DE19938614A1

DE19938614A1 - Cooling circuit for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE19938614A1
Application number: DE19938614A
Authority: DE
Inventors: Thomas Weigold; Johannes Pfetzer; Guenther Riehl; Matthias Schmitz; Gerta Rocklage; Torsten Heidrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-14
Filing date: 1999-08-14
Publication date: 2001-02-22
Also published as: WO2001012963A1; JP2003507617A; EP1121515A1; BR0006998A; KR20010085912A

Abstract

A cooling circuit for a combustion engine comprises two parallel coolant channels (4, 5) and a distributor (14) for dividing a flow of coolant among the parallel channels (4, 5).

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für ei nen Verbrennungsmotor.The invention relates to a cooling circuit for egg internal combustion engine.

Die Kühlung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug erfolgt über ein Kühlmedium, das in einem Kühlkreislauf zirkuliert, der in herkömmli cher Weise durch den Verbrennungsmotor verlaufende Kanäle, einen Heizungswärmetauscher zum Beheizen einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs, eine Pumpe und einen Kühler zum Abgeben der Abwärme des Verbren nungsmotors an die Umgebung umfaßt.Cooling an internal combustion engine in one Motor vehicle takes place via a cooling medium, which in a cooling circuit that circulates in conventional cher way through the internal combustion engine Channels, a heating heat exchanger for heating a passenger compartment of the vehicle, a pump and a cooler for emitting the waste heat from burning voltage motor to the environment.

Das Kühlmedium tritt dabei zunächst in Kanäle des Motorblocks ein, durchströmt diesen in Längsrich tung, durchläuft anschließend einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors und gelangt anschließend zum Kühler. Über eine Zweigleitung kann ein Teil des durch den Motor fließenden Kühlmittelstroms abge griffen und dem Heizungswärmetauscher zugeführt werden.The cooling medium first enters the channels Engine blocks on, flows through it in the longitudinal direction tion, then passes through a cylinder head of the internal combustion engine and then arrives at Cooler. A part of the abge coolant flow flowing through the engine handles and fed to the heating heat exchanger become.

Der gesamte Volumenstrom des Kühlmittels ist be stimmt durch die Förderleistung der Pumpe und die Druckverluste in dem Kühlkreislauf. Die Aufteilung des Kühlmittelstroms am Ort der zum Heizungswärme tauscher führenden Verzweigung ist ebenfalls durch die Druckverluste festgelegt.The total volume flow of the coolant is agrees with the delivery rate of the pump and the Pressure drops in the cooling circuit. The breakdown of the coolant flow at the location for heating exchanger leading branch is also through the pressure drops set.

Die Leistung der einzelnen Komponenten des Kühl kreislaufs muß hier so bemessen werden, daß auch bei kritischen Bedingungen der Motor an der heiße sten Stelle noch genügend Kühlung erfährt. Dies macht es bei den herkömmlichen über einen Keilrie men vom Verbrennungsmotor angetriebenen Kühlmittel pumpen erforderlich, den Kühlmitteldurchsatz groß zügig zu bemessen. Dies erfordert starke Pumpen mit großem Energieverbrauch. Um diesem Problem zu be gegnen, ist in DE 37 02 028 C1 vorgeschlagen wor den, die vom Verbrennungsmotor direkt angetriebene Pumpe durch eine elektrisch angetriebene Pumpe zu ersetzen, deren Förderleistung in Abhängigkeit von einem zeitlich veränderlichen Kühlleistungsbedarf regelbar ist. Auch bei einem solchen System ist es aber unerläßlich, einen starken Kühlmittelstrom durch den ganzen Motor zu pumpen, selbst wenn nur lokal die Gefahr einer Überhitzung besteht. Weniger heiße oder kühlungsbedürftige Teile des Motors wer den so stärker gekühlt, als erforderlich, nur um zu verhindern, daß die am stärksten gefährdeten Teile des Motors überhitzen. Hier besteht offensichtlich noch Optimierungsbedarf.The performance of each component of the cooling circuit must be dimensioned here so that also in critical conditions the engine is hot suffices enough cooling. This does it with the conventional over a Keilrie coolant driven by the internal combustion engine pumps required, the coolant throughput large to be measured quickly. This requires having strong pumps great energy consumption. To solve this problem oppose is proposed in DE 37 02 028 C1 the one that is driven directly by the internal combustion engine Pump through an electrically powered pump too replace, whose delivery rate depending on a cooling capacity requirement that changes over time is adjustable. It is also with such a system but essential, a strong coolant flow to pump through the whole engine, even if only there is a local risk of overheating. Fewer hot or parts of the engine that require cooling the chilled more than necessary just to prevent the most vulnerable parts overheating the engine. Obviously here still need to be optimized.

Advantages of the invention

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Kühlkreis lauf für einen Verbrennungsmotor geschaffen, der es erlaubt, die Kühlleistung in unterschiedlichen Be reichen des Motors an den tatsächlich bestehenden Kühlungsbedarf optimal anzupassen. Dadurch kann ei ne unter allen Betriebsbedingungen ausreichende Kühlung auch mit einer Pumpe mit verringerter För derleistung garantiert werden. Da außerdem infolge der selektiven Kühlung insgesamt weniger Wärme ab geführt werden muß, kann der Kühler kleiner dimen sioniert werden. So werden Platz und Kosten ge spart, und der Energieverbrauch eines mit dem Kühl kreislauf ausgestatteten Fahrzeugs wird vermindert.The present invention provides a cooling circuit run for an internal combustion engine that created it allowed the cooling capacity in different loading range of the engine to the actually existing Optimally adapt cooling requirements. This allows egg ne sufficient under all operating conditions Cooling also with a pump with reduced feed performance guaranteed. Since also as a result selective cooling takes less heat overall the cooler can be made smaller be sioned. So space and costs are saved saves, and the energy consumption one with the cooling cycle-equipped vehicle is reduced.

Der Vorteil wird erreicht mit Hilfe eines Vertei lers zum Aufteilen des Kühlmittelstroms auf eine Mehrzahl von parallelen Kanälen des Verbrennungsmo tors. Dabei versorgen die einzelnen Kanäle vorzugs weise jeweils Bereiche des Motors mit unterschied lichem Kühlungsbedarf. So kann einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zufolge zum Beispiel die Kühlmittelversorgung "vertikal" dadurch diffe renziert werden, daß jeweils ein Kanal im Motor block des Verbrennungsmotors und ein zweiter Kanal in dessen Zylinderkopf angeordnet sind. Insbesonde re aus tribologischen Gründen ist es zweckmäßig, den Motorblock auf einem höheren Temperaturniveau als den Zylinderkopfbereich zu halten. In letzterem ist aus verbrennungstechnischen Gründen und wegen der schmalen Materialstege eine niedrigere Tempera tur erforderlich.The advantage is achieved with the help of a distribution to divide the coolant flow into one A plurality of parallel channels of the combustion engine tors. The individual channels are preferred areas of the engine with difference cooling requirements. So one can be preferred Embodiment of the invention, for example the coolant supply "vertical" thereby diffe be differentiated that one channel in the engine block of the internal combustion engine and a second channel are arranged in the cylinder head. In particular re for tribological reasons it is advisable the engine block at a higher temperature level than to hold the cylinder head area. In the latter is for combustion reasons and because the narrow material webs a lower tempera required.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verteilers kann aber auch eine "horizontale" Differenzierung er reicht werden, indem den inneren und äußeren Zylin dern des Motors verschiedene parallele Kühlmit telkanäle zugeordnet werden, wobei die innenliegen den, stärker wärmebelasteten Zylinder mit mehr Kühlmittel versorgt werden als die äußeren.With the help of the distributor according to the invention but also a "horizontal" differentiation be extended by the inner and outer zylin different parallel coolant tel channels are assigned, with the inside lying the more heat loaded cylinder with more Coolants are supplied as the outside.

Das Verhältnis der Verteilung von Kühlmittel auf die verschiedenen Kanäle durch den Verteiler kann durch dessen Konstruktion fest vorgegeben sein, wo bei die Verteilungsverhältnisse vom Konstrukteur des Verbrennungsmotors zweckmäßigerweise entspre chend einem für die verschiedenen Bereiche des Mo tors prognostizierten Kühlungsbedarf festgelegt werden.The ratio of the distribution of coolant to the different channels through the manifold can through its construction, where in the distribution conditions by the designer suitably correspond to the internal combustion engine one for the different areas of the Mon predicted cooling demand become.

Bevorzugt ist, daß der Verteiler im Betrieb des Verbrennungsmotors einstellbar ist, insbesondere daß eine Steuereinrichtung den Verteiler jeweils entsprechend einer gewünschten Temperaturverteilung im Verbrennungsmotor einstellt. Der Verteiler kann als Mischer ausgebildet sein, das heißt sein Ge samtdurchlaßquerschnitt ist unabhängig vom einge stellten Verteilungsverhältnis im wesentlichen kon stant, und lediglich der Anteil der angeschlossenen parallelen Kanäle an dem Durchlaßquerschnitt vari iert mit dem Verteilungsverhältnis; er kann aber auch in einem von zwei parallelen Kanälen ein Dros selventil umfassen, dessen Durchlaßquerschnitt ein stellbar ist, um eine gewünschte Verteilung zwi schen den zwei Kanälen einzustellen.It is preferred that the distributor in the operation of the Internal combustion engine is adjustable, in particular that a control device the distributor each according to a desired temperature distribution in the internal combustion engine. The distributor can be designed as a mixer, that is, its Ge velvet cross-section is independent of the essentially established distribution ratio stant, and only the share of connected parallel channels on the passage cross section vari with the distribution ratio; but he can also a Dros in one of two parallel channels include selventil, the passage cross section is adjustable to a desired distribution between between the two channels.

Figure

Die beigefügte Figur zeigt schematisch einen erfin dungsgemäßen Kühlkreislauf.The attached figure shows schematically an invented appropriate cooling circuit.

Description of the embodiment

Die Figur zeigt in Form eines Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf. Der Kühlkreislauf umfaßt zwei Kühl kanäle 4, 5, die parallel zueinander jeweils durch einen Motorblock 2 beziehungsweise einen Zylinder kopf 3 eines Verbrennungsmotors 1 verlaufen. Die Parallelität der Kühlkanäle 4, 5 ist dabei selbst verständlich nicht im engen geometrischen Sinne zu sehen, als parallel verstanden werden die Kanäle hier, wenn sie von einem gemeinsamen Ausgangspunkt ausgehen und sich an einem gemeinsamen Punkt wieder treffen und jeweils einen Teil des Gesamtkühlmit telstroms führen.The figure shows in the form of a block diagram an embodiment of a cooling circuit according to the invention. The cooling circuit comprises two cooling channels 4 , 5 , each of which runs parallel to one another through an engine block 2 or a cylinder head 3 of an internal combustion engine 1 . The parallelism of the cooling channels 4 , 5 is of course not to be seen in the narrow geometric sense, the channels are understood to be parallel here if they start from a common starting point and meet again at a common point and each carry part of the total coolant flow .

Nach seinem Austritt aus dem Motorblock 2 verläuft der Kühlkanal 5 durch einen Heizungswärmetauscher 6, wo ihm Wärme zur Beheizung der Fahrgastzelle ei nes Fahrzeugs entzogen werden kann, in das der Kühlkreislauf eingebaut ist. Der Heizungswärmetau scher ist im Kühlkanal 5 angeordnet, da dessen Nachlauftemperatur in der Regel höher und sein Durchsatz größer ist als der des Kühlkanals 4 des Zylinderkopfs.After its exit from the engine block 2 , the cooling channel 5 runs through a heating heat exchanger 6 , where heat for heating the passenger compartment of a vehicle into which the cooling circuit is installed can be extracted. The Heizungswärmetau shear is arranged in the cooling channel 5 , since its wake temperature is generally higher and its throughput is greater than that of the cooling channel 4 of the cylinder head.

Am Ausgang des Heizungswärmetauschers 6 vereinigen die zwei Kühlkanäle 4, 5 zu einer "heißen Leitung" 7, die zu einem durch einen Thermostaten 8 geregel ten Mischer 9 führt. Der Mischer 9 teilt den heißen Kühlwasserstrom in einen ersten Teilstrom, der zum Kühler 11 geführt wird, und einen zweiten Teilstrom auf, der über eine zum Kühler 11 parallele Bypass leitung 10 geführt wird und sich mit dem ersten Teilstrom wiedervereinigt, nachdem dieser den Küh ler 11 durchlaufen hat. At the output of the heating heat exchanger 6 , the two cooling channels 4 , 5 combine to form a "hot line" 7, which leads to a mixer 9 regulated by a thermostat 8 . The mixer 9 divides the hot cooling water flow into a first partial flow, which is led to the cooler 11 , and a second partial flow, which is led via a bypass line 10 parallel to the cooler 11 and is reunited with the first partial flow after the cooler has passed 11 has gone through.

Ein Thermostat 8 überwacht die Temperatur des Kühl wassers in der heißen Leitung 7 und regelt das Auf teilungsverhältnis des Mischers 9 und damit die Kühlleistung des Kühlers 11 so, daß eine vorgegebe ne Solltemperatur nicht überschritten wird. Eine "kalte Leitung" 12 führt vom Kühler 11 beziehungs weise dem Bypass 10 zu einer elektrisch betriebenen Kühlmittelpumpe 13.A thermostat 8 monitors the temperature of the cooling water in the hot line 7 and regulates the distribution ratio of the mixer 9 and thus the cooling capacity of the cooler 11 so that a predetermined target temperature is not exceeded. A “cold line” 12 leads from the cooler 11 or the bypass 10 to an electrically operated coolant pump 13 .

Ausgehend von der Pumpe 13 durchläuft das Kühlwas ser einen Verteiler 14, der es auf die zwei Kühlka näle 4, 5 aufteilt. Das Aufteilungsverhältnis im Verteiler 14 ist steuerbar, ein Steuersignal zu diesem Zweck wird von einer Steuereinheit 15 gelie fert, die die Temperatur des Motors 1 überwacht, und die auch die Förderleistung der Pumpe 13 re gelt. Bei dieser Steuereinheit 15 kann es sich um eine speziell für diesen Zweck vorgesehene Schal tung handeln, die mit (in der Figur nicht darge stellten) Temperatursensoren zum Erfassen von Tem peraturen des Motorblocks und des Zylinderkopfs oder des jeweils daraus austretenden Kühlwassers verbunden ist und die das Verteilungsverhältnis des Verteilers 14 so einstellt, daß keine dieser Tempe raturen ein vorgegebenes Maximum überschreitet, wo bei das Maximum für den Zylinderkopf 3 niedriger vorgegeben ist als für den Motorblock 2. Selbstver ständlich kann die Temperatur auch auf anderem Wege erfaßt werden, zum Beispiel durch Messen einer mittleren Kühlwassertemperatur, so wie sie in her kömmlicher Weise bei Kraftfahrzeugen erfaßt und am Armaturenbrett angezeigt wird, und Messen der Tem peratur des Zylinderkopfs 3. Entscheidend ist le diglich, daß mehrere Temperaturmeßwerte entspre chend der Zahl der Kühlkanäle vorliegen, die einen Rückschluß auf die Durchflußrate des Kühlwassers erlauben, die für jeden Kühlkanal erforderlich ist, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten. Auch die Messung der Öltemperatur des Verbrennungsmotors kommt in Betracht.Starting from the pump 13 , the cooling water flows through a distributor 14 which divides it into the two cooling channels 4 , 5 . The distribution ratio in the distributor 14 is controllable, a control signal for this purpose is supplied by a control unit 15 which monitors the temperature of the motor 1 and which also regulates the delivery rate of the pump 13. This control unit 15 can be a special one intended for this purpose act scarf device, which is connected to (not shown in the figure) temperature sensors for detecting temperatures of the engine block and the cylinder head or the respectively emerging cooling water and which adjusts the distribution ratio of the distributor 14 so that none of these Temperatures exceed a predetermined maximum, where the maximum for the cylinder head 3 is predetermined lower than for the engine block 2 . Of course, the temperature can also be detected in other ways, for example by measuring an average cooling water temperature, as it is detected in a conventional manner in motor vehicles and displayed on the dashboard, and measuring the temperature of the cylinder head 3 . The key is le diglich that there are several temperature readings corresponding to the number of cooling channels, which allow a conclusion on the flow rate of the cooling water, which is required for each cooling channel to ensure adequate cooling. The measurement of the oil temperature of the internal combustion engine can also be considered.

Die Steuereinheit 15 kann auch in ein herkömmliches Motorsteuergerät integriert sein, das diverse Rege lungsaufgaben wie etwa die Einstellung des Luft kraftstoffgemisches, für den Verbrennungsmotor übernimmt und zu diesem Zweck mit Temperatursenso ren verbunden ist. Um die Steuereinheit in einem solchen Steuergerät zu implementieren, kann es aus reichen, dieses mit einem zusätzlichen Port für die Steuerung des Verteilers auszustatten und ein von dem Steuergerät ausgeführtes Programm um diejenigen Schritte zu erweitern, die zum Berechnen eines Ver teilungsverhältnisses des Verteilers 14 anhand der Temperaturmeßwerte erforderlich sind.The control unit 15 can also be integrated into a conventional engine control unit, which performs various control tasks, such as adjusting the air / fuel mixture, for the internal combustion engine and is connected to temperature sensors for this purpose. In order to implement the control unit in such a control unit, it may be sufficient to equip it with an additional port for the control of the distributor and to extend a program executed by the control unit by the steps required for calculating a distribution ratio of the distributor 14 on the basis of FIG Temperature measurements are required.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf den Fall von zwei Kühlkanälen beschränkt. Je nachdem, wie differenziert die Regelung der Motorkühlung sein soll, kann die Zahl der Kanäle nach Bedarf er höht werden.Of course, the invention is not limited to Case limited to two cooling channels. Depending on, how differentiates the control of the engine cooling , the number of channels can be as needed be raised.

Claims

1. Cooling circuit for an internal combustion engine (1) having a first coolant channel (4), characterized in that at least a second Kühlmit telkanal (5) is arranged parallel to the first channel (4) ver connected, and in that a distributor (14) for distributing a coolant flow to the parallel channels ( 4 , 5 ) is arranged in the cooling circuit.

2. Cooling circuit according to claim 1, characterized in that the first channel ( 4 ) in the cylinder head ( 3 ) of the internal combustion engine ( 1 ), the second channel ( 5 ) is arranged in the engine block ( 2 ).

3. Cooling circuit according to claim 1 or 2, characterized characterized that inner and outer cylinders of the internal combustion engine different parallel cooling channels are assigned.

4. Cooling circuit according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchanger ( 6 ) for heating a passenger compartment in one ( 5 ) of the parallel channels is arranged in series.

5. Cooling circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the distributor ( 14 ) is adjustable.

6. Cooling circuit according to claim 5, characterized by a control unit ( 15 ) which adjusts the distributor ( 14 ) so that a higher temperature in the engine block ( 2 ) than in the cylinder head ( 3 ) is obtained.

7. Cooling circuit according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an electrically operated coolant pump ( 13 ).

8. Cooling circuit according to claim 5 and claim 7, characterized in that the throughput of the cooling medium pump ( 13 ) by the control unit ( 15 ) is controlled.

9. Cooling circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the distributor ( 14 ) is designed as a mixer.

10. Cooling circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the distributor ( 14 ) we at least one in one of the parallel channels ( 4 , 5 ) arranged throttle valve.