DE10318744B4

DE10318744B4 - Kühlsystem

Info

Publication number: DE10318744B4
Application number: DE2003118744
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Ganz (FH); Peter Dipl.-Ing. Groß (FH); Jürgen Dr. Trümper
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2023-04-26
Also published as: DE10318744A1

Abstract

Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten Betriebs-Kühlmittelpumpe, die das Kühlmittel zwischen den Kühlkanälen der Brennkraftmaschine und einem Kühler über eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung umwälzt, wobei an der Rücklaufleitung ein Thermostat vorgesehen ist, sowie mit einem elektrisch angetriebenen Kühlerlüfter, der an eine temperatur- und/ oder zeitabhängige Nachlaufsteuerung angeschlossen ist, wobei ferner eine zweite, elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe in das Kühlsystem eingeschaltet ist, welche bei hohen Temperaturen der Brennkraftmaschine einschaltbar ist und das Kühlmittel zwischen Kühler und Brennkraftmaschine oder anderen heißen oder überhitzten Komponenten umwälzt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe (36) saugseitig an den Kühler (16) zwischen der Vorlaufleitung (12) und der Rücklaufleitung (14) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Kühlsystem ist z.B. in der auf die Anmelderin zurückgehenden DE 34 24 580 C1 beschrieben, bei dem in das Kühlsystem eine elektrisch betriebene, zweite Kühlmittelpumpe eingeschaltet ist, die in Verbindung mit einem elektrisch betriebenen Kühlerlüfter in einer temperaturabhängigen Nachlaufsteuerung ein bei Stillstand der Brennkraftmaschine weiteres Kühlen durch Umwälzen des Kühlmittels ermöglicht. Damit kann wirkungsvoll einem sogenannten „Nachheizen" in der Brennkraftmaschine nach vorhergegangener hoher Belastung entgegen gewirkt werden. Insbesondere bei turboaufgeladenen Brennkraftmaschinen hoher spezifischer Leistung können an den flüssigkeitsgekühlten Turboladern schädliche Heißstellen durch diese Nachlaufkühlung vermieden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit dem eine noch wirkungsvollere Nachlaufkühlung erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die weiteren Patentansprüche.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die zweite, elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe saugseitig an den Kühler zwischen der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung in der Art eines Kühlerzwischenabgriffs angeschlossen ist. Durch diese Maßnahme wird im Nachlaufbetrieb der zweiten Kühlmittelpumpe der Kühler effektiv durchströmt, wobei das Kühlmittel sowohl über die Vorlaufleitung als auch über die Rücklaufleitung des Kühlsystems von der Brennkraftmaschine zum Kühler gefördert wird.

Besonders vorteilhaft kann der Kühler U-förmig durchströmt sein, wobei die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung an der einen Seite des Kühlers und die Saugleitung der zweiten Kühlmittelpumpe an der anderen Seite des Kühlers angeschlossen sind. Dies ergibt einen möglichst weiten Abstand im Nachlauf betrieb von den zuströmenden Leitungsanschlüssen am Kühler und dem Anschluss der Saugleitung mit entsprechend wirkungsvoller Nachlaufkühlung. Alternativ dazu werden dieselben Vorteile jedoch auch dadurch erreicht, dass der Kühlerzwischenabgriff zwischen zwei in Reihe geschaltenen I-Kühlern erfolgt.

Ferner kann in der Saugleitung zwischen dem Kühler und der zweiten Kühlmittelpumpe ein elektromagnetisches Absperrventil vorgesehen sein, das nur bei aktivierter Kühlmittelpumpe geöffnet ist. Damit ist sichergestellt, dass bei regulärem Umlauf Kühlsystem über die Saugleitung keine Kurzschlussströmung an Kühlmittel erfolgt. Besonders betriebssicher kann dabei das Absperrventil nur im Nachlaufbetrieb bei z. B. entsprechender Strombeaufschlagung z. B. über ein Nachlaufsteuergerät geöffnet sein.

Die Druckseite der zweiten Kühlmittelpumpe kann mittelbar oder unmittelbar mit einer von der Brennkraftmaschine abgehenden Vorlaufleitung verbunden sein, so dass über diese eine Förderung des Kühlmittels im Nachlaufbetrieb durch die Brennkraftmaschine und den Kühler bewirkt wird.

Besonders vorteilhaft kann bei einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit zumindest einem flüssigkeitsgekühlten Abgasturbolader die Druckleitung der zweiten Kühlmittelpumpe an den Turbolader angeschlossen sein. Daraus resultiert, dass insbesondere der thermisch besonders belastete Abgasturbolader im Nachlaufbetrieb gekühlt wird, wobei dann das Kühlmittel weiter zur Brennkraftmaschine und zum Kühler strömt.

Bevorzugt ist dabei die zweite Kühlmittelpumpe derart in der Rücklaufleitung des Abgasturboladers angeordnet, dass ein Abschnitt der Rücklaufleitung bei aktivierter zweiter Kühlmittelpumpe deren Druckleitung bildet. Daraus resultiert eine umgekehrte Durchströmung des Abgasturboladers und der über das Kühlsystem damit verbundenen Brennkraftmaschine, wodurch besonders vorteilhaft heiße Stellen im Abgasturbolader und in dem zumindest einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vermieden sind.

Schließlich kann in der Rücklaufleitung des Abgasturboladers auf der Saugseite der zweiten Kühlmittelpumpe ein Rückschlagventil vorgesehen sein, das ein Ansaugen von Kühlmittel nur aus der an die Rücklaufleitung angeschlossenen Saugleitung der Kühlmittelpumpe ermöglicht. Damit ist eine Vermischung von heißem Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine bei Nachlaufbetrieb mit dem angesaugten, weniger heißen Kühlmittel aus dem Kühler ausgeschlossen und ein höherer Kühlungswirkungsgrad sichergestellt.

Die Erfindung wurde hier zuletzt am Beispiel eines Einsatzes in Verbindung mit einem Turbolader näher erläutert. Grundsätzlich ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Kühlsystems jedoch auch in Verbindung mit anderen heißen oder überhitzten Komponenten, wie z. B. einem Abgaskrümmer und/oder einer Lichtmaschine und/oder Bremssätteln usw., sehr gut möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
Die anliegende schematische Zeichnung zeigt als Blockschaltbild ein Kühlsystem an einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge mit einer Nachlaufkühlung.
In der Zeichnung ist mit 10 eine flüssigkeitsgekühlte Achtzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, deren Kühlkanäle und Kühlleitungen soweit nicht beschrieben herkömmlicher Bauart sein können.
Das Kühlsystem der Brennkraftmaschine 10 ist über eine Vorlaufleitung 12 und eine Rücklaufleitung 14 mit einem Kühler 16 verbunden. Der Kühler 16 ist U-förmig von dem Kühlmittel durchströmt, wobei wie ersichtlich die höhenversetzt zueinander liegenden Anschlüsse 12a und 14a der Vorlaufleitung 12 und der Rücklaufleitung 14 auf der einen Seite 16a des Kühlers 16 liegen. Von der Vorlaufleitung 12 strömt das Kühlmittel quer durch den Kühler 16 auf die Seite 16b und von dort wieder zurück auf die Seite 16a bzw. zum Anschluss 14a der Rücklaufleitung 14.
Die Rücklaufleitung 14 mündet am anderen Ende in ein Thermostatgehäuse der Brennkraftmaschine 10, mit einem Thermostatventil 18, Das Thermostatventil 18 steuert in bekannter Weise das Kühlmittel, das von der von der Brennkraftmaschine angetriebenen ersten Kühlmittelpumpe 20 umgewälzt wird, über Kurzschlussleitungen (nicht näher dargestellt) nur innerhalb der Brennkraftmaschine und/oder über weitere Leitungen und über die Vorlaufleitung 12 wieder zum Kühler 16 und über die Rücklaufleitung 14 zurück.
An die Leitungen des Kühlsystems sind ferner ein Heizungs-Wärmetauscher 22 und ein Ölkühler 24, sowie ein Kühlflüssigkeits-Ausgleichsbehälter 26 an geschlossen, wobei die Leitungsverlegung in bekannter Weise durchgeführt ist und im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert ist. Die allgemein mit 28 bezeichneten Leitungen des Kühlsystems sind Entlüftungsleitungen.
An dem Kühler 16 sind über nicht dargestellte Luftführungen ein von der Brennkraftmaschine angetriebener Viskolüfter 30 und ein elektrisch angetriebener Lüfter 32 angeordnet, die in bekannter Weise Kühlluft durch die Kühlmittel führenden Rohre des Kühlers 16 fördern.
Zur Nachlaufkühlung der Brennkraftmaschine 10 und zweier an der Brennkraftmaschine 10 angeordneter Abgasturbolader 34 ist eine zweite, elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe 36 vorgesehen, die mittels einer Saugleitung 38 an den Kühler 16 angeschlossen ist. Der Anschluss 38a liegt dabei an der den Anschlüssen 12a und 14a gegenüber liegenden Seite 16b des Kühlers 16 etwa in mittlerer Höhe, wobei in dessen entsprechenden Wasserkasten noch ein Wärmetauscher 40 für die Kühlung eines Getriebeöles für das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe des Kraftfahrzeuges integriert ist.
Die zweite Kühlmittelpumpe 36 ist in einem an das Kühlsystem der Brennkraftmaschine 10 angeschlossenem Kühlkreislauf (gestrichelt gekennzeichnet) angeordnet, der eine zu den beiden Abgasturboladern 34 verzweigte Vorlaufleitung 42 und eine Rücklaufleitung 44 aufweist.
Wie ersichtlich ist, sitzt die Kühlmittelpumpe 36 in der Rücklaufleitung 44, wobei auf der Saugseite der Kühlmittelpumpe 36 in der Rücklaufleitung 44 ein Rückschlagventil 46 eingesetzt ist, das bei aktivierter Kühlmittelpumpe 36 kein Ansaugen von Kühlmittel über den das Rückschlagventil 46 aufweisenden Abschnitt 44a der Rücklaufleitung 44 ermöglicht.
Die Saugleitung 38 der zweiten Kühlmittelpumpe 36 ist wie ersichtlich an die Rücklaufleitung 44 zwischen dem Rückschlagventil 46 und dem Eingang der Kühlmittelpumpe 36 angeschlossen und es ist in der Saugleitung 38 ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil 48 angeordnet, welches im stromlosen Zustand geschlossen ist.
Die Funktion des regulären Kühlsystems der Brennkraftmaschine 10 ist dem Fachmann bekannt und deshalb nicht ausdrücklich beschrieben. Die flüssigkeitsgekühlten Abgasturbolader 34 werden über die Vorlaufleitung 42, über nicht dargestellte, innere Kühlkanäle und die Rücklaufleitung 44 durchströmt bzw. gekühlt. Die in die Rücklaufleitung 44 integrierte Kühlflüssigkeitspumpe 36 und das Rückschlagventil 46 sind in Rücklaufrichtung durchgängig, so dass der Rücklauf über die dargestellten Leitungen und schließlich über die Vorlaufleitung 12 zum Kühler 16 sichergestellt ist.
Ferner ist das Absperrventil 48 in der Saugleitung 38 zur zweiten Kühlmittelpumpe 36 stromlos und somit geschlossen.
Wird die Brennkraftmaschine 10 abgestellt und liegen definierte hohe Temperaturen an der Brennkraftmaschine 10 und an den Abgasturboladern 34 vor (ermittelt z.B. über definierte Temperatursensoren), so wird über ein nicht dargestelltes, elektronisches Steuergerät die Nachlaufkühlung aktiviert.
Dazu wird zunächst der elektrische Lüfter 32 angesteuert und in Betrieb gesetzt.
Gleichzeitig werden die zweite, elektrische Kühlmittelpumpe 36 und das Absperrventil 48 mit Strom aus dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeuges beaufschlagt, wodurch Kühlmittel über die Saugleitung 38 bei geöffnetem Absperrventil 48 angesaugt und über die nunmehr als Druckleitung wirkende Rücklaufleitung 44 durch die Abgasturbolader 34 gefördert wird.
Danach wird das Kühlmittel über die Vorlaufleitung 42 weiter zu den nicht bezeichneten Leitungen des Kühlsystems der Brennkraftmaschine 10 und schließlich über die Vorlaufleitung 12 und die Rücklaufleitung 14 zum Kühler 16 gedrückt, wobei insbesondere auch die Zylinderköpfe (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 10 entsprechend gekühlt werden.
Von der Vorlaufleitung 12 und der Rücklaufleitung 14 des Kühlsystems strömt das Kühlmittel quer durch den Kühler 16 von der einen Seite 16a zu der anderen Seite 16b, wobei dem Kühlmittel durch den Luftstrom des aktivierten Lüfters 32 entsprechend Wärmeenergie entzogen wird.
Auf der Seite 16b wird das herunter gekühlte Kühlmittel wieder über die Saugleitung 38 angesaugt und dem beschriebenen Kreislauf zugeführt.
Diese Nachlaufkühlung wird solange aufrecht erhalten, bis über das Steuergerät der Nachlaufkühlung aufgrund niedrigerer Temperaturen der kritischen Stellen im Kühlsystem der Brennkraftmaschine 10 (insbesondere der Abgas turbolader 34 und/oder in den Zylinderköpfen) die Kühlmittelpumpe 36, das Absperrventil 48 und der Kühlerlüfter 32 wieder deaktiviert werden. Der beschriebenen Temperatursteuerung der Nachlaufkühlung könnte auch eine zeitabhängige Steuerung überlagert sein, um eine zu starke Belastung des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeuges auszuschließen.

Claims

Kühlsystem für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten Betriebs-Kühlmittelpumpe, die das Kühlmittel zwischen den Kühlkanälen der Brennkraftmaschine und einem Kühler über eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung umwälzt, wobei an der Rücklaufleitung ein Thermostat vorgesehen ist, sowie mit einem elektrisch angetriebenen Kühlerlüfter, der an eine temperatur- und/ oder zeitabhängige Nachlaufsteuerung angeschlossen ist, wobei ferner eine zweite, elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe in das Kühlsystem eingeschaltet ist, welche bei hohen Temperaturen der Brennkraftmaschine einschaltbar ist und das Kühlmittel zwischen Kühler und Brennkraftmaschine oder anderen heißen oder überhitzten Komponenten umwälzt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe (36) saugseitig an den Kühler (16) zwischen der Vorlaufleitung (12) und der Rücklaufleitung (14) angeschlossen ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler (16) U-förmig durchströmt ist, wobei die Vorlaufleitung (12) und die Rücklaufleitung (14) an der einen Seite (16a) des Kühlers (16) und die Saugleitung (38) der zweiten Kühlmittelpumpe (36) an der anderen Seite (16b) des Kühlers (16) angeschlossen sind.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerzwischenabgriff zwischen zwei in Reihe geschaltenen I-Kühlern erfolgt.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (38) zwischen dem Kühler (16) und der zweiten Kühlmittelpumpe (36) ein elektromagnetisches Absperrventil (48) vorgesehen ist.
Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelpumpe (36) derart in der Rücklaufleitung (44) des Abgasturboladers (34) angeordnet ist, dass ein Abschnitt der Rücklaufleitung (44) bei aktivierter zweiter Kühlmittelpumpe (36) deren Druckleitung bildet.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (44) des Abgasturboladers (34) auf der Saugseite der zweiten Kühlmittelpumpe (36) ein Rückschlagventil (46) vorgesehen ist, das ein Ansaugen von Kühlmittel nur aus der an die Rücklaufleitung (44) angeschlossenen Saugleitung (38) der Kühlmittelpumpe (36) ermöglicht.
Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (48) nur im Nachkühlbetrieb bei aktivierter Kühlmittelpumpe (36) geöffnet ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckseite der zweiten Kühlmittelpumpe (36) mittelbar oder unmittelbar mit einer von der Brennkraftmaschine (10) abgehenden Vorlaufleitung (12) verbunden ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine (10) mit zumindest einem flüssigkeitsgekühlten Abgasturbolader (34) die Druckseite der zweiten Kühlmittelpumpe (36) an den Abgasturbolader (34) angeschlossen ist.