DE202015100531U1 - Internal combustion engine with split cooling system and cylinder deactivation - Google Patents
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Abstract
Brennkraftmaschine mit einem Split-Kühlsystem (2), umfassend einen Motorblock (3) mit einem Motorblock-Kühlmittelmantel (9) und einen Zylinderkopf (4) mit einem von dem Motorblock-Kühlmittelmantel (9) fluidleitend trennbaren Zylinderkopf-Kühlmittelmantel (10), wobei wenigstens zwei Zylinder (5–8) vorgesehen sind, von denen wenigstens einer im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf-Kühlmittelmantel (10) in wenigstens zwei Teilbereiche (12, 13a, 13b, 14) aufgeteilt ist, welche sowohl voneinander als auch von dem Motorblock-Kühlmittelmantel (9) fluidleitend trennbar sind, wobei jeder Teilbereich (12, 13a, 13b, 14) des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels (10) jeweils mindestens einem der Zylinder (5–8) zugeordnet ist.An internal combustion engine having a split cooling system (2), comprising an engine block (3) with an engine block coolant jacket (9) and a cylinder head (4) with a cylinder head coolant jacket (10) fluid-conductively separable from the engine block coolant jacket (9) at least two cylinders (5-8) are provided, of which at least one during operation of the internal combustion engine (1) can be switched off, characterized in that the cylinder head coolant jacket (10) in at least two partial areas (12, 13a, 13b, 14) divided which are fluid-conductively separable from each other as well as from the engine block coolant jacket (9), wherein each portion (12, 13a, 13b, 14) of the cylinder head coolant jacket (10) is associated with at least one of the cylinders (5-8) ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung und einem Split-Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to an internal combustion engine with cylinder deactivation and a split cooling system, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
Brennkraftmaschinen weisen die Eigenart auf, dass deren effiziente Nutzung des Kraftstoffs erst ab Erreichen ihrer jeweiligen Betriebstemperatur gegeben ist. Dies hängt im Wesentlichen mit der im Kaltstart besonders bei niedriger Umgebungstemperatur erhöhten Reibung der beweglichen Teile zusammen. Hinzu kommt die erhöhte Viskosität des kalten Motoröls, welche sich ebenfalls erst mit steigender Temperatur verringert. Des Weiteren sind auch die immer bedeutender werdenden Abgaswerte von Brennkraftmaschine in der Kaltstartphase erhöht, was insbesondere auf die sich erst mit steigender Aufheizung zunehmende Effektivität der im Abgasstrang angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtungen wie z. B. einem Katalysator zurückzuführen ist. Internal combustion engines have the peculiarity that their efficient use of the fuel is only given once their respective operating temperature has been reached. This is essentially due to the increased friction of the moving parts in the cold start, especially at low ambient temperatures. In addition, there is the increased viscosity of the cold engine oil, which also decreases only with increasing temperature. Furthermore, the increasingly significant exhaust emissions of internal combustion engine in the cold start phase are increased, which in particular on the increasing only with increasing heating efficiency of arranged in the exhaust system exhaust aftertreatment devices such. B. is due to a catalyst.
Aus den vorgenannten Gründen gehen die Bestrebungen in der Weiterentwicklung von Brennkraftmaschinen dahin, deren möglichst rasche Erwärmung insbesondere aus dem Kaltstart heraus zu erreichen. Auf der anderen Seite müssen Brennkraftmaschinen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs betrieben werden. Um diesen nach oben hin einzuhalten, sind entsprechende Kühlmaßnahmen erforderlich. Luftgekühlte Brennkraftmaschinen weisen hierzu Flächenbereiche mit einer zumeist rippenartigen Außenstruktur auf, um über die so vergrößerte Oberfläche einen Teil der Betriebswärme an die Umgebungsluft abzugeben. Demgegenüber nimmt das bei wassergekühlten Brennkraftmaschinen den Motorblock und den Zylinderkopf umspülende Kühlmittel einen großen Teil der entstehenden Abwärme auf. Hierfür sind zumeist in der Gehäusewand der Brennkraftmaschine angeordnete Kanäle vorgesehen, welche zusammen mit dem diese durchlaufenden Kühlmittel einen sogenannten Kühlmittelmantel bilden.For the above reasons, the efforts in the further development of internal combustion engines go to achieve their rapid warming, in particular from the cold start out. On the other hand, internal combustion engines must be operated within a certain temperature range. To comply with this upward, appropriate cooling measures are required. For this purpose, air-cooled internal combustion engines have surface regions with a mostly rib-like outer structure, in order to deliver a portion of the operating heat to the ambient air via the thus enlarged surface. In contrast, takes in water-cooled internal combustion engine, the engine block and the cylinder head flushing coolant a large part of the resulting waste heat. For this purpose, arranged channels are usually provided in the housing wall of the internal combustion engine, which together with the coolant passing therethrough form a so-called coolant jacket.
Um eine Überhitzen des Kühlmittels zu verhindern, wird dieses anschließend über zumindest einen in sich geschlossenen Kühlkreislauf durch eine geeignete Kühleranordnung geleitet. Dabei wird zumindest ein Teil der von dem Kühlmittel aufgenommenen Wärme über die gewöhnlich wenigstens einen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher umfassende Kühleranordnung an die Umgebungsluft abgegeben.In order to prevent overheating of the coolant, this is then passed through at least one self-contained cooling circuit through a suitable radiator assembly. In this case, at least a portion of the heat absorbed by the coolant is discharged via the usually at least one air-refrigerant heat exchanger comprehensive cooler assembly to the ambient air.
Seit der Einführung der Wasserkühlung ist bekannt, derartige Motorkühlsysteme auch mit einem Fahrzeugheizsystem zu kombinieren. Auf diese Weise kann die ohnehin anstehende Wärme aus dem Kühlmittel auch für die von äußeren Einwirkungen unabhängige Erwärmung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Hierzu wird eine zumindest einen als Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher ausgebildeten Heizwärmetauscher umfassende Heizanordnung in den Kühlkreislauf integriert. Der Betrieb des Fahrzeugheizsystems sieht vor, dass Luft von außen und/oder aus dem Innenraum des Fahrzeugs angesaugt und an dem Heizwärmetauscher vorbei oder durch diesen hindurch geführt wird. Dabei nimmt die Luft einen Teil der Wärmeenergie auf, bevor sie in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet wird.Since the introduction of water cooling is known to combine such engine cooling systems with a vehicle heating system. In this way, the heat that is present anyway from the coolant can also be used for the heating of the vehicle interior that is independent of external influences. For this purpose, a heating arrangement comprising at least one heating heat exchanger designed as an air-coolant heat exchanger is integrated into the cooling circuit. The operation of the vehicle heating system provides that air is drawn in from the outside and / or from the interior of the vehicle and is guided past or through the heating heat exchanger. The air absorbs a portion of the heat energy before it is directed into the interior of the vehicle.
Neben dem so erhöhten Komfort kommen Fahrzeugheizsystemen aber auch sicherheitsrelevante Aufgaben zu. Allem voran steht hier die klare Sicht durch die verglasten Teile des Fahrzeugs im Vordergrund. So führen beispielsweise niedrige Außentemperaturen dazu, dass sich der im Innenraum befindliche Wasserdampf auf den Scheiben niederschlägt. In der Folge können diese dann beschlagen oder gar vereist sein, wodurch sich die Sicht trübt bis gänzlich verhindert ist.In addition to the increased comfort, vehicle heating systems also have safety-related tasks. Above all, the clear view through the glazed parts of the vehicle is in the foreground here. Low ambient temperatures, for example, cause the water vapor in the interior to be deposited on the panes. As a result, these can then fog up or even iced, which obscures the view until it is completely prevented.
Im Stand der Technik sind bereits diverse Ausgestaltungen von Motorkühlsystemen in Kombination mit Fahrzeugheizsystemen bekannt. Diese sehen teilweise eine strömungslose Strategie vor, welche auch als "No-Flow-Strategie" bezeichnet wird. Bei einfachen Systemen wird dabei die Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlmittelmantel der Brennkraftmaschine insbesondere während der Kaltstartphase unterbunden, wodurch sich eine verbesserte, da schnellere Motorerwärmung ergibt. Derartige Strategien eignen sich allerdings nicht für mit Kühlmittel betriebene Fahrzeugheizsysteme, welche bei einer typischerweise bereits in der Kaltstartphase aufkommenden Heizanforderung einen Zufluss an erwärmtem Kühlmittel erfordern, was wiederum eine direkte Aufgabe der No-Flow-Strategie erfordert.Various designs of engine cooling systems in combination with vehicle heating systems are already known in the prior art. These partially provide a flowless strategy, which is also referred to as a "no-flow strategy". In simple systems, the circulation of the coolant is prevented by the coolant jacket of the internal combustion engine, in particular during the cold start phase, resulting in an improved, since faster engine heating. However, such strategies are not suitable for coolant-operated vehicle heating systems, which require an inflow of heated coolant in the case of a heating requirement which typically already arises in the cold start phase, which in turn requires a direct abandonment of the no-flow strategy.
Um die an sich vorteilhafte No-Flow-Strategie auch in Verbindung mit einen Kühlmittelfluss benötigenden Fahrzeugheizsystemen anwenden zu können, haben sich Kompromisslösungen in Form sogenannter Split-Kühlsysteme etabliert. Diese sehen eine Trennung des Kühlkreislaufs vor. Dabei kann der Kühlmittelmantel der Brennkraftmaschine in einen Teil für den Motorblock und in einen Teil für den Zylinderkopf aufgetrennt sein. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, den Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes direkt ab Start der Brennkraftmaschine mit strömendem Kühlmittel zu beaufschlagen, während der Kühlmittelstrom zum Kühlmittelmantel des Motorblocks in vorteilhafter Weise noch gesperrt ist (No-Flow-Strategie).In order to be able to use the inherently advantageous no-flow strategy also in connection with a vehicle heating system requiring a coolant flow, compromise solutions in the form of so-called split cooling systems have become established. These provide for a separation of the cooling circuit. In this case, the coolant jacket of the internal combustion engine can be separated into a part for the engine block and a part for the cylinder head. In this way it is for example possible to apply the coolant jacket of the cylinder head directly from the start of the engine with flowing coolant, while the coolant flow to the coolant jacket of the engine block is advantageously still locked (no-flow strategy).
Da der die Auslässe für das Abgas beinhaltende Zylinderkopf ohnehin die schnellste Erwärmung erfährt, kann der über diesen erwärmte Teil des Kühlmittels bereits für das Fahrzeugheizsystem genutzt werden. Demgegenüber trägt der gesperrte Teil des Kühlmittelmantels dazu bei, dass sich der Motorblock schneller erwärmen kann, ohne die hierfür benötigte Wärmeenergie in Teilen an das ansonsten strömende Kühlmittel zu verlieren.Since the cylinder head containing the outlets for the exhaust gas experiences the fastest heating anyway, the part of the coolant that has been heated over it can already be used for the vehicle heating system. In contrast, carries the locked part the coolant jacket in that the engine block can heat up faster, without losing the necessary heat energy in parts of the otherwise flowing coolant.
Ein weiterer Ansatz zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschinen wird in der Deaktivierung wenigstens eines dieser Zylinder gesehen. Die Abschaltung einzelner Zylinder ist auch als "dynamisches Downsizing" bekannt. Die Deaktivierung eines oder mehrerer Zylinder kann primär im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgenommen werden, in dem nur ein entsprechend niedriger Leistungsbedarf abgefragt wird. Die Art der Abschaltung erfolgt auf Basis des jeweiligen Typs der Brennkraftmaschine. Neben einer Einzelzylinderabschaltung kann diese insbesondere bei V-Motoren auch als Deaktivierung einer kompletten Zylinderbank erfolgen.Another approach to reducing fuel consumption in multi-cylinder internal combustion engines is seen in the deactivation of at least one of these cylinders. Shutdown of individual cylinders is also known as "dynamic downsizing". The deactivation of one or more cylinders can be carried out primarily in partial load operation of the internal combustion engine in which only a correspondingly low power requirement is requested. The type of shutdown is based on the respective type of internal combustion engine. In addition to a single cylinder shutdown, this can also be done as a deactivation of a complete cylinder bank, especially in V-engines.
Derartige Systeme sind beispielsweise aus der
Die Kühlwassermäntel der beiden Zylinderbänke erstrecken sich dabei sowohl um den die Zylinder enthaltenen Bereich des zugehörigen Motorblocks als auch um den zugehörigen Zylinderkopf der jeweiligen Zylinderbank.The cooling water jackets of the two cylinder banks extend both to the region of the associated engine block contained in the cylinder and to the associated cylinder head of the respective cylinder bank.
Um die notwendige Trennung zwischen den Kühlwassermänteln der beiden Zylinderbänke zu gewährleisten, ist ein Bypass vorgesehen, welcher das Kühlmittel aus dem Kühlwassermantel der ersten Zylinderbank an der zweiten Zylinderbank vorbei durch das Kühlsystem zirkulieren lässt. Auf diese Weise wird auch eine schnellere Erwärmung der ersten Zylinderbank erreicht. Sofern die Abschaltung der zweiten Zylinderbank im laufenden Betrieb erfolgt, wird bei deren zu starkem Abkühlen der Bypass geschlossen, so dass das warme Kühlmittel aus dem Kühlmittelmantel der aktivierten ersten Zylinderbank direkt in den Kühlmittelmantel der abgeschalteten zweiten Zylinderbank einströmt und von dort aus weiter zirkuliert. Hierdurch wird eine möglichst gleichbleibende Temperaturverteilung auch bei deaktivierter zweiten Zylinderbank erreicht.In order to ensure the necessary separation between the cooling water jackets of the two cylinder banks, a bypass is provided which circulates the coolant from the cooling water jacket of the first cylinder bank past the second cylinder bank through the cooling system. In this way, a faster heating of the first cylinder bank is achieved. If the shutdown of the second cylinder bank takes place during operation, the overflow is closed when the cooling is too strong, so that the warm coolant from the coolant jacket of the activated first cylinder bank flows directly into the coolant jacket of the deactivated second cylinder bank and continues to circulate from there. As a result, a temperature distribution that is as constant as possible is achieved even when the second cylinder bank is deactivated.
Der Zylinderabschaltung liegt der Kerngedanke zugrunde, dass der oder die dann noch aktive/n Zylinder mit einer höheren Belastung betrieben wird/werden. Ein solcher Betrieb geht mit einem verbesserten Kraftstoffverbrauch einher, wobei insbesondere höhere Zylinder- und/oder Abgastemperaturen erreicht werden.The cylinder deactivation is based on the core idea that the one or more active cylinders are / are operated at a higher load. Such operation is accompanied by improved fuel consumption, in particular higher cylinder and / or exhaust gas temperatures are achieved.
Aus der
Die Abschaltung eines oder einzelner Zylinder/s in Kombination mit einer gestoppten Beaufschlagung der oder des abgeschalteten Zylinder/s erlaubt einen überaus ökologischen und ökonomischen Betrieb von Brennkraftmaschinen. Insbesondere die Reduzierung der aufzuwärmenden Masse durch die in den abgeschalteten Phasen nicht mit Kühlmittel durchströmten Teilen ermöglicht eine rasche Erwärmung der relevanten da aktiven Bereiche aus dem Kaltstart heraus.The shutdown of one or a single cylinder / s in combination with a stopped admission of the cylinder or deactivated / s allows a very ecological and economical operation of internal combustion engines. In particular, the reduction of the mass to be heated by the parts not flowed through with coolant in the switched-off phases makes it possible to rapidly heat up the relevant active regions from the cold start.
Gleichwohl erscheint eine komplette Abschaltung der Kühlung von Motorblock und Zylinderkopf nicht sinnvoll, da hohe Temperaturen besonders im Motorblock eine vorteilhafte Reduzierung der Reibung bewirken. Die hierfür notwendige Erwärmung in der Kaltstartphase gelingt größtenteils durch das zirkulierende Kühlmittel, welches die schnellere Erwärmung der Brennräume innerhalb des Zylinderkopfes so zumindest teilweise an den Motorblock abgeben kann. Um eine raschere insbesondere gezieltere Erwärmung von Brennkraftmaschinen zu erreichen, bieten die bisher bekannten Ausgestaltungen und Maßnahmen insofern durchaus noch Raum für Verbesserungen.However, a complete shutdown of the cooling of the engine block and cylinder head does not make sense, since high temperatures cause an advantageous reduction of friction, especially in the engine block. The necessary warming in the cold start phase largely succeeds by the circulating coolant, which can at least partially deliver the faster heating of the combustion chambers within the cylinder head to the engine block. In order to achieve faster, in particular more targeted heating of internal combustion engines, the hitherto known embodiments and measures offer far more room for improvement.
Im weiteren Verlauf wird die zuvor aufgezeigte Kombination aus Motorkühl- und Fahrzeugheizsystemen aus Vereinfachungsgründen allgemein als Split-Kühlsystem bezeichnet, welches insofern beide Systeme in sich vereint.In the further course, the previously indicated combination of engine cooling and vehicle heating systems is generally considered to be simplistic Split cooling system called, which combines both systems in itself.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einem Split-Kühlsystem und der Möglichkeit zur Zylinderabschaltung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die jeweils aktiven Brennräume insbesondere aus der Kaltstartphase heraus rascher erwärmt werden können.Against this background, the present invention has the object, further develop an internal combustion engine with a split cooling system and the possibility for cylinder deactivation to the effect that the respective active combustion chambers can be heated more quickly, in particular from the cold start phase.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1. Further, particularly advantageous embodiments of the invention disclose the respective subclaims.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale und Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und damit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. It should be noted that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful manner, and thus show further embodiments of the invention.
Nachfolgend wird eine ein Split-Kühlsystem aufweisende Brennkraftmaschine aufgezeigt, wobei die Brennkraftmaschine sich in vorteilhafter Weise zur Verwendung im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug eignen kann.An internal combustion engine having a split cooling system is shown below, wherein the internal combustion engine may be advantageously suitable for use in connection with a motor vehicle.
Die Brennkraftmaschine weist in typischer Weise einen Motorblock und einen Zylinderkopf auf. Weiterhin umfasst die Brennkraftmaschine wenigstens zwei Zylinder. Besonders bevorzugt sind die Zylinder innerhalb des Motorblocks ausgebildet, wobei sie nach oben hin von dem Zylinderkopf begrenzt sind, in welchem die Brennräume angeordnet sind. Wenigstens einer der Zylinder kann im Betrieb der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden.The internal combustion engine typically includes an engine block and a cylinder head. Furthermore, the internal combustion engine comprises at least two cylinders. Particularly preferably, the cylinders are formed within the engine block, wherein they are bounded at the top by the cylinder head, in which the combustion chambers are arranged. At least one of the cylinders can be switched off during operation of the internal combustion engine.
Die beiden Teilkreisläufe können bevorzugt mit einem die Brennkraftmaschine umgebenden Kühlmittelmantel in Verbindung stehen. In jedem Fall setzt sich der Kühlmittelmantel aus mindestens zwei baulich voneinander getrennten Kühlmittelmänteln zusammen. Näherhin ist einer dieser beiden Kühlmittelmäntel als Zylinderkopf-Kühlmittelmantel an bzw. um den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet. Demgegenüber ist der andere Kühlmittelmantel als Motorblock-Kühlmittelmantel an bzw. um den Motorblock der Brennkraftmaschine gelegen. Der Zylinderkopf-Kühlmittelmantel und der Motorblock-Kühlmittelmantel sind fluidleitend voneinander trennbar.The two partial circuits may preferably be in communication with a coolant jacket surrounding the internal combustion engine. In any case, the coolant jacket is composed of at least two structurally separate coolant jackets. More precisely, one of these two coolant jackets is arranged as a cylinder head coolant jacket on or around the cylinder head of the internal combustion engine. In contrast, the other coolant jacket is located as an engine block coolant jacket on or around the engine block of the internal combustion engine. The cylinder head coolant jacket and the engine block coolant jacket are fluid-conductively separable from each other.
Denkbar wäre auch eine Anordnung des Split-Kühlsystems, indem der Motorblock-Kühlmittelmantel zusätzlich einen geringen Teil des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit beinhaltet.Also conceivable would be an arrangement of the split cooling system in that the engine block coolant jacket additionally includes a small part of the cylinder head coolant jacket.
In dieser Anordnung kann in vorteilhafter Weise ein Regelmittel vorgesehen sein, welches fluidleitend mit dem Kühlkreislauf des Split-Kühlsystems verbunden ist. In seiner Anordnung ist das Regelmittel dann dazu ausgebildet, die Kühlkreisläufe in gewünschter Weise und Stärke unabhängig voneinander sowohl zu öffnen als auch zu schließen. So kann beispielsweise ein Strömen des Kühlmittels innerhalb des Motorblock-Kühlmittelmantels vollständig durch das Regemittel unterbunden werden. Dies im Übrigen unabhängig von dem Zylinderkopf-Kühlmittelmantel, so dass dieser trotz gesperrtem Motorblock-Kühlmittelmantel auch weiterhin mit Kühlmittel durchströmbar sein kann.In this arrangement, a control means may be provided in an advantageous manner, which is fluid-conductively connected to the cooling circuit of the split cooling system. In its arrangement, the control means is then designed to independently open and close the cooling circuits in the desired manner and strength. For example, a flow of the coolant within the engine block coolant jacket can be completely prevented by the Regemittel. This, moreover, independent of the cylinder head coolant jacket, so that it can continue to flow despite blocked engine block coolant jacket with coolant.
Erfindungsgemäß ist nun eine Aufteilung des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels derart vorgesehen, dass dieser in wenigstens zwei fluidleitend voneinander trennbare Teilbereiche aufgegliedert ist. Besagte Teilbereiche sind dabei sowohl voneinander als auch von dem Motorblock-Kühlmittelmantel entsprechend fluidleitend trennbar. Dabei ist jeder einzelne Teilbereich des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels jeweils einem der Zylinder zugeordnet. Mit anderen Worten ist jeder einzelne Teilbereich dazu vorgesehen, den jeweiligen Bereich des den zugehörigen Zylinder nach oben hin begrenzenden Zylinderkopfes mit Kühlmittel zu beaufschlagen.According to the invention, a division of the cylinder head coolant jacket is now provided in such a way that it is subdivided into at least two subregions which can be separated from one another in a fluid-conducting manner. Said sections are both fluidly separated from each other and from the engine block coolant jacket. Each individual portion of the cylinder head coolant jacket is assigned to one of the cylinders. In other words, each individual subregion is provided to pressurize the respective region of the cylinder head which delimits the associated cylinder at the top with coolant.
Hiernach ist es nun möglich, im Betrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise einen der Zylinder abzuschalten, wobei dann nur der dem oder den eingeschalteten und somit aktiven Zylinder/n zugehörige Teilbereich/e des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit zur Kühlung vorgesehenem Kühlmittel durchströmt wird.Thereafter, it is now possible, for example, to shut off one of the cylinders during operation of the internal combustion engine, in which case only the part (s) of the cylinder head coolant jacket associated with the active cylinder (s) is flowed through with coolant provided for cooling.
So können beispielsweise zwei einer vier Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine abgeschaltet werden, wobei nur die den noch aktiven Zylindern zugehörigen Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit Kühlmittel durchströmt werden. Demgegenüber werden die den abgeschalteten und somit inaktiven Zylindern zugehörigen Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels nicht mit Kühlmittel durchströmt. Im Ergebnis wird so die aufzuwärmende thermische Masse der Brennkraftmaschine auf ein Minimum reduziert, wodurch insbesondere die aktiven Zylinder deutlich schneller erwärmt werden können. Auf diese Weise erfahren die jeweils aktiven Brennräume insbesondere aus der Kaltstartphase heraus einen rascheren Anstieg der Temperatur.Thus, for example, two of a four-cylinder having internal combustion engine can be switched off, with only the still active cylinders associated portions of the cylinder head coolant jacket are flowed through with coolant. In contrast, the shut-off and thus inactive cylinders associated portions of the cylinder head coolant jacket are not flowed through with coolant. As a result, the thermal mass of the internal combustion engine to be heated is reduced to a minimum, whereby in particular the active cylinders can be heated much faster. In this way, the respectively active combustion chambers, in particular from the cold start phase, experience a more rapid increase in the temperature.
Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in einem schnelleren Anstieg der Abgastemperatur aus den aktiven Brennräumen heraus und einem damit einhergehenden schnelleren Anspringen der Katalysatoranordnung. Hierdurch können bereits kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine deutlich bessere Abgaswerte erzielt werden. Darüber hinaus erfolgt eine verbesserte Verbrennung des Kraftstoffs, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Emissionen durch die Abgase führt. The resulting advantage is a faster increase in the exhaust gas temperature from the active combustion chambers and a concomitant faster onset of the catalyst assembly. As a result, significantly better exhaust gas values can already be achieved shortly after the start of the internal combustion engine. In addition, takes place an improved combustion of the fuel, which also leads to a reduction of emissions by the exhaust gases.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das im Motorblock-Kühlmittelmantel befindliche Kühlmittel strömungslos gehalten werden kann, während der dem wenigstens einen aktiven Zylinder zugeordnete Teilbereich des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit Kühlmittel durchströmt werden kann. Möglich wird dies durch eine Ausgestaltung derart, dass bei strömungslos gehaltenem Motorblock-Kühlmittelmantel der oder die dem/den jeweils eingeschalteten Zylinder/n zugeordnete/n Teilbereich/e des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels bei Bedarf mit Kühlmittel durchströmbar ist/sind.According to an advantageous development of the basic idea of the invention, it is provided that the coolant located in the engine block coolant jacket can be held without flow, while coolant can flow through the portion of the cylinder head coolant jacket assigned to the at least one active cylinder. This is made possible by a configuration such that, when the engine block coolant jacket is held without a flow, the partial region (s) of the cylinder head coolant jacket assigned to the respective engaged cylinder (s) can be flowed through with coolant as required.
Sofern mehr als ein Zylinder aktiv, also eingeschaltet sind, können folglich die den aktiven Zylindern zugeordneten Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels entsprechend mit Kühlmittel durchströmt werden, während das im Motorblock-Kühlmittelmantel befindliche Kühlmittel ebenfalls strömungslos gehalten wird.If more than one cylinder is active, ie switched on, consequently, the portions of the cylinder head coolant jacket assigned to the active cylinders can be flowed through correspondingly with coolant, while the coolant located in the engine block coolant jacket is likewise held without flow.
Diese Maßnahme eignet sich besonders für die Startphase der Brennkraftmaschine, insbesondere aus dem Kaltstart heraus. So wird die aufzuwärmende thermische Masse auf ein Minimum reduziert und der Wärmeübergang im Motorblock von den inneren reibungsrelevanten Stellen in die äußere Struktur stark verringert. Gleichzeitig kann die aufzuwärmende thermische Masse weiter reduziert sein, indem die inaktiven, also nicht gefeuerten Zylinder ebenfalls nicht mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Hiernach kann das Kühlmittel tatsächlich lediglich durch den dem eingeschalteten Zylinder zugeordneten Teilbereich oder durch die den eingeschalteten Zylindern zugeordneten Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels strömen, während die restlichen Teile des Kühlmittelmantels der Brennkraftmaschine strömungslos gehalten werden.This measure is particularly suitable for the starting phase of the internal combustion engine, in particular from the cold start out. Thus, the thermal mass to be heated is reduced to a minimum and greatly reduces the heat transfer in the engine block from the internal friction-relevant points in the outer structure. At the same time, the thermal mass to be heated can be further reduced by the fact that the inactive, that is not fired, cylinders are likewise not charged with coolant. After that, the coolant can actually flow only through the sub-region assigned to the activated cylinder or through the sub-regions of the cylinder-head coolant jacket assigned to the activated cylinders, while the remaining parts of the coolant jacket of the internal combustion engine are held without flow.
Alternativ hierzu ist eine Maßnahme vorgesehen, welche die Beaufschlagung des Motorblocks mit einer Kühlmittelströmung mit einschließt. So kann in einer anderen Phase des Betriebs der Brennkraftmaschine auch der Motorblock mit Kühlmittel durchströmt werden, während der wenigstens eine dem mindestens einen aktiven Zylinder zugehörige Teilbereich des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels ebenfalls mit Kühlmittel durchströmt wird. Mit anderen Worten kann so der gesamte Kühlmittelmantel der Brennkraftmaschine mit Kühlmittel durchströmt werden, mit Ausnahme des Teilbereichs oder der Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels welcher bzw. welche dem oder den inaktiven, also abgeschalteten Zylindern zugeordnet ist bzw. sind.Alternatively, a measure is provided, which includes the admission of the engine block with a flow of coolant. Thus, in another phase of the operation of the internal combustion engine and the engine block with coolant are flowed through, while at least one of the at least one active cylinder associated portion of the cylinder head coolant jacket is also flowed through with coolant. In other words, the entire coolant jacket of the internal combustion engine can be flowed through with coolant, with the exception of the portion or the portions of the cylinder head coolant jacket which or is assigned to the one or more inactive, ie deactivated cylinders.
Je nach Leitung des Kühlmittels kann so das Kühlmittel des Motorblock-Kühlmittelmantel beispielsweise nur in diesem oder innerhalb eines kleinen geschlossenen Kreislaufs zirkulieren, wobei es zu keiner Durchmischung mit dem Kühlmittel des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels kommen muss. Mit anderen Worten können so Motorblock-Kühlmittelmantel und zumindest ein oder mehrere Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels getrennt voneinander mit Kühlmittel durchströmt werden, wobei es zu keinerlei Wärmeaustausch zwischen diesen kommt.Depending on the direction of the coolant, the coolant of the engine block coolant jacket can thus circulate, for example, only in this or within a small closed circuit, with no need for mixing with the coolant of the cylinder head coolant jacket. In other words, the engine block coolant jacket and at least one or more portions of the cylinder head coolant jacket can be flowed through separately from each other with coolant, wherein there is no heat exchange between them.
Alternativ hierzu können die Ströme des Kühlmittels aus Motorblock-Kühlmittelmantel und Zylinderkopf-Kühlmittelmantel auch durchmischt werden, so dass es zu einer Wärmeübertragung und damit zu einer Wärmeverteilung innerhalb der Brennkraftmaschine kommt. Dies ist beispielsweise in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine bevorzugt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn im Zylinderkopf-Kühlmittelmantel bereits eine ausreichend hohe Temperatur erreicht ist und Wärme so an den Motorblock-Kühlmittelmantel weitergegeben werden kann. Dabei ist die aufzuwärmende thermische Masse der Brennkraftmaschine um den oder die Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels der bzw. des inaktiven Zylinder/s in vorteilhafter Weise reduziert, während der Motorblock durch das über die befeuerten Zylinder aufgeheizte Kühlmittel und dessen Zirkulation mit erwärmt werden kann. Hierdurch kann das Kühlmittel schneller erwärmt werden, welches anschließend zur raschen Erwärmung des Motorblocks genutzt werden kann, woraus sich entsprechende Reibungsvorteile innerhalb des Motorblocks ergeben.Alternatively, the currents of the coolant from the engine block coolant jacket and the cylinder head coolant jacket can also be mixed, so that there is heat transfer and thus heat distribution within the internal combustion engine. This is preferred, for example, in a warm-up phase of the internal combustion engine. This is particularly advantageous if a sufficiently high temperature is already reached in the cylinder head coolant jacket and heat can thus be passed on to the engine block coolant jacket. In this case, the thermal mass of the internal combustion engine to be heated is advantageously reduced by the one or more partial regions of the cylinder head coolant jacket or the inactive cylinder / s, while the engine block can be heated by the coolant heated up via the fired cylinders and its circulation. As a result, the coolant can be heated faster, which can then be used for rapid heating of the engine block, resulting in corresponding friction advantages within the engine block.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann das über wenigstens einen befeuerten Zylinder erwärmte Kühlmittel dazu genutzt werden, mindestens einen der nicht aktiven Zylinder insbesondere in dem ihn nach oben begrenzenden Teil des Zylinderkopfes mit aufzuwärmen und/oder dessen Temperatur zu halten. Hierzu ist die Brennkraftmaschine bzw. das Split-Kühlsystem derart ausgestaltet, dass der oder die dem/den jeweils eingeschalteten Zylinder/n zugeordnete/n Teilbereich/e des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels bei Bedarf zusammen mit dem Motorblock-Kühlmittelmantel fluidleitend verbunden ist/sind.According to a further advantageous development, the coolant heated via at least one fired cylinder can be used to warm up at least one of the inactive cylinders, in particular in the part of the cylinder head delimiting it upwards, and / or to maintain its temperature. For this purpose, the internal combustion engine or the split cooling system is configured in such a way that the partial region (s) of the cylinder head coolant jacket assigned to the respective activated cylinder (s) is / are connected in a fluid-conducting manner together with the engine block coolant jacket if required.
So kann das einen oder mehrere Teilbereiche des oder der aktiven Zylinder durchströmende Kühlmittel anschließend durch einen oder mehrere Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels von inaktiven Zylindern geleitet werden, um die zuvor aufgenommene Wärmeenergie zumindest teilweise an die nicht befeuerten Zylinder abzugeben. Im Ergebnis wird so eine gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb des Zylinderkopfes erreicht. Eine derartige Maßnahme eignet sich insbesondere für solche Phasen, in denen die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat und daraufhin überschüssige Wärmeenergie anfällt.Thus, the coolant flowing through one or more subareas of the active cylinder (s) may then be directed by inactive cylinders through one or more subregions of the cylinder head coolant jacket to at least partially deliver the previously received thermal energy to the non-fired cylinders. As a result, a uniform heat distribution within the cylinder head is achieved. Such a measure is particularly suitable for such Phases in which the internal combustion engine has reached its operating temperature and then surplus heat energy accumulates.
Insbesondere in Phasen, in denen eine höhere bzw. hohe Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine gestellt wird, ist vorgesehen, dass alle vorhandenen Zylinder eingeschaltet und somit aktiviert werden. Während dieser Phase wird es als vorteilhaft angesehen, wenn sämtliche Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit Kühlmittel durchströmt werden. Gleichzeitig kann bevorzugt auch der Motorblock-Kühlmittelmantel mit Kühlmittel durchströmt werden.In particular, in phases in which a higher or higher power requirement is made of the internal combustion engine, it is provided that all existing cylinders are turned on and thus activated. During this phase, it is considered advantageous if all portions of the cylinder head coolant jacket are flowed through by coolant. At the same time, preferably the engine block coolant jacket can also be flowed through with coolant.
Es ist weiter vorgesehen, dass der/die jeweils zur Kühlung mit Kühlmittel durchströmbaren, dem/den jeweils eingeschalteten Zylinder/n zugeordnete/n Teilbereich/e des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels derart mit dem Motorblock-Kühlmittelmantel fluidleitend verbindbar sein kann/können, dass der Motorblock-Kühlmittelmantel mit über den/die Teilbereich/e des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels bereits erwärmtem Kühlmittel durchströmbar ist.It is further contemplated that the / each sub-area / s of the cylinder head coolant jacket which can be flowed through for cooling by coolant and / or connected to the respective cylinder / s can be fluid-conductively connectable to the engine block coolant jacket such that the engine block Coolant jacket with over the / the portion / e of the cylinder head coolant jacket already heated coolant is flowed through.
Auch ist eine mögliche Ausgestaltung vorgesehen, wonach der/die dem wenigstens einen abgeschalteten Zylinder/n zugeordnete/n Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels derart mit wenigstens einem dem mindestens einen eingeschalteten Zylinder zugeordneten Teilbereich des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels fluidleitend verbindbar ist/sind, dass der/die dem wenigstens einen abgeschalteten Zylinder/n zugeordnete/n Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit über den/die Teilbereich/e des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels bereits erwärmtem Kühlmittel durchströmbar ist/sind.A possible embodiment is also provided, according to which the partial region (s) of the cylinder head coolant jacket assigned to the deactivated cylinder (s) is / are fluid-conductively connectable to at least one sub-region of the cylinder head coolant jacket assigned to the at least one activated cylinder, that the / the sub-regions of the cylinder head coolant jacket assigned to the at least one deactivated cylinder (s) can be flowed through by means of the coolant already heated over the subregion (s) of the cylinder head coolant jacket (s).
Insbesondere für solche Phasen, in denen sämtliche Zylinder eingeschaltet also aktiv sind, kann vorgesehen sein, dass dann alle Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit zur Kühlung vorgesehenem Kühlmittel durchströmbar sind.In particular, for those phases in which all cylinders are switched on so active, it can be provided that then all parts of the cylinder head coolant jacket can be flowed through with coolant provided for cooling.
Die vorliegende Erfindung zeigt ein weiterentwickeltes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung, indem das Split-Kühlsystem in vorteilhafter Weise aufgeteilt und die Kühlmittelströme gezielt eingesetzt werden. Insbesondere die Gliederung des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels in einzelne voneinander unabhängige Teilbereiche ermöglicht es, nur den oder die jeweils befeuerten, aktiven Zylinder im Bereich des Zylinderkopfes mit Kühlmittel zu durchströmen, während der oder die restlichen Teilbereiche der inaktiven Zylinder von der aufzuwärmenden thermischen Masse quasi entkoppelt werden. Hierdurch wird eine überaus rasche Erwärmung der aktiven Bereiche der Brennkraftmaschine erreicht, was sich insbesondere in verbesserten Emissionswerten erkennen lässt.The present invention shows a further developed method for operating an internal combustion engine with cylinder deactivation by advantageously dividing the split-cooling system and using the coolant streams in a targeted manner. In particular, the outline of the cylinder head coolant jacket into individual independent subregions makes it possible to flow through only one or the respective fired, active cylinder in the region of the cylinder head with coolant, while the remaining subareas of the inactive cylinders are quasi decoupled from the thermal mass to be heated , As a result, an extremely rapid heating of the active regions of the internal combustion engine is achieved, which can be seen in particular in improved emission values.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in der nachfolgenden
Wie zu erkennen, umfasst die Brennkraftmaschine
Der Motorblock
Der Motorblock
Mit Blick auf den Zylinderkopf
Vorliegend weist der Zylinderkopf-Kühlmittelmantel
Ersichtlich sind der erste Teilbereich
Weiterhin ist die Zufuhrleitung
Durch diese beispielhafte Ausgestaltung ist es nun möglich, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine
Aktiv bzw. eingeschaltet meint hierbei, dass in den besagten Zylindern
Dabei kann dann der Fluss des Kühlmittels derart über die Schaltanordnung
Demgegenüber kann die zuvor beschriebene Schaltstellung der Schaltanordnung
Natürlich können auch alle Teilbereiche des Zylinderkopf-Kühlmittelmantels mit Kühlmittel durchströmt werden, wenn alle Zylinder aktiv sind, wobei die Schaltanordnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Brennkraftmaschine Internal combustion engine
- 22
-
Split-Kühlsystem von
1 Split cooling system of1 - 33
-
Motorblock von
1 Engine block of1 - 44
-
Zylinderkopf von
1 Cylinder head of1 - 55
-
erster Zylinder von
1 first cylinder of1 - 66
-
zweiter Zylinder von
1 second cylinder of1 - 77
-
dritter Zylinder von
1 third cylinder of1 - 88th
-
vierter Zylinder von
1 fourth cylinder of1 - 99
-
Motorblock-Kühlmittelmantel von
3 Engine block coolant jacket of3 - 1010
-
Zylinderkopf-Kühlmittelmantel von
4 Cylinder head coolant jacket of4 - 1111
-
Pumpenanordnung von
1 Pump arrangement of1 - 1212
-
erster Teilbereich von
10 first subarea of10 - 13a13a
-
zweiter Teilbereich von
10 second subarea of10 - 13b13b
-
dritter Teilbereich von
10 third section of10 - 1414
-
vierter Teilbereich von
10 fourth section of10 - 1515
-
Zufuhrleitung von
2 Supply line of2 - 1616
-
erste Stichleitung von
2 first stub of2 - 1717
-
zweite Stichleitung von
2 second stub of2 - 18 18
-
Leitungsabschnitt von
2 Line section of2 - 1919
-
erste Ableitung von
2 first derivative of2 - 2020
-
zweite Ableitung von
2 second derivative of2 - 2121
-
Schaltanordnung von
2 Switching arrangement of2
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7966978 B2 [0011] US 7966978 B2 [0011]
- DE 102008030422 A1 [0011] DE 102008030422 A1 [0011]
- JP 2014/015898 A [0015] JP 2014/015898 A [0015]
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DE102016218726B3 (en) | 2016-09-28 | 2018-03-01 | Ford Global Technologies, Llc | Method for operating a liquid-cooled teilabschaltbaren engine and internal combustion engine for carrying out such a method |
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-
2015
- 2015-02-04 DE DE201520100531 patent/DE202015100531U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20150409 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DOERFLER, THOMAS, DR.-ING., DE |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R158 | Lapse of ip right after 8 years | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |