DE102019104844A1

DE102019104844A1 - Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019104844A1
Application number: DE102019104844.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Endo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2019-09-26
Also published as: CN110307073A; JP2019163732A; US20190292977A1; CN110307073B; US10844771B2

Abstract

Eine Kühlvorrichtung hat einen Kühler, der Wärmeabstrahlung von Kühlwasser von einer Brennkraftmaschine unterstützt; einen ersten Strömungspfad, der von der Brennkraftmaschine abgegebenes Kühlwasser durch den Kühler zu der Brennkraftmaschine umwälzt; einen zweiten Strömungspfad, der das von der Brennkraftmaschine abgegebene Kühlwasser, ohne durch den Kühler zu strömen, von der Brennkraftmaschine zu der Brennkraftmaschine umwälzt; einen Thermostat, der in einem Knotenpunkt der ersten und zweiten Strömungspfade eingebaut ist, der den ersten Strömungspfad schließt, wenn eine Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad niedriger ist als ein Schwellenwert, und den ersten Strömungspfad öffnet, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad gleich oder größer ist als der Schwellenwert; und einen dritten Strömungspfad, der einen Teil des ersten Strömungspfads zwischen der Brennkraftmaschine und dem Kühler mit einem Teil des ersten Strömungspfads zwischen dem Kühler und dem Thermostat verbindet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
HINTERGRUND
Herkömmlich ist eine Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Kühlvorrichtung ist versehen mit: einem Kühler, der Wärmeabstrahlung von Kühlwasser unterstützt, das von der Brennkraftmaschine abgegeben ist; einem ersten Strömungspfad, der das Kühlwasser durch den Kühler zu der Brennkraftmaschine umwälzt; einem zweiten Strömungspfad, der das Kühlwasser, ohne durch den Kühler zu strömen, zu der Brennkraftmaschine umwälzt; und einem Thermostat, der in einem Knotenpunkt der ersten und zweiten Strömungspfade vorgesehen ist.
Der Thermostat schließt den ersten Strömungspfad, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad niedriger ist als ein Schwellenwert. Wenn das Niedertemperaturkühlwasser von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, ist die Umwälzung des Kühlwassers durch den Kühler zu der Brennkraftmaschine begrenzt, was somit den Warmlauf der Brennkraftmaschine unterstützt. Ferner öffnet der Thermostat den ersten Strömungspfad, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad gleich oder größer ist als der Schwellenwert. Wenn das Hochtemperaturkühlwasser von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, wird somit ein Teil des Kühlwassers durch den Kühler zu der Brennkraftmaschine umgewälzt, was Wärmeableitung des Kühlwassers unterstützt, wodurch ein Kühlen der Brennkraftmaschine unterstützt wird (zum Beispiel die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2016-102456).
In einem Öffnungszustand des Thermostats strömt das Kühlwasser sowohl von dem ersten als auch dem zweiten Strömungspfad in den Thermostat. Das Kühlwasser, das von dem zweiten Strömungspfad in den Thermostat fließt, hat bereits Wärme von der Brennkraftmaschine aufgenommen, sodass die Temperatur von solchem Kühlwasser groß ist. Demgegenüber ist durch den Kühler eine Wärmeabstrahlung des Kühlwassers, das von dem ersten Strömungspfad in den Thermostat strömt, bereits unterstützt worden, sodass die Temperatur von solchem Kühlwasser niedrig ist. Das Kühlwasser mit einer solchen Temperaturdifferenz strömt in dem Thermostat zusammen. Falls das Kühlwasser mit einer solchen Temperaturdifferenz in dem Thermostat nicht ausreichend vermischt wird, wie oben beschrieben ist, wird die Temperatur des Kühlwassers in dem Thermostat ungleichförmig. Im Ergebnis kann der Thermostat in einer kurzen Zeitspanne wiederholt öffnen und schließen, d.h. ein sogenanntes Pendeln kann auftreten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die ein Auftreten von Pendeln von einem Thermostat unterbindet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit: einem Kühler, der Wärmeabstrahlung von Kühlwasser von der Brennkraftmaschine unterstützt; einem ersten Strömungspfad, der von der Brennkraftmaschine abgegebenes Kühlwasser durch den Kühler zu der Brennkraftmaschine umwälzt; einem zweiten Strömungspfad, der von der Brennkraftmaschine abgegebenes Kühlwasser, ohne durch den Kühler zu strömen, zu der Brennkraftmaschine umwälzt; einem Thermostat, der in einem Knotenpunkt der ersten und zweiten Strömungspfade eingebaut ist, der den ersten Strömungspfad schließt, wenn eine Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad niedriger ist als ein Schwellenwert, und den ersten Strömungspfad öffnet, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad gleich oder größer ist als der Schwellenwert; und einem dritten Strömungspfad, der einen Teil des ersten Strömungspfads zwischen der Brennkraftmaschine und dem Kühler mit einem Teil des ersten Strömungspfads zwischen dem Kühler und dem Thermostat verbindet.
In einem Zustand, in welchem der Thermostat den ersten Strömungspfad öffnet, strömt ein Teil des Kühlwassers, das durch den ersten Strömungspfad strömt, durch den Kühler in den Thermostat, aber der andere Teil des Kühlwassers, das durch den ersten Strömungspfad strömt, strömt durch den dritten Strömungspfad, umgeht den Kühler und strömt durch den ersten Strömungspfad wieder in den Thermostat. Daher strömt ein Teil des Kühlwassers, das von dem ersten Strömungspfad in den Thermostat strömt, durch den Kühler, aber der andere Teil des Kühlwassers strömt nicht durch den Kühler. Dies unterbindet eine übermäßige Temperaturabnahme des Kühlwassers, das von dem ersten Strömungspfad in den Thermostat strömt. Dies verringert ebenfalls eine Temperaturdifferenz zwischen dem Niedertemperaturkühlwasser, das von dem ersten Strömungspfad in den Thermostat strömt, und dem Hochtemperaturkühlwasser, das von dem zweiten Strömungspfad in den Thermostat strömt, was Temperaturungleichförmigkeit des Kühlwassers in dem Thermostat unterbindet. Es ist daher möglich, ein Auftreten des Pendelns des Thermostats zu unterbinden.
Eine Strömungspfadquerschnittsfläche des dritten Strömungspfads kann kleiner sein als die des ersten Strömungspfads.
Der Kühler kann einen Einlasstank, einen Auslasstank und einen Kühlerblock haben, der zwischen dem Einlasstank und dem Auslasstank positioniert ist und den Einlasstank mit dem Auslasstank verbindet, wobei der erste Strömungspfad mit dem Einlasstank verbunden sein kann und der dritte Strömungspfad durch den Auslasstank mit dem Teil des ersten Strömungspfads verbunden sein kann, der zwischen dem Kühler und dem Thermostat positioniert ist.
Die Kühlvorrichtung kann einen Einfüllabschnitt haben, der zwischen der Brennkraftmaschine und dem Kühler und in einem Abschnitt vorgesehen ist, wo die ersten und dritten Strömungspfade miteinander verbunden sind, und der in der Lage ist, den ersten und dritten Strömungspfaden Kühlwasser zuzuführen, wobei der Einfüllabschnitt in einer Schwerkraftrichtung oberhalb der Brennkraftmaschine und des Kühlers angeordnet sein kann.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die ein Auftreten von Pendeln eines Thermostats unterbindet.
Figurenliste

1A und 1B sind schematische Darstellungen einer Kühlvorrichtung einer Brennkraftmaschine;
2 ist eine erläuternde schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel;
3 ist eine erläuternde Darstellung vom Einfüllen von Kühlwasser in die Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
4 ist eine erläuternde Darstellung vom Einfüllen des Kühlwassers in die Kühlvorrichtung des Vergleichsbeispiels, das oben beschrieben ist; und
5 ist eine erläuternde schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einer Variation.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1A und 1B sind schematische Darstellungen einer Kühlvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine 10 (nachfolgend als Kühlvorrichtung bezeichnet) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kühlvorrichtung 1 und die Brennkraftmaschine 10 in einem Fahrzeug eingebaut, aber nicht darauf beschränkt. Die Kühlvorrichtung 1 hat eine elektronische Steuereinheit (ECU) 3, einen Kühler 20, einen Thermostat 30, eine Wasserpumpe 40, einen Einfüllabschnitt 50 und eine Heizung 70. Die Kühlvorrichtung 1 ist mit Strömungspfaden R1 und R2, durch welche Kühlwasser umläuft, und mit einem Strömungspfad R3 versehen, der mit dem Strömungspfad R1 verbunden ist. Das Antreiben der Wasserpumpe 40 bewirkt, dass das Kühlwasser zumindest durch den Strömungspfad R2 umläuft, wohingegen sich der Fluss des Kühlwassers in den Strömungspfaden R1 und R3 in Reaktion auf einen Öffnungs- oder Schließzustand des Thermostats 30 ändert. 1A zeigt gestrichelte Pfeile, die den Fluss des Kühlwassers in dem geschlossenen Zustand des Thermostats 30 anzeigen. 1B zeigt gestrichelte Pfeile, die den Fluss des Kühlwassers in dem Öffnungszustand des Thermostats 30 anzeigen. Der Thermostat 30 wird später im Einzelnen beschrieben. Die Wasserpumpe 40 ist von einer elektrischen Bauart, aber nicht darauf beschränkt, die durch Zuführen von elektrischem Strom angetrieben ist und durch die ECU 3 gesteuert ist, und kann von einer mechanischen Bauart sein, die durch Aufnehmen der Antriebskraft von der Brennkraftmaschine 10 angetrieben ist. Das Kühlwasser ist beispielsweise Long Life Coolant (LLC).
Der Strömungspfad R2 wird beschrieben. Der Strömungspfad R2 ist ein Beispiel eines zweiten Strömungspfads, der das von der Brennkraftmaschine 10 abgegebene Kühlwasser, ohne durch den Kühler 20 zu strömen, zu der Brennkraftmaschine 10 umwälzt. Der Strömungspfad R2 hat Strömungspfade R21, R22, R23 und R24. Der Strömungspfad R21 verbindet einen Wassermantel, der in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 ausgebildet ist, mit der Heizung 70. Der Strömungspfad R22 verbindet einen Wassermantel, der in einem Zylinderblock der Brennkraftmaschine 10 ausgebildet ist, mit dem Strömungspfad R23. Zudem ist der Wassermantel, der in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 ausgebildet ist, mit dem Wassermantel verbunden, der in dem Zylinderblock ausgebildet ist. Der Strömungspfad R23 verbindet die Heizung 70 mit dem Strömungspfad R22. Der Strömungspfad R24 verbindet einen Knotenpunkt der Strömungspfade R22 und R23 mit dem Thermostat 30. Das Kühlwasser strömt durch den Strömungspfad R2, ungeachtet des Öffnungs- oder Schließzustands von dem Thermostat 30. Wie in 1A und 1B gezeigt ist, strömt das von dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 abgegebene Kühlwasser insbesondere durch den Strömungspfad R21 zu der Heizung 70 und wird dann von der Heizung 70 an den Strömungspfad R23 abgegeben. Das Kühlwasser, das von dem Wassermantel in dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine 10 abgegeben wird, strömt ferner durch den Strömungspfad R22. Daher strömen sowohl das Kühlwasser, das von der Brennkraftmaschine 10 durch die Heizung 70 abgegeben wird, als auch das Kühlwasser, das von der Brennkraftmaschine 10 abgegeben wird, ohne durch die Heizung 70 zu strömen, durch den Strömungspfad R24. Das Kühlwasser, das durch den Strömungspfad R24 strömt, strömt in den Thermostat 30 und strömt dann durch den Strömungspfad R14, der später beschrieben wird und in dem Strömungspfad R1 enthalten ist, wieder in den Wassermantel in dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine 10. Auf diese Weise wird Kühlwasser, das durch den Strömungspfad R2 umläuft und in den Thermostat 30 strömt, von der Brennkraftmaschine 10 abgegeben, ohne durch den Kühler 20 zu strömen. Zudem dient der Strömungspfad R14 des Strömungspfads R1 als ein Teil des Strömungspfads R2.
Der Strömungspfad R1 wird beschrieben. Der Strömungspfad R1 ist ein Beispiel eines ersten Strömungspfads, der das von der Brennkraftmaschine 10 abgegebene Kühlwasser durch den Kühler 20 zu der Brennkraftmaschine 10 umwälzt. Der Strömungspfad R1 hat Strömungspfade R11, R12, R13 und R14. Der Strömungspfad R11 verbindet den Wassermantel, der in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 ausgebildet ist, mit dem Strömungspfad R12. Der Strömungspfad R12 verbindet den Strömungspfad R11 mit einem Einlasstank 22 des Kühlers 20, der später beschrieben wird. Der später beschriebene Strömungspfad R3 ist mit dem Knotenpunkt der Strömungspfade R11 und R12 verbunden und der später beschriebene Einfüllabschnitt 50 ist in dem Knotenpunkt vorgesehen. Der Strömungspfad R13 verbindet einen Auslasstank 23 des Kühlers 20 mit dem Thermostat 30. Der Strömungspfad R14 verbindet den Thermostat 30 mit dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine 10. Die Wasserpumpe 40 ist in dem Strömungspfad R14 vorgesehen.
Als nächstes wird der Kühler 20 beschrieben. Der Kühler 20 ist ein sogenannter Kreuzstromkühler und hat den Einlasstank 22, den Auslasstank 23 und einen Kühlerblock 21, der den Einlasstank 22 mit dem Auslasstank 23 verbindet. Sowohl der Einlasstank 22 als auch der Auslasstank 23, die eine im Wesentlichen rohrartige Form haben, sind in einer Stellung angeordnet, sodass die Längsrichtung davon entlang der Schwerkraftrichtung verläuft. Der Kühlerblock 21 hat Rohre, die parallel zueinander in der Schwerkraftrichtung angeordnet sind und den Einlasstank 22 mit dem Auslasstank 23 verbinden; und Abstrahlungsrippen, die zwischen benachbarten Rohren vorgesehen sind. Ein Lüfter (nicht dargestellt) ist zum Anströmen von Luft zu dem Kühlerblock 21 auf der Rückseite des Kühlerblocks 21 vorgesehen. Wärme wird zwischen dem Wind, der durch den Lüfter und den Fahrtwind erzeugt wird, und dem Kühlwasser ausgetauscht, das durch den Kühlerblock 21 strömt, was eine Wärmeabstrahlung des Kühlwassers unterstützt.
Als nächstes wird der Thermostat 30 beschrieben. Der Thermostat 30, der an dem Knotenpunkt der Strömungspfade R1 und R2 vorgesehen ist, schließt den Strömungspfad R1, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem Strömungspfad R2 niedriger ist als ein Schwellenwert, und öffnet den Strömungspfad R1, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem Strömungspfad R2 gleich oder größer ist als der Schwellenwert. Insbesondere wenn die Temperatur des Kühlwassers, das in dem Schließzustand des Strömungspfads R1 von dem Strömungspfad R2 in den Thermostat 30 eingeleitet wird, gleich oder größer als der Schwellenwert ist, öffnet der Thermostat 30 automatisch den Strömungspfad R1 aufgrund von thermischer Ausdehnung eines Wachses oder eines Bimetalls, das in dem Thermostat 30 eingebaut ist. Da die Temperatur des Kühlwassers beispielsweise zu einem Zeitpunkt des Startens der Brennkraftmaschine 10 niedriger ist als der Schwellenwert, schließt der Thermostat 30 den Strömungspfad R1 und das Kühlwasser läuft durch den Strömungspfad R2 um. Dies unterstützt den Warmlauf der Brennkraftmaschine 10. Wenn die Temperatur des Kühlwassers, das durch den Strömungspfad R2 umläuft, gleich oder größer ist als der Schwellenwert, öffnet der Thermostat 30 den Strömungspfad R1 unter der Annahme, dass der Warmlauf der Brennkraftmaschine 10 beendet ist. Entsprechend ist durch den Strömungspfad R1 eine Wärmeabstrahlung von zumindest einem Teil des Kühlwassers in dem Kühler 20 unterstützt und die Kühlung der Brennkraftmaschine 10 ist unterstützt.
In dem Öffnungszustand des Thermostats 30 strömt das Kühlwasser von beiden Strömungspfaden R13 und R24 in den Thermostat 30, wie in 1B dargestellt ist. Daher hängt die thermische Ausdehnung des Wachses oder des Bimetalls, das in dem Thermostat 30 eingebaut ist, von der Temperatur des Kühlwassers ab, das von beiden Strömungspfaden R13 und R24 in den Thermostat 30 strömt. Das heißt, dass in dem Öffnungszustand des Thermostats 30 die Öffnungs- und Schließzustände des Strömungspfads R1 von der Temperatur des Kühlwassers abhängen, das von den beiden Strömungspfaden R1 und R2 in den Thermostat 30 strömt.
Der Einfüllabschnitt 50 ist an einer Position vorgesehen, wo der Strömungspfad R11, der Strömungspfad R12 und der Strömungspfad R3 miteinander verbunden sind. Auf dem Einfüllabschnitt 50 ist eine Kappe angebracht und diese Kappe wird abgenommen, um das Kühlwasser in die Strömungspfade R1 bis R3 einzufüllen. Der Einfüllabschnitt 50 wird später im Einzelnen beschrieben. Die Heizung 70 ist ein Wärmetauscher zum Heizen und heizt das Innere eines Fahrgastabteils, indem das Hochtemperaturkühlwasser, das von der Brennkraftmaschine 10 abgegeben wird, als Wärmequelle verwendet wird.
Als nächstes wird der Strömungspfad R3 beschrieben. Der Strömungspfad R3 verbindet einen Abschnitt zwischen den Strömungspfaden R11 und R12 mit dem Auslasstank 23 des Kühlers 20, wie oben beschrieben ist. Der Strömungspfad R3 ist ein Beispiel eines dritten Strömungspfads, der einen Teil des Strömungspfads R1 zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Kühler 20 mit einem Teil des Strömungspfads R1 zwischen dem Kühler 20 und dem Thermostat 30 verbindet. In dem Öffnungszustand des Thermostats 30 strömt ein Teil des Kühlwassers, das von der Brennkraftmaschine 10 durch den Strömungspfad R11 abgegeben wird, durch entweder den Strömungspfad R12 oder den Strömungspfad R3. Das durch den Strömungspfad R12 strömende Kühlwasser strömt durch den Einlasstank 22, den Kühlerblock 21 und den Auslasstank 23 in dieser Reihenfolge, um die Wärmeabgabe zu unterstützen und wird dann durch den Strömungspfad R13 abgegeben. Das Kühlwasser, das durch den Strömungspfad R3 strömt, umgeht den Kühlerblock 21 und strömt durch den Auslasstank 23 und wird dann an den Strömungspfad R13 abgegeben. Somit werden sowohl das Niedertemperaturkühlwasser, das durch den Kühlerblock 21 strömt, als auch das Hochtemperaturkühlwasser, das den Kühlerblock 21 umgeht, in dem Strömungspfad R13 vermischt und strömen dort hindurch. Die Funktion des Strömungspfads R3 in der vorliegenden Ausführungsform wird in Bezug auf ein folgendes Vergleichsbeispiel beschrieben.
2 ist eine erläuternde schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung 1x gemäß dem Vergleichsbeispiel. In dem Vergleichsbeispiel sind die gleichen Bezugszeichen zu den gleichen Konfigurationen wie in der vorliegenden Ausführungsform vergeben und eine Doppelbeschreibung wird weggelassen. Der Strömungspfad R3 und der Einfüllabschnitt 50 sind in der Kühlvorrichtung 1x nicht vorgesehen, anders als in der oben beschriebenen Kühlvorrichtung 1. Ferner verbindet ein Strömungspfad R11x eines Strömungspfads R1x die Brennkraftmaschine 10 mit dem Einlasstank 22 eines Kühlers 20x. Weiterhin wird ein Einfüllabschnitt 24x später im Einzelnen beschrieben, der in dem Einlasstank 22 des Kühlers 20x vorgesehen ist.
In dem Öffnungszustand des Thermostats 30 strömt in dem Vergleichsbeispiel, wie in 2 dargestellt ist, von dem Kühlwasser, das von der Brennkraftmaschine 10 abgegeben wird, das gesamte Kühlwasser, das durch den Strömungspfad R11x strömt, von dem Strömungspfad R13 durch den Kühlerblock 21 des Kühlers 20x in den Thermostat 30. Zudem strömt das Kühlwasser, wie oben beschrieben ist, von dem Strömungspfad R24 des Strömungspfads R2 immer in den Thermostat 30. Hierbei strömt das Kühlwasser, das durch den Strömungspfad R13 strömt, durch den Kühlerblock 21 des Kühlers 20x und hat eine niedrige Temperatur, wohingegen das Kühlwasser, das durch den Strömungspfad R24 strömt, nicht durch den Kühler 20x strömt und eine hohe Temperatur hat, wie oben beschrieben ist.
In dem Öffnungszustand des Thermostats 30 strömen das Niedertemperaturkühlwasser von dem Strömungspfad R13 und das Hochtemperaturkühlwasser von dem Strömungspfad R24 daher gleichzeitig in den Thermostat 30. Falls hierbei die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlwasser groß ist, kann die Temperatur des Kühlwassers in dem Thermostat 30 ungleichförmig sein und das Wachs oder das Bimetall, das in dem Thermostat 30 eingebaut ist, kann in einer kurzen Zeitspanne abwechselnd die thermische Ausdehnung und die thermische Kontraktion wiederholen. Dadurch kann ein sogenanntes Pendeln auftreten, in welchem das Öffnen und Schließen des Thermostats 30 in einer kurzen Zeitspanne abwechselnd wiederholt wird. Ein solches Pendeln kann beispielsweise auftreten, wenn ein verhältnismäßig langsames Drehen der Wasserpumpe 40 bewirkt, dass sich das Niedertemperaturkühlwasser und das Hochtemperaturkühlwasser in dem Thermostat 30 nicht ausreichend vermischen.
Wenn das Pendeln des Thermostats 30 auftritt, werden der Zustand, in welchem das Kühlwasser durch den Kühler 20x strömt, und der Zustand, in welchem das Kühlwasser nicht dadurch strömt, in einer kurzen Zeitspanne abwechselnd wiederholt. Daher kann die Temperatur des Kühlwassers, das von der Brennkraftmaschine 10 abgegeben wird, in einer kurzen Zeitspanne schwanken. Dies kann Vorrichtungen beeinflussen, die auf der Basis der Temperatur des Kühlwassers gesteuert sind. Beispielsweise ist die Drehgeschwindigkeit des Lüfters des Kühlers 20x unmittelbar auf der Basis der Temperatur des Kühlwassers gesteuert, das von der Brennkraftmaschine 10 abgegeben wird. Falls die Temperatur des Kühlwassers aufgrund des Pendelns des Thermostats 30 in einer kurzen Zeitspanne schwankt, kann die Drehgeschwindigkeit des Lüfters des Kühlers 20x in einer kurzen Zeitspanne ebenfalls schwanken. Außerdem sind ein Öffnen und Schließen eines EGR Ventils, um einen Teil des Abgases in das Einlasssystem der Brennkraftmaschine 10 einzuleiten, und ein Öffnen und Schließen eines Ablassventils, um den in einem Kraftstofftank erzeugten verdampften Kraftstoff dem Einlasssystem zuzuführen, auf der Basis der Temperatur des Kühlwassers gesteuert. Falls das Pendeln des Thermostats 30 auftritt, kann auf eine solche Weise der Betrieb von Vorrichtungen instabil werden, die auf der Basis der Temperatur des Kühlwassers gesteuert sind.
Demgegenüber strömt in der Kühlvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Teil des Kühlwassers, das durch den Strömungspfad R11 strömt, zu dem Strömungspfad R3 und umgeht den Kühlerblock 21 des Kühlers 20, wie in 1B dargestellt ist. Unter der Bedingung, dass die vorliegende Erfindung und das Vergleichsbeispiel bzgl. der Durchflussrate des Kühlwassers gleich sind, das von dem Strömungspfad R13 in den Thermostat 30 strömt, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur des Kühlwassers, das von dem Strömungspfad R13 in den Thermostat 30 strömt, höher als in dem Vergleichsbeispiel. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlwasser, das von dem Strömungspfad R13 in den Thermostat 30 strömt, und dem Kühlwasser verringert, das von dem Strömungspfad R24 dort hineinströmt. Es ist somit möglich, die Temperaturungleichförmigkeit des Kühlwassers in dem Thermostat 30 zu unterbinden und ein Auftreten des Pendelns des Thermostats 30 zu unterbinden.
Dies stabilisiert zudem den Betrieb von Vorrichtungen, die auf der Basis der Temperatur des Kühlwassers gesteuert sind.
Zudem ist eine Strömungspfadquerschnittsfläche des Strömungspfads R3 kleiner als die des Strömungspfads R12. In anderen Worten ist die Durchflussrate des Kühlwassers, das durch den Strömungspfad R3 strömt, geringer als die des Kühlwassers, das durch den Strömungspfad R12 strömt. Dies verringert eine Abnahme der Wärmeabstrahlleistung des gesamten Kühlwassers aufgrund einer Zunahme der Durchflussrate des Kühlwassers, das durch den Strömungspfad R3 strömt und den Kühlerblock 21 umgeht. Dies gewährleistet die Kühlleistung der Brennkraftmaschine 10 durch das Kühlwasser. Auf diese Weise ist die Kühlleistung der Brennkraftmaschine 10 gewährleistet, während das Pendeln des Thermostats 30 unterbunden ist.
Als nächstes wird eine Beschreibung vom Einfüllen des Kühlwassers in die Kühlvorrichtung 1 angegeben. 3 ist eine erläuternde Darstellung vom Einfüllen des Kühlwassers in die Kühlvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Zudem, wenn das Kühlwasser der Kühlvorrichtung 1 nicht zugeführt ist, ist der Thermostat 30 in dem geschlossenen Zustand. Das Kühlwasser wird von dem Einfüllabschnitt 50 in die Kühlvorrichtung 1 eingefüllt. Hierbei ist der Einfüllabschnitt 50 in der Schwerkraftrichtung oberhalb des Kühlers 20, der Brennkraftmaschine 10 und der Heizung 70 angeordnet. Insbesondere ist der Knotenpunkt der Strömungspfade R11, R12 und R3, in welchem der Einfüllabschnitt 50 vorgesehen ist, in der Schwerkraftrichtung oberhalb des Kühlers 20, der Brennkraftmaschine 10 und der Heizung 70 angeordnet. Daher ist der Strömungspfad R11 vorgesehen, um sich von der Brennkraftmaschine 10 aufwärts zu erstrecken und die Strömungspfade R12 und R3 sind ebenfalls vorgesehen, um sich von dem Einlasstank 22 bzw. dem Auslasstank 23 aufwärts zu erstrecken.
Nachdem das Kühlwasser in den Einfüllabschnitt 50 eingefüllt ist, strömt das Kühlwasser nicht nur zu dem Strömungspfad R12, sondern zudem durch Schwerkraft zu den Strömungspfaden R11 und R3. Entsprechend wird das Kühlwasser durch die Strömungspfade R12 und R3 dem Einlasstank 22 und dem Auslasstank 23 des Kühlers 20 zugeführt und wird durch den Strömungspfad R11 zur gleichen Zeit der Brennkraftmaschine 10 zugeführt. Es ist daher möglich, das Kühlwasser im Wesentlichen gleichzeitig zu sowohl dem Kühler 20 als auch der Brennkraftmaschine 10 zuzuführen. Zudem wird das Kühlwasser von der Brennkraftmaschine 10 zu der Heizung 70 zugeführt.
4 ist eine erläuternde Darstellung vom Einfüllen des Kühlwassers in die Kühlvorrichtung 1x des oben beschriebenen Vergleichsbeispiels. In der Kühlvorrichtung 1x des Vergleichsbeispiels ist ein Reservetank (nicht dargestellt) zum Speichern des Kühlwassers von einer einfach abgedichteten Bauart, die zu der Atmosphäre hin geöffnet ist. Die einfach abgedichtete Bauart kann zu niedrigen Kosten hergestellt werden, im Vergleich mit einer vollständig abgedichteten Bauart, in welcher der Reservetank von der Atmosphäre isoliert ist und einen Teil des Strömungspfads des Kühlwassers bildet. Bei der einfach abgedichteten Bauart kann das Kühlwasser jedoch nicht direkt in den Reservetank eingefüllt werden und das Kühlwasser muss in den Kühler 20x eingefüllt werden. Insbesondere muss das Kühlwasser in den Einfüllabschnitt 24x eingefüllt werden, der in der Schwerkraftrichtung oberhalb des Einlasstanks 22 des Kühlers 20x vorgesehen ist.
Nachdem in dem Vergleichsbeispiel das Kühlwasser in den Einfüllabschnitt 24x eingefüllt ist, wird das Kühlwasser durch den Einlasstank 22 dem Kühlerblock 21 zugeführt. Der Strömungspfad R11x ist jedoch mit der in der Schwerkraftrichtung relativ oberen Seite des Einlasstanks 22 verbunden. Somit wird das Kühlwasser nicht durch den Strömungspfad R11x der Brennkraftmaschine 10 zugeführt, sofern das Kühlwasser in dem Einlasstank 22 nicht bis zu der Höhe des Strömungspfads R11x zugeführt ist. Daher wird das Kühlwasser in der Kühlvorrichtung 1x in dem Vergleichsbeispiel der Brennkraftmaschine 10 zugeführt, nachdem es ausreichend dem Kühler 20x zugeführt ist. Entsprechend benötigt eine ausreichende Zufuhr des Kühlwassers zu sowohl dem Kühler 20x als auch der Brennkraftmaschine 10 Zeit. Insbesondere muss das Kühlwasser nicht nur der Brennkraftmaschine 10, sondern auch der Heizung 70 zugeführt werden, sodass die benötigte Menge des Kühlwassers erhöht wird. Falls die Menge des Kühlwassers auf diese Weise erhöht ist, benötigt das Einfüllen des Kühlwassers bis zur Fertigstellung Zeit.
Es ist hierbei vorstellbar, das Kühlwasser durch den Einlasstank 22 zur im Wesentlichen gleichen Zeit sowohl dem Kühler 20x als auch der Brennkraftmaschine 10 zuzuführen, indem die Verbindungsposition des Strömungspfads R11x und des Einlasstanks 22 des Kühlers 20x in der Schwerkraftrichtung zu der unteren Seite des Einlasstanks 22 verändert wird. In diesem Fall ist die veränderte Verbindungsposition des Strömungspfads R11x in der Schwerkraftrichtung jedoch unterhalb des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine 10 positioniert, sodass das Kühlwasser von dem Einlasstank 22 dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 schwer zugeführt werden kann. Wenn ferner, in diesem Fall, die Brennkraftmaschine 10 läuft und der Thermostat 30 in dem Öffnungszustand ist, kann das Kühlwasser zu der unteren Seite des Kühlerblocks 21 strömen, aber nicht zu der oberen Seite davon strömen, was die Wärmeabstrahlung des Kühlwassers beeinträchtigen kann.
Andererseits ist der Einfüllabschnitt 50 in der vorliegenden Ausführungsform in der Schwerkraftrichtung oberhalb des Kühlers 20 und der Brennkraftmaschine 10 angeordnet, wie oben beschrieben ist, sodass das Kühlwasser im Wesentlichen gleichzeitig dem Kühler 20 und der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird, was die Dauer zum Fertigstellen des Wassereinfüllens verkürzt. Ferner, da der Strömungspfad R12 mit der in der Schwerkraftrichtung relativ oberen Seite des Einlasstanks 22 verbunden ist, strömt das Kühlwasser durch den gesamten Kühlerblock 21, wenn die Brennkraftmaschine 10 läuft und der Thermostat 30 in dem Öffnungszustand ist. Dies gewährleistet die Wärmeabstrahlung des Kühlwassers.
Zudem wird das Kühlwasser in der vorliegenden Ausführungsform durch den Strömungspfad R12 bzw. den Strömungspfad R3 im Wesentlichen gleichzeitig sowohl dem Einlasstank 22 als auch dem Auslasstank 23 zugeführt. Es ist somit möglich, in einer kurzen Zeitdauer das Kühlwasser in den Kühlerblock 21 einzuleiten.
Als nächstes wird eine Variation beschrieben. 5 ist eine erläuternde schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einer Variation. In der Variation sind den gleichen Konfigurationen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, wie jene der oben beschriebenen Ausführungsform, und redundante Erläuterung wird weggelassen. In einer Kühlvorrichtung 1a ist anstatt des Strömungspfads R3 ein Strömungspfad R3a vorgesehen. Der Strömungspfad R3a verbindet den Auslasstank 23 des Strömungspfads R13 mit dem Thermostat 30. Zudem strömt in diesem Zustand, in dem Öffnungszustand des Thermostats 30, ein Teil des Kühlwassers, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird und durch den Strömungspfad R11 strömt, durch den Strömungspfad R3a und umgeht den Kühler 20. Dies unterbindet das Auftreten des Pendelns des Thermostats 30, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform.
Zur Zeit des Einfüllens des Kühlwassers ist es anders als in der oben beschriebenen Ausführungsform schwierig, das Kühlwasser von dem Auslasstank 23 dem Kühlerblock 21 zuzuführen. Es ist jedoch möglich, das Kühlwasser von dem Strömungspfad R12 dem Einlasstank 22 und von dem Strömungspfad R11 der Brennkraftmaschine 10 zuzuführen. Dadurch kann der Kühlwassereinfüllvorgang auch in dieser Variation im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel in einer kurzen Zeitdauer fertiggestellt werden.
In der obigen Ausführungsform und Variation ist die Heizung 70 in dem Strömungspfad R2 angeordnet. Zusätzlich zu der Heizung 70 kann jedoch eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlwasser und dem Abgas in dem Strömungspfad R2 in der Nähe des Abgaskanals der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen sein. Eine solche Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung erwärmt die Brennkraftmaschine 10 zur Zeit eines Kaltstarts schnell. In diesem Fall ist es zum Beispiel vorstellbar, die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung parallel zu der Heizung 70 vorzusehen. Eine solche Kühlvorrichtung, die mit der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung versehen ist, benötigt eine große Menge des Kühlwassers. Somit ist eine Konfiguration, die geeignet ist, den Wassereinfüllvorgang wie in der vorliegenden Ausführungsform in einer kurzen Zeitdauer fertigzustellen, für eine solche Kühlvorrichtung geeignet. Ferner kann neben der Heizung 70 und der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ein weiterer Wärmetauscher in dem Strömungspfad R2 vorgesehen sein.
Zudem kann in der vorliegenden Ausführungsform und der Variation der Kühler 20x eingesetzt werden, der in dem Vergleichsbeispiel dargestellt ist. Das heißt, dass der Kühler 20x, in welchem der Einfüllabschnitt 24x in dem Einlasstank 22 vorgesehen ist, anstatt des oben beschriebenen Kühlers 20 eingesetzt werden kann. Auch in diesem Fall gibt es keinen Bedarf, den Einfüllabschnitt 24x zu verwenden, da das Kühlwasser von dem Einfüllabschnitt 50 eingefüllt werden kann. Dies gestattet, das Auftreten des Pendelns des Thermostats 30 zu unterbinden, während der Kühler 20x der einfach abgedichteten Bauart eingesetzt wird, was im Preis günstig ist.
Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung variiert oder geändert werden, so wie sie beansprucht ist.

Claims

Kühlvorrichtung (1, 1a) einer Brennkraftmaschine (10), mit: einem Kühler (20), der Wärmeabstrahlung von Kühlwasser von der Brennkraftmaschine (10) unterstützt; einem ersten Strömungspfad (R1), der das von der Brennkraftmaschine (10) abgegebene Kühlwasser durch den Kühler (20) zu der Brennkraftmaschine (10) umwälzt; einem zweiten Strömungspfad (R2), der das von der Brennkraftmaschine (10) abgegebene Kühlwasser, ohne durch den Kühler (20) zu strömen, zu der Brennkraftmaschine (10) umwälzt; einem Thermostat (30), der in einem Knotenpunkt der ersten und zweiten Strömungspfade (R1 und R2) eingebaut ist, den ersten Strömungspfad (R1) schließt, wenn eine Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad (R2) niedriger ist als ein Schwellenwert, und den ersten Strömungspfad (R1) öffnet, wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem zweiten Strömungspfad (R2) gleich oder größer ist als der Schwellenwert; und einem dritten Strömungspfad (R3), der einen Teil des ersten Strömungspfads (R1) zwischen der Brennkraftmaschine (10) und dem Kühler (20) mit einem Teil des ersten Strömungspfads (R1) zwischen dem Kühler (20) und dem Thermostat (30) verbindet.
Kühlvorrichtung (1, 1a) der Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei eine Strömungspfadquerschnittsfläche des dritten Strömungspfads (R3) kleiner ist als die des ersten Strömungspfads (R1).
Kühlvorrichtung (1) der Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühler (20) einen Einlasstank (22), einen Auslasstank (23) und einen Kühlerblock (21) hat, der zwischen dem Einlasstank (22) und dem Auslasstank (23) positioniert ist, und den Einlasstank (22) mit dem Auslasstank (23) verbindet, wobei der erste Strömungspfad (R1) mit dem Einlasstank (22) verbunden ist und der dritte Strömungspfad (R3) durch den Auslasstank (23) mit dem Teil des ersten Strömungspfads (R1) verbunden ist, der zwischen dem Kühler (20) und dem Thermostat (30) positioniert ist.
Kühlvorrichtung (1, 1a) der Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einem Einfüllabschnitt (50), der zwischen der Brennkraftmaschine (10) und dem Kühler (20) in einem Abschnitt vorgesehen ist, wo die ersten und dritten Strömungspfade (R1 und R3) miteinander verbunden sind, und der in der Lage ist, das Kühlwasser den ersten und dritten Strömungspfaden (R1 und R3) zuzuführen, wobei der Einfüllabschnitt (50) in einer Schwerkraftrichtung oberhalb der Brennkraftmaschine (10) und des Kühlers (20) angeordnet ist.