DE19633190A1 - Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brenn­ kraftmaschine nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.

Aus der DE-OS 25 41 156 ist ein Verfahren zur Aufla­ dung eines Verbrennungsmotores sowie die dazu notwen­ digen Vorrichtungen bekannt. Dabei werden die zurück­ geführten Abgase unter Druck in einen ebenfalls unter Druck stehenden Teil eines Verdichters eingeführt, und zwar an einer Stelle, die in Strömungsrichtung der Laufradbeschaufelung nachgeschaltet ist. Gemäß der zu­ gehörigen Vorrichtung ist in einer Rückführleitung ei­ ne Kühlvorrichtung vorgesehen. Diese soll der Kühlung der Abgase vor ihrer Einführung in den Verdichter die­ nen.

Mit dem dort beschriebenen Verfahren ist jedoch eine Verringerung des Schadstoffausstoßes, insbesondere des NO_x-Ausstoßes, nicht möglich, bzw. es ist an eine sol­ che Verringerung nicht gedacht.

Aus der DE 32 20 832 C2 ist ein Verfahren zur Bestim­ mung der Abgasrückführrate bei Dieselmotoren bekannt, wobei ein Sollwert der Abgasrückführrate verglichen wird mit einem auf den Brennkraftmaschinenzustand be­ zogenen Ist-Wert. Die Abgastemperatur wird als Maß für den Lastzustand der Brennkraftmaschine erfaßt und zur Regelung der Abgasrückführrate bei sich änderndem Sollwert ausgewertet. Dabei ist auch eine Temperatur­ meßstelle zur Ermittlung dieses Lastzustandes vorge­ sehen.

Dieses Verfahren ist jedoch sehr kompliziert und weist vor allem sehr viele zusätzliche Teile wie Sensoren und elektrische Schaltkreise auf. Des weiteren ist es zur Reduzierung des NO_x-Ausstoßes nicht geeignet.

In der DE 41 14 704 C1 ist ein Kühlsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine zur zweistufigen Ab­ kühlung der von einem Abgasturbolader komprimierten Ladeluft beschrieben. Dabei ist vorgesehen, daß ein in einem Nebenzweig benötigtes Kühlmittel von einem einen Hochtemperaturrückkühler verlassenden Kühlmittelstrom abgezweigt wird, und daß das durch die Brennkraftma­ schine strömende Kühlmittel anschließend dem Hochtem­ peraturrückkühler zuströmt.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß dieses Kühlsystem zum einen sehr kompliziert aufgebaut ist und zum anderen zur Verringerung des Schadstoffausstoßes nicht bei­ trägt.

Gemäß dem Stand der Technik ist bei Dieselmotoren der Ausstoß von NO_x-Partikeln noch immer sehr hoch. Zur Behebung dieses Problemes gab es die verschiedensten Lösungsversuche. So werden Dieselmotoren versuchssei­ tig mit DENO_x-Katalysatoren ausgerüstet. Dies ist jedoch im Hinblick auf die Reduzierung der NO_x-Emis­ sion keine ausreichende und zudem relativ kostenin­ tensive Lösung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Schadstoffausstoß, insbesondere den NO_x-Ausstoß einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotores zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verbinden einer Kühlein­ richtung mit dem Motorkühlkreislauf über eine Abzweig­ leitung und eine Rückleitung wird eine Integration ei­ ner Kühleinrichtung in den Motorkühlkreislauf er­ reicht. Dadurch wird ein Kühlsystem geschaffen, wel­ ches es ermöglicht, die NO_x- und Partikelkonzentration zu reduzieren. Bei einer entsprechenden Anordnung - z. B. im Heizwasservorlauf - kann die Abwärme des Abgases zur Heizung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden, was insbesondere bei modernen DE-Dieselmoto­ ren, die nur noch relativ wenig Überschußwärme frei­ setzen, von Vorteil ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispielen:

Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit elektri­ schen Ventilen in einer ersten Ausführungs­ form;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit einer elektrischen Umwälzpumpe in einer zweiten Ausführungsform; und

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit Ventilen und einer elektrischen Umwälzpumpe in einer dritten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 wird von einem Fahrzeugkühler 1 aus über elektrische Ventile 2 und 3 eine regelbare Aufteilung des flüssigen Kühlstromes auf eine Brennkraftmaschine 4 und eine Kühleinrichtung 5, die einen Abgasrückführ­ kühler darstellt, vorgenommen. Das Ventil 2 befindet sich in einer Kühlmittelzuleitung 6 des Motorkreislau­ fes, die zur Brennkraftmaschine 4 führt. Das Ventil 3 liegt in einer zu der Kühleinrichtung 5 führenden Abzweigleitung 7.

Über die Ventile 2 und 3 läßt sich das Kennfeld bezüg­ lich der Wirksamkeit der Kühleinrichtung 5 regeln. Über eine Rückleitung 8 von der Kühleinrichtung 5 wird dem Motorkühlkreislauf der Brennkraftmaschine 4 Wärme zugeführt, was insbesondere in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 4 von Vorteil ist. Über ein gere­ geltes Abgasrückführventil 9 wird der Brennkraftma­ schine 4 Frischluft zugeführt. Das Abgasrückführventil 9 ist Kennfeld-gesteuert und richtet sich nach der Ab­ gasrückführ-Verträglichkeit der Auslegung der Brenn­ kraftmaschine 4.

Die Frischluftzufuhr erfolgt in bekannter Weise über eine Frischluftzufuhrleitung 10, in der ein Luftmas­ senmesser 11, der Verdichter eines Abgasturboladers 12 und ein Ladeluftkühler 13 angeordnet sind.

Durch die Kühlung mit dem Abgasrückführkühler 5 kann dem Frischluftstromkreis für die Brennkraftmaschine 4 mehr Ladungsmasse zugeführt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß von einer Abgasleitung 14 vor der Turbi­ ne des Abgasturboladers 12 eine Abgasrückführleitung 15 zu der Kühleinrichtung 5 geführt und nach einer entsprechenden Kühlung in der Kühleinrichtung 5 an dem Abgasrückführventil 9 der Frischluftzufuhrleitung 10 beigemischt wird. Für die Regelung des Abgasturbo­ laders 12 ist in bekannter Weise ein Stellglied 16 vorgesehen.

Des weiteren befinden sich im Kühlkreislauf noch eine Temperaturmeßstelle 17 und eine Druckmeßstelle 18 so­ wie eine Rückführleitung 19.

In Fig. 2 ist ein abgekoppelter Kreislauf für die Kühleinrichtung 5 mit einer eigenen elektrischen Um­ wälzpumpe 20 dargestellt. Weiterhin befinden sich im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 4 noch die in Fig. 1 gezeigten Bauteile, die deshalb auch in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Ven­ tile 2 und 3 aus Fig. 1 sind bei dieser Ausführungs­ form somit durch die Umwälzpumpe 20 ersetzt.

Falls ein sich im Motorkühlkreislauf der Brennkraft­ maschine 4 befindliches Thermostatventil 21 geschlos­ sen ist, was z. B. in der Warmlaufphase der Fall sein kann, können über den daraus resultierenden internen Kreislauf über die elektrische Umwälzpumpe 20 maximale Abkühlungsraten erzielt werden.

Weil von der Brennkraftmaschine 4 keine Wärme anfällt und der Motorkühlkreislauf zur Rückführleitung 19 zum Fahrzeugkühler 1 geschlossen ist, fließt der Motor­ kühlkreislauf nur über die Abzweigleitung 7 zu der Kühleinrichtung 5 und von dort aus zurück über die Rückleitung 8 direkt zum Eingangsbereich des Fahrzeug­ kühlers 1. Dieser Kreislauf wird solange geführt, bis das Thermostatventil 21 öffnet. Der Frischluftkreis­ lauf für die Brennkraftmaschine 4 und die Abgasrück­ führung erfolgen gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1.

Ziel dieses Ausführungsbeispieles ist eine maximale Abkühlungsrate während der Warmlaufphase. Wenn das Thermostatventil 21 öffnet, ist ein Mischbetrieb mög­ lich, ebenso ist jedoch auch eine Regelung der elek­ trischen Umwälzpumpe 20 möglich. Dies ist vom je­ weiligen Anwendungsfall abhängig.

Fig. 3 weist eine besondere Form des Fahrzeugkühlers 1 auf. Dieser ist dabei nämlich in Bereiche 1a und 1b zweigeteilt.

Durch ein Abschaltventil 22 läßt sich zusammen mit ei­ nem Umschaltventil 23 eine völlige Trennung der beiden Kreisläufe, nämlich des Motorkühlkreislaufes und des Kühlkreislaufes der Kühleinrichtung 5, erreichen. Zur Optimierung ist jedoch auch eine sinnvolle Verknüpfung möglich. Der Grund dafür ist, daß man damit eine Un­ terschreitung der Versottungstemperatur vermeiden kann.

Ist das Thermostatventil 21 geschlossen, so erfolgt der motorseitige Kühlkreislauf von dem Kühlerbereich 1a über das Abschaltventil 22 in die Rückleitung 8 des Kühlkreislaufes der Kühleinrichtung 5 und damit in den Kühlerbereich 1b. Bei dieser Verfahrensweise sind die beiden Kühlerbereiche 1a und 1b in Reihe geschaltet. Nach Durchgang durch den Kühlerbereich 1b wird dem Motor über eine Leitung 24 und das Umschaltventil 23 gekühltes Wasser zugeführt. Auf diese Weise erhält man einen in die Kühlerbereiche 1a und 1b geteilten Fahr­ zeugkühler 1, wodurch man entsprechend dem Kühlungs­ bedarf die beiden Kühlerbereiche 1a und 1b sinnvoll kombinieren kann. Der Kühlerbereich 1b kann dabei an jeder beliebigen Stelle des Fahrzeuges liegen.

Auch bei dieser Ausführungsform entsprechen der Kühl­ luft- und der Abgaskreislauf den in Fig. 1 dargestell­ ten Kreisläufen.

Es besteht auch die Möglichkeit der Nachrüstung, da die Fahrzeugkühlerauslegung mit der Erfindung nicht geändert werden muß. Eine Abgasrückführung ist nämlich nicht im Auslegungspunkt des Kühlers, d. h. Vollastbe­ trieb und niedrige Geschwindigkeit, wirksam. Die Ab­ gasrückführkühlung wird vielmehr nur wirksam im Teil­ lastbereich bzw. in einem Bereich zwischen der Leer­ laufdrehzahl und 3/4-Nennleistungsdrehzahl, d. h. bei Motorlasten zwischen Nullast und 75% der Maximallast.

Claims (7)

1. Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine, insbeson­ dere für einen Dieselmotor, mit einem Motorkühl­ kreislauf, der einen Motorkühler aufweist, mit ei­ ner zu der Brennkraftmaschine führenden Frischluft­ leitung in der ein Abgasturbolader angeordnet ist, und mit einer Abgasrückführleitung, in der eine Kühleinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (5) in den Motorkühlkreislauf integriert ist, wobei die Kühleinrichtung (5) über wenigstens eine Abzweigleitung (7) und eine Rück­ leitung (8) mit Leitungen (6, 19) des Motorkühl­ kreislaufes verbunden ist und wobei die Abgasrück­ führleitung (15) nach Durchgang durch die Kühlein­ richtung (5) in die zur Brennkraftmaschine (4) füh­ rende Frischluftzufuhrleitung (10) mündet.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitung (7) von der von dem Fahrzeugküh­ ler (1) zu der Brennkraftmaschine (4) führenden Kühlmittelzuleitung (6) abzweigt und daß die Rück­ leitung (8) der Kühleinrichtung (5) vor der Brenn­ kraftmaschine (4) in die Kühlmittelzuleitung (6) zurückgeleitet ist, wobei Regelventile (2, 3) in der Kühlmittelzuleitung (6) und der Abzweigleitung (7) für eine Aufteilung des Kühlmittelstromes vorgese­ hen sind.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abzweigleitung (7), die von der von dem Fahrzeugkühler (1) zu der Brennkraftmaschine (4) führenden Kühlmittelzuleitung (6) abzweigt, eine Umwälzpumpe (20) angeordnet ist, und daß die Rück­ leitung (8) von der Kühleinrichtung (5) in eine zu dem Fahrzeugkühler (1) zurückführende Rückführlei­ tung (19) geführt ist.

4. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (5) einen eigenen Kühlmittel­ kreislauf mit einem eigenen Kühlmittelkühler (1b) aufweist.

5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkühler (1b) mit dem Fahrzeugkühler (1) in Reihe schaltbar ist.

6. Kühlsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkühler (1b) an dem Fahrzeugkühler (1) angeflanscht ist.

7. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme des Abgaswärmetauschers zur Fahrzeug­ innenraumheizung genutzt wird.