DE10212672A1 - Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (2), wobei DOLLAR A - in einem ersten Verfahrensschritt bei einem kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Kühlmittelstrom durch das Kurbelgehäuse (3) durch den Kühlmittelregler (6) unterbrochen wird, der Zylinderkopf (4) mit einer Querströmung des Kühlmittels gekühlt wird und DOLLAR A - in einem zweiten Verfahrensschritt mit zunehmender Erwärmung des Kühlmittels im Zylinderkopf das Kühlmittel mittels des Kühlmittelreglers zu einem Getriebeölwärmetauscher (10) geleitet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 3.
- Aus der DE 100 07 241 A1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Kühlwasserkreislaufes einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem im kalten Zustand der Brennkraftmaschine bis zu Erreichen einer vorbestimmten Betriebstemperatur des Kühlwassers nur ein geringer Anteil des Kühlwassers durch den Zylinderkopf geleitet wird. Aus der DE 198 03 884 A1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Kühlung des Zylinderkopfs und des Zylindergehäuses getrennt durch ein gemeinsames Regelventil geregelt werden.
- Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die beim Kaltstart den Zylinderkopf und das Schmieröl der Brennkraftmaschine und eines daran angeflanschten Getriebes schnell und in vorgegebener Reihenfolge aufheizt und gleichzeitig bei betriebswarmer Brennkraftmaschine und Getriebe diese gut kühlt.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 gelöst.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinderkopf, einer Kühlmittelpumpe, einem Kühlmittelregler, einer getrennten Durchströmung des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Verfahrensschritt bei kaltem Zustand der Brennkraftmaschine der Kühlmittelstrom durch das Kurbelgehäuse durch den Kühlmittelregler unterbrochen wird und dass der Zylinderkopf mit einer Querströmung des Kühlmittels gekühlt wird. Dadurch wird bei kalter Brennkraftmaschine nur der Zylinderkopf, d. h. der Bereich unmittelbar um den Brennraum, gekühlt. Dadurch wird ein schnelles Erwärmen der Brennkraftmaschine, des darin enthaltenen Schmieröls und der in diesem Betriebszustand geringen Kühlmittelmenge erreicht. Bei weiterer Erwärmung des Zylinderkopfes, d. h. des Kühlmittels und des Schmieröls im Zylinderkopf, wird in einem zweiten Verfahrensschritt das Kühlmittel mittels des Kühlmittelreglers zu einem Getriebeölwärmetauscher geleitet. Das heiße Kühlmittel aus dem Zylinderkopf wird dadurch abgekühlt und gleichzeitig wird die abgegebene Wärme dazu verwandt das Getriebeöl aufzuwärmen, um dadurch die Reibleistung im Getriebe zu verringern. Bei einer kalten Brennkraftmaschine ist es wichtig, dass der Brennraum schnell auf seine Betriebstemperatur gebracht wird und bei dieser verbleibt und für den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges ist es von Vorteil, wenn die Baugruppen, in denen viel Reibung auftritt, z. B. das Getriebe, bevorzugt mit warmem und damit reibungsminderndem Öl versorgt werden.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 2) wird bei weiterer Erwärmung des Kühlmittels das Kurbelgehäuse in den Kühlkreislauf mit einbezogen. Dies geschieht durch Umschalten des Kühlmittelreglers, wodurch die gesamte Abwärme der Brennkraftmaschine zum Getriebeölwärmetauscher geführt wird.
- In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 3) wird bei weiterer Erwärmung des Kühlmittels ein Kühlmittelkühler in den Kühlkreislauf durch einen Kühlmittelregler temperaturabhängig zugeschaltet. Dadurch ist ein schnelles Aufheizen der wichtigen Stellen der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig wenig Verlusten durch verlorene Abwärme gewährleistet.
- Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens zur Kühlung bei kaltem Betriebszustand (Anspruch 4) zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kurzschlussleitung hauptsächlich oberhalb des Brennraumes erfolgt. Bei einer ausschließlichen Kühlung des Zylinderkopfes ist es von Vorteil, wenn das Kühlmittel nach Durchströmen des Wasserraumes ohne lange Leitungen zu passieren wieder auf die Eintrittseite des Kühlwassers im Zylinderkopf gelangt. Dies ist bei einer Kurzschlussleitung, die unmittelbar um den Brennraum führt, der Fall. Bei einer erfindungsgemäßen Querdurchströmung des Zylinderkopfes ist eine Kurzschlussleitung oberhalb des Brennraumes die kürzeste Variante.
- In einer weiteren Ausgestaltung (Anspruch 5) ist die Kurzschlussleitung im Zylinderkopf integriert, in der Form, dass der Wasserraum des Zylinderkopfes durch eine horizontale Trennwand zweigeteilt ist, und der obere Teil des Wasserraumes als Kurzschlussleitung für das Kühlmittel genutzt wird. Diese Anordnung benötigt keine zusätzlichen Leitungen oberhalb des Zylinderkopfes.
- In einer zusätzlichen Ausgestaltung (Anspruch 6) der Vorrichtung zur Kühlung der Brennkraftmaschine ist der Getriebeölwärmetauscher durch den Kühlmittelregler in den Kühlkreislauf zuschaltbar. Durch die Möglichkeit der Zuschaltung verschiedener Kühlkreislaufabschnitte durch einen Kühlmittelregler ergibt sich ein einfacher Aufbau des Kühlkreislaufs und eine einfache Ansteuerung des Reglers.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 7) ist der Kühlmittelraum des Kurbelgehäuses horizontal zweigeteilt. Bei einer Zweiteilung des Kühlmittelraumes im Kurbelgehäuse ist es vorteilhaft den oberen Teil des Kühlmittelraumes mit dem Kühlmittelraum im Zylinderkopf zu verbinden und auf diese Art nur den Brennraum zu kühlen, beziehungsweise einen Wärmeaustausch zwischen dem Getriebe und dem Zylinderkopf vorzusehen.
- In einer weiteren förderlichen Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 8) sind die beiden Kühlmittelräume getrennt zum Kühlwasserkreislauf zuschaltbar. Erst bei hohen Betriebstemperaturen wird der untere Kühlmittelraum, der sich von einer Trennlinie nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens bis ungefähr zu dem unteren Totpunkt des Kolbens erstreckt, dem Kühlkreislauf zugeschaltet. Eine Zweiteilung des Kurbelgehäuses bietet den Vorteil, dass im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens (dies entspricht ungefähr dem Hauptanteil der Wärmefreisetzung im Brennraum) das Kurbelgehäuse noch gekühlt werden kann, was bei einer Trennung der Kühlmittelräume des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses durch zum Beispiel die Zylinderkopfdichtung nicht der Fall wäre.
- In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 9) ist das Zuschalten der Kühlmittelräume im Kurbelgehäuse und das Zuschalten des Getriebeölkühlers durch einen gemeinsamen Kühlmittelregler regelbar. Durch die Möglichkeit der Zuschaltung verschiedener Kühlkreislaufabschnitte durch einen einzigen Kühlmittelregler ergibt sich ein einfacher Aufbau des Kühlkreislaufs und eine einfache Ansteuerung des Reglers.
- Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine und
- Fig. 2 einen Querschnitt durch eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine.
- In Fig. 1 ist ein Kühlkreislauf 1 einer Brennkraftmaschine 2 gezeigt. Die Brennkraftmaschine 2 besteht aus einem Kurbelgehäuse 3, einem Zylinderkopf 4, einer Kühlmittelpumpe 5 und einem Kühlmittelregler 6, bestehend aus den Kühlmittelreglern 6a, 6b und 6c. Das Kurbelgehäuse 3 weist einen oberen Kühlmittelraum 7, der mit dem Kühlmittelraum 8 des Zylinderkopfes 4 verbunden ist, und einen unteren Kühlmittelraum 9 auf. Weiterhin gehören zum Kühlkreislauf 1 ein Getriebeölwärmetauscher 10 mit einem nicht gezeigten Rückfluss zur Kühlmittelpumpe 5 und ein Fahrzeugkühler 11. Das Kühlmittel wird von der Kühlmittelpumpe 5 über eine Kurzschlussleitung 12 zum Kühlmittelregler 6 gepumpt. In einem kalten Betriebszustand mit kaltem Kühlmittel wird das Kühlmittel vom Kühlmittelregler 6a über den Kühlmittelregler 6b und den Kühlmittelregler 6c in den Kühlmittelraum 8 des Zylinderkopfes 4 geleitet. Nach Verlassen des Zylinderkopfes 4 fließt das Kühlmittel zurück zur Kühlmittelpumpe 5. Bei extrem niedrigen Kühlmitteltemperaturen im Zylinderkopf 4, d. h. unterhalb eines festgelegten Minimalwertes, ist die Kühlmittelpumpe 5 ausgeschaltet.
- In einem Betriebszustand mit warmem Kühlmittel, aber noch bei kalter Brennkraftmaschine 2 wird ein Teilstrom des Kühlmittels vom Kühlmittelregler 6a zum Getriebeölwärmetauscher 10 geleitet und von dort zurück zur Kühlmittelpumpe 5. Der andere Teilstrom des Kühlmittels strömt weiterhin über den Kühlmittelregler 6b und den Kühlmittelregler 6c in den Kühlmittelraum 8 des Zylinderkopfes 4.
- Bei weiterer Erwärmung der Brennkraftmaschine 2, d. h. heißes Kühlmittel, aber noch nicht betriebswarme Brennkraftmaschine wird ein Teilstrom des Kühlmittels am Kühlmittelregler 6c abgezweigt und in den unteren Kühlmittelraum 9 im Kurbelgehäuse 3 geleitet.
- Erst bei vollständig betriebswarmer Brennkraftmaschine 2 öffnet der Kühlmittelregler 6b die Verbindung zum Fahrzeugkühler 11und schließt gleichzeitig die direkte Verbindung zum Kühlmittelregler 6c. Dadurch fließt das Kühlmittel vom Kühlmittelregler 6a über Kühlmittelregler 6b und den Fahrzeugkühler 11 zum Kühlmittelregler 6c. Dort wird der Kühlmittelstrom zwischen dem Kühlmittelraum 8 des Zylinderkopfes und dem Kühlmittelraum 9 des Kurbelgehäuses 3 aufgeteilt. Die Aufteilung kann hierbei auch in Abhängigkeit von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert werden. Eine Durchströmung des Getriebeölwärmetauschers 10 kann zu allen Betriebszuständen stattfinden, bei kaltem Getriebeöl zum Anwärmen, bei heißem Getriebeöl zum Kühlen.
- Durch zum Beispiel einen Drehschieberthermostaten lassen sich die Funktionen und Schaltmöglichkeiten der Kühlmittelregler 6a, 6b und 6c in ein Gehäuse mit einer Ansteuerung vereinigen.
- In der Fig. 2 zeigt eine Brennkraftmaschine 2 mit einem Kurbelgehäuse 3, einem Zylinderkopf 4, einer Kühlmittelpumpe 5 und einem Fahrzeugkühler 11. Die Kühlmittelpumpe 5 fördert Kühlmittel über einen Kühlmittelregler 6c in das Kurbelgehäuse 3. Je nach der temperaturabhängigen Stellung des Kühlmittelreglers 6c wird das Kühlmittel nur in den oberen Kühlmittelraum 7 des Kurbelgehäuses 3 und den Kühlmittelraum 8 des Zylinderkopfes 4 oder noch zusätzlich in den unteren Kühlmittelraum 9 des Kurbelgehäuses 3 geleitet. Bei heißem Kühlmittel und hoher Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 2 wird der untere Kühlmittelraum 9 des Kurbelgehäuses 3 mitgekühlt.
- Nach Passieren der zu kühlenden Stellen strömt das Kühlmittel innerhalb des Zylinderkopfes 4 in einen zweiten Kühlmittelraum 13, der durch eine Wand 14 vom Kühlmittelraum 8 abgetrennt ist, quer durch den Zylinderkopf bis zum Kühlmittelregler 6d. Der Kühlmittelregler 6d wird ebenfalls temperaturabhängig geregelt:
- - bei kaltem Kühlmittel wird das Kühlmittel direkt zur Kühlmittelpumpe 5 geleitet,
- - bei warmem Kühlmittel, aber noch kaltem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 2 wird das Kühlmittel zu einem Getriebeölkühler 10 und von dort zurück zur Kühlmittelpumpe 5 geleitet und
- - bei heißem Kühlmittel und bei heißer Brennkraftmaschine 2 wird das Kühlmittel zum Fahrzeugkühler 11 geleitet.
- Die Funktion des Kühlmittelreglers 6d ist am einfachsten durch leinen elektrisch angesteuerten Drehschieberthermostat zu erreichen. Die Aufteilung kann hierbei auch in Abhängigkeit von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine gesteuert werden.
- Eine Durchströmung des Getriebeölwärmetauschers 10 kann zu allen Betriebszuständen stattfinden, bei kaltem Getriebeöl zum Anwärmen, bei heißem Getriebeöl zum Kühlen.
- Eine Anordnung nach Fig. 2 erfordert einen aufwändigen Zylinderkopf 4, aber bietet Vorteile bei der Rückströmung des Kühlmittels zur Kühlmittelpumpe 5, nämlich keine zusätzliche externe Leitung, wenig Kühlmittel im Umlauf und nur auf einer Seite der Brennkraftmaschine 2 befinden sich Kühlmitteleinrichtungen (Pumpe, Leitung, Regler).
Claims (9)
1. Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten
Brennkraftmaschine (2) bestehend aus:
einem Kurbelgehäuse (3),
einem Zylinderkopf (4),
einer Kühlmittelpumpe (5),
einem Kühlmittelregler (6) und
einer getrennten Durchströmung des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses,
dadurch gekennzeichnet,
in einem ersten Verfahrensschritt bei einem kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Kühlmittelstrom durch das Kurbelgehäuse durch den Kühlmittelregler unterbrochen wird, der Zylinderkopf mit einer Querströmung des Kühlmittels gekühlt wird und
und in einem zweiten Verfahrensschritt mit zunehmender Erwärmung des Kühlmittels im Zylinderkopf das Kühlmittel mittels des Kühlmittelreglers zu einem Getriebeölwärmetauscher (10) geleitet wird.
einem Kurbelgehäuse (3),
einem Zylinderkopf (4),
einer Kühlmittelpumpe (5),
einem Kühlmittelregler (6) und
einer getrennten Durchströmung des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses,
dadurch gekennzeichnet,
in einem ersten Verfahrensschritt bei einem kalten Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Kühlmittelstrom durch das Kurbelgehäuse durch den Kühlmittelregler unterbrochen wird, der Zylinderkopf mit einer Querströmung des Kühlmittels gekühlt wird und
und in einem zweiten Verfahrensschritt mit zunehmender Erwärmung des Kühlmittels im Zylinderkopf das Kühlmittel mittels des Kühlmittelreglers zu einem Getriebeölwärmetauscher (10) geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit weiterer Erwärmung des Kühlmittels das Kurbelgehäuse
(3) in den Kühlkreislauf (1) zugeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kühlmittelkühler (11) in den Kühlkreislauf (1)
zugeschaltet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb
einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (2) nach
Anspruch 1, 2 oder 3 bestehend aus:
einem Kurbelgehäuse (3),
einem Zylinderkopf (4),
einer Kühlmittelpumpe (5),
einem Kühlmittelregler (6),
einer getrennten Durchströmung des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses und
einer Kurzschlussleitung (12) im Kühlmittelrücklauf und einer Kühlmittelleitung zu einem Getriebeölwärmetauscher (10)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurzschlussleitung (12) hauptsächlich oberhalb des Brennraumes verläuft.
einem Kurbelgehäuse (3),
einem Zylinderkopf (4),
einer Kühlmittelpumpe (5),
einem Kühlmittelregler (6),
einer getrennten Durchströmung des Zylinderkopfes und des Kurbelgehäuses und
einer Kurzschlussleitung (12) im Kühlmittelrücklauf und einer Kühlmittelleitung zu einem Getriebeölwärmetauscher (10)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurzschlussleitung (12) hauptsächlich oberhalb des Brennraumes verläuft.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitung des Kühlmittelrücklaufs durch einen oberen
Teil (13) eines horizontal geteilten Wasserraumes im
Zylinderkopf gebildet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Getriebeölwärmetauscher (10) durch den
Kühlmittelregler (6d) in den Kühlmittelkreislauf (1) zuschaltbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlmittelraum des Kurbelgehäuses (3) horizontal
zweigeteilt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Kühlmittelräume des Kurbelgehäuse (3) getrennt
zum Kühlwasserkreislauf (1) zuschaltbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuschaltung des Kühlkreislaufes (1) zum
Getriebeölkühler (10) und zu den Kühlmittelräumen des Kurbelgehäuses (3)
durch einen gemeinsamen Kühlmittelregler (6) regelbar ist.
Priority Applications (1)
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DE10212672A DE10212672A1 (de) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
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DE10212672A DE10212672A1 (de) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=27798024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10212672A Withdrawn DE10212672A1 (de) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | Verfahren zum Betrieb einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine |
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