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Die Erfindung betrifft eine Kühlkreislaufanordnung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Eine Verbrennungskraftmaschine umfasst regelmäßig einen oder mehrere Kühlkreisläufe als Kühlkreislaufanordnung, z. B. einen Hochtemperaturkreislauf (hohe Wärmeabgabekapazität) und einen Niedertemperaturkreislauf (geringere Wärmeabgabekapazität). In jedem Kühlkreislauf ist zumindest eine Pumpe angeordnet.
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Der Hochtemperaturkreislauf ist zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, z. B. eines Abgaskrümmers. Ein Niedertemperaturkreislauf ist z. B. zur Kühlung eines Ladeluftkühlers vorgesehen und wird im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine regelmäßig auf einem niedrigeren Temperaturniveau betrieben als der Hochtemperaturkreislauf.
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Bei modernen Otto-Motoren wird die Temperatur des Abgases aus Bauteilschutzgründen über einen im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine integrierten, über ein Kühlfluid gekühlten Abgaskrümmer abgesenkt. Nach Abstellen der heißen Verbrennungskraftmaschine (Nachheizen) kann es durch die hohe Restwärme in diesem Bauteil zu Siedeerscheinungen des Kühlfluids kommen, wodurch das Kühlfluid geschädigt werden kann. Aktuell gibt es keine Möglichkeit, ohne eine zusätzliche elektrisch betriebene Pumpe das Kühlfluid nach Motor-Aus, also bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine, umzuwälzen und dadurch das Sieden zu vermeiden. Eine bereits verbaute elektrisch betriebene Pumpe dient z. B. zur Ladeluftkühlung und ist in einem separaten Kühlkreislauf eingebunden.
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Es ist bekannt, eine zusätzliche, elektrisch betriebene, Pumpe zum Umwälzen des Kühlfluids nach Motor-Aus einzusetzen. Dabei entstehen jedoch Mehrkosten und zusätzlicher Aufwand durch Einbindung der zweiten Pumpe.
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Weiter ist bekannt, durch eine zusätzliche Steigerung der Kühlleistung das Temperaturniveau in der Verbrennungskraftmaschine soweit abzusenken, dass nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine kein Sieden entsteht. Hier wird das Temperaturniveau im Fahrbetrieb unnötig niedrig ausgelegt, um einen Puffer für das Nachheizen zu realisieren. Damit entstehen Mehrkosten.
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In der
DE 10 2013 209 045 A1 wird ein Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug beschrieben. Das Kühlsystem umfasst ein Niedertemperatur-Kühlkreislauf und einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf. Es wird vorgeschlagen die Kühlkreisläufe für einen Wärmeaustausch zu koppeln.
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Aus der
DE 20 2017 100 590 U1 ist ein System zur Wärmerückgewinnung und Ladeluftverdichtung bekannt. Über die Abwärme des Motors soll eine Expansionsvorrichtung betrieben werden, in der ein erstes Fluid erwärmt wird und expandiert, so dass die Abwärme in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Der zugehörige erste Fluidkreislauf ist mit einem zweiten Fluidkreislauf, z. B. einem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine thermisch gekoppelt.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis, vorhandene Anordnungen von Verbrennungskraftmaschinen und Kühlkreisläufen hinsichtlich des Wirkungsgrades und/oder Schadstoffemissionen zu verbessern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Kühlkreislaufanordnung einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen werden, mit der ein Sieden des Kühlfluids infolge eines Nachheizens der Verbrennungskraftmaschine verhindert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Kühlkreislaufanordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird eine Kühlkreislaufanordnung einer Verbrennungskraftmaschine (insbesondere eines Otto-Motors) vorgeschlagen, zumindest umfassend einen ersten Kühlkreislauf (z. B. ein Hochtemperaturkreislauf) und einen zweiten Kühlkreislauf (z. B. ein Niedertemperaturkreislauf), einen im ersten Kühlkreislauf angeordneten ersten Kühler und einen im zweiten Kühlkreislauf angeordneten zweiten Kühler. In dem ersten Kühlkreislauf ist eine erste Pumpe (zum Betreiben des ersten Kühlkreislaufs, also zum Fördern eines Kühlfluids durch den ersten Kühlkreislauf) und in dem zweiten Kühlkreislauf ist eine zweite Pumpe (zum Betreiben des zweiten Kühlkreislaufs, also zum Fördern eines Kühlfluids durch den zweiten Kühlkreislauf) angeordnet. Es ist eine Verbindungsleitung mit einem Ventil zur schaltbaren Verbindung des ersten Kühlkreislaufs und des zweiten Kühlkreislaufs vorgesehen, so dass bei Abschalten der ersten Pumpe und wenn das Ventil in einer geöffneten Stellung vorliegt, der erste Kühlkreislauf ausschließlich durch die zweite Pumpe betreibbar ist.
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Die Kühler werden eingesetzt, um die im Kühlfluid eines Kühlkreislaufs gebundene Wärmeenergie an eine Umgebung (z. B. an Luft, oder über Wärmetauscher an andere Nutzer der Wärmeenergie im Kraftfahrzeug) abzuführen.
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Insbesondere liegt das Ventil (immer) in einer geschlossenen Stellung vor, wenn die erste Pumpe betrieben wird.
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Insbesondere liegt das Ventil (immer) in einer geöffneten Stellung vor, wenn die erste Pumpe abgeschaltet ist. Insbesondere kann ein Kühlfluid ausgehend von dem zweiten Kühlkreislauf dann durch Betreiben der zweiten Pumpe über die Verbindungsleitung in den ersten Kühlkreislauf gefördert werden, so dass ein Kühlfluid, auch bei abgeschalteter erster Pumpe, durch den ersten Kühlkreislauf gefördert werden kann.
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Das kann bedeuten, dass die Kühlkreislaufanordnung so eingerichtet ist, dass jedenfalls oder ggf. auch nur in dem Fall, dass die erste Pumpe deaktiviert wird oder (bereits) ist und zudem das Ventil in der Offen-Stellung ist, Kühlfluid (allein) mittels der zweiten Pumpe (auch) durch den ersten Kühlkreislauf gepumpt werden kann bzw. gepumpt wird.
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Insbesondere ist der erste Kühlkreislauf zum Temperieren eines (in die Verbrennungskraftmaschine integrierten) Abgaskrümmers vorgesehen.
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Insbesondere ist der zweite Kühlkreislauf zum Temperieren eines Ladeluftkühlers vorgesehen.
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Über den Ladeluftkühler wird insbesondere ein z. B. durch einen Verdichter erwärmtes Gas (Luft, Umgebungsluft, ggf. zusammen mit Abgas einer Abgasrückführungsleitung) wieder abgekühlt, so dass aufgrund der bei geringerer Temperatur vorliegenden geringeren Dichte des Gases eine größere Menge Verbrennungsgas in mindestens eine Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine förderbar ist.
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Insbesondere ist die erste Pumpe eine mechanisch angetriebene Pumpe. Mechanisch angetrieben heißt hier insbesondere, dass die erste Pumpe über eine mechanische Komponente z. B. der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, z. B. über eine Nockenwelle und/oder einen Riementrieb.
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Bevorzugt ist die erste Pumpe durch die Verbrennungskraftmaschine antreibbar.
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Eine derartig angetriebene Pumpe wird mit Motor-Aus, also mit Abstellen bzw. bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine, mit abgestellt, so dass eine Förderung des Kühlfluids im ersten Kühlkreislauf gestoppt wird.
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Insbesondere ist die zweite Pumpe eine elektrisch angetriebene Pumpe.
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Insbesondere ist das Ventil in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zwischen nur zwei Stellungen schaltbar, wobei das Ventil bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in einer geschlossenen Stellung und bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine in der geöffneten Stellung vorliegt.
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Z. B. kann das Ventil (nur) mit der Zündung des Kraftfahrzeuges gekoppelt sein (z. B. über die Klemme 15: „Zündung an“). Insbesondere ist das Ventil nicht mit einem Steuergerät des Kraftfahrzeuges verbunden bzw. kann nicht über ein Steuergerät betätigt werden.
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Insbesondere wird so immer, wenn die Zündung ausgeschaltet wird, das Ventil in die geöffnete Stellung geschaltet, so dass der erste Kühlkreislauf dann über die zweite Pumpe betreibbar ist.
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Insbesondere ist das Ventil ein elektrisches Ventil und stufenlos verstellbar. Insbesondere kann so eine regelbare Kopplung des ersten Kühlkreislaufs mit dem zweiten Kühlkreislauf erfolgen.
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Über das Ventil und die Verbindungsleitung kann insbesondere eine schaltbare Verbindung der Kühlkreisläufe erfolgen. Hierdurch kann die im zweiten Kühlkreislauf (Niedertemperaturkreislauf) verbaute elektrische Pumpe im Nachheizen nach Motor-Aus für den ersten Kühlkreislauf (Hochtemperaturkreislauf) und damit zur Kühlung des Zylinderkopfes und des integrierten Abgaskrümmers mit genutzt werden. Zudem bleibt im Fahrbetrieb (Motor-Ein) die Trennung der Kühlkreisläufe erhalten, die zur Umsetzung der verschiedenen Temperaturniveaus notwendig ist.
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Es wird weiter ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und der bereits beschriebenen Kühlkreislaufanordnung vorgeschlagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen durch den ersten Kühlkreislauf kühlbaren Abgaskrümmer und einen durch den zweiten Kühlkreislauf kühlbaren Ladeluftkühler aufweist.
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Die Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere ein Otto-Motor.
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Es wird weiter ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug eine Verbrennungskraftmaschine und die bereits beschriebene Kühlkreislaufanordnung aufweist. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- a) Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (Motor-Ein) und Betreiben zumindest der ersten Pumpe zum Betreiben des ersten Kühlkreislaufs (und zum Fördern des Kühlfluids durch den ersten Kühlkreislauf);
- b) Abschalten der Verbrennungskraftmaschine (Motor-Aus) und (damit auch) der ersten Pumpe; (und unmittelbar danach)
- c) Verbinden des ersten Kühlkreislaufs und des zweiten Kühlkreislaufs über das Ventil und
- d) Betreiben der zweiten Pumpe zum Betreiben zumindest des ersten Kühlkreislaufs (und zum Fördern des Kühlfluids zumindest durch den ersten Kühlkreislauf.
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Insbesondere wird zumindest vor Schritt d) geprüft, ob eine Kühlfluidtemperatur im ersten Kühlkreislauf eine Grenztemperatur erreicht hat und Schritt d) nur bei Erreichen zumindest der Grenztemperatur durchgeführt.
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Ist also ein Sieden des Kühlfluids nicht zu erwarten, ist auch ein Betrieb des ersten Kühlkreislaufs über die zweite Pumpe nicht aufzunehmen bzw. aufrechtzuerhalten.
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Die Ausführungen zu dem Verfahren gelten gleichermaßen für die Kühlkreislaufanordnung und das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: ein Kraftfahrzeug mit einer bekannten Kühlkreislaufanordnung; und
- 2: ein Kraftfahrzeug mit einer Kühlkreislaufanordnung.
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Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2 und einer Kühlkreislaufanordnung 1, wobei die Verbrennungskraftmaschine 2 einen durch den ersten Kühlkreislauf 3 kühlbaren Abgaskrümmer 12 und einen durch den zweiten Kühlkreislauf 4 kühlbaren Ladeluftkühler 13 aufweist. Der erste Kühlkreislauf 3 ist ein Hochtemperaturkreislauf und der zweite Kühlkreislauf 4 ein Niedertemperaturkreislauf. Im ersten Kühlkreislauf 3 ist ein erster Kühler 5 und im zweiten Kühlkreislauf 4 ein zweiter Kühler 6 angeordnet. In dem ersten Kühlkreislauf 3 ist eine erste Pumpe 7 (zum Betreiben des ersten Kühlkreislaufs 3, also zum Fördern eines Kühlfluids durch den ersten Kühlkreislauf 3) und in dem zweiten Kühlkreislauf 4 ist eine zweite Pumpe 8 (zum Betreiben des zweiten Kühlkreislaufs 4, also zum Fördern eines Kühlfluids durch den zweiten Kühlkreislauf 4) angeordnet.
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Nach Abstellen der heißen Verbrennungskraftmaschine 2 (Nachheizen) kann es durch die hohe Restwärme in diesem Bauteil zu Siedeerscheinungen des Kühlfluids kommen, wodurch das Kühlfluid geschädigt werden kann.
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Kühlkreislaufanordnung 2. Auf die Ausführungen zu 1 wird Bezug genommen.
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Im Unterschied zu 1 ist eine Verbindungsleitung 9 mit einem Ventil 10 zur schaltbaren Verbindung des ersten Kühlkreislaufs 3 und des zweiten Kühlkreislaufs 4 vorgesehen, so dass bei Abschalten der ersten Pumpe 7 und wenn das Ventil 10 in einer geöffneten Stellung 11 vorliegt, der erste Kühlkreislauf 3 ausschließlich durch die zweite Pumpe 8 betreibbar ist.
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Die erste Pumpe 7 ist eine mechanisch angetriebene Pumpe, die durch die Verbrennungskraftmaschine 2 angetrieben wird. Die erste Pumpe 7 wird mit Motor-Aus, also mit Abstellen bzw. bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine 2, mit abgestellt, so dass eine Förderung des Kühlfluids im ersten Kühlkreislauf 3 gestoppt wird.
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Die zweite Pumpe 8 ist eine elektrisch angetriebene Pumpe. Das Ventil 10 ist in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 2 zwischen nur zwei Stellungen 11, 14 schaltbar, wobei das Ventil 10 bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 in einer geschlossenen Stellung 14 und bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine 2 in der geöffneten Stellung 11 vorliegt.
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Das Ventil 10 ist nur mit der Zündung des Kraftfahrzeuges 15 gekoppelt (z. B. über die Klemme 15: „Zündung an“), also nicht mit einem Steuergerät des Kraftfahrzeuges 15 verbunden bzw. kann nicht über ein Steuergerät betätigt werden.
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Immer, wenn die Zündung ausgeschaltet wird, wird das Ventil 10 in die geöffnete Stellung 11 geschaltet, so dass der erste Kühlkreislauf 3 dann über die zweite Pumpe 8 betreibbar ist.
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Über das Ventil 10 und die Verbindungsleitung 9 erfolgt eine schaltbare Verbindung der Kühlkreisläufe 3, 4. Hierdurch kann die im zweiten Kühlkreislauf 4 (Niedertemperaturkreislauf) verbaute elektrische zweite Pumpe 8 im Nachheizen nach Motor-Aus für den ersten Kühlkreislauf 3 (Hochtemperaturkreislauf) und damit zur Kühlung des Zylinderkopfes und des integrierten Abgaskrümmers 12 mit genutzt werden. Zudem bleibt im Fahrbetrieb (Motor-Ein) die Trennung der Kühlkreisläufe 3, 4 erhalten, die zur Umsetzung der verschiedenen Temperaturniveaus notwendig ist.
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Über ein Steuergerät 18 kann zumindest vor Schritt d) (ggf. auch früher) geprüft werden, ob eine Kühlfluidtemperatur 16 im ersten Kühlkreislauf 3 eine Grenztemperatur 17 erreicht hat. Schritt d) des Verfahrens, also das Betreiben der zweiten Pumpe 8 zum Betreiben zumindest des ersten Kühlkreislaufs 3 wird nur bei Erreichen und/oder Überschreiten der Grenztemperatur 17 durchgeführt.
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Ist also ein Sieden des Kühlfluids nicht zu erwarten, ist auch ein Betrieb des ersten Kühlkreislaufs 3 über die zweite Pumpe 8 nicht aufzunehmen bzw. aufrechtzuerhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlkreislaufanordnung
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- erster Kühlkreislauf
- 4
- zweiter Kühlkreislauf
- 5
- erster Kühler
- 6
- zweiter Kühler
- 7
- erste Pumpe
- 8
- zweite Pumpe
- 9
- Verbindungsleitung
- 10
- Ventil
- 11
- geöffnete Stellung
- 12
- Abgaskrümmer
- 13
- Ladeluftkühler
- 14
- geschlossene Stellung
- 15
- Kraftfahrzeug
- 16
- Kühlfluidtemperatur
- 17
- Grenztemperatur
- 18
- Steuergerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013209045 A1 [0007]
- DE 202017100590 U1 [0008]
