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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens einen ersten Kühlmittelkreislauf, der durch einen Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine geführt ist und einen Kühlmittelkühler und einen Thermostat oder ein elektrisch ansteuerbares Ventil zum Regeln eines Kühlmittelvolumenstroms durch den Kühlmittelkühler in Abhängigkeit einer momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs aufweist, und wenigstens einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der durch den Verbrennungsmotor und durch wenigstens eine bezüglich einer Kühlmittelströmung durch den zweiten Kühlmittelkreislauf dem Verbrennungsmotor vorgeschaltete weitere Fahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs geführt ist und wenigstens einen thermisch an eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine gekoppelten Wärmetauscher aufweist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens einen Verbrennungsmotor, wenigstens eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Abgasleitung, wenigstens ein Kühlsystem zum Kühlen des Verbrennungsmotors und wenigstens eine mit Kühlmittel beaufschlagbare weitere Fahrzeugkomponente.
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Es ist bekannt, in einem Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs enthaltene Wärme beispielsweise zur schnelleren Aufwärmung eines Motoröls und/oder eines Fahrgastraums zu nutzen. Hierzu kann die in dem Abgas enthaltene Wärme mittels eines mit dem Abgas beaufschlagten Wärmetauschers auf ein in einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine zirkulierendes Kühlmittel übertragen werden, das die aufgenommene Wärme zu der jeweilig zu erwärmenden Einrichtung transportiert und dort abgibt.
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Die
WO 2016/028548 A1 offenbart ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Verbrennungsmotor, ein Abgaswärmerückgewinnungssystem und ein Kühlsystem, das einen Kühlmittelkreislauf und eine Kühlmittelpumpe aufweist. Die Kühlmittelpumpe arbeitet unabhängig vom Verbrennungsmotor und wird mittels einer elektronischen Steuereinheit betrieben. Die elektronische Steuereinheit ist aufgebaut und angeordnet, so dass die Kühlmittelpumpe nach einem Motorstart betrieben wird, um die Kühlmitteltemperatur geringer als ein vorbestimmter Wert in und/oder in der Nähe des Abgaswärmerückgewinnungssystems zu halten.
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Die
US 8 997 483 B2 betrifft ein System zum thermischen Management eines Motors für Anwendungen mit geteilter Kühlung und integriertem Abgaskrümmer. Das System umfasst: eine Kühlmittelpumpe; einen Motorblock-Kühlmantel und einen Motorkopf-Kühlmantel, die jeweils ausgebildet sind, um ein Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe aufzunehmen; einen IEM-Kühlmantel, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe oder von dem Motorkopf-Kühlmantel aufzunehmen; eine erste Vielzahl von Strömungssteuerventilen mit mehreren Anschlüssen, die ausgebildet sind, um das Kühlmittel von dem Motorblock-Kühlmantel, dem Motorkopf-Kühlmantel und/oder dem IEM-Kühlmantel aufzunehmen; einen Heizkern, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel von zumindest einem der ersten Vielzahl von Strömungssteuerventilen aufzunehmen; einen Kühler, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel von zumindest einem der ersten Vielzahl von Strömungssteuerventilen aufzunehmen; und zumindest ein Steuermodul, das ausgebildet ist, um die Kühlmittelpumpe und die erste Vielzahl von Strömungssteuerventilen mit mehreren Anschlüssen zu regeln. Die Kühlmittelpumpe ist ausgebildet, das Kühlmittel von der ersten Vielzahl von Strömungssteuerventilen, von dem Kühler oder von dem Heizkern aufzunehmen.
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Die
WO 2016/028546 A1 offenbart ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Verbrennungsmotor und ein Kühlsystem mit einem Kühlmittelkreislauf und einer Kühlmittelpumpe. Die Kühlmittelpumpe wird mittels einer elektronischen Steuereinheit betrieben, die unabhängig von dem Verbrennungsmotor betrieben wird. Die elektronische Steuereinheit ist aufgebaut und angeordnet, um die Kühlmittelpumpe während einer Motoraufwärmphase mit einer Geschwindigkeit zu betreiben, die höher als die Motordrehzahl multipliziert mit einem Riemenscheibenübersetzungsverhältnis ist.
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Die
US 2014/0103128 A1 betrifft ein Wärmeübertragungssystem für ein Straßenfahrzeug mit einer Fahrgastkabine, wobei ein Kühlmittel innerhalb des Systems zirkuliert. Das System umfasst: einen primären Zweig mit einer primären Kühlmittelpumpe und einem primären Antriebsaggregat, das das Kühlmittel auf eine primäre Temperatur heizt, wobei das Kühlmittel von der primären Kühlmittelpumpe durch das primäre Antriebsaggregat gepumpt wird; einen Zusatzzweig mit einer Zusatzkühlmittelpumpe, einer Zusatzwärmequelle und einem Kabinenwärmetauscher, wobei die Zusatzwärmequelle selektiv Wärme auf das Kühlmittel überträgt, das innerhalb des Zusatzzweigs strömt, wobei das innerhalb des Zusatzzweigs strömende Kühlmittel eine Zusatztemperatur aufweist; und ein thermostatisches Mehrwegventil mit einem Ventileinlass und einem ersten und einem zweiten Ventilauslass. Das Ventil lenkt Kühlmittel vom Ventileinlass zu im Wesentlichen nur dem ersten Ventilauslass, wenn es Kühlmittel unter einer ersten Temperatur empfängt. Das Ventil lenkt Kühlmittel vom Ventileinlass zu im Wesentlichen nur dem zweiten Ventilauslass, wenn es Kühlmittel über einer zweiten Temperatur empfängt. Der Ventileinlass ist zum Empfangen von Kühlmittel von einem des primären Zweigs oder des Zusatzzweigs gekoppelt. Der erste Ventilauslass ist dazu konfiguriert, Kühlmittel zum gleichen Zweig, wie dem mit dem Ventileinlass verbundenen, zurückzuführen. Der zweite Ventilauslass ist dazu konfiguriert, Kühlmittel zum anderen Zweig zu lenken, mit dem der Ventileinlass nicht verbunden ist.
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Die
US 9 188 051 B1 betrifft ein System zum thermischen Management eines Motors für ein Fahrzeug, das ein Abgassystem und einen Motor mit einem Zylinderkopf und einem integrierten Auslasskrümmer aufweist. Das System umfasst: 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. Das Kühlmittel, das durch den Motorwassermantel strömt und aus dem IEM-Kühlmittelauslass ausgestoßen wird, steht mit dem Zylinderkopf des Motors in einer Wärmeaustauschbeziehung, 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.
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Die
US 2014/0245975 A1 betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf und einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderblock. Der Zylinderkopf ist mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet, 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, wobei zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs die Abführöffnungen mit den Zuführöffnungen zumindest verbindbar sind. Die zweite Abführöffnung ist via Rückführleitung, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist, mit der zweiten Zuführöffnung zumindest verbindbar. Die zweite Abführöffnung ist via einer - den in der Rückführleitung angeordneten Wärmetauscher umgehenden - Bypass-Leitung mit der zweiten Zuführöffnung zumindest verbindbar. Die erste Abführöffnung ist via Heizkreislaufleitung, in der eine kühlmittelbetriebene Fahrzeuginnenraumheizung angeordnet ist, mit der ersten Zuführöffnung zumindest verbindbar. Stromaufwärts der Zuführöffnungen ist eine gemeinsame Pumpe zur Förderung von Kühlmittel zu den beiden Zuführöffnungen vorgesehen, wobei die Pumpe ein Gehäuse umfasst und zwischen der Pumpe und der zweiten Zuführöffnung ein Absperrelement vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu verbessern, insbesondere nach einer Aufwärmphase eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit der Figur zusätzlich.
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Vorgeschlagen wird, dass das Kühlsystem wenigstens eine kommunizierend mit der Abgasleitung verbundene Bypass-Abgasleitung, die bezüglich einer Abgasströmung durch die Abgasleitung stromauf des Wärmetauschers von der Abgasleitung abzweigt und stromab des Wärmetauschers in die Abgasleitung mündet, und wenigstens eine an der Bypass-Abgasleitung angeordnete Regeleinheit zum Regeln eines Abgasvolumenstroms durch die Bypass-Abgasleitung in Abhängigkeit einer momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des zweiten Kühlmittelkreislaufs aufweist.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem umfasst zwei Kühlmittelkreisläufe, die auf verschiedenen Temperaturniveaus arbeiten können, insbesondere nach einer Aufwärmphase des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine. Der erste Kühlmittelkreislauf nutzt den Verbrennungsmotor als Wärmequelle und den Thermostat oder ein elektrisch ansteuerbares Ventil als Regeleinrichtung zum Regeln der Temperatur des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kühlmittels. Der zweite Kühlmittelkreislauf nutzt zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor den Wärmetauscher als Wärmequelle und die Regeleinheit zum Regeln der Temperatur des der weiteren Fahrzeugkomponente zugeführten Kühlmittels. Wird das Abgas ausschließlich durch die Bypass-Abgasleitung geführt, also ohne den Wärmetauscher zu passieren, arbeitet der zweite Kühlmittelkreislauf auf demselben Temperaturniveau wie der erste Kühlmittelkreislauf.
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Die mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf erzeugbaren höheren Kühlmitteltemperaturen können zur schnelleren Erwärmung eines Motoröls bzw. zur stärkeren Erwärmung eines Motoröls auf eine höhere Öltemperatur verwendet werden, wodurch die Reibung innerhalb des Verbrennungsmotors und einem eventuell diesem nachgeschalteten Abgasturbolader der Brennkraftmaschine reduziert wird. Dies erhöht die Standzeit bzw. Lebensdauer der Brennkraftmaschine.
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Zudem können die mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf erzeugbaren höheren Kühlmitteltemperaturen zur Verbesserung der Leistung einer Fahrgastraumheizeinheit, indem diese, insbesondere während einer Aufwärmphase des Verbrennungsmotors, schneller eine gewünschte Temperatur innerhalb des Fahrgastraums herbeiführt; zur Erhöhung einer Speicherenergie in einem Kühlmittelwärmespeicher, indem dieser eine speicherbare größere Wärmemenge zugeführt wird, und/oder zur Reduzierung einer im Bereich einer Kolbenabdichtung gegebenen Reibung, indem der Zylinderblock des Verbrennungsmotors auf einem höheren Temperaturniveau betrieben wird, verwendet werden, wobei hier die Fahrgastraumheizeinheit und der Kühlmittelwärmespeicher als weitere Fahrzeugkomponente zu verstehen sind. Insofern profitiert durch die Erfindung nicht nur besagte Fahrzeugkomponente, sondern auch der Zylinderblock, in welchem die Lagerstellen angeordnet sind, die signifikant zur Motorreibung beitragen, wobei die Reibung, wie oben erwähnt reduziert wird.
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Der erste Kühlmittelkreislauf führt dem Verbrennungsmotor, insbesondere dem Zylinderkopf und/oder dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors, das Kühlmittel mit einer Temperatur zu, die unterhalb eines vorgegebenen ersten Maximalgrenzwerts liegt. Das durch den Verbrennungsmotor geführte Kühlmittel nimmt dabei Wärme von dem Verbrennungsmotor auf und führt somit diese aus dem Verbrennungsmotor ab. Das in dem Verbrennungsmotor aufgewärmte Kühlmittel wird dem Kühlmittelkühler zugeführt und in diesem auf die gewünschte Temperatur des dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Kühlmittels abgekühlt. Der Thermostat oder ein elektrisch ansteuerbares Ventil des ersten Kühlmittelkreislaufs regelt hierbei den Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlmittelkühler in Abhängigkeit der momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs, um die mit dem Kühlmittel pro Zeit aufnehmbare Wärmemenge variieren zu können. Hierdurch kann die Temperatur des Verbrennungsmotors auf eine optimale Betriebstemperatur geregelt werden. Die momentane Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs kann beispielsweise am Eingang oder Ausgang des Verbrennungsmotors gemessen werden. Liegt die momentane Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs über einer gewünschten Solltemperatur, beispielsweise 90°C oder niedriger, ermöglicht der Thermostat oder ein elektrisch ansteuerbares Ventil die Erhöhung des Kühlmittelvolumenstroms durch den Kühlmittelkühler. Liegt die momentane Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs unter der gewünschten Solltemperatur verringert der Thermostat oder ein elektrisch ansteuerbares Ventil den Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlmittelkühler.
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Der zweite Kühlmittelkreislauf führt dem Verbrennungsmotor, insbesondere dem Zylinderkopf und/oder dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors, und der wenigstens einen bezüglich einer Kühlmittelströmung durch den zweiten Kühlmittelkreislauf dem Verbrennungsmotor vorgeschalteten weiteren Fahrzeugkomponente das Kühlmittel mit einer Temperatur zu, die unterhalb eines vorgegebenen zweiten Maximalgrenzwerts, der höher als der erste Maximalgrenzwert ist, liegt und die größer als die oder gleich der Temperatur des Kühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs ist. Das durch den Verbrennungsmotor geführte Kühlmittel nimmt dabei Wärme von dem Verbrennungsmotor auf und führt somit diese aus dem Verbrennungsmotor ab. Das aufgewärmte Kühlmittel kann anschließend weitere Wärme über den an der Abgasleitung angeordneten Wärmetauscher aufnehmen. Hierdurch liegt das Temperaturniveau des Kühlmittels über dem Temperaturniveau des Kühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs. Das von dem Wärmetauscher ausgehende Kühlmittel wird anschließend der wenigstens einen weiteren Fahrzeugkomponente zugeführt, deren Betriebstemperatur höher ist als die Betriebstemperaturen der in dem ersten Kühlmittelkreislauf mit Kühlmittel beaufschlagten Bauteile. Die weitere Fahrzeugkomponente kann beispielsweise ein Motorölkühler, ein Getriebeölkühler, eine Fahrgastraumheizeinheit oder ein Kühlmittelwärmespeicher sein. Insbesondere kann die weitere Fahrzeugkomponente ein Wärmetauscher, beispielsweise ein Kühlmittel-ÖI-Wärmetauscher, sein. Der zweite Kühlmittelkreislauf kann auch zwei oder mehrere in Reihe oder parallel zueinander geschaltete, verschieden ausgebildete weitere Fahrzeugkomponenten aufweisen, die dem Verbrennungsmotor vorgeschaltet sind und denen das Kühlmittel individuell oder gleichzeitig auf dem höheren Temperaturniveau zuführbar ist. Das Kühlmittel gibt Wärme an die wenigstens eine weitere Fahrzeugkomponente ab und wird hierdurch abgekühlt. Das abgekühlte Kühlmittel wird anschließend wieder durch den Verbrennungsmotor geführt, um diesen zu kühlen. Der zweite Kühlmittelkreislauf kann auch zwei oder mehrere thermisch an die Abgasleitung der Brennkraftmaschine gekoppelte Wärmetauscher aufweisen.
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Die an der Bypass-Abgasleitung angeordnete Regeleinheit regelt den Abgasvolumenstrom durch die Bypass-Abgasleitung in Abhängigkeit der momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des zweiten Kühlmittelkreislaufs. Hierdurch wird zwangsläufig der Abgasvolumenstrom durch den Wärmetauscher variiert, so dass die an den Wärmetauscher bzw. an das Kühlmittel abgegebene Wärmemenge variiert werden kann.
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Das Kühlmittel ist vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, die ein Frostschutzmittel enthalten kann.
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Durch eine Regelung der Temperatur in dem ersten Kühlmittelkreislauf mittels eines elektrisch ansteuerbaren Ventils kann die Kühlmitteltemperatur im ersten Kühlmittelkreislauf variiert werden. Das elektrisch ansteuerbare Ventil kann beispielsweise ein Proportionalventil sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Regeleinheit wenigstens eine Bypass-Klappe und wenigstens eine die Bypass-Klappe betätigende Stelleinheit auf. Dies stellt eine einfache und robuste Ausgestaltung der Regeleinheit dar. Die Bypass-Klappe ist zwischen einer Schließstellung, in der die Bypass-Klappe die Bypass-Abgasleitung vollständig schließt, und einer Freigabestellung, in der die Bypass-Klappe die Bypass-Abgasleitung zumindest teilweise freigibt, schwenkbar an der Bypass-Abgasleitung angeordnet. Die Stelleinheit kann elektrisch ansteuerbar oder thermisch aktivierbar ausgebildet sein. Im ersten Fall kann die Stelleinheit in Abhängigkeit der momentanen Temperaturdifferenz innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs bzw. in Abhängigkeit einer Abweichung dieser Kühlmitteltemperatur von einem vorgegebenen Sollwert elektrisch angesteuert werden. In zweiten Fall kann die Regeleinheit wenigstens ein Element aufweisen, das seine Formgebung in Abhängigkeit der Temperatur ändert und das mittelbar oder unmittelbar mit der momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des zweiten Kühlmittelkreislaufs beaufschlagt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stelleinheit wenigstens ein thermisch an den zweiten Kühlmittelkreislauf gekoppeltes Wachselement aufweist. Das Wachselement ist ein Element aus Wachs, wobei das Wachs ab einer bestimmten Temperatur schmilzt und sich hierdurch das Wachselement bzw. ein hiervon eingenommenes Volumen ausdehnt. Diese Volumenausdehnung kann auf ein mechanisches Element übertragen werden, das mit der Bypass-Klappe verbunden ist und durch die Volumenausdehnung des Wachselements verlagert wird. Kühlt sich das Wachselement wieder ab, verfestigt sich das Wachs wieder, was mit einer Verringerung des durch das Wachselement eingenommenen Volumens und einer entsprechenden Verlagerung des mechanischen Elements und der Bypass-Klappe einhergeht.
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Vorteilhafterweise umfasst die Stelleinheit wenigstens einen Vakuumaktuator. Bei einem Vakuumaktuator wird die Kraft eines Unterdrucks, der beispielsweise von einer Vakuumpumpe erzeugt wird oder in Form eines Saugrohrunterdrucks gegeben ist, genutzt, um die Bypass-Klappe zu verstellen. Das auf den Vakuumaktuator einwirkende Vakuum kann mittels eines kleinen elektromagnetischen Ventils geregelt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Regeleinheit wenigstens ein elektrisch ansteuerbares Ventil. Da die Abgastemperatur grundsätzlich gleich oder höher als die Kühlmitteltemperatur in dem zweiten Kühlmittelkreislauf ist, kann der Abgasvolumenstrom durch die Bypass-Abgasleitung und somit die vom Abgas auf das Kühlmittel übertragene Wärmemenge über ein elektrisch angesteuertes Ventil geregelt werden. Das elektrisch ansteuerbare Ventil kann beispielsweise ein elektrisches Magnetventil sein oder einen elektrischen Motor aufweisen. Im Vergleich zum thermostatisch geregelten Stellmittel kann der zweite Kühlmittelkreislauf mittels eines elektrisch ansteuerbaren Ventils auf unterschiedlichen Temperaturniveaus geregelt werden. Beispielsweise kann die Kühlmitteltemperatur in dem zweiten Kühlmittelkreislauf in Abhängigkeit eines Motorbetriebspunkts geregelt werden, indem bei einer hohen Last bzw. Drehzahl die gleiche Kühlmitteltemperatur wie im ersten Kühlmittelkreislauf und bei geringerer Last bzw. Drehzahl die Kühlmitteltemperatur auf eine höhere Temperatur als die Kühlmitteltemperatur in dem ersten Kühlmittelkreislauf geregelt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung regelt der Thermostat oder ein elektrisch ansteuerbares Ventil den Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlmittelkühler derart, dass die Temperatur des dem Verbrennungsmotor zugeführten Kühlmittels unterhalb eines ersten Maximalgrenzwerts liegt. Hierdurch wird eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors sichergestellt, so dass der Verbrennungsmotor bei einer optimalen Betriebstemperatur betrieben werden kann. Zudem wird verhindert, dass in dem ersten Kühlmittelkreislauf enthaltene Komponenten mit einer zu hohen Kühlmitteltemperatur beaufschlagt und hierdurch bei einer ungünstigen Temperatur betrieben werden. Der erste Maximalgrenzwert kann beispielsweise in einem Bereich von 85°C bis 95°C, insbesondere bei 90°C, liegen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Regeleinheit den Abgasvolumenstrom durch die Bypass-Abgasleitung derart regelt, dass die Temperatur des der weiteren Fahrzeugkomponente zugeführten Kühlmittels unterhalb eines zweiten Maximalgrenzwerts liegt, der höher als der erste Maximalgrenzwert ist, und größer als die oder gleich der Temperatur des dem Kühlmittelkühler zugeführten Kühlmittels ist. Hiernach kann der zweite Kühlmittelkreislauf auf demselben oder einem höheren Temperaturniveau wie der erste Kühlmittelkreislauf arbeiten. Vorzugsweise liegt die Temperatur des der weiteren Fahrzeugkomponente zugeführten Kühlmittels zwischen dem ersten Maximalgrenzwert und dem zweiten Maximalgrenzwert. Der zweite Maximalgrenzwert kann beispielsweise in einem Bereich von 100°C bis 120°C, insbesondere bei 110°C, liegen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf eine gemeinsame Kühlmittelpumpe oder jeweils eine eigene Kühlmittelpumpe auf. Bei der zweiten Alternative können die beiden Kühlmittelkreisläufe unabhängig voneinander betrieben werden.
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Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß zudem durch eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst, die wenigstens einen Verbrennungsmotor, wenigstens eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Abgasleitung, wenigstens ein Kühlsystem zum Kühlen des Verbrennungsmotors und wenigstens eine mit Kühlmittel beaufschlagbare weitere Fahrzeugkomponente aufweist, wobei das Kühlsystem gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander ausgebildet ist.
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Mit der Brennkraftmaschine sind die oben mit Bezug auf das Kühlsystem genannten Vorteile entsprechend verbunden. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein. Der Verbrennungsmotor kann ein Ottomotor oder ein Dieselmotor sein. Das Kraftfahrzeug kann als Hybridelektrofahrzeug ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die weitere Fahrzeugkomponente ein Motorölkühler, ein Getriebeölkühler, eine Fahrgastraumheizeinheit oder ein Kühlmittelwärmespeicher.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 für ein nicht gezeigtes Kraftfahrzeug.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 mit einem Zylinderkopf 3 und einem Zylinderblock 4 auf. An den Verbrennungsmotor 2 schließt sich eine Abgasleitung 5 an, die Abgas aus dem Verbrennungsmotor 2 abführt und an der ein Abgasturbolader 6 turbinenseitig und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 in der beispielhaften Ausgestaltung als Abgaskatalysator angeordnet sind.
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Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine 1 ein Kühlsystem 8 zum Kühlen des Verbrennungsmotors 2 auf. Das Kühlsystem 8 weist einen ersten Kühlmittelkreislauf 9 auf, der durch den Verbrennungsmotor 2 geführt ist und hat einen Kühlmittelkühler 10 und einen Thermostat 11 zum Regeln eines Kühlmittelvolumenstroms durch den Kühlmittelkühler 10 in Abhängigkeit einer momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs 9. Der Thermostat 11 regelt den Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlmittelkühler 10 derart, dass die Temperatur des dem Verbrennungsmotor 2 zugeführten Kühlmittels unterhalb eines ersten Maximalgrenzwerts liegt.
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Der erste Kühlmittelkreislauf 9 nutzt den Verbrennungsmotor 2 als Wärmequelle und den Thermostat 11 als Regeleinrichtung zum Regeln der Temperatur des dem Verbrennungsmotor 2 zugeführten Kühlmittels. Der erste Kühlmittelkreislauf 9 führt dem Verbrennungsmotor 2, insbesondere dem Zylinderkopf 3 und/oder dem Zylinderblock 4 des Verbrennungsmotors 2, das Kühlmittel mit einer Temperatur zu, die unterhalb eines vorgegebenen ersten Maximalgrenzwerts liegt. Das durch den Verbrennungsmotor 2 geführte Kühlmittel nimmt dabei Wärme von dem Verbrennungsmotor 2 auf und führt somit diese aus dem Verbrennungsmotor 2 ab. Das in dem Verbrennungsmotor 2 aufgewärmte Kühlmittel wird dem Kühlmittelkühler 10 zugeführt und in diesem auf die gewünschte Temperatur des dem Verbrennungsmotor 2 zuzuführenden Kühlmittels abgekühlt. Der Thermostat 11 regelt hierbei den Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlmittelkühler 10 in Abhängigkeit der momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs 9, um die mit dem Kühlmittel pro Zeit aufnehmbare Wärmemenge variieren zu können. Hierdurch kann die Temperatur des Verbrennungsmotors 2 auf eine optimale Betriebstemperatur geregelt werden. Die momentane Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs 9 kann beispielsweise am Eingang oder Ausgang des Verbrennungsmotors 2 gemessen werden. Liegt die momentane Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs 9 über einer gewünschten Solltemperatur, beispielsweise 90°C oder niedriger, erhöht der Thermostat 11 den Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlmittelkühler 10. Liegt die momentane Kühlmitteltemperatur innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs 9 unter der gewünschten Solltemperatur verringert der Thermostat 11 den Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlmittelkühler 10.
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Zudem weist das Kühlsystem 8 einen zweiten Kühlmittelkreislauf 12 auf, der durch den Verbrennungsmotor 2 und durch wenigstens eine bezüglich einer Kühlmittelströmung durch den zweiten Kühlmittelkreislauf 12 dem Verbrennungsmotor 2 vorgeschaltete weitere Fahrzeugkomponente 13 des Kraftfahrzeugs geführt ist und hat einen thermisch an die Abgasleitung 5 gekoppelten Wärmetauscher 14. Die weitere Fahrzeugkomponente 13 kann ein Motorölkühler, ein Getriebeölkühler, eine Fahrgastraumheizeinheit oder ein Kühlmittelwärmespeicher sein.
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Der zweite Kühlmittelkreislauf 12 nutzt zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor 2 den Wärmetauscher 14 als Wärmequelle. Der zweite Kühlmittelkreislauf 12 führt dem Verbrennungsmotor 2, insbesondere dem Zylinderkopf 3 und/oder dem Zylinderblock 4 des Verbrennungsmotors 2, und der wenigstens einen bezüglich einer Kühlmittelströmung durch den zweiten Kühlmittelkreislauf 12 dem Verbrennungsmotor 2 vorgeschalteten weiteren Fahrzeugkomponente 13 das Kühlmittel mit einer Temperatur zu, die unterhalb eines vorgegebenen zweiten Maximalgrenzwerts, der höher als der erste Maximalgrenzwert ist, liegt und die größer als die oder gleich der Temperatur des Kühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs 9 ist. Das durch den Verbrennungsmotor 2 geführte Kühlmittel nimmt dabei Wärme von dem Verbrennungsmotor 2 auf und führt somit diese aus dem Verbrennungsmotor 2 ab. Das aufgewärmte Kühlmittel kann anschließend weitere Wärme über den an der Abgasleitung 5 angeordneten Wärmetauscher 14 aufnehmen. Hierdurch liegt das Temperaturniveau des Kühlmittels über dem Temperaturniveau des Kühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufs 9. Das von dem Wärmetauscher 14 ausgehende Kühlmittel wird anschließend der weiteren Fahrzeugkomponente 13 zugeführt, deren Betriebstemperatur höher ist als die Betriebstemperaturen der in dem ersten Kühlmittelkreislauf 9 mit Kühlmittel beaufschlagten Bauteile. Das Kühlmittel gibt Wärme an die weitere Fahrzeugkomponente 13 ab und wird hierdurch abgekühlt. Das abgekühlte Kühlmittel wird anschließend wieder durch den Verbrennungsmotor 2 geführt, um diesen zu kühlen.
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Das Kühlsystem 8 weist des Weiteren eine kommunizierend mit der Abgasleitung 5 verbundene Bypass-Abgasleitung 15 auf, die bezüglich einer Abgasströmung durch die Abgasleitung 5 stromab des Abgaskatalysators 7 und stromauf des Wärmetauschers 14 von der Abgasleitung 5 abzweigt und stromab des Wärmetauschers 14 in die Abgasleitung 5 mündet.
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Zusätzlich weist das Kühlsystem 8 eine an der Bypass-Abgasleitung 15 angeordnete Regeleinheit 16 zum Regeln eines Abgasvolumenstroms durch die Bypass-Abgasleitung 15 in Abhängigkeit einer momentanen Kühlmitteltemperatur innerhalb des zweiten Kühlmittelkreislaufs 12 auf. Die Regeleinheit 16 regelt den Abgasvolumenstrom durch die Bypass-Abgasleitung 15 derart, dass die Temperatur des der weiteren Fahrzeugkomponente 13 zugeführten Kühlmittels unterhalb eines zweiten Maximalgrenzwerts liegt, der höher als der erste Maximalgrenzwert ist, und größer als die oder gleich der Temperatur des dem Kühlmittelkühler 10 zugeführten Kühlmittels ist.
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Die Regeleinheit 16 weist eine Bypass-Klappe 17 und eine die Bypass-Klappe 17 betätigende, nicht gezeigte Stelleinheit auf. Die Stelleinheit kann wenigstens ein thermisch an den zweiten Kühlmittelkreislauf 12 gekoppeltes, nicht gezeigtes Wachselement aufweisen. Alternativ kann die Stelleinheit wenigstens ein nicht gezeigtes elektrisches Ventil, insbesondere einen nicht gezeigten Vakuumaktuator, aufweisen.
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Der erste Kühlmittelkreislauf 9 und der zweite Kühlmittelkreislauf 12 weisen eine gemeinsame Kühlmittelpumpe 18 auf. Alternativ können die Kühlmittelkreisläufe 9 und 12 jeweils eine eigene nicht gezeigte Kühlmittelpumpe aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Zylinderblock
- 5
- Abgasleitung
- 6
- Abgasturbolader
- 7
- Abgaskatalysator
- 8
- Kühlsystem
- 9
- erster Kühlmittelkreislauf
- 10
- Kühlmittelkühler
- 11
- Thermostat
- 12
- zweiter Kühlmittelkreislauf
- 13
- weitere Fahrzeugkomponente
- 14
- Wärmetauscher
- 15
- Bypass-Abgasleitung
- 16
- Regeleinheit
- 17
- Bypass-Klappe
- 18
- Kühlmittelpumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/028548 A1 [0004]
- US 8997483 B2 [0005]
- WO 2016/028546 A1 [0006]
- US 2014/0103128 A1 [0007]
- US 9188051 B1 [0008]
- US 2014/0245975 A1 [0009]
