbiert, was zu einem aufgeheizten Kühlmittel führt, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird und durch den Controller selektiv zu einem Heizkern, einem Motoröl-Wärmetauscher, einem Getriebe-Wärmetauscher oder einem Kühler geleitet wird.
  2. System zum thermischen Management eines Motors nach Anspruch 1, wobei das Abgassystem mehrere Abgaskanäle und einen Abgasauslass umfasst, der in den integrierten Auslasskrümmer des Motors integriert ist, wobei der Abgasauslass eine Abgastrennwand aufweist, die ausgebildet ist, um den Abgasauslass zu halbieren, wobei die Abgastrennwand mehrere Abgasanschlüsse definiert, die den Abgaskanälen zugeordnet sind.
  3. System zum thermischen Management eines Motors nach Anspruch 2, wobei der Motorwassermantel derart bemessen ist, dass er die Abgaskanäle im Wesentlichen umgibt, und ausgebildet ist, um Wärme aus jedem von dem Zylinderkopf und der Abgastrennwand zu entnehmen.
  4. System zum thermischen Management eines Motors nach Anspruch 2, wobei der Motorwassermantel umfasst: einen Motorblock-Kühlmantel und einen unteren Kopfkühlmantel, die jeweils ausgebildet sind, um ein Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe aufzunehmen; und einen oberen Kopfkühlmantel, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe und/oder dem unteren Kopfkühlmantel aufzunehmen, und der ferner ausgebildet ist, um das Kühlmantel aus dem IEM-Kühlmittelauslass auszustoßen.
  5. System zum thermischen Management eines Motors nach Anspruch 4, wobei der Motorwassermantel ferner einen mittleren Kühlmantel umfasst, der oberhalb der Abgastrennwand und in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dieser angeordnet ist und ausgebildet ist, um Wärme aus der Abgastrennwand zu entnehmen; und wobei der mittlere Kühlmantel ausgebildet ist, um das Kühlmittel von dem unteren Kopfkühlmantel aufzunehmen und um das Kühlmittel zu dem oberen Kopfkühlmantel auszustoßen.
  6. System zum thermischen Management eines Motors nach Anspruch 4, ferner umfassend: mehrere Strömungssteuerventile, die ausgebildet sind, um das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe und/oder dem Motorwassermantel aufzunehmen, wobei die Kühlmittelpumpe und die mehreren Strömungssteuerventile durch den Controller gesteuert werden; den Heizkern, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel von zumindest einem der mehreren Strömungssteuerventile aufzunehmen; den Getriebe-Wärmetauscher, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel über zumindest eines der mehreren Strömungssteuerventile von der Kühlmittelpumpe und/oder dem Motorwassermantel aufzunehmen; den Motoröl-Wärmetauscher, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel über zumindest eines der mehreren Strömungssteuerventile von der Kühlmittelpumpe und/oder dem Motorwassermantel aufzunehmen; und den Kühler, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel von den mehreren Strömungssteuerventilen, dem Getriebe-Wärmetauscher und/oder dem Motoröl-Wärmetauscher aufzunehmen.
  7. System zum thermischen Management nach Anspruch 6, wobei die mehreren Strömungssteuerventile umfassen: ein erstes Strömungssteuerventil. das ausgebildet ist, um eine offene Position oder eine geschlossene Position einzunehmen, wobei das erste Strömungssteuerventil ferner ausgebildet ist, um das Kühlmittel von dem Motorblock-Kühlmantel aufzunehmen; ein zweites Strömungssteuerventil, das ausgebildet ist, derart eine erste Position, eine zweite Position, eine dritte Position oder eine vierte Position einzunehmen, dass das zweite Strömungssteuerventil das Kühlmittel von dem oberen Kopfkühlmantel aufnimmt und warmes Kühlmittel zu jedem von dem Getriebe-Wärmetauscher und dem Motoröl-Wärmetauscher ausstößt, wenn es die zweite Position einnimmt, Kühlmittel zu dem Heizkern ausstößt, wenn es die dritte Position einnimmt, und Kühlmittel zu einem dritten Strömungssteuerventil ausstößt, wenn es die vierte Position einnimmt; ein Modusauswahlventil, das ausgebildet ist, um derart eine erste Position oder eine zweite Position einzunehmen, dass das Modusauswahlventil dann, wenn das Modusauswahlventil die erste Position einnimmt, das Kühlmittel von dem zweiten Strömungssteuerventil aufnimmt und das Kühlmittel zu jedem von dem Getriebe-Wärmetauscher und dem Motoröl-Wärmetauscher ausstößt, um das Aufwärmen sowohl des Getriebes als auch des Motoröls zu unterstützen, und dass das Modusauswahlventil dann, wenn das Modusauswahlventil die zweite Position einnimmt, das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe aufnimmt und das Kühlmittel zu jedem von dem Getriebe-Wärmetauscher und dem Motoröl-Wärmetauscher ausstößt, um das Kühlen sowohl des Getriebes als auch des Motoröls zu unterstützen; und wobei das dritte Strömungssteuerventil ausgebildet ist, um eine erste Position, eine zweite Position oder eine dritte Position einzunehmen, wobei das dritte Strömungssteuerventil ferner ausgebildet ist, um das Kühlmittel von dem unteren Kopfkühlmantel, dem ersten Strömungssteuerventil oder dem zweiten Strömungssteuerventil aufzunehmen, und ferner ausgebildet ist, um das Kühlmittel zu der Kühlmittelpumpe auszustoßen, wenn es die zweite Position einnimmt, und um das Kühlmittel zu dem Kühler auszustoßen, wenn es die dritte Position einnimmt.
  8. Verfahren zum thermischen Management für einen Kraftfahrzeugmotor, die Schritte umfassend, dass: mehrere Steuerventile mittels eines Controllers derart betätigt werden, dass diese eine vollständig geschlossene Position einnehmen, bis der Motor eine erste vorbestimmte Temperatur erreicht, wobei die mehreren Strömungssteuerventile zumindest ein erstes Strömungssteuerventil, das derart betätigt wird, dass es eine geschlossene Position einnimmt, ein zweites Strömungssteuerventil, das derart betätigt wird, dass es eine erste Position einnimmt, und ein drittes Strömungssteuerventil, das derart betätigt wird, dass es eine erste Position einnimmt, umfassen; mittels des Controllers ein Signal zu einer Kühlmittelpumpe übertragen wird, um diese zu starten und um das Kühlmittel durch das System zum thermischen Management zu zirkulieren, nachdem der Motor die erste vorbestimmte Temperatur erreicht; mittels des Controllers das zweite Strömungssteuerventil derart betätigt wird, dass es eine zweite Position einnimmt, und ein Modusauswahlventil derart betätigt wird, dass es eine erste Position einnimmt, mittels des Controllers warmes Kühlmittel, das aus einem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird, über das zweite Strömungssteuerventil selektiv zu jedem von einem Motoröl-Wärmetauscher und einem Getriebe-Wärmetauscher geleitet wird, wobei das warme Kühlmittel durch einen Motorwassermantel, der mit einem Zylinderkopf des Motors in einer Wärmeaustauschbeziehung steht, einem IEM-Kühlmittelauslass zugeführt wird, wobei der Zylinderkopf derart mit einem aufgeheizten Abgas, das durch mehrere Abgaskanäle strömt, in einer Wärmeaustauschbeziehung steht, dass das warme Kühlmittel, das aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird und über das zweite Strömungssteuerventil zu dem Motoröl-Wärmetauscher und dem Getriebe-Wärmetauscher geleitet wird, jeweils jedes von dem Motoröl und dem Getriebe aufwärmt; und mittels des Controllers das zweite Strömungssteuerventil derart betätigt wird, dass es eine dritte Position einnimmt, wodurch das Kühlmittel zu dem Heizkern geleitet wird, um das Aufheizen eines Fahrgastraums zu unterstützen, wenn das Motoröl eine vorbestimmte Temperatur erreicht und das Getriebe eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: mittels des Controllers das erste Strömungssteuerventil derart betätigt wird, dass es eine offene Position einnimmt, und das zweite Strömungssteuerventil derart betätigt wird, dass es eine vierte Position einnimmt, wodurch das Kühlmittel von dem zweiten Strömungssteuerventil zu dem dritten Strömungssteuerventil geleitet wird, wenn ein Fahrgastraum eine vorbestimmte Temperatur erreicht; und mittels des Controllers das Kühlmittel, das von dem dritten Strömungssteuerventil ausgestoßen wird, selektiv zu der Kühlmittelpumpe, bis der Motor eine zweite vorbestimmte Temperatur erreicht, oder zu dem Kühler geleitet wird, wenn der Motor die zweite vorbestimmte Temperatur erreicht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Controller das Kühlmittel, das von dem ersten Strömungssteuerventil ausgestoßen wird, selektiv zu dem dritten Strömungssteuerventil leitet; wobei der Controller das Kühlmittel, das von dem zweiten Steuerventil ausgestoßen wird, selektiv zu jedem von dem Heizkern und dem dritten Strömungssteuerventil leitet; und wobei das dritte Strömungssteuerventil derart betätigt wird, dass es die zweite Position einnimmt, und das Kühlmittel zurück zu der Kühlmittelpumpe ausstößt, um das Aufwärmen des Motors zu unterstützen.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Controller das Kühlmittel, das von dem ersten Strömungssteuerventil ausgestoßen wird, selektiv zu dem dritten Strömungssteuerventil leitet; wobei der Controller das Kühlmittel, das von dem zweiten Steuerventil ausgestoßen wird, selektiv zu jedem von dem Heizkern und dem dritten Strömungssteuerventil leitet; und wobei das dritte Strömungssteuerventil in die dritte Position verstellt wird und dadurch das Kühlmittel zu dem Kühler leitet, um das Kühlen des Motors zu unterstützen, ferner die Schritte umfassend, dass: mittels des Controllers zumindest ein Ein/Aus-Ventil derart betätigt wird, dass es eine offene Position einnimmt, wobei der Controller das Kühlmittel selektiv von der Kühlmittelpumpe über das zumindest eine Ein/Aus-Ventil zu einem Turboladerkühler leitet, um das Kühlen eines Turboladers zu unterstützen, wobei der Turboladerkühler ausgebildet ist, um das Kühlmittel von dem Ein/Aus-Ventil aufzunehmen, und ausgebildet ist, um das Kühlmittel zu dem Kühler auszustoßen; und mittels des Controllers das Modusauswahlventil derart betätigt wird, dass es eine zweite Position einnimmt, wobei das Modusauswahlventil das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe aufnimmt und das Kühlmittel zu jedem von dem Motoröl-Wärmetauscher und dem Getriebe-Wärmetauscher ausstößt, um das Kühlen sowohl des Motoröls als auch eines Getriebes zu unterstützen.
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