DE112008003840B4

DE112008003840B4 - Kühlungsvorrichtung, Kühlkreislauf und Kühlungsverfahren für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112008003840B4
Application number: DE112008003840.6T
Authority: DE
Inventors: Ralf Barthel
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2008-05-31
Filing date: 2008-05-31
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2028-06-01
Also published as: WO2009143866A1; DE112008003840A5

Abstract

Kühlungsvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf (11) und einen Motorblock (12) aufweist, mit:• einem Kopfkühlast (14), der ein Kühlmittel im Querstrom durch den Zylinderkopf (11) führt;• einem Blockkühlast (15), der das Kühlmittel im Längsstrom durch den Motorblock (12) führt; und• einem ersten Ventil (16), das in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast (14) freigibt und in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast (14) und den Blockkühlast (15) freigibt; wobei:• das erste Ventil (16) in der ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast (15) sperrt; und• in der zweiten Stellung die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast (14) und dann durch den Blockkühlast (15) erfolgt; und• der Kopfkühlast (14) einen Eingang (23) und einen Ausgang (24) aufweist; und• der Eingang (23) auf der Auslassseite des Zylinderkopfes (11) liegt; und• der Ausgang (24) auf der Einlassseite des Zylinderkopfes (11) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, einen Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors.
Aus der DE 100 21 525 A1 ist eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist. Dieses Dokument beschreibt eine Kühlungsvorrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, die ein Zylinderkopfgehäuse und einen Zylinderblock aufweist. Diese bekannte Kühlungsvorrichtung weist einen Zylinderkopfkühlraum, der ein Kühlmittel im Querstrom durch das Zylinderkopfgehäuse führt, einen Zylinderkühlmantel, der das Kühlmittel im Längsstrom durch den Zylinderblock führt, und einen Thermostaten auf, der in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Zylinderkopfkühlraum freigibt und in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Zylinderkopfkühlraum und den Zylinderkühlmantel freigibt. Sowohl in der ersten als auch zweiten Stellung erfolgt die Kühlmittelströmung parallel durch den Zylinderkopfkühlraum und den Zylinderkühlmantel.
Aus der DE 100 21 525 A1 ist außerdem ein Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor bekannt, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist. Dieser bekannte Kühlkreislauf weist die zuvor beschriebene bekannte Kühlungsvorrichtung, eine Pumpe, einen Kühler und einen Vorlaufstutzen auf. Die Pumpe weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang des Zylinderkopfkühlraumes und dem Eingang des Zylinderkühlmantels verbunden ist. Der Kühler ist über den Rücklaufstutzen und den Thermostaten mit einem Ansaugstutzen der Pumpe verbunden. Der Vorlaufstutzen verbindet den Kühler mit dem Ausgang des Zylinderkopfkühlraumes und dem Ausgang des Zylinderkühlmantels.
Bei dieser bekannten Kühlungsvorrichtung und bei diesem bekannten Kühlkreislauf wird während der Warmlaufphase des Motors die Kühlmittelströmung durch den Kühler gesperrt, so dass das Kühlmittel in einem kleinen Kühlmittelkreislauf von der Pumpe lediglich parallel durch den Zylinderkopfkühlraum und den Zylinderkühlmantel gefördert wird.
Aus der DE 697 07 980 T2 ist eine Kühlvorrichtung bekannt, welche geeignet ist für einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Kühlkopfast, der ein Kühlmittel im Querstrom durch den Zylinderkopf führt. Weiter umfasst ist ein Blockkühlast, der das Kühlmittel im Längsstrom durch den Motorblock führt. Zudem umfasst ist ein erstes Ventil, das in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kühlkopfast freigibt, und in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kühlkopfast und den Blockkühlast freigibt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, einen Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die eine Verkürzung der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, einen Kühlkreislauf gemäß Anspruch 9 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist, wobei die Kühlungsvorrichtung einen Kopfkühlast, einen Blockkühlast und ein erstes Ventil aufweist. Der Kopfkühlast führt ein Kühlmittel im Querstrom durch den Zylinderkopf. Der Blockkühlast führt das Kühlmittel im Längsstrom durch den Motorblock. Das erste Ventil gibt in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast frei und gibt in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast und den Blockkühlast frei. Außerdem sperrt das erste Ventil in der ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast. Weiterhin erfolgt in der zweiten Stellung die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast und dann durch den Blockkühlast. Zudem weist der Kopfkühlast einen Eingang und einen Ausgang auf. Der Eingang liegt auf der Auslassseite des Zylinderkopfes. Der Ausgang liegt auf der Einlassseite des Zylinderkopfes.
Falls in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors das erste Ventil sich in der ersten Stellung befindet, strömt kein Kühlmittel durch den Blockkühlast, so dass sich der Motorblock ungekühlt erwärmen kann. Hierdurch kann die Warmlaufphase im Vergleich zu der aus der DE 100 21 525 A1 bekannten Kühlungsvorrichtung verkürzt werden.
Da der Kopfkühlast und der Blockkühlast getrennt voneinander ausgebildet sind, kann eine bedarfsgerechte und unabhängige Regelung der Kühlung von Zylinderkopf und Motorblock leicht realisiert werden.
Das erste Ventil kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise aufgebaut sein. So kann es beispielsweise als Diskretventil aufgebaut sein, und dann beispielsweise ein 3/2- Wegeventil oder zwei 2/2-Wegeventile umfassen, oder als Stetigventil, und dann beispielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Blockkühlast einen Eingang und einen Ausgang aufweist und der Eingang und der Ausgang an den entgegengesetzten Enden des Motorblockes liegen. Dies ermöglicht eine optimale Führung des Kühlmittels im Längsstrom durch den Motorblock. Bevorzugt liegt der Ausgang des Kopfkühlastes an demselben Ende wie der Eingang des Blockkühlastes. Hierdurch wird eine möglichst kurze Verbindung zwischen dem Ausgang des Kopfkühlastes und dem Eingang des Blockkühlastes ermöglicht.
Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass das erste Ventil zwischen dem Ausgang des Kopfkühlastes und dem Ausgang oder dem Eingang des Blockkühlastes sitzt.
Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass ein Entlüftungsventil mit dem Eingang oder dem Ausgang des Blockkühlastes verbunden ist und auf Höhe des Zylinderkopfes oder höher liegt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, dass das erste Ventil ein Entlüftungsventil umfasst, das auf Höhe des Zylinderkopfes oder höher liegt. Durch die hohe Position des Entlüftungsventils wird eine sichere Entlüftung des Blockkühlastes sowohl bei der Erstbefüllung mit Kühlmittel als auch bei Wartungs und/oder Reparaturarbeiten gewährleistet.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes oder des Motorblockes vorgesehen ist und das erste Ventil die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur kleiner als eine vorgegebene erste Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen zweiten Temperaturschwelle ist. Die erste und zweite Temperaturschwelle können nach Bedarf beliebig gewählt und gleich oder unterschiedlich sein.
In einer ersten Alternative kann das erste Ventil ein Stetigventil, wie beispielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegen. Falls die erste und zweite Temperaturschwelle unterschiedlich sind, so kann das erste Ventil beispielsweise die Übergangsstellungen einnehmen, falls die erfasste Temperatur in dem durch diese beiden Temperaturschwellen definierten Intervall liegt.
In einer zweiten Alternative kann das erste Ventil ein Diskretventil, wie beispielsweise ein 3/2-Wegeventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur derart angesteuert werden, dass es aus der ersten in die zweite Stellung wechselt, sobald die erste oder zweite Temperaturschwelle überschritten wird, und/oder aus der zweiten in die erste Stellung wechselt, sobald die erste oder zweite Temperaturschwelle unterschritten wird.
Die Erfindung schlägt außerdem einen Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor vor, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist, wobei der Kühlkreislauf eine der vorgeschlagenen Kühlungsvorrichtungen, eine Pumpe, einen Kühler und eine Kühlervorlaufleitung aufweist. Die Pumpe weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang des Kopfkühlastes verbunden ist. Der Kühler weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist. Die Kühlervorlaufleitung verbindet den Eingang des Kühlers mit dem Ausgang der Kühlungsvorrichtung.
Die oben stehenden Ausführungen zu der vorgeschlagenen Kühlungsvorrichtung gelten entsprechend auch für den vorgeschlagenen Kühlkreislauf.
Es kann vorgesehen sein, dass ein zweites Ventil in der Kühlervorlaufleitung sitzt und mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist, dass das zweite Ventil in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kühler sperrt und zur Pumpe freigibt und dass das zweite Ventil in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kühler und dann zur Pumpe freigibt. Mithilfe des zweiten Ventils kann also der Kühler nach Bedarf zum Kühlen des aus der Kühlungsvorrichtung herausströmenden erwärmten Kühlmittels zugeschaltet werden.
Das zweite Ventil kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise aufgebaut sein. So kann es beispielsweise als Diskretventil aufgebaut sein, und dann beispielsweise ein 3/2- Wegeventil oder zwei 2/2-Wegeventile umfassen, oder als Stetigventii, und dann beispielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegen.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes oder des Motorblockes vorgesehen ist und dass das zweite Ventil die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur kleiner als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen vierten Temperaturschwelle ist. Hierdurch kann eine bedarfsgerechte Regelung der Kühlung des aus der Kühlungsvorrichtung herausströmenden erwärmten Kühlmittels leicht realisiert werden. So kann beispielsweise der Kühler in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abgeschaltet und erst nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors zugeschaltet werden. Die dritte und vierte Temperaturschwelle können nach Bedarf beliebig gewählt und gleich oder unterschiedlich sein.
In einer ersten Alternative kann das zweite Ventil ein Stetigventil, wie beispielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegen. Falls die dritte und vierte Temperaturschwelle unterschiedlich sind, so kann das zweite Ventil beispielsweise die Übergangsstellungen einnehmen, falls die erfasste Temperatur in dem durch diese beiden Temperaturschwellen definierten Intervall liegt.
In einer zweiten Alternative kann das zweite Ventil ein Diskretventil, wie beispielsweise ein 3/2-Wegeventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur derart angesteuert werden, dass es aus der ersten in die zweite Stellung wechselt, sobald die dritte oder vierte Temperaturschwelle überschritten wird, und/oder aus der zweiten in die erste Stellung wechselt, sobald die dritte oder vierte Temperaturschwelle unterschritten wird.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die dritte und erste Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind und/oder dass die dritte und zweite Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind und/oder dass die vierte und erste Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind und/oder dass die vierte und zweite Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind.
Die Erfindung schlägt darüber hinaus ein Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors vor, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist, wobei eine erste Kühlmittelströmung ständig dem Zylinderkopf zugeführt wird und quer durch den Zylinderkopf erfolgt, wobei in einer ersten Betriebsart eine zweite Kühlmittelströmung durch den Motorblock gesperrt wird und die erste Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird, und wobei in einer zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motorblock erfolgt, von wenigstens einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird.
Die oben stehenden Ausführungen zu der vorgeschlagenen Kühlungsvorrichtung und dem vorgeschlagenen Kühlkreislauf gelten entsprechend auch für das vorgeschlagene Verfahren.
Die erste Betriebsart kann beispielsweise während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors zugeordnet sein, und die zweite Betriebsart kann beispielsweise nach der Warmlaufphase und/oder nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors gewählt werden.
Gemäß einer ersten Alternative kann in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung von der gesamten den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt werden, so dass der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf 0% beträgt beziehungsweise es keinen restlichen, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisenden Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf gibt. Dies kann bevorzugt dadurch erzielt werden, dass eine Abfuhr der ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf gesperrt wird.
Gemäß einer zweiten Alternative kann in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung von einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt werden, welcher Teil weniger als 100%, aber mehr als 0% beträgt. Dies kann bevorzugt dadurch erzielt werden, dass die Abfuhr der ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf im Vergleich zu der ersten Betriebsart gedrosselt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Kühlmittelströmung an einem Ende des Motorblockes in diesen eintritt und an dem entgegengesetzten Ende des Motorblockes diesen verlässt. Bevorzugt verlässt die erste Kühlmittelströmung den Zylinderkopf an dem Ende, an dem die zweite Kühlmittelströmung in den Motorblock eintritt.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelströmung auf der Auslassseite des Zylinderkopfes in diesen eintritt und auf der Einlassseite des Zylinderkopfes diesen verlässt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelströmung auf der Einlassseite des Zylinderkopfes in diesen eintritt und auf der Auslassseite des Zylinderkopfes diesen verlässt. Nach Bedarf kann die erste Kühlmittelströmung an jeder beliebigen Stellung in Längsrichtung des Zylinderkopfes in diesen eintreten und diesen verlassen, bevorzugt an einem Ende des Zylinderkopfes in diesen eintreten und an dem entgegengesetzten Ende des Zylinderkopfes diesen verlassen, oder es kann beispielsweise die erste Kühlmittelströmung in der Mitte des Zylinderkopfes in diesen eintreten und diesen verlassen.
Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass je Zylinder des Verbrennungsmotors zwei Teilkühlmittelströme quer durch den Zylinderkopf geführt werden. Nach Bedarf können aber auch weniger oder mehr Teilkühlmittelströme vorgesehen sein.
Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung von der gesamten den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist wird, und dass in wenigstens einer dritten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motorblock erfolgt, von einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird. Dieser die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten
Kühlmittelströmung kann nach Bedarf beliebig aus dem Bereich größer als 0% und kleiner als 100% gewählt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes und/oder des Motorblockes gewählt wird.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Betriebsarten in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes und/oder des Motorblockes gewählt werden.
Weiter vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen zu weiteren Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Figuren sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Kühlungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors;
2 eine schematische Darstellung der Kühlungsvorrichtung der 1 nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors;
3 eine schematische Darstellung einer Kühlungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors;
4 eine schematische Darstellung der Kühlungsvorrichtung der 3 während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors;
5 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufes in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors;
6 eine schematische Darstellung des Kühlkreislaufes der 5 nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors;
7 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufes in einer zweiten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors; und
8 eine schematische Darstellung des Kühlkreislaufes der 7 nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors.

In den Figuren sind jeweils die durchströmten Pfade durch durchgezogene Linien und die nicht durchströmten Pfade durch gestrichelte Linien dargestellt.
In den 1 und 2 ist eine Kühlungsvorrichtung 10 in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt, der einen Zylinderkopf 11 und einen Motorblock 2 aufweist. Die Kühlungsvorrichtung 10 weist einen Eingang 13, einen Kopfkühlast 14, einen Blockkühlast 15, ein erstes Ventil 16 und einen Ausgang 17 auf.
Der Eingang 13 bildet auch den Eingang des Kopfkühlastes 14, der eine Vorlaufgalerie 18, mehrere Querkanäle 19 und eine Rücklaufgalerie 20 aufweist. Die Vorlaufgalerie 18 und die Rücklaufgalerie 20 verlaufen an den beiden Längsseiten des Zylinderkopfes 11. Die Vorlaufgalerie 18 ist auf der Auslassseite des Zylinderkopfes 11 und die Rücklaufgalerie 20 auf der Einlassseite des Zylinderkopfes 11 angeordnet. Die Querkanäle 19 sind in Längsrichtung zueinander versetzt und verlaufen von der Vorlaufgalerie 18 jeweils zwischen zwei benachbarten, nicht dargestellten Zylindern beziehungsweise den diesen Zylindern jeweils zugeordneten, nicht dargestellten Auslassventilen und Einlassventilen zur Rücklaufgalerie 20 hin.
Der Eingang 13 des Kopfkühlastes 14 liegt an dem in der 1 linken Ende des Zylinderkopfes 11, hingegen liegt der Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 an dem entgegen gesetzten, in der 1 rechten Ende des Zylinderkopfes 11 und ist über eine Verbindungsleitung 22 mit dem Eingang 23 des Blockkühlastes 15 verbunden. Dieser Eingang 23 liegt an dem in der 1 rechten Ende des Motorblockes 12, hingegen liegt der Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 an dem entgegen gesetzten, in der 1 linken Ende des Motorblockes 12. Der Blockkühlast 15 verläuft in Längsrichtung durch den Motorblock 12.
Bei dieser ersten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 sitzt das erste Ventil 16 zwischen dem Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 und dem Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 und weist drei Anschlüsse 25, 26, 27 auf. Es kann wie hier gezeigt ein 3/2- Wegeventil umfassen oder nach Bedarf auf beliebige andere Art und Weise aufgebaut sein und beispielsweise zwei 2/2-Wegeventile oder ein Stetigventil umfassen. Der erste Anschluss 25 ist über eine Umgehungsleitung 28 an den Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 angeschlossen, der zweite Anschluss 26 an den Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 und der dritte Anschluss 27 an den Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10.
Das erste Ventil 16 kann eine erste und eine zweite Stellung einnehmen. In der ersten Stellung, die in der 1 dargestellt ist, gibt es eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast 14 frei, indem der erste Anschluss 25 mit dem dritten Anschluss 27 verbunden ist, und sperrt eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast 15, indem der zweite Anschluss 26 geschlossen ist. In dieser ersten Stellung des ersten Ventils 16 kann also das Kühlmittel vom Eingang 13 der Kühlungsvorrichtung 10 durch den Kopfkühlast 14 und die Umgehungsleitung 28 direkt zum ersten Ventil 16 und von dort zum Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 strömen, nicht jedoch durch den Blockkühlast 15. Somit kann sich der Motorblock 12 beispielsweise in einer Warmlaufphase des Motors sehr schnell aufheizen.
In der zweiten Stellung, die in der 2 dargestellt ist, gibt das erste Ventil 16 eine Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast 14 und dann durch den Blockkühlast 15 frei, indem der erste Anschluss 25 geschlossen und der zweite Anschluss 26 mit dem dritten Anschluss 27 verbunden ist. In dieser zweiten Stellung kann also das Kühlmittel vom Eingang 13 der Kühlungsvorrichtung 10 durch den Kopfkühlast 14 und die Verbindungsleitung 22 zum Blockkühlast 15 und von dort durch das erste Ventil 16 zum Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 strömen. Somit kann also der Motorblock 12 beispielsweise nach einer Warmlaufphase und bei Erreichen einer Betriebstemperatur des Motors gekühlt werden.
Bei dieser ersten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 ist außerdem am Motorblock 12 ein erster Temperatursensor 29 angebracht, der eine Temperatur T6 des Motorblocks 12 erfasst und auf nicht näher dargestellte, durch eine gepunktete Linie angedeutete Art und Weise das erste Ventil 16 ansteuert, beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuereinheit. Diese Ansteuerung des ersten Ventils 16 ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es die erste Stellung einnimmt, falls die vom ersten Temperatursensor 29 erfasste Motorblocktemperatur TB kleiner als eine vorgegebene erste Temperaturschwelle T1 ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die erfasste Motorblocktemperatur TB größer oder gleich einer vorgegebenen zweiten Temperaturschwelle T2 ist. Hier ist Ti = T2 gewählt, so dass das erste Ventil 16 bei T6 < T1 die erste Stellung und bei T1 ≤ TB die zweite Stellung einnimmt.
Bei dieser ersten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 ist darüber hinaus ein Entlüftungsventil 30, das auf Höhe des Zylinderkopfes 11 oder höher liegt, mit dem Eingang 23 des Blockkühlastes 15 verbunden, indem es an die Verbindungsleitung 22 angeschlossen ist. Mit diesem Entlüftungsventil 30 kann der Blockkühlast 15 beispielsweise bei der Erstbefüllung mit Kühlmittel oder bei Wartungs- und Reparaturarbeiten sicher entlüftet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein derartiges Lüftungsventil, das auf Höhe des Zylinderkopfes 11 oder höher liegt, auch mit dem Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 verbunden sein oder kann das erste Ventil 16 ein derartiges Entlüftungsventil umfassen und auf Höhe des Zylinderkopfes 11 oder höher liegen.
In den 3 und 4 ist eine Kühlungsvorrichtung 10 in einer zweiten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt, die der ersten Ausführungsform ähnelt, so dass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden. Bei dieser zweiten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 sitzt das erste Ventil 16 zwischen dem Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 und dem Eingang 23 des Blockkühlastes 15 und somit in der Verbindungsleitung 22. Der erste Anschluss 25 ist über den stromaufwärtigen Teil der Verbindungsleitung 22 mit dem Ausgang 21 verbunden, der zweite Anschluss 26 den stromabwärtigen Teil der Verbindungsleitung 22 mit dem Eingang 23 und der dritte Anschluss 27 über die Umgehungsleitung 28 mit dem Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10. Der Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 ist ebenfalls mit dem Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 verbunden.
Wie bei der ersten Ausführungsform nimmt auch hier das erste Ventil 16 in einer Warmlaufphase des Motors, in der TB < T1 gilt, die erste Stellung und nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors, wenn also T1 ≤ TB gilt, die zweite Stellung ein. In der ersten Stellung, die in der 3 dargestellt ist, gibt es die Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast 14 frei, indem der erste Anschluss 25 mit dem dritten Anschluss 27 verbunden ist, und sperrt die Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast 15, indem der zweite Anschluss 26 geschlossen ist, und in der zweiten Stellung, die in der 4 dargestellt ist, gibt es die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast 14 und dann durch den Blockkühlast 15 frei, indem der dritte Anschluss 27 geschlossen und der erste Anschluss 25 mit dem zweiten Anschluss 26 verbunden ist.
Bei dieser zweiten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 ist außerdem das Entlüftungsventil 30 mit dem Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 verbunden.
In den 5 und 6 ist ein Kühlkreislauf 31 in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt. Die Kühlkreislauf 31 weist die Kühlungsvorrichtung 10 in der ersten Ausführungsform, eine Pumpe 32, einen Kühler 33 und eine Kühlervorlaufleitung 34 auf. Die Pumpe 32 weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang 13 der Kühlungsvorrichtung 10 und somit auch des Kopfkühlastes 14 verbunden ist. Der Kühler 33 weist ebenfalls einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang der Pumpe 32 verbunden ist. Die Kühlervorlaufleitung 34 verbindet den Eingang des Kühlers 33 mit dem Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10.
Bei dieser ersten Ausführungsform des Kühlkreislaufes 31 sitzt ein Thermostatventil 35 in der Kühlervorlaufleitung 34 und ist über eine Kühlerumgehungsleitung 36 mit dem Eingang der Pumpe 32 verbunden. Das Thermostatventil 35 umfasst ein zweites Ventil 37 und einen zweiten Temperatursensor 38, der eine Temperatur T_K des Kühlmittels erfasst und auf nicht näher dargestellte, durch eine gepunktete Linie angedeutete Art und Weise das zweite Ventil 37 ansteuert. Das zweite Ventil 37 weist drei Anschlüsse 39, 40, 41 auf. Es kann wie hier gezeigt ein 3/2-Proportional-Wegeventil umfassen, nach Bedarf aber auch ein anderes Proportionalventil umfassen oder auf beliebige andere Art und Weise aufgebaut sein, beispielsweise als Diskretventil. Der zweite Temperatursensor 38 erfasst die Kühlmitteltemperatur T_K am ersten Anschluss 39. Der erste Anschluss 39 ist an den Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 angeschlossen, der zweite Anschluss 40 über die Kühlervorlaufleitung 34 an den Eingang des Kühlers 33 und der dritte Anschluss 41 über die Kühlerumgehungsleitung 36 an den Eingang der Pumpe 32.
Das zweite Ventil 37 kann eine erste Stellung, eine zweite Stellung sowie Übergangsstellungen zwischen diesen beiden Stellungen einnehmen. In der ersten Stellung, die in der 5 dargestellt ist, sperrt es eine Kühlmittelströmung durch den Kühler 33, indem der zweite Anschluss 40 geschlossen ist, und gibt eine Kühlmittelströmung zur Pumpe 32 frei, indem der erste Anschluss 39 mit dem dritten Anschluss 41 verbunden ist. In dieser ersten Stellung des zweiten Ventils 37 kann also das Kühlmittel vom Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 durch das zweite Ventil 37 und die Kühlerumgehungsleitung 36 direkt zum Eingang der Pumpe 32 strömen, nicht jedoch durch den Kühler 33. Somit können sich der Zylinderkopf 11 und der Motorblock 12 beispielsweise in einer Warmlaufphase des Motors sehr schnell aufheizen.
In der zweiten Stellung, die in der 6 dargestellt ist, gibt das zweite Ventil 37 eine Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kühler 33 und dann zur Pumpe 32 frei, indem der erste Anschluss 39 mit dem dritten Anschluss 41 verbunden und der zweite Anschluss 40 geschlossen ist. In dieser zweiten Stellung kann also das Kühlmittel vom Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 durch das zweite Ventil 37 und den Kühler 33 und von dort zum Eingang der Pumpe 32 strömen, nicht jedoch durch die Kühlerumgehungsleitung 36. Somit können der Zylinderkopf 11 und der Motorblock 12 beispielsweise nach einer Warmlaufphase und bei Erreichen einer Betriebstemperatur des Motors gekühlt werden.
Der zweite Temperatursensor 38 erfasst hier die Kühlmitteltemperatur T_K am ersten Anschluss 39, kann sie nach Bedarf aber auch an einer beliebigen anderen Stelle des Kühlkreislaufes 31 erfassen. Die Ansteuerung des zweiten Ventils 37 ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es die erste Stellung einnimmt, falls die vom zweiten Temperatursensor 38 erfasste Kühlmitteltemperatur T_K kleiner als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle T3 ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die erfasste Kühlmitteltemperatur T« größer oder gleich einer vorgegebenen vierten Temperaturschwelle T4 ist. Hier ist T3 < T4 gewählt, so dass das zweite Ventil 38 bei T_K < T3 die erste Stellung und bei T4 ≤ T_K die zweite Stellung einnimmt. Bei dieser ersten Ausführungsform des Kühlkreislaufes 31 ist zudem noch T1 < T3 gewählt, so dass das erste Ventil 16 bei TB < T1 seine erste Stellung, die in der 5 dargestellt ist, und bei T4 ≤ T8 seine zweite Stellung, die in der 6 dargestellt ist, einnimmt. Das hier als 3/2-Proportional-Wegeventil aufgebaute zweite Ventil 37 nimmt bei T3 < T_K < T4 die nicht dargestellten Übergangsstellungen in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur T_K ein.
In den 7 und 8 ist ein Kühlkreislauf 31 in einer zweiten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt, die der ersten Ausführungsform ähnelt, so dass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden. Der Kühlkreislauf 31 weist hier die Kühlungsvorrichtung 10 in der zweiten Ausführungsform auf. Zudem ist ein Kühlmittelausgleichsbehälter 42 mit dem Eingang der Pumpe 32 verbunden.

Claims

Kühlungsvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf (11) und einen Motorblock (12) aufweist, mit: • einem Kopfkühlast (14), der ein Kühlmittel im Querstrom durch den Zylinderkopf (11) führt; • einem Blockkühlast (15), der das Kühlmittel im Längsstrom durch den Motorblock (12) führt; und • einem ersten Ventil (16), das in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast (14) freigibt und in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast (14) und den Blockkühlast (15) freigibt; wobei: • das erste Ventil (16) in der ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast (15) sperrt; und • in der zweiten Stellung die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast (14) und dann durch den Blockkühlast (15) erfolgt; und • der Kopfkühlast (14) einen Eingang (23) und einen Ausgang (24) aufweist; und • der Eingang (23) auf der Auslassseite des Zylinderkopfes (11) liegt; und • der Ausgang (24) auf der Einlassseite des Zylinderkopfes (11) liegt.
Kühlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei: • der Blockkühlast (15) einen Eingang (13) und einen Ausgang (21) aufweist; und • der Eingang (13) und der Ausgang (21) an den entgegengesetzten Enden des Motorblockes (12) liegen.
Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei: • der Kopfkühlast (14) einen Eingang (23) und einen Ausgang (24) aufweist; und • der Eingang und der Ausgang bezüglich der Längsrichtung des Zylinderkopfes (11) an den entgegengesetzten Enden des Zylinderkopfes (11) liegen.
Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: • der Kopfkühlast (14) einen Eingang (23) und einen Ausgang (24) aufweist; und • der Eingang und/oder der Ausgang bezüglich der Längsrichtung des Zylinderkopfes (11) in der Mitte des Zylinderkopfes (11) liegt.
Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil (16) zwischen dem Ausgang (24) des Kopfkühlastes (14) und dem Ausgang (21) oder dem Eingang (13) des Blockkühlastes (15) sitzt.
Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Entlüftungsventil (30) mit dem Eingang (13) oder dem Ausgang (21) des Blockkühlastes (15) verbunden ist und auf Höhe des Zylinderkopfes (11) oder höher liegt.
Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil (16) ein Entlüftungsventil (30) umfasst, das auf Höhe des Zylinderkopfes (11) oder höher liegt.
Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: • ein Temperatursensor (29) für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes (11) oder des Motorblockes (12) vorgesehen ist; • das erste Ventil (16) die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor (29) erfasste Temperatur kleiner als eine vorgegebene erste Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor (29) erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen zweiten Temperaturschwelle ist.
Kühlkreislauf (31) für einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf (11) und einen Motorblock (12) aufweist, mit: • einer Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; • einer Pumpe (32), die einen Eingang und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingang (13) des Kopfkühlastes (14) verbunden ist; • einem Kühler (33), der einen Eingang und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist; • einer Kühlervorlaufleitung (34), die den Eingang des Kühlers mit dem Ausgang (17) der Kühlungsvorrichtung verbindet.
Kühlkreislauf (31) nach Anspruch 9, wobei: • ein zweites Ventil (35, 36) in der Kühlervorlaufleitung sitzt und mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist; • das zweite Ventil (35, 36) in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kühler sperrt und zur Pumpe freigibt; • das zweite Ventil (35, 36) in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kühler und dann zur Pumpe freigibt.
Kühlkreislauf (31) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei: • ein Temperatursensor (37) für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes (11) oder des Motorblockes (12) vorgesehen ist; • das zweite Ventil (35, 36) die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor (37) erfasste Temperatur kleiner als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor (37) erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen vierten Temperaturschwelle ist.
Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, der einen Zylinderkopf (11) und einen Motorblock (12) aufweist, wobei: • eine erste Kühlmittelströmung ständig dem Zylinderkopf (11) zugeführt wird und quer durch den Zylinderkopf (11) erfolgt; • in einer ersten Betriebsart eine zweite Kühlmittelströmung durch den Motorblock (12) gesperrt wird und die erste Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf (11) abgeführt wird; • in einer zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motorblock (12) erfolgt, von wenigstens einem Teil der den Zylinderkopf (11) verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock (12) abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf (11) verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf (11) abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Kühlmittelströmung an einem Ende des Motorblockes (12) in diesen eintritt und an dem entgegengesetzten Ende des Motorblockes (12) diesen verlässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die erste Kühlmittelströmung auf der Auslassseite des Zylinderkopfes (11) in diesen eintritt und auf der Einlassseite des Zylinderkopfes (11) diesen verlässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die erste Kühlmittelströmung an einem Ende des Zylinderkopfes (11) in diesen eintritt und an dem entgegengesetzten Ende des Zylinderkopfes (11) diesen verlässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die erste Kühlmittelströmung in der Mitte des Zylinderkopfes (11) in diesen eintritt und diesen verlässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei je Zylinder des Verbrennungsmotors zwei Teilkühlmittelströme quer durch den Zylinderkopf (11) geführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei: • in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung von der gesamten den Zylinderkopf (11) verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist wird; • in wenigstens einer dritten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motorblock (12) erfolgt, von einem Teil der den Zylinderkopf (11) verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock (12) abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf (11) verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf (11) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei der die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf (11) verlassenden ersten Kühlmittelströmung in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes (11) und/oder des Motorblockes (12) gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei die Betriebsarten in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes (11) und/oder des Motorblockes (12) gewählt werden.