-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelmittel zur Steuerung der Kühlmittelströme eines Split-Kühlsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die gattungsbildende
DE 10 2014 200 054 A1 betrifft eine Brennkraftmaschine, bei der, der mindestens eine Zylinderkopf mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser erste Kühlmittelmantel einlassseitig eine erste Zuführöffnung zur Versorgung mit Kühlmittel und auslassseitig eine erste Abführöffnung zum Abführen des Kühlmittels aufweist. Der Zylinderblock ist mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet, wobei dieser blockzugehörige Kühlmittelmantel einlassseitig eine zweite Zuführöffnung zur Versorgung mit Kühlmittel aufweist und auslassseitig eine zweite Abführöffnung zum Abführen des Kühlmittels vorgesehen ist. Zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs sind die Abführöffnungen mit den Zuführöffnungen verbindbar, wobei die erste Abführöffnung via Heizkreislaufleitung, in der eine kühlmittelbetriebene Fahrzeuginnenraumheizung angeordnet ist, mit der ersten Zuführöffnung verbindbar ist. Die zweite Abführöffnung ist via Rückführleitung, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist, mit der zweiten Zuführöffnung verbindbar. Die zweite Abführöffnung ist via Bypassleitung mit der zweiten Zuführöffnung verbindbar. Auslassseitig ist eine Kühlmittelsteuereinheit vorgesehen, die zwei Eingänge und mindestens drei Ausgänge aufweist, wobei ein erster Eingang mit der ersten Abführöffnung, ein zweiter Eingang mit der zweiten Abführöffnung, ein erster Ausgang mit der Heizkreislaufleitung, ein zweiter Ausgang mit der Bypassleitung und ein dritter Ausgang mit der Rückführleitung verbunden ist.
-
Brennkraftmaschinen weisen die Eigenart auf, dass deren effiziente Nutzung des Kraftstoffs erst ab Erreichen ihrer jeweiligen Betriebstemperatur gegeben ist. Dies hängt im Wesentlichen mit der im Kaltstart besonders bei niedriger Umgebungstemperatur erhöhten Reibung der beweglichen Teile zusammen. Hinzu kommt die erhöhte Viskosität des kalten Motoröls, welche sich ebenfalls erst mit steigender Temperatur verringert. Des Weiteren sind auch die immer bedeutender werdenden Abgaswerte von Brennkraftmaschinen in der Kaltstartphase erhöht, was insbesondere auf die sich erst mit steigender Aufheizung zunehmende Effektivität der im Abgasstrang angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtungen wie z. B. einem Katalysator zurückzuführen ist.
-
Aus den vorgenannten Gründen gehen die Bestrebungen in der Weiterentwicklung von Brennkraftmaschinen dahin, deren möglichst rasche Erwärmung zu erreichen. Auf der anderen Seite müssen Brennkraftmaschinen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs betrieben werden. Um diesen insbesondere nach oben hin einzuhalten, sind entsprechende Kühlmaßnahmen erforderlich. Luftgekühlte Brennkraftmaschinen weisen hierzu Bereiche mit einer zumeist rippenartigen Außenstruktur auf, um über die so vergrößerte Oberfläche einen Teil der Betriebswärme an die Umgebungsluft abzugeben. Demgegenüber nimmt das bei wassergekühlten Brennkraftmaschinen den Motorblock und den Zylinderkopf umspülende Kühlmittel einen großen Teil der entstehenden Abwärme auf. Hierfür sind zumeist in der Gehäusewand der Brennkraftmaschine angeordnete Kanäle vorgesehen, welche zusammen mit dem diese durchlaufenden Kühlmittel einen sogenannten Kühlmittelmantel bilden.
-
Um ein Überhitzen des Kühlmittels zu verhindern, wird dieses anschließend über einen in sich geschlossenen Kühlkreislauf durch einen geeigneten Kühler geleitet. Dabei wird zumindest ein Teil der von dem Kühlmittel aufgenommenen Wärme über den gewöhnlich als Gas-Kühlmittel-Wärmetauscher ausgebildeten Kühler an die Umgebungsluft abgegeben.
-
Seit der Einführung der Wasserkühlung ist bekannt, derartige Motorkühlsysteme mit einem Fahrzeugheizsystem zu kombinieren. Auf diese Weise kann die ohnehin anstehende Wärme aus dem Kühlmittel auch für die von äußeren Einwirkungen unabhängige Erwärmung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Hierzu wird ein regelmäßig als Gas-Kühlmittel-Wärmetauscher ausgebildeter Heizwärmetauscher in den Kühlkreislauf integriert. Der Betrieb des Fahrzeugheizsystems sieht vor, dass Luft von außen oder aus dem Innenraum des Fahrzeugs angesaugt und an dem Heizwärmetauscher vorbei oder durch diesen hindurch geführt wird. Dabei nimmt die Luft einen Teil der Wärmeenergie auf, bevor sie in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet wird.
-
Neben dem so erhöhten Komfort kommen Fahrzeugheizsystemen aber auch sicherheitsrelevante Aufgaben zu. Allem voran steht hier die klare Sicht durch die verglasten Teile des Fahrzeugs im Vordergrund. So führen beispielsweise niedrige Außentemperaturen dazu, dass sich der im Innenraum befindliche Wasserdampf auf den Scheiben niederschlägt. In der Folge können diese dann beschlagen oder gar vereist sein, wodurch die Sicht getrübt bis gänzlich verhindert ist.
-
Im Stand der Technik sind bereits diverse Ausgestaltungen von Motorkühlsystemen in Kombination mit Fahrzeugheizsystemen bekannt. Diese sehen teilweise eine strömungslose Strategie vor, welche auch als „No-Flow-Strategie“ bezeichnet wird. Bei einfachen Systemen wird dabei die Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlmittelmantel der Brennkraftmaschine insbesondere während der Kaltstartphase unterbrochen, wodurch sich eine verbesserte, da schnellere Motorerwärmung ergibt. Derartige Strategien eignen sich allerdings nicht für mit Kühlmittel betriebene Fahrzeugheizsysteme, welche bei einer typischerweise bereits in der Kaltstartphase aufkommenden Heizanforderung einen Zufluss an Kühlmittel erfordern, was wiederum eine direkte Aufgabe der No-Flow-Strategie erfordert.
-
Um die an sich vorteilhafte No-Flow-Strategie auch in Verbindung mit einen Kühlmittelfluss benötigenden Fahrzeugheizsystemen anwenden zu können, haben sich Kompromisslösungen in Form sogenannter Split-Kühlsysteme etabliert. Diese sehen eine Trennung des Kühlkreislaufs vor, wobei der Kühlmittelmantel der Brennkraftmaschine in einen Teil für das Kurbelgehäuse, also den Motorblock und in einen Teil für den Zylinderkopf aufgetrennt ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes direkt ab Start der Brennkraftmaschine mit strömendem Kühlmittel zu beaufschlagen, während der Kühlmittelstrom zum Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses, also des Motorblocks in vorteilhafter Weise noch gesperrt ist (No-Flow-Strategie).
-
Da der die Auslässe für das Abgas beinhaltende Zylinderkopf ohnehin die schnellste Erwärmung erfährt, kann der über diesen erwärmte Teil des Kühlmittels bereits für das Fahrzeugheizsystem genutzt werden. Demgegenüber trägt der gesperrte Teil des Kühlmittelmantels dazu bei, dass sich das Kurbelgehäuse schneller erwärmen kann, ohne die hierfür benötigte Wärmeenergie in Teilen an das ansonsten strömende Kühlmittel zu verlieren.
-
Insbesondere die eine Aufteilung des Kühlmittelmantels vorsehenden Split-Kühlsysteme sehen die Anordnung eines Proportionalventils vor, um die einzelnen Teile des Kühlkreislaufs zu kontrollieren. Dabei wird stets eine Vermischung des Kühlmittels unterbunden, indem die Teilkreisläufe baulich voneinander getrennt sind. Folglich steht nur der den Zylinderkopf beaufschlagende Teilkreislauf zur Verfügung, um das Fahrzeugheizsystem bei Bedarf zu versorgen. Dies kann bei einer hohen Wärmeanfrage für die Aufheizung des Fahrzeuginnenraums mitunter nicht ausreichend sein. Gleichzeitig ist die Kühlung der Brennkraftmaschine über den Kühler insofern begrenzt, als dass dieser lediglich in den das Kurbelgehäuse beaufschlagenden Teilkreislauf mit eingebunden ist. Dies führt zu einer reduzierten Kühlleistung der Brennkraftmaschine, da nicht der gesamte durch den Motor geführte Kühlmittelstrom zum Kühler geleitet wird.
-
Im Ergebnis ist folglich sowohl eine maximale Kühlung der Brennkraftmaschine als auch eine maximale Erwärmung des Fahrzeuginnenraums nicht möglich. Ein möglicher Ausgleich dieser Defizite über effizientere und/oder größere Kühler oder eine anwachsende Größe der Kühlmittelpumpe verteuert derartige Systeme und führt mitunter nicht zu dem gewünschten Erfolg.
-
Vorgeschlagen wird in der
DE 10 2011 081 183 A1 ein Ventil zur Steuerung von Volumenströmen eines Kühlmittels in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges mit einem Ventilgehäuse mit mindestens einem Einlasskanal sowie mindestens einem Auslasskanal, wobei in dem Ventilgehäuse mindestens eine um die Achse einer Welle drehbar angeordnete Ventilscheibe vorhanden ist, die die Verbindung zwischen dem mindestens einem Einlasskanal und dem mindestens einen Auslasskanal des Ventils beeinflusst. Zwischen dem mindestens einen Auslasskanal und dem mindestens einen Einlasskanal ist ein in das Ventil integriertes Thermostatventil angeordnet, das im Falle einer Überhitzung des Kühlmittels unabhängig von der Stellung der Ventilscheibe den mindestens einen Einlasskanal mit dem mindestens einen Auslasskanal verbindet, wobei Mittel in dem Ventil vorgesehen sind, die ein sicheres Öffnen des Thermostatventils gewährleisten.
-
Ein in der
DE 103 23 900 A1 offenbartes Mehrwegeventil umfasst eine Ventilgehäuseanordnung, in welcher eine Ventilkammer ausgebildet ist, wenigstens drei zur Ventilkammer führende Hauptventilanschlüsse, ein Hauptventilorgan, welches zum wahlweisen Unterbrechen und Freigeben der Verbindung der Hauptventilanschlüsse mit der Ventilkammer in eine Mehrzahl von Ventilorganstellungen bringbar ist, wobei in jeder Ventilorganstellung des Hauptventilorgans wenigstens zwei der Hauptventilanschlüsse in Verbindung mit der Ventilkammer stehen. Vorgesehen ist ein zur Ventilkammer führender Nebenventilanschluss und ein diesem zugeordnetes und zum Unterbrechen und Freigeben der Verbindung des Nebenventilanschlusses mit der Ventilkammer verstellbares Nebenventilorgan.
-
Die
DE 101 55 386 A1 betrifft ein Ventil, insbesondere zur Steuerung von Volumenströmen im Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem Ventilgehäuse und einer Ventilkammer, von der mindestens ein Einlass-Kanal und mindestens ein Auslass-Kanal abzweigen, sowie mit mindestens einem Ventilglied, das mit mindestens einem Ventilsitz der Ventilkammer zusammenwirkt, sowie mit einem angetriebenen Aktuator für das mindestens eine Ventilglied. Vorgesehen ist, dass das Ventil Mittel zur Öffnung mindestens eines Auslass-Kanals aufweist, die unabhängig vom Aktuator sind. Des Weiteren beschreibt die
DE 101 55 386 A1 einen Kühl- und Heizkreislauf mit mindestens einem solchen Ventil.
-
Die
EP 2 392 794 A1 betrifft einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderblockkühlmittelmantel und einen Zylinderkopfkühlmittelmantel aufweist, wobei ein Turbolader mit seiner Turbine in einem Abgasstrang angeordnet ist. Um zu erreichen, dass die No-Flow-Strategie des Zylinderblockkühlmittelmantels trotz Anforderung beispielsweise einer Kabinenheizung aufrechterhalten bleiben kann, wird vorgeschlagen, dass der Turbolader, bevorzugt dessen Turbinengehäuse, zumindest in einer Teilphase der Warmlaufphase einen von dem Zylinderblockkühlmittelmantel getrennten Kühlkreislauf aufweist, welcher mit einer dem Zylinderblockkühlmittelmantel gemeinsamen Pumpe verbunden ist, wobei das Turbinengehäuse bzw. dessen Kühlkreislauf über einen Bypaß mit der Pumpe in Verbindung steht, wobei der Bypaß stromab der Pumpe und stromauf eines Zylinderblockkühlmitteleingangs vorgesehen ist.
-
Mit der
CA 2 405 444 A1 wurde eine andere Form eines Split-Kühlsystems für eine mit einem Turbolader ausgestattete Brennkraftmaschine bekannt. Allerdings besitzt die Brennkraftmaschine hierbei einen einzigen, sowohl das Kurbelgehäuse als auch den Zylinderkopf gemeinsam durchlaufenden Kühlmittelmantel. Zusätzlich ist allerdings ein flüssigkeitsgekühlter Ölkühler vorgesehen, welcher zusammen mit dem Kühlmittelmantel und einem Kühler sowie einem flüssigkeitsgekühlten Ladeluftkühler für den Turbolader und einer Kühlmittelpumpe über einen Kühlkreislauf fluidleitend verbunden ist. Innerhalb des Kühlkreislaufs ist ein Regelmittel in Form eines Mehrwegeventils angeordnet, welches den Durchlauf des Kühlmittels zu den einzelnen Komponenten regelt. Hierdurch kann der Kühlmittelfluss bei Bedarf auf Teile des Kühlkreislaufs und die darin angeordneten Komponenten aufgetrennt werden.
-
Angesichts der bisherigen Ausgestaltungen an Kombinationen von Motorkühl- und Fahrzeugheizsystemen bieten die an sich vorteilhaften Split-Kühlsysteme hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit auch weiterhin durchaus noch Raum für Verbesserungen. Im weiteren Verlauf wird die zuvor aufgezeigte Kombination aus Motorkühl- und Fahrzeugheizsystemen aus Vereinfachungsgründen allgemein als Split-Kühlsystem bezeichnet, welches insofern beide Systeme in sich vereint.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Regelmittel zur Steuerung der Kühlmittelströme eines Split-Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs dahingehend weiterzuentwickeln, dass trotz kompaktem Aufbau neben einer verbesserten Erwärmung der Brennkraftmaschine auch eine bedarfsweise maximierte Leistung hinsichtlich der Kühlung der Brennkraftmaschine und der Erwärmung des Fahrzeuginnenraums ermöglicht ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Regelmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und damit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
-
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Regelmittel zur Steuerung der Kühlmittelströme eines Split-Kühlsystems einer Brennkraftmaschine aufgezeigt, welches sich in vorteilhafter Weise zur Verwendung in einem Split-Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eignet.
-
Das Regelmittel umfasst zunächst ein Gehäuse, welches wenigstens zwei Eingänge und zwei Ausgänge besitzt. Bei dem Gehäuse kann es sich in vorteilhafter Weise um einen in sich geschlossenen Hohlkörper handeln, welcher durch seine Eingänge und Ausgänge mit Kühlmittel durchströmbar ist. Es versteht sich von selbst, dass das Gehäuse selbst ansonsten fluiddicht aufgebaut ist, so dass das Kühlmittel nur über die Eingänge in und über die Ausgänge wieder aus dem Gehäuse heraus gelangen kann.
-
Weiterhin ist ein Drehkörper vorgesehen, welcher innerhalb des Gehäuses rotierbar gelagert ist. Bei dem Drehkörper kann es sich in bevorzugter Weise um einen Drehzylinder handeln. In einer erweiterten Ausführung kann der Drehkörper auch in einer Kugelform ausgeführt sein. Als rotierbare Lagerung wird im Sinne der Erfindung eine solche verstanden, welche eine Rotation des Drehkörpers um seine Längsachse herum ermöglicht. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass die Mantelfläche des Drehkörpers und die Innenseite des Gehäuses zumindest bereichsweise derart miteinander kommunizieren, dass eine fluiddichte Einheit entsteht. Mit anderen Worten sind Drehkörper und Gehäuse so aufeinander abgestimmt, dass der Drehkörper eine mögliche Strömung an Kühlmittel durch das Gehäuse hindurch zunächst unterbindet. Dabei kann beispielsweise eine metallisch dichtende Ausführung oder der Einsatz eines oder mehrerer Dichtungsmittel vorgesehen sein.
-
Um nun die gewünschte Regelung für einen möglichen Strom an Kühlmittel zu ermöglichen, weist der Drehkörper wenigstens eine umfangsseitige und/oder durch diesen hindurch angeordnete Öffnung auf. Der Ausdruck Öffnung ist hierbei sowohl für sich als auch in Kombination mit dem Gehäuse zu verstehen. So kann die Öffnung für sich beispielsweise als Durchgangsbohrung bezeichnet werden. Diese kann sich typischerweise von einem Bereich der Mantelfläche zu einem anderen Bereich der Mantelfläche des Drehkörpers durch diesen hindurch erstrecken. In Kombination mit dem Gehäuse kann die Öffnung beispielsweise als umfangsseitige Verjüngung und/oder Ausnehmung des Drehkörpers verstanden werden. Hierbei ergibt sich die Öffnung quasi in Kombination mit besagter Verjüngung und/oder Ausnehmung und einem jeweils zugehörigen Bereich der Innenseite des Gehäuses.
-
In seiner Anordnung innerhalb des Gehäuses ist der Drehkörper zwischen mehreren Regelstellungen rotierbar. In Abhängigkeit von der jeweiligen Regelstellung des Dreh-körpers ist nur die mögliche Durchströmung des Regelmittels mit Kühlmittel steuer-bar. So kann ein in das Gehäuse eintretender Kühlmittelstrom so innerhalb des Regelmittels gesteuert werden, dass dieser zumindest teilweise durch einen der Ausgänge austreten kann. Dabei ist wenigstens eine der möglichen Regelstellungen dazu vorgesehen, einen durch wenigstens einen der Eingänge in das Gehäuse eintretenden Kühlmittelstrom gegenüber seinem Austritt aus mindestens einem der Ausgänge des Gehäuses zu sperren.
-
Die Eingänge des Regelmittels sind wie folgt aufgeteilt:
-
Ein erster der Eingänge des Gehäuses ist dazu vorgesehen, mit dem Kühlmittelmantel eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine fluidleitend verbunden zu werden. Mit anderen Worten kann im in das Split-Kühlsystem eingebauten Zustand des Regelmittels ein den Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes verlassender Kühlmittelstrom über den ersten Eingang in das Gehäuse eintreten.
-
Als Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes kann sowohl ein den gesamten Zylinderkopf mit Kühlmittel beaufschlagender Kühlmittelmantel oder - alternativ - ein nur einen Bereich des Zylinderkopfes mit Kühlmittel beaufschlagender Kühlmittelmantel verstanden werden. So sieht die Erfindung in einer bevorzugten alternativen Ausgestaltung vor, dass sich der hier in Rede stehende Kühlmittelmantel nur auf einen auslassseitigen bzw. oberen Abschnitt des Zylinderkopfes beschränken kann.
-
Da dieser auslassseitige, bzw. obere Abschnitt bereits aufgrund der Anordnung von Auslässen für Abgas einen der heißesten Teilbereiche des Zylinderkopfes darstellt, kann gemäß der bevorzugten Ausgestaltung auch nur das diesen Teilbereich beaufschlagende Kühlmittel über den ersten Eingang in das Gehäuse einströmen.
-
Demgegenüber ist ein zweiter der Eingänge des Gehäuses dazu vorgesehen, mit dem Kühlmittelmantel eines Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine, also mit dem Kühlmittelmantel des Motorblocks fluidleitend verbunden zu werden. Insbesondere mit Blick auf die zuvor ausgeführte alternative Ausgestaltung hinsichtlich des über den ersten Eingang einströmenden Kühlmittels kann der hier in Rede stehende Kühlmittelmantel entweder ausschließlich dem Kurbelgehäuse oder zumindest teilweise gleichzeitig auch einem unteren bzw. einlassseitigen Abschnitt des Zylinderkopfes zugehörig sein. Auf diese Weise strömt entweder nur das Kurbelgehäuse beaufschlagende Kühlmittel über den zweiten Eingang in das Gehäuse ein oder zusammen mit den einlassseitigen bzw. unteren Abschnitt des Zylinderkopfes beaufschlagendem Kühlmittel.
-
Besonders hervorzuheben ist die Anordnung einer internen Verbindung, welche an und/oder in dem Drehkörper ausgebildet ist. Diese Verbindung ist dazu ausgebildet, etwaige Kühlmittelströme innerhalb des Regelmittels zu bündeln und über einen der Ausgänge gemeinsam auszugeben. Auf diese Weise können durch die Eingänge in das Gehäuse eintretende Kühlmittelströme durch die interne Verbindung derart zusammengeführt werden, dass diese anschließend gemeinsam zu nur einem der Ausgänge geleitet werden.
-
Auf hierfür einzunehmende Regelstellungen des Drehkörpers wird weiter unten näher und zwar als sogenannte fünfte und sechste Regelstellung eingegangen.
-
Die sich insbesondere aus der internen Verbindung ergebenden Vorteile liegen im Wesentlichen darin begründet, dass nunmehr die bisweilen getrennt zirkulierenden Anteile an Kühlmittel der Kühlmittelmäntel der Brennkraftmaschine miteinander kombiniert werden können. Auf diese Weise lässt sich über das Kühlmittel aus dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes und zusätzlich die über den Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses aufgenommene Wärme beispielsweise gemeinsam nutzen.
-
Dank der Anordnung des erfindungsgemäßen Regelmittels kann die No-Flow-Strategie auch weiterhin beispielsweise für den Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses, also des Motorblocks beibehalten werden, um eine rasche Aufwärmung der Brennkraftmaschine zu erreichen. Darüber hinaus ist es nun möglich, die Abwärme aus Kurbelgehäuse, also Motorblock und Zylinderkopf gemeinsam über das Kühlmittel zu nutzen und bei Bedarf beispielsweise gemeinsam zu kühlen.
-
Das für die Integration des erfindungsgemäßen Regelmittels zu nutzende Split-Kühlsystem weist einen Kühlkreislauf auf, welcher wenigstens einen Hauptkreislauf und einen Nebenkreislauf besitzt. Innerhalb des Hauptkreislaufs sollte eine Kühleranordnung integriert sein, welche dann mit einem innerhalb des Kühlkreislaufs befindlichen Kühlmittel durchlaufen werden kann. Besagte Kühleranordnung ist dann dazu ausgebildet, Wärme aus dem Kühlmittel heraus auf ein anderes Medium zu übertragen. So kann es sich bei der Kühleranordnung beispielsweise um einen typischen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher handeln. Auf diese Weise kann die Wärme aus dem Kühlmittel zumindest teilweise beispielsweise an die Umgebungsluft abgegeben werden. Möglich ist natürlich auch ein Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher.
-
Innerhalb des Nebenkreislaufs könnte eine Heizanordnung integriert sein, welche ebenfalls mit dem innerhalb des Kühlkreislaufs befindlichen Kühlmittel durchlaufen werden kann. Die Heizanordnung ist dann dazu ausgebildet, die in dem Kühlmittel enthaltene Wärmeenergie auf ein anderes Medium zu übertragen. In vorteilhafter Weise kann es sich bei der Heizanordnung ebenfalls um einen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher handeln, so dass die Wärme auf an diesem vorbei oder durch die Heizanordnung hindurch strömende Luft übertragbar ist. Besagte Luftströmung kann dann zur Temperierung des Fahrzeuginnenraums herangezogen werden. Möglich ist natürlich auch ein Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher.
-
Die genannten Teilkreisläufe sollten mit einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Kühlmittelmantel in Verbindung stehen. Besagter Kühlmittelmantel setzt sich dabei in vorteilhafter Weise aus den voneinander getrennten Kühlmittelmänteln zusammen. Wie bereits zuvor ausgeführt, kann dabei einer dieser beiden Kühlmittelmäntel an bzw. um den Zylinderkopf, insbesondere um einen oberen, also auslassseitigen Abschnitt des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine angeordnet sein, während der andere Kühlmittelmantel an bzw. um das Kurbelgehäuse, insbesondere das Kurbelgehäuse und einen unteren, also einlassseitigen Abschnitt des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine gelegen sein. Dabei ist der Hauptkreislauf dazu vorgesehen, zumindest mit dem Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses, also des Motorblocks fluidleitend verbunden zu sein. Auf diese Weise befindet sich der Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses zusammen mit der Kühleranordnung innerhalb des Hauptkreislaufs. Entsprechend ist der Nebenkreislauf dazu vorgesehen, um mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes oder eines oberen, also auslassseitigen Abschnitts des Zylinderkopfes fluidleitend verbunden zu sein. Folglich befinden sich besagter Kühlmittelmantel und die Heizanordnung gemeinsam innerhalb des Nebenkreislaufs.
-
Weiterhin ist gemäß der Erfindung eine Thermostatanordnung vorgesehen, welche beispielsweise in oder an dem Regelmittel angeordnet sein kann. Dabei besitzt das Gehäuse des Regelmittels eine Ventilöffnung, welche durch die Thermostatanordnung in geeigneter Weise verschlossen ist. In diesem Zusammenhang kann das Split-Kühlsystem beispielsweise eine Ableitung im Sinne eines Kanals für das Kühlmittel aufweisen, welche dann fluidleitend mit der Ventilöffnung des Gehäuses des Regelmittels und dem Hauptkreislauf verbunden sein kann.
-
Die im Zusammenhang mit der Thermostatanordnung stehende Ventilöffnung ist im Bereich des zweiten Eingangs des Gehäuses angeordnet, wobei sie gleichzeitig fluidleitend mit dem zweiten Eingang verbunden ist. Weiterhin ist ein der Thermostatanordnung zugehöriges Verschlussmittel vorgesehen, durch welches die Ventilöffnung sowohl verschließbar als auch öffenbar ist. Hierzu weist die Thermostatanordnung ein Federelement auf. Besagtes Federelement ist erfindungsgemäß Temperatur sensitiv ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Bi-Metall realisiert sein. Derartige Ausgestaltungen zeichnen sich beispielsweise durch eine Längenänderung aus, welche sich in Abhängigkeit von der das Temperatur sensitive Element umgebenden Temperatur einstellt. Aus diesem Grund ist besagtes Federelement über eine Koppelstange mit dem Verschlussmittel kraftübertragend gekoppelt. Auf diese Weise wird eine Temperatur abhängige Längenänderung des Federelements über die Koppelstange auf das Verschlussmittel übertragen, so dass die Ventilöffnung entsprechend geöffnet oder geschlossen werden kann.
-
Die Thermostatanordnung ist dazu ausgebildet, bei zumindest teilweise geschlossenen Ausgängen des Gehäuses und gleichzeitiger Überschreitung einer Höchsttemperatur für das Kühlmittel dieses durch Öffnen der Ventilöffnung in den Hauptkreislauf strömen zu lassen. Die Ableitung ist insofern als eine Art Umgehung angedacht, über welche unabhängig von der jeweiligen Regelstellung an dem Regelmittel anstehendes Kühlmittel an den Hauptkreislauf abgeben werden kann. Hierzu sind die Ventilöffnung und somit auch die Ableitung über die Thermostatanordnung verschließbar, so dass im regulären Betrieb des Split-Kühlsystems kein Kühlmittel durch die Ableitung strömt.
-
Mit Bezug auf den in ein Split-Kühlsystem eingebauten Zustand des Regelmittels ist dessen Thermostatanordnung folglich dazu ausgebildet, trotz durch das Regelmittel zumindest teilweise geschlossenem Hauptkreislauf und/oder Nebenkreislauf das Kühlmittel zumindest teilweise in den Hauptkreislauf abzuleiten. Die hierfür notwendige Öffnung der Ableitung wird immer dann vorgenommen, wenn die Überschreitung einer Höchsttemperatur für das Kühlmittel erfasst wird. Die Thermostatanordnung ist hierfür durch ihr Temperatur sensitives Federelement entsprechend ausgestaltet, um besagte Überschreitung einer zuvor festgelegten Höchsttemperatur zu erkennen und daraufhin die Ventilöffnung und somit die Ableitung zu öffnen.
-
Alternativ oder in Ergänzung hierzu sind selbstverständlich auch etwaige elektronischen Ausführungen denkbar, wobei die rein mechanische Ausbildung beispielsweise unter Verwendung eines Bi-Metalls erfolgen kann.
-
Auf diese Weise kann die Thermostatanordnung eine Ausfall-Funktion für den Fall übernehmen, dass das Regelmittel nicht in der vorgesehenen Art und Weise funktioniert. Eine solche Ausfall-Funktion ist auch als „Fail-Safe-Funktion“ bekannt, welche allgemein zur Abwendung oder zumindest einer Reduzierung von Schadensbildern bei Fehlfunktionen von Systemen dient. Demnach kann die Thermostatanordnung auch als „Fail-Safe-Thermostatanordnung“ bezeichnet werden. Die über die Thermostatanordnung implementierte Fail-Safe-Funktion kann dazu dienen, eine etwaige Überhitzung der Brennkraftmaschine zu verhindern, sofern das Regelmittel im Bedarfsfall nicht wie erforderlich öffnet und einen ausreichenden Kühlmittelstrom insbesondere zu der Kühleranordnung hin gewährleisten kann.
-
Dank der Anordnung der Thermostatanordnung ist sichergestellt, dass bei Überschreitung einer zuvor definierten Höchsttemperatur für das Kühlmittel dieses unabhängig von der Regelstellung des Regelmittels über den Hauptkreislauf hin zur Kühleranordnung geleitet werden kann.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann hierbei ein erster der Ausgänge des Gehäuses des Regelmittels dazu genutzt werden, eine fluidleitende Verbindung mit dem Nebenkreislauf des Split-Kühlsystems herzustellen, welcher die Heizanordnung beinhaltet. Weiterhin kann in besonders bevorzugter Weise ein zweiter Ausgang des Gehäuses des Regelmittels dazu verwendet werden, eine fluidleitende Verbindung mit dem Hauptkreislauf des Split-Kühlsystems herzustellen, welcher dann die Kühleranordnung beinhaltet.
-
Erfindungsgemäß ist ein weiterer dritter Ausgang an dem Gehäuse des Regelmittels angeordnet. Dieser dritte Ausgang ist dann erfindungsgemäß dazu ausgebildet, mit einem externen Bypass des Split-Kühlsystems fluidleitend verbunden zu werden. Der in Rede stehende externe Bypass wird regelmäßig dazu verwendet, aus der Brennkraftmaschine ausströmendes Kühlmittel durch diesen externen Bypass hindurch wieder in die Brennkraftmaschine bzw. den oder die entsprechenden Kühlmittelmäntel einzuleiten. Ein derartiger externer Bypass wird in konventionellen Heizsystemen insbesondere in der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine genutzt, das Kühlmittel ohne Verluste an Heiz- oder Kühleranordnung nur durch den oder die Kühlmittelmäntel der Brennkraftmaschine zu zirkulieren.
-
In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung eine Regelstellung des Drehkörpers in Form einer sogenannten vierten Regelstellung vor, in welcher von den Ausgängen des Gehäuses der genannte dritte Ausgang und der zweite Ausgang gemeinsam mit dem Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses, also dem Motorblock und dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine fluidleitend verbunden werden können. Hierzu werden der dritte Ausgang und der zweite Ausgang mit dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang des Gehäuses des Regelmittels entsprechend fluidleitend miteinander verbunden. Diese Regelstellung dient der Temperaturregelung in der Brennkraftmaschine. Erreicht wird dies durch entsprechendes Regeln der Volumenströme des dritten und zweiten Ausgangs.
-
In der vierten Regelstellung ist es bei in dem Split-Kühlsystem angeordnetem Regelmittel möglich, das aus dem Gehäuse ausströmende Kühlmittel zu gleichen oder unterschiedlichen Teilen weiter in den externen Bypass (Ausgang 3) und den Hauptkreislauf (Ausgang 2) einzuleiten. Hiernach wäre eine Zirkulation des Kühlmittels in Bezug auf die Brennkraftmaschine und gleichzeitige eine gewisse Kühlung über die Kühleranordnung erreichbar.
-
In Bezug auf die möglichen Regelstellungen des Drehkörpers ist die Möglichkeit einer weiteren dritten Regelstellung vorgesehen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass in dieser dritten Regelstellung sowohl der erste Eingang als auch der zweite Eingang geöffnet sind. Auf diese Weise werden die durch die Eingänge in das Gehäuse eintretenden Kühlmittelströme zusammengeführt.
-
Gleichzeitig sind in der dritten Regelstellung der erste Ausgang und der dritte Ausgang geöffnet. Hierdurch ist es im eingebauten Zustand des erfindungsgemäßen Regelmittels in das Split-Heizsystem möglich, beispielsweise von dem Zylinderkopf und von dem Kurbelgehäuse, also dem Motorblock her in das Gehäuse einströmendes Kühlmittel sowohl in den Nebenkreislauf zur Heizanordnung als auch gleichzeitig in den externen Bypass weiterzuleiten.
-
Mit nochmaligem Bezug auf die möglichen Regelstellungen des Drehkörpers ist die Möglichkeit einer zweiten Regelstellung vorgesehen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass lediglich der erste Eingang des Gehäuses mit dem ersten Ausgang fluidleitend verbunden ist. Hierdurch kann das von dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes oder dessen oberen, also auslassseitigen Abschnitt her anstehende Kühlmittel direkt in den Nebenkreislauf einströmen, welcher die Heizanordnung beinhaltet. Damit ist die zweite Regelstellung insbesondere in solchen Phasen von Vorteil, in welchen die Brennkraftmaschine noch aufwärmt und gleichzeitig eine Heizanforderung seitens der Heizanordnung bedient werden muss. Durch das gleichzeitige Sperren des zweiten Eingangs verbleibt beispielsweise das Kühlmittel des Kurbelgehäuses in seinem Kühlmittelmantel, ohne der Brennkraftmaschine weitere Wärme zu entziehen. Hierdurch ist weiterhin eine schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine trotz Heizanfrage gewährleistet.
-
In diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Regelmittel in der Lage ist, einen Leckagekanal auszubilden. Als Leckagekanal wird im Sinne der Erfindung eine Öffnung angesehen, welche durch das Kühlmittel passierbar ist. Wie dem Ausdruck „Leckage“ zu entnehmen, handelt es sich hierbei um eine geringe Größenordnung derart, dass nur eine geringe Strömung des Kühlmittels durch den Leckagekanal hindurch möglich ist. Mit anderen Worten kann die durch den Leckagekanal hindurch ermöglichte Strömung des Kühlmittels auch als Sickerströmung bezeichnet werden.
-
Zur Ausbildung des Leckagekanals sieht die Erfindung vor, dass dieser in dem Drehkörper ausgebildet ist. In dieser Anordnung kann der Leckagekanal dann in einer ersten Regelstellung des Drehkörpers quasi anwählbar sein. Dabei ist der Leckagekanal dazu ausgebildet, bei ansonsten abgesperrten Ausgängen dennoch einen Kühlmittelsickerstrom aus dem ersten Ausgang heraus zu ermöglichen.
-
Der Leckagekanal kann bei gesperrtem Regelmittel dazu genutzt werden, insbesondere der Thermostatanordnung kontinuierlich die tatsächliche Temperatur des Kühlmittels in der Brennkraftmaschine zuzuführen. Mit anderen Worten besteht bei gesperrtem Regelventil so die Möglichkeit, dass die Thermostatanordnung nicht mit der aktuell tatsächlich im Kühlmittelmantel der Brennkraftmaschine vorhandenen Kühlmitteltemperatur beaufschlagt wird. In der Folge kann es während dieses strömungslosen Zustandes des Kühlmittels dazu kommen, dass die Brennkraftmaschine überhitzt und die Thermostatanordnung nicht eingreifen kann.
-
Mit Hilfe des Leckagekanals ist es nun möglich, dass die Thermostatanordnung trotz gesperrtem Regelmittel kontinuierlich mit einer zumindest geringen Menge an Kühlmittel angeströmt werden kann. Diese geringe Menge reicht aus, die tatsächlich aktuell vorhandene Temperatur des Kühlmittels in der Brennkraftmaschine an die Thermostatanordnung heranzutragen. Auf diese Weise kann trotz gesperrtem Regelmittel eine etwaige Überhitzung bzw. drohende Überhitzung erkannt und beispielsweise durch Öffnen der Ableitung abgewendet werden. Wie bereits zuvor erläutert, bewirkt ein Öffnen der Ableitung die Weiterleitung des Kühlmittels in den Hauptkreislauf und so zur Kühleranordnung hin, um entsprechend gekühlt zu werden.
-
Gemäß der angedachten Lage des Leckagekanals in der ersten Regelstellung, welcher sich dann zwischen der internen Verbindung und dem ersten Ausgang des Gehäuses erstreckt, ist das Regelmittel im ansonsten gesperrten Zustand mit dem Nebenkreislauf fluidleitend verbunden. Auf diese Weise findet die Sickerströmung zu der Heizanordnung hin statt, ohne dass es zu einem Abfluss über den Hauptkreislauf in Richtung Kühleranordnung kommt. Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in der trotz Sickerströmung durch den Leckagekanal gegebenen rascheren Erwärmung der Brennkraftmaschine im gesperrten Zustand des Regelmittels, wobei keinerlei Strömung des Kühlmittels mit entsprechender Abkühlung in Richtung Kühleranordnung erfolgt.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelmittels kann dessen Gehäuse eine Ausbildung aufweisen, welche eine direkte Anordnung des Regelmittels im Bereich des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Hierbei kann der erste Eingang des Gehäuses direkt mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes fluidleitend verbunden werden. Gleichzeitig kann der zweite Eingang des Gehäuses direkt mit dem Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses fluidleitend verbunden werden. Dank dieser Ausgestaltung lässt sich ein überaus kompakter Aufbau realisieren, welcher zusätzlich eine einfache Abdichtung ermöglicht. So kann die notwendige Abdichtung zwischen Brennkraftmaschine und Regelmittel über Dichtmittel, beispielsweise über entsprechend hitzebeständige Flachdichtungen und/oder O-Ringe erfolgen.
-
Die vorliegende Erfindung zeigt ein vorteilhaft weiterentwickeltes Regelmittel für ein Split-Kühlsystem im Sinne eines Motorkühlsystems auf, welches trotz einfachem Aufbau neben einer verbesserten Erwärmung der Brennkraftmaschine auch eine bedarfsweise maximierte Leistung hinsichtlich der Kühlung der Brennkraftmaschine und der Erwärmung des Fahrzeuginnenraums bietet. Ermöglicht wird dies durch die erfindungsgemäße Anordnung des Regelmittels, durch welches die zuvor getrennten Kühlmittelströme durch die Brennkraftmaschine nunmehr gebündelt und so zusammen zur Kühleranordnung (maximale Kühlleistung) oder zur Heizanordnung (maximale Heizleistung) weitergeleitet werden können.
-
Dabei ist das Regelmittel - entgegen den im Stand der Technik bekannten Lösungen - derart ausgestaltet, dass in dessen eingebautem Zustand der Hauptkreislauf und der Nebenkreislauf des Split-Kühlsystems zumindest teilweise miteinander verbindbar sind. Hiernach ist das Regelmittel in der Lage, den Hauptkreislauf und den Nebenkreislauf bei Bedarf fluidleitend miteinander zu verbinden. Im Ergebnis lässt sich die ansonsten strikte Trennung von Hauptkreislauf und Nebenkreislauf folglich durch die Anordnung des Regelmittels quasi umgehen.
-
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Regelmittels für ein Split-Kühlsystem in zumindest teilweise geschnittener Darstellung,
- 2 das erfindungsgemäße Regelmittel aus 1 in veränderten Regelstellungen einer seiner Komponenten sowie
- 3 ein Diagramm als Übersicht über einzelnen Phasen einer Brennkraftmaschine und die dabei herrschenden Zustände innerhalb eines Split-Kühlsystems.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass in den unterschiedlichen Figuren gezeigte gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen sind, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Regelmittel 1 für ein nicht näher gezeigtes Split-Kühlsystem, welches im Wesentlichen der Kühlung einer ebenfalls nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine und dem Heizen des Innenraums eines ebenfalls nicht gezeigten Kraftfahrzeugs dient.
-
Die verwendete Brennkraftmaschine ist in üblicher Weise in ein Kurbelgehäuse, also Motorblock und einen Zylinderkopf unterteilt, wobei der Zylinderkopf weiter in einen oberen, also auslassseitigen Zylinderkopfbereich und einen unteren, also einlassseitigen Zylinderkopfbereich unterteilt sein kann. Sowohl Kurbelgehäuse als auch Zylinderkopf sind in nicht näher gezeigter Weise zumindest bereichsweise von einem Kühlmittelmantel umgeben, durch welchen hindurch ein innerhalb des Split-Kühlsystems zirkulierbares und nicht weiter ersichtliches Kühlmittel geleitet werden kann.
-
Das Split-Kühlsystem umfasst hierfür einen Hauptkreislauf und einen Nebenkreislauf. Bei den beiden Kreisläufen kann es sich im Wesentlichen um Kanäle, Leitungen, Rohre und/oder Schläuche handeln.
-
In den Hauptkreislauf ist eine nicht näher gezeigte Kühleranordnung integriert, welche entsprechend fluidleitend mit dem Hauptkreislauf verbunden ist. Bei der Kühleranordnung kann es sich um einen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher handeln, wie er typischerweise zur Kühlung von flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen verwendet wird. Demgegenüber weist der Nebenkreislauf eine in diesen integrierte und ebenfalls nicht näher ersichtliche Heizanordnung auf, welche ebenfalls entsprechend fluidleitend in den Nebenkreislauf eingebunden ist. Bei der Heizanordnung kann es sich ebenfalls um einen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher handeln, wie er typischerweise zur Erwärmung von Fahrzeuginnenräumen Verwendung findet.
-
Das Regelmittel 1 selbst umfasst ein Gehäuse 2, in welchem ein Drehkörper 3 angeordnet ist. Vorliegend weist der Drehkörper 3 die Form eines Drehzylinders auf. Der Drehkörper 3 ist so ausgebildet, dass dieser um seine Längsachse x herum innerhalb des Gehäuses 2 rotierbar ist. Dabei kann der Drehkörper 3 über seine Rotation R mehrere Regelstellungen einnehmen, von denen vorliegend eine erste Regelstellung R1 gezeigt ist. Der Drehkörper 3 ist über einen Aktuator 4 antreibbar, um die jeweils gewünschte Regelstellung oder eine zwischen diesen gelegene Zwischenstellung einzunehmen.
-
Wie zu erkennen, weist das Gehäuse 2 mehrere Öffnungen auf, welche dem Ein- und Ausleiten von Kühlmittel dienen. Mit Bezug auf die Darstellung von 1 sind auf der linken Seite des Gehäuses zwei Eingänge angeordnet, welche sich in der Zeichnungsebene in einen oben gelegenen ersten Eingang E1 und einen darunter gelegenen zweiten Eingang E2 aufteilen. Demgegenüber sind auf der rechten Seite des Gehäuses 2 insgesamt drei Ausgänge ersichtlich, welche sich in der Zeichnungsebene in einen oben gelegenen ersten Ausgang A1 und einen unten gelegenen zweiten Ausgang A2 aufteilen, während ein dritter Ausgang A3 zwischen dem ersten Ausgang A1 und dem zweiten Ausgang A2 angeordnet ist.
-
Der erste Eingang E1 ist dazu vorgesehen, mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes oder zumindest eines oberen, also auslassseitigen Abschnitts des Zylinderkopfes fluidleitend verbunden zu werden. Der von hier aus möglicherweise ankommende Kühlmittelstrom ist vorliegend mit K1 bezeichnet. Weiterhin ist der zweite Eingang E2 dazu ausgebildet, mit dem Kühlmittelmantel des Kurbelgehäuses, also des Motorblockes oder zusätzlich mit einem unteren, also einlassseitigen Abschnitt des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine fluidleitend verbunden zu werden. Der von hier aus möglicherweise ankommende Kühlmittelstrom ist vorliegend mit K2 bezeichnet.
-
In Bezug auf die Ausgänge des Gehäuses 2 ist der erste Ausgang A1 dazu vorgesehen, mit dem Nebenkreislauf fluidleitend verbunden zu werden. Der von hier aus möglicherweise abgehende Kühlmittelstrom ist vorliegend mit K3 bezeichnet. Weiterhin ist der zweite Ausgang A2 dazu vorgesehen, mit dem Hauptkreislauf fluidleitend verbunden zu werden. Der von hier aus möglicherweise abgehende Kühlmittelstrom ist vorliegend mit K5 bezeichnet.
-
Letztlich ist der dritte Ausgang A3 dazu vorgesehen, mit einem externen Bypass des Split-Kühlsystems fluidleitend verbunden zu werden. Besagter externer Bypass dient im Wesentlichen dazu, das Kühlmittel durch den oder die Kühlmittelmäntel der Brennkraftmaschine zu zirkulieren. Der von hier aus möglicherweise abgehende Kühlmittelstrom ist vorliegend mit K4 bezeichnet.
-
Ersichtlich ist in dem Gehäuse 2 eine Thermostatanordnung 5 angeordnet, welche vorliegend ein Temperatur sensitives Federelement 6 sowie ein Verschlussmittel 7 umfasst, welche über eine Koppelstange 8 kraftübertragend miteinander gekoppelt sind. Im Bereich des zweiten Eingangs E2 ist eine Ventilöffnung 9 innerhalb des Gehäuses 2 ausgebildet, welche mit dem zweiten Eingang E2 fluidleitend verbunden ist. Wie zu erkennen, ist das Verschlussmittel 7 der Thermostatanordnung 5 derart im Bereich der Ventilöffnung 9 angeordnet, dass die Ventilöffnung 9 über das Verschlussmittel 7 sowohl verschließbar als auch öffenbar ist.
-
Die Ventilöffnung 9 ist dazu vorgesehen, mit dem Hauptkreislauf des Split-Kühlsystems fluidleitend verbunden zu werden, beispielsweise über eine nicht weiter ersichtliche Ableitung. Im Normalzustand ist die Ventilöffnung 9 über die Thermostatordnung 5; näherhin über deren Verschlussmittel 7 verschlossen. Insbesondere aufgrund des Temperatur sensitiven Federelements 6 ist die Thermostatanordnung 5 dazu ausgebildet, um bei zumindest teilweise geschlossenen Ausgängen A1, A2, A3 sowie gleichzeitiger Überschreitung einer Höchsttemperatur für das Kühlmittel die Ventilöffnung 9 freizugeben, um ein Weiterleiten des Kühlmittels in den Hauptkreislauf zu ermöglichen. Dies geschieht durch Öffnen der Ventilöffnung 9, indem das Verschlussmittel 7 aus dieser entsprechend angehoben wird.
-
Mit Blick auf den Drehkörper 3 ist in der hier gezeigten Regelstellung R1 ein Kühlmittelsickerstrom des Kühlmittelstroms K1 über den ersten Eingang E1 aus dem ersten Ausgang A1 heraus ermöglicht. Hierzu weist der Drehkörper 3 einen in seiner Wandung angeordneten Leckagekanal 10 auf. Zu dessen Verdeutlichung ist der ansonsten ungeschnitten dargestellte Drehkörper 3 im Bereich des Leckagekanals 10 in einem Teilschnitt gezeigt. Durch den Leckagekanal 10 hindurch ist ein kontinuierlicher Kühlmittelstrom K1, K3 trotz gesperrter Ausgänge A1, A2, A3 durch das Regelmittel 1 hindurch gegeben, wodurch insbesondere die Thermostatanordnung 5 laufend mit aktuellen Temperaturen des von dem Zylinderkopf her kommenden Kühlmittelstroms K1 beaufschlagt wird. Hierdurch ist eine Fail-Safe-Funktion über die Thermostatanordnung 5 etabliert, welche bei einer drohenden Überhitzung der Brennkraftmaschine die Ventilöffnung 9 freigibt. Auf diese Weise kann zumindest der von dem Kurbelgehäuse her kommende Kühlmittelstrom K2 in den Hauptkreislauf des Split-Kühlsystems weitergeleitet werden, über welchen er zu der darin angeordneten Kühleranordnung gelangt.
-
Vorzugsweise kann der Drehkörper 3 derart ausgebildet sein, dass der erste Eingang E1 in nicht näher gezeigter Weise in den einzelnen Regelstellungen R1 - R6 des Drehkörpers 3 jeweils geöffnet ist. Hierzu kann der Drehkörper 3 beispielsweise entsprechende Öffnungen in seiner Wandung aufweisen, welche wenigstens ein Einströmen des Kühlmittelstroms K1 in den Drehkörper 3 hinein ermöglichen.
-
2 verdeutlicht schematisch die einzelnen Phasen Ph1 bis Ph5 im Betrieb der Brennkraftmaschine und die zugehörigen Regelstellungen R2 bis R6.
-
Phase Ph1 zeichnet sich durch eine Heizanfrage der Heizanordnung in der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine aus. Hierin wurde die zweite Regelstellung R2 eingenommen, in welcher Eingang E1 und Ausgang A1 fluidleitend miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann der von dem Zylinderkopf kommende Kühlmittelstrom K1 durch das Regelmittel 1 hindurch als Kühlmittelstrom K3 in den Nebenkreislauf gelangen. Hierdurch kann die bereits im Kühlmittelstrom enthaltene Wärmeenergie an die Heizanordnung geführt werden. Eine ebenfalls mögliche Anordnung eines nicht näher gezeigten AGR-Systems innerhalb des Nebenkreislaufs kann zusätzlich zur Bedienung der Heizanfrage über die Heizanordnung dienen. In der zweiten Regelstellung R2 ist der über den zweiten und dritten Ausgang A2, A3 an den Hauptkreislauf angeschlossene zweite Eingang E2 geschlossen, so dass zumindest der Kühlmittelstrom K2 des Kühlmittelmantels des Kurbelgehäuses, also des Motorblockes ruht.
-
Phase Ph2 wird mit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine erreicht, in welcher die dritte Regelstellung R3 eingenommen wird. Hierin werden zusätzlich zum geöffneten ersten Ausgang A1 auch der dritte Ausgang A3 sowie der Eingang E2 geöffnet, so dass die von dem Zylinderkopf und von dem Kurbelgehäuse, also dem Motorblock her kommenden Kühlmittelströme K1 und K2 als Kühlmittelstrom K4 in den externen Bypass und weiterhin als Kühlmittelstrom K3 in den Nebenkreislauf eingeleitet werden können. Hierdurch kann sowohl eine Heizanfrage bedient als auch eine Zirkulation des Kühlmittels in Bezug auf die Brennkraftmaschine stattfinden.
-
Phase Ph3 tritt ein, sobald die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erreicht und eine Kühlung notwendig ist. Hierin wird die vierte Regelstellung R4 des Drehkörpers 3 eingenommen, so dass nun zusätzlich zu dem ersten Ausgang A1 und dem dritten Ausgang A3 der zweite Ausgang A2 geöffnet ist. Auf diese Weise können die von dem Zylinderkopf und von dem Kurbelgehäuse her kommenden Kühlmittelströme K1 und K2 weiterhin als Kühlmittelstrom K4 in den externen Bypass und als Kühlmittelstrom K3 in den Nebenkreislauf und zusätzlich in den Hauptkreislauf als Kühlmittelstrom K5 eingeleitet werden. Hierdurch wird ein Teil des Kühlmittels durch die Kühleranordnung geführt, so dass es zu einer Kühlung des Kühlmittels und damit der Brennkraftmaschine kommt.
-
Phase Ph4 zeigt einen Zustand der eine maximale Kühlleistung für die Brennkraftmaschine bewirkt. In der hier eingenommenen fünften Regelstellung R5 sind der erste und dritte Ausgang A1, A3 verschlossen, während der mit dem Hauptkreislauf fluidleitend verbundene zweite Ausgang A2 geöffnet ist. Gleichzeitig sind der erste Eingang E1 und der zweite Eingang E2 über eine interne Verbindung 11 des Drehkörpers 3 fluidleitend miteinander verbunden. Möglich wird dies durch eine im Wesentlichen hohle Ausgestaltung des Drehkörpers 3 in Kombination mit entsprechenden durch seine Wandung hindurch angeordneten Öffnungen. Auf diese Weise werden die von dem gesamten Kühlmittelmantel der Brennkraftmaschine her kommenden Kühlmittelströme K1, K2 gebündelt und als Kühlmittelstrom K5 nur in den Hauptkreislauf weitergeleitet, wo sie die Kühleranordnung durchströmen. Mit anderen Worten wird hierdurch das gesamte Kühlmittel in Richtung Kühlanordnung geleitet, so dass eine maximale Kühlung erfolgen kann.
-
Phase Ph5 zeigt einen Zustand, in welchem eine maximale Heizanforderung vorliegt. In dieser Phase wird die sechste Regelstellung R6 eingenommen, in welcher der zweite und dritte Ausgang A2, A3 verschlossen sind, während der erste Ausgang A1 voll geöffnet ist. Eingangsseitig sind erneut sowohl der erste Eingang E1 als auch der zweite Eingang E2 geöffnet. Erneut werden die von der Brennkraftmaschine her kommenden Kühlmittelströme K1, K2 über die interne Verbindung 11 nunmehr derart gebündelt, dass sie gemeinsam als Kühlmittelstrom K3 über den ersten Ausgang A1 in den Nebenkreislauf weitergeleitet werden. Hierdurch kann die gesamte in dem Kühlmittel enthaltene Wärmeenergie genutzt werden, um zumindest teilweise an die Heizanordnung abgegeben zu werden.
-
3 zeigt ein Diagramm, welches die einzelnen Phasen Ph1 - Ph5 in Bezug auf eine stufenlose Drehposition P des Drehkörpers 3 in Prozent (%) hinsichtlich seiner Regelstellungen R1 - R6 und eine dabei vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit V des Kühlmittels in Litern pro Minute (L/min) veranschaulicht. Die einzelnen Kurven setzen sich aus einer ersten Kurve W1 für den Messort an einer Kühlmittelpumpe des Split-Kühlsystems, einer zweiten Kurve W2 für den Messort innerhalb des Nebenkreislaufs des Split-Kühlsystems und einer dritten Kurve W3 für den Messort innerhalb des externen Bypasses des Split-Kühlsystems zusammen. Eine vierte und letzte Kurve W4 steht für den Messort der Kühleranordnung innerhalb des Hauptkreislaufs.
-
Die Drehposition P mit dem Wert 0 zeigt eine Grundstellung 12 des Drehkörpers 3, welche auch als erste Regelstellung R1 bezeichnet werden kann. Wie zu erkennen, ist in dieser Drehposition P lediglich eine geringe Sickerströmung innerhalb des Nebenkreislaufs aufgrund des Leckagekanals 10 vorhanden. Mit zunehmender Rotation R des Drehkörpers 3 in weitere Drehpositionen P nimmt die Strömungsgeschwindigkeit V des Kühlmittels im Bereich der Kühlmittelpumpe insbesondere ab der zweiten Phase Ph2 in der dritten Regelstellung R3 stark zu, bis sie in der vierten Phase Ph4 in der fünften Regelstellung R5 ihr Maximum erreicht. Hier liegt auch die maximale Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels innerhalb der Kühleranordnung vor. Die graphischen Abstände zwischen der vierten Phase Ph4 hin zu der dritten Phase Ph3 und der fünften Phase Ph5 stellen Übergangsphasen 13, 14 dar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Regelmittel
- 2
- Gehäuse von 1
- 3
- Drehkörper von 1
- 4
- Aktuator von 1
- 5
- Thermostatanordnung von 1
- 6
- Federelement von 5
- 7
- Verschlussmittel von 5
- 8
- Koppelstange von 5
- 9
- Ventilöffnung von 2
- 10
- Leckagekanal von 3
- 11
- interne Verbindung von 3
- 12
- Grundstellung von 3
- 13
- Übergangsphase zwischen Ph3 und Ph4
- 14
- Übergangsphase zwischen Ph4 und Ph5
- K1
- erster Kühlmittelstrom
- K2
- zweiter Kühlmittelstrom
- K3
- dritter Kühlmittelstrom
- K4
- vierter Kühlmittelstrom
- K5
- fünfter Kühlmittelstrom
- P
- Drehposition von 3 [%]
- Ph1
- erste Phase
- Ph2
- zweite Phase
- Ph3
- dritte Phase
- Ph4
- vierte Phase
- Ph5
- fünfte Phase
- R
- Rotation von 3
- R1
- erste Regelstellung von3
- R2
- zweite Regelstellung von 3
- R3
- dritte Regelstellung von 3
- R4
- vierte Regelstellung von 3
- R5
- fünfte Regelstellung von 3
- R6
- sechste Regelstellung von 3
- V
- Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels [L/min]
- W1
- erste Kurve, Messort Kühlmittelpumpe
- W2
- zweite Kurve, Messort Nebenkreislauf
- W3
- dritte Kurve, Messort externer Bypass
- W4
- vierte Kurve, Messort Kühleranordnung
