DE19948160A1

DE19948160A1 - Kühlvorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19948160A1
Application number: DE19948160A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kuhn; Manfred Meyer; Andrea Utzeri; Peter Hartmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: KUHN, WILHELM, 38154 KOENIGSLUTTER, DE
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: DE19948160B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Brennkraftmaschine mit einem Kühler (2) verbindenden, eine Kühlmittelpumpe (4) aufweisenden Hauptleitungssystem sowie mit einem Nebenschlußleitungssystem, in dem ein über eine Entlüftungsleitung (26) mit dem Kühler und über eine Rücklaufleitung (27) mit dem Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine verbundener Kühlmittelausgleichsbehälter (25) vorgesehen ist. Um eine schnellere Erwärmung der Brennkraftmaschine und der Fahrzeugheizung zu erreichen sowie den Verbrauch und die Emissionen der Brennkraftmaschine zu verringern, ist erfindungsgemäß in der Entlüftungsleitung (26) oder der Rücklaufleitung (27) ein Thermostatventil angeordnet, das eine Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlmittelausgleichsbehälter (25) bis zu einer vorgegebenen Temperatur unterbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Brennkraftmaschine mit einem Kühler verbindenden, eine Kühlmittelpumpe aufweisenden Hauptleitungssystem sowie mit einem Nebenschlußleitungssystem, in dem ein über eine Entlüftungsleitung mit dem Kühler und über eine Rücklaufleitung mit dem Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine verbundener Kühlmittelausgleichsbehälter vorgesehen ist.

Kühlvorrichtungen dieser Art sind seit langem bekannt. Bei den meisten dieser Kühlvorrichtungen ist das gesamte Kühlmittelspeichervolumen des Kühlmittelausgleichsbehälters in den Nebenschlußkreislauf des Kühlmittels eingeschaltet, der beispielsweise auch bei einem durch ein Thermostatventil bewirkten Kühlmittelkurzschlußbetrieb zugeschaltet bleibt. Dieser Kurzschlußbetrieb wird insbesondere während des Kaltstarts und während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine eingeschaltet, um das Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers unmittelbar in die Brennkraftmaschine zurückzufördern und so möglichst schnell eine einen runden Motorlauf mit verhältnismäßig geringen Schadstoffwerten ergebende Betriebstemperatur zu erreichen.

Um diese Warmlaufphase des Motors relativ kurz zu halten, soll die während dieser Betriebszeit umgewälzte Kühlmittelmenge möglichst klein bleiben. Zu dieser Kühlmittelmenge gehört dabei auch das im Nebenschlußkreislauf umlaufende Speicher volumen des Kühlmittelausgleichsbehälters, der schon deshalb während des Kühlmittelkurzschlußbetriebes zugeschaltet bleiben muß, um eine sichere Luft- und Gasblasenabscheidung zu gewährleisten und eine Wärmeausdehnung des Kühlmittels zu ermöglichen. Da das gesamte Speichervolumen des Kühlmittelausgleichsbehälters einen von der Größe der gesamten Kühlvorrichtung abhängigen endlich großen Wert nicht unterschreiten sollte, wird dieses relativ große Speichervolumen bei herkömmlichen Kühlvorrichtungen auch im Kurzschlußbetrieb mitumgewälzt, so daß die Verkürzung der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine begrenzt bleibt.

Aus der auf die Anmelderin zurückgehende DE 37 18 697 C2 ist eine gattungsgemäße Kühlvorrichtung mit einem durch ein Thermostatventil gesteuerten Hauptleitungssystem bekannt, deren Kühlmittelausgleichsbehälter in wenigstens zwei das Kühlmittel speichernde, unterschiedliche große Speicherräume unterteilt ist. Um ohne Nachteile die im Kurzschlußbetrieb umgewälzte Kühlmittelmenge zum Zwecke der Verkürzung der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine zu verringern, ist nur der kleinere der beiden Speicherräume in den bei vom Thermostatventil abgeschalteten Hauptleitungssystem im Nebenschluß umlaufenden Kühlmittelkreislauf eingeschaltet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine weitere Verkürzung der Warmlaufphase und damit eine weitere Verringerung des Verbrauchs und der Emissionen der Brennkraftmaschine sowie eine schnellere Erwärmung der Fahrzeugheizung ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Entlüftungsleitung oder der Rücklaufleitung der gattungsgemäßen Kühlvorrichtung ein Ventil angeordnet wird, das eine Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlmittelausgleichsbehälter unterbindet. Dieses Ventil kann dabei temperatur-, zeit oder kennfeldgesteuert bzw. geregelt sein. Vorzugsweise ist das Ventil als Thermostatventil ausgebildet und die Unterbrechung der Kühlmittelzirkulation erfolgt bis zu einer vorgegebenen Temperatur.

Gegenüber herkömmlichen Kühlvorrichtungen ermöglicht die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung somit eine noch schnellere Erwärmung und damit eine weitere Verringerung der Emissionen und des Verbrauchs der Brennkraftmaschine. Auch wird der Verschleiß der Brennkraftmaschine durch deren schnellere Erwärmung reduziert. Darüber hinaus wird eine schnellere Erwärmung der Fahrzeugheizung erzielt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung besteht darin, daß die Entlüftungsleitung und die Rücklaufleitung durch eine den Kühlmittelausgleichsbehälter überbrückende Bypass-Leitung verbunden sind, wobei das Ventil, vorzugsweise ein Thermostatventil als Dreiwegeventil ausgebildet ist und die Bypass-Leitung mit der Entlüftungsleitung bzw. der Rücklaufleitung verbindet.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Untersprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer vier Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltbilddarstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kühlmittelausgleichsbehälter, in dessen Vorlauf ein Ventil, vorzugsweise ein Thermostatventil angeordnet ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung wie Fig. 1, wobei das Ventil jedoch im Rücklauf des Kühlmittelausgleichsbehälters angeordnet ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung wie Fig. 1, wobei jedoch parallel zu dem Kühlmittelausgleichsbehälter ein Bypass angeordnet ist, der über ein Dreiwegeventil mit dem Vorlauf des Kühlmittelausgleichsbehälters verbunden ist, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung wie Fig. 3, wobei jedoch das mit dem Bypass verbundene Dreiwegeventil im Rücklauf des Kühlmittelausgleichsbehälters angeordnet ist.

In den Figuren der Zeichnung sind jeweils gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In dem in Fig. 1 gezeigten schematischen Schaltbild stellt 1 den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine dar, die durch ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere Wasser, gekühlt wird. Dabei ist ein Hauptkreislauf vorhanden, der aus einer am Zylinderkopf 1 angeschlossenen und zu einem luftgekühlten Kühler 2 führenden Abführleitung 3 sowie einer von dem Kühler 2 über ein Thermostatventil (nicht gezeigt) und eine Kühlmittelpumpe 4 zum Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine führenden Hauptrückführungsleitung 5 besteht. Die Hauptrückführungsleitung 5 ist an dem Kühler 2 an einer tieferen Stelle als die Abführleitung 3 angeschlossen.

Darüber hinaus sind mehrere Nebenschlußleitungssysteme vorhanden. So ist an der Abführleitung 3 ein erster Abzweig 6 angeordnet, an dem die Vorlaufleitung 7 der Fahrzeuginnenraumheizung 8 angeschlossen ist. Mit 9 ist die Rücklaufleitung der Fahrzeuginnenraumheizung 8 bezeichnet, die zum Saugeingang der Kühlmittelpumpe 4 führt.

In der Vorlaufleitung 7 der Fahrzeuginnenraumheizung 8 sind ein zweiter und ein dritter Abzweig 10 bzw. 11 angeordnet. An dem zweiten Abzweig 10 ist die Vorlaufleitung 12 eines Motorölkühlers 13 angeschlossen. Die Rücklaufleitung 14 des Motorölkühlers 13 ist über einen fünften Abzweig 15 mit der zum Saugeingang der Kühlmittelpumpe 4 führenden Rücklaufleitung 9 der Fahrzeuginnenraumheizung 8 verbunden. An dem dritten Abzweig 11 in der Vorlaufleitung 7 der Fahrzeuginnenraumheizung 8 ist die Vorlaufleitung 16 eines Abgasrückführkühlers 17 angeschlossen, wobei mit 18 das mit dem Zylinderkopf 1 verbundene Saugrohr bezeichnet ist. Die Rücklaufleitung 19 dieses Kühlers 17 führt zum Eingang der Fahrzeuginnenraumheizung 8.

Desweiteren ist in der zu dem Kühler 2 führenden Abführleitung 3 ein Vierwege-Abzweig 20 angeordnet, an dem die die Vorlaufleitung 21 eines Getriebeölkühlers 22 angeschlossen ist. Die von dem Getriebeölkühler 22 abgehende Rücklaufleitung 23 ist mit einem in der Rücklaufleitung 9 der Fahrzeuginnenraumheizung 8 angeordneten Abzweig 24 verbunden.

Die Kühlvorrichtung weist ferner einen Kühlmittelausgleichsbehälter 25 auf, der über eine Entlüftungsleitung 26 mit dem Kühler 2 und über eine Rücklaufleitung 27 und die Kühlmittelpumpe 4 mit dem Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine verbunden ist. Genau genommen ist die Entlüftungsleitung 26 in dem gezeigten schematischen Schaltbild nicht unmittelbar mit dem Kühler 2, sondern über den Vierwege-Abzweig 20 mit der zum Kühler 2 führenden Abführleitung 3 verbunden.

Die Entlüftungsleitung 26 ist darüber hinaus über zwei Abzweige 28 und 29 mit dem im Zylinderkopf 1 ausgebildeten Kühlmittelkanal bzw. dem Abgasrückführkühler 17 verbunden.

In der Entlüftungsleitung 26 ist in Strömungsrichtung hinter dem Abzweig 29 und vor dem Kühlmittelausgleichsbehälter 25 ein spezielles 2-Wegeventil, vorzugsweise ein 2-Wege- Thermostatventil 30 angeordnet, das eine Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlmittelausgleichsbehälter 25, vorzugsweise bis zu einer vorgegebenen Temperatur, vollständig unterbindet. Eine Wärmeausdehnung des Kühlmittels in den Ausgleichs behälter 25 ist allerdings weiterhin über die Rücklaufleitung 27 möglich. Das Thermostatventil 30 spricht dabei nicht auf die Temperatur des Kühlmittels, sondern auf die Umgebungstemperatur an. Das Schaltverhalten, insbesondere die Ansprechtemperatur des Thermostatventils 30 ist vorzugsweise einstellbar. Ferner kann das Thermostatventil 30 mit einer Heizeinrichtung (nicht gezeigt) versehen sein, die mit einer Steuereinrichtung betätigbar ist.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, daß das Thermostatventil 30 nicht im Vorlauf, sondern im Rücklauf des Kühlmittelausgleichsbehälters 25 angeordnet ist. Die Wärmeausdehnung des Kühlmittels ist bei unterbundener Kühlmittelzirkulation durch den Ausgleichsbehälter 25 über die Entlüftungsleitung 26 in den Ausgleichsbehälter 25 möglich.

In dem in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel sind die Entlüftungsleitung 26 und die Rücklaufleitung 27 durch eine den Kühlmittelausgleichsbehälter 25 überbrückende Bypass-Leitung 31 verbunden, wobei der Abzweig im Vorlauf durch ein als Dreiwegeventil ausgeführtes Ventil, vorzugsweise ein Thermostatventil 32 realisiert ist. In diesem Fall spricht das Thermostatventil 32 auf die Temperatur des Kühlmittels an, d. h. solange das Kühlmittel eine vorgegebene Temperatur nicht überschreitet, wird die Zirku lation des Kühlmittels durch den Ausgleichsbehälter 25 vollständig unterbunden.

Überschreitet die Temperatur des Kühlmittels dagegen die vorgegebene Temperatur, so wird der Durchfluß durch den Ausgleichsbehälter 25 freigeschaltet und der Durchfluß durch den Bypass 31 gesperrt. Auch in diesem Fall ist das Thermostatventil 32 bezüglich der Ansprechtemperatur vorzugsweise einstellbar ausgebildet. Außerdem kann das Thermostatventil 32 wiederum mit einer Heizeinrichtung (nicht gezeigt) versehen sein, die mit einer Steuereinrichtung betätigbar ist.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 3 dadurch, daß das mit dem Bypass 31 verbundene Thermostatventil 32 nicht im Vorlauf, sondern im Rücklauf des Kühlmittelausgleichsbehälters 25 angeordnet ist.

Claims

1. Kühlvorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Brennkraftmaschine mit einem Kühler (2) verbindenden, eine Kühlmittelpumpe (4) aufweisenden Hauptleitungssystem sowie mit einem Nebenschlußleitungssystem, in dem ein über eine Entlüftungsleitung (26) mit dem Kühler oder der Brennkraftmaschine und über eine Rücklaufleitung (27) mit dem Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine verbundener Kühlmittelausgleichsbehälter (25) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entlüftungsleitung (26) ein Ventil (30, 32) angeordnet ist, das eine Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühl mittelausgleichsbehälter (25) bis zu einer vorgegebenen Temperatur unterbindet.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (26) und die Rücklaufleitung (27) durch eine den Kühlmittelausgleichsbehälter (25) überbrückende Bypass-Leitung (31) verbunden sind, wobei das Ventil (32) als Dreiwegeventil ausgebildet ist und die Bypass-Leitung (31) mit der Entlüftungsleitung (26) verbindet.

3. Kühlvorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem die Brennkraftmaschine mit einem Kühler (2) verbindenden, eine Kühlmittelpumpe (4) aufweisenden Hauptleitungssystem sowie mit einem Nebenschlußleitungssystem, in dem ein über eine Entlüftungsleitung (26) mit dem Kühler oder der Brennkraftmaschine und über eine Rücklaufleitung (27) mit dem Kühlmitteleingang der Brennkraftmaschine verbundener Kühlmittelausgleichsbehälter (25) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (27) ein Ventil (30) angeordnet ist, das eine Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlmittel ausgleichsbehälter (25) bis zu einer vorgegebenen Temperatur unterbindet.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (26) und die Rücklaufleitung (27) durch eine den Kühlmittelausgleichsbehälter (25) überbrückende Bypass-Leitung (31) verbunden sind, wobei das Ventil (32) als Dreiwegeventil ausgebildet ist und die Bypass-Leitung (31) mit der Rücklaufleitung (27) verbindet.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (30, 32) temperatur-, zeit oder kennfeldprogrammgesteuert geregelt ist.

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (30, 32) als Thermostatventil ausgebildet ist.

7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatventil (30, 32) mit einer Heizeinrichtung versehen ist, die mit einer Steuereinrichtung betätigbar ist.

8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltverhalten, insbesondere die Ansprechtemperatur des Thermostatventils (30, 32) einstellbar ist.