EP0861368B1 - Kühlkreislauf einer brennkraftmaschine sowie verfahren zum betrieb des kühlkreislaufes - Google Patents

Kühlkreislauf einer brennkraftmaschine sowie verfahren zum betrieb des kühlkreislaufes Download PDF

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EP0861368B1
EP0861368B1 EP97940120A EP97940120A EP0861368B1 EP 0861368 B1 EP0861368 B1 EP 0861368B1 EP 97940120 A EP97940120 A EP 97940120A EP 97940120 A EP97940120 A EP 97940120A EP 0861368 B1 EP0861368 B1 EP 0861368B1
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EP
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coolant
temperature
cooling circuit
heat exchanger
cooling
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EP97940120A
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English (en)
French (fr)
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EP0861368A1 (de
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Winfrid Eckerskorn
Axel Temmesfeld
Heinz Lemberger
Christian Absmeier
Gerhart Huemer
Victor Brost
Klaus Kalbacher
Karl Schütterle
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Bayerische Motoren Werke AG
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Modine Manufacturing Co
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Publication date
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    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels

Definitions

  • the invention relates to the cooling circuit of an internal combustion engine with the features of The preamble of claim 1 and a method for operating the cooling circuit, according to the preamble of claim 8.
  • a cooling circuit corresponding to the preamble of claim 1 and the corresponding Procedures for operating the same are from Research Report No. 377, September 1 1995, Emsworth, GB, page 589, XP000536184, "Engine / Transmission Cooling System", known.
  • the valve unit used there consists of a three-way valve, with which in Depending on the oil temperature, either cooled coolant from the second Cooler or preheated coolant taken directly in front of the internal combustion engine and can be supplied to the heat exchanger for preheating or cooling the oil.
  • temperature ranges that are close to the The switching point of the three-way valve is not optimally covered. When errors occur it is envisaged that the heat exchanger only with coolant from the second Cooler is supplied. As a result, it could be too low in some operating situations Oil temperatures with their adverse consequences occur.
  • the elements of the cooling circuit have not been given in this document.
  • Oil cooling is often carried out by means of oil / air coolers using an appropriate one Thermostats responsive to oil temperatures. These solutions are for smaller ones Cooler sizes quite effective, but lead to more cooling capacity and demand Correspondingly larger coolers mean that the oil temperatures are too low in some operating states are present, the fuel consumption and the life of the internal combustion engine influence negatively.
  • gearbox oil cooling is integrated into the normal water cycle Oil / water heat exchangers are used, often in a water box of the water cooler are arranged enclosed, but can also be provided separately. In this Solution group will only be cooling but not preheating or Heating achieved.
  • the object of the invention is based on the prior art set out in an efficient, compact and inexpensive cooling circuit for Imagine internal combustion engines, with which both a rapid warm-up of the gear oil in the starting phase of the internal combustion engine without significantly affecting the Heating of the passenger compartment can be achieved as well as more efficient oil cooling is possible without having to use additional air or water-cooled oil coolers. Further an associated procedure for operating the cooling circuit is to be specified. This object is achieved according to the invention with those specified in the claims Features resolved.
  • the cooling circuit according to the invention has only a single coolant / oil / heat exchanger which is used for both heating and cooling of operating materials, especially gear oil can be used.
  • a valve unit is provided for this purpose Control flow of the heat exchanger mentioned.
  • the Heat exchanger one from that quickly warmed up by the operation of the internal combustion engine Main cooling circuit branched coolant flow.
  • this amount is so low that the heating of the internal combustion engine itself and the heating of the passenger compartment are hardly affected.
  • the forward flow by means of the same valve unit in the coolant bypass essentially from the Low temperature coolant cooler formed.
  • At least one additional low-temperature cooler can be provided be, which is downstream of the first-mentioned cooler in the secondary flow.
  • the Low-temperature coolant cooler which in a first embodiment by means of a additional flow through a part of the coolant cooler is achieved, the The coolant / oil heat exchanger creates a coolant flow that is about 10 ° C lower the temperature difference oil to coolant increases and the cooling effect improves becomes.
  • the separate low-temperature coolant cooler of a second embodiment higher temperature differences can be realized.
  • here is the Possibility of a space-saving arrangement that is independent of the coolant cooler given.
  • the oil temperature is optimized by minimizing the oil temperature Continuous current from the expansion tank, i.e. a stream of higher temperature Flow stream from the low-temperature coolant cooler is added. Too low Oil temperatures with their negative sequelae, as they are particularly common Oil / air cooling occurring over large driving areas are avoided.
  • the low-temperature coolant cooler is, as is known per se, realized in that at least one partition of at least one water tank of the coolant cooler is that a part of the water flowing through the coolant cooler to a U-shaped or meandering flow through the coolant cooler.
  • the water box inside the low-temperature coolant cooler, there is also an additional connection provided that with the flow channels to the oil-coolant heat exchanger a valve unit is connected.
  • the valve unit is housed in a housing that is fluid-mechanically connected can be brought with the expansion tank and on the two flow channels for the Heat exchangers are molded, one of which in conjunction with the low-temperature coolant cooler is switchable and the other is connected to the expansion tank.
  • the housing which encloses the valve unit, preferably consists of an upper one and a lower receptacle, which is assembled by means of a quick-plug connection are.
  • the upper socket is directly in the bottom area of the expansion tank integrally formed and the lower receptacle forms with the flow channels of the heat exchanger a single injection molded part made of plastic.
  • the return channel of the Heat exchanger and the return connection of the expansion tank and that to the coolant pump leading return nozzle also designed as a uniform injection molded component. All these features mean that a compact design is achieved, because the above Components are in the immediate vicinity, for example on the coolant cooler to fasten the enclosing fan hood. Lines requiring space are therefore unnecessary. All media connections are designed as quick-plug connections, that have a favorable effect on assembly and disassembly.
  • Claims 8 to 11 are directed to a method for operating the cooling circuit which is to improve the efficiency of cooling and preheating. As particularly effective it turned out when the switching point of the valve unit is in cooling mode slightly, about 5 ° C, set below the switching point of the engine main thermostat becomes. Overall, it has been shown that the dynamic control process through the Add cooler or warmer coolant across the entire control range is influenced in the best way.
  • the basic cooling circuit is shown as it is used to cool a Internal combustion engine 17 can be found in a vehicle.
  • Components of the cycle are the coolant cooler 4, the expansion tank 2, the engine thermostat 9 and the coolant pump 8.
  • the main cooling circuit 12 by means of the engine thermostat 9 on a short way, with the coolant cooler switched off 4, returned directly to the internal combustion engine 17.
  • the internal combustion engine 17 heats the coolant in a short time.
  • the Thermal energy of the coolant can be used, for example, to heat the passenger compartment are used, which should not be dealt with in the present case.
  • a single oil / coolant heat exchanger 5 is in the circuit a gear oil cooler, whose flow 1 can be regulated by means of a valve unit 3 is.
  • the valve unit 3 has a connection to the low-temperature coolant cooler 14 as part of the coolant cooler 4 and a further connection to the expansion tank 2.
  • the engine thermostat 9 has already blocked the short way, so that the Main cooling circuit 12 through the coolant cooler 4 and back to the coolant pump 8 runs.
  • the flow flow 1 of the heat exchanger 5 comes essentially from the low-temperature coolant cooler 14 of the water cooler 4.
  • this Low-temperature coolant cooler 14 can, for example, reduce the coolant temperature 10 ° C can be cooled further, which is an advantage for the transmission oil cooling. 4 shows how this low-temperature coolant cooler 14 is part of the coolant cooler 4 is formed, which will be discussed in more detail below.
  • FIG. 2 shows the pure preheating phase of the heat exchanger 5, in which the flow stream 1 is taken from the expansion tank 2, which is part of the main cooling circuit 12 is flowed through.
  • the valve unit 3 has opened the inlet on the left and the right entrance leading to the low-temperature coolant cooler 14 is closed. Part of the coolant warmed up quickly by the internal combustion engine 17 becomes thus provided for rapid heating of the gear oil.
  • FIG. 4 Another operating situation, not shown, arises when the temperature continues to rise on when the engine thermostat 9 is already partially open, the low-temperature coolant cooler 14 then only of a subset of the coolant cooler 4 flowing water is flowing through, as can be seen in principle from Fig. 1.
  • the schematic coolant cooler 4 is shown in FIG. 4. With this coolant cooler 4, a low-temperature coolant cooler 14 is separated by 15 in the left water tank a partition 16 has been inserted, which causes the water or part of the water, to flow through the coolant cooler 4 in the opposite direction again cools down by an additional amount.
  • the main cooling circuit 12 enters and leaves the coolant cooler 4 at the top left of the inlet connection 22 this after flowing through on the right-hand side at the outlet connection 23 in accordance with the drawing Arrow.
  • the portion flowing through the low-temperature coolant cooler 14 forms the coolant bypass flow 13, which leaves this, bottom left, to in the designated 10 Enter flow channel that leads to the heat exchanger 5.
  • the flow channel 10 is also shown in FIGS. 5 and 6, which is a surge tank 2 with the schematic valve unit 3 located in the bottom 21.
  • the valve unit 3 is located in an insert housing 19, which consists of a lower 18 and an upper Receptacle 20 is made. These sockets are preferably made of plastic.
  • the lower receptacle 18 forms a single component together with the flow channel 10, which comes from the low-temperature coolant cooler 14 and the flow channel 11, which leads from the receptacle 18 to the flow connection of the heat exchanger 5.
  • the return channel 28 forms from the heat exchanger 5 with the return connection 29 of the expansion tank 2 and the return pipe 30, which is the connection to Return to the coolant pump 8 represents a single injection molded part made of plastic.
  • FIG. 6 shows the essential details of the valve unit 3 already described receiving housing 19, the valve unit 3 itself, the better clarity half, not drawn, but was only indicated by reference number 3.
  • the two parts of the housing 19, the lower receiving port 18 and the upper receiving port 20, which is part of the expansion tank 2, are outwards by means of a suitable seal 32 sealed.
  • the connection is made through slots or groove 31 in the wall there is a spring clip that was not shown in the drawing.
  • the arrows point the flow of water.
  • the separate Conducting compact design in which the lower receptacle 18 and the flow channels 10 and 11 are formed as a single injection molded part. Because the top Receptacle 20, as already described, directly in the bottom 21 of the expansion tank 2 is molded on, the number of individual parts is extremely low, making it easy to install contributes.
  • FIG. 7 represents the represents pure cooling phase, in which the main cooling circuit 12 is passed through the coolant cooler 4a becomes.
  • the arrows, drawn a little more strongly, show the predominant arrows in this phase Flow path of the cooling water.
  • the low-temperature coolant cooler 14a is downstream of the coolant cooler 4a and is parallel to this. That in this cooler 14a inflowing water reaches the valve unit 3 and from there into the transmission oil cooler 5, where efficient oil cooling is possible due to the large temperature difference.

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Description

Die Erfindung betrifft den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes aus dem Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Betrieb des Kühlkreislaufes, gemäß Oberbegriff von Anspruch 8.
Ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechender Kühlkreislauf sowie das entsprechende Verfahren zum Betrieb desselben, sind aus dem Forschungsbericht no. 377, 1 September 1995, Emsworth, GB, Seite 589, XP000536184, "Engine/Transmission Cooling System", bekannt. Die dort verwendete Ventileinheit besteht aus einem Dreiwegeventil, mit dem in Abhängigkeit von der Öltemperatur entweder gekühlte Kühlflüssigkeit aus dem zweiten Kühler oder vorgewärmete Kühlflüssigkeit direkt vor der Brennkraftmaschine entnommen und dem Wärmetauscher zum Vorwärmen oder Kühlen des Öles zugeführt werden kann. Mit dem bekannten Kühlkreislauf lassen sich Temperaturbereiche, die in der Nähe des Schaltpunktes des Dreiwegeventiles liegen nicht optimal abdecken. Wenn Fehler auftreten ist vorgesehen, daß der Wärmetauscher ausschließlich mit Kühlflüssigkeit aus dem zweiten Kühler versorgt wird. Dadurch könnten in manchen Betriebssituationen durchaus zu niedrige Öltemperaturen mit ihren nachteiligen Folgen auftreten. Hinsichtlich kompakter Bauweise der Elemente des Kühlkreislaufes wurden in diesem Dokument keine Angaben gemacht.
Oftmals erfolgt die Ölkühlung mittels Öl/Luftkühlern unter Verwendung eines auf entsprechende Öltemperaturen ansprechenden Thermostaten. Diese Lösungen sind zwar bei kleineren Kühlergrößen recht effektiv, führen jedoch bei größer geforderter Kühlleistung und entsprechend größeren Kühlern dazu, daß in manchen Betriebszuständen zu niedrige Öltemperaturen vorliegen, die den Kraftstoffverbrauch und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine negativ beeinflussen.
Deshalb ist man bereits vor geraumer Zeit dazu übergegangen, die Öltemperatur zu optimieren, d. h. je nach Bedarf zu kühlen oder auch aufzuheizen. Dazu ist ein zusätzlicher Öl/Wasser-Wärmetauscher in dem Kühlkreislauf integriert, der mittels eines auf die Öltemperatur ansprechenden Thermostaten je nach Bedarf zu - oder abgeschaltet wird. Oftmals sind diese Thermostaten mit einer elektrischen Ansteuerung zu aktivieren. Diese Lösungsgruppe vermag zwar optimierte Öltemperaturen bereitzustellen, besitzt aber auch anlagenseitig beträchtliche Kosten.
Ferner werden zur Getriebeölkühlung in den normalen Wasserkreislauf integrierte Öl/Wasser-Wärmetauscher eingesetzt, die oftmals in einem Wasserkasten des Wasserkühlers eingeschlossen angeordnet sind, aber auch separat vorgesehen sein können. In dieser Lösungsgruppe wird nur die Kühlung aber nicht die Vorwärmung beziehungsweise die Aufheizung erzielt.
In der DE-OS 41 04 093 ist das Problem angesprochen worden, daß es in der Startphase des Verbrennungmotors sowohl um die schnelle Aufheizung des Passagierraumes als auch um die schnelle Erreichung der Betriebstemperarur des Motors und des Getriebeöles geht. Um diesen sich teilweise entgegenstehenden Restriktionen besser entsprechen zu können, hat man hier quasi ein Kühl-Management-System vorgestellt, bei dem ein Microprozessor auf Grund von Signalen einer Reihe von Temperaturfühlern in den verschiedenen Kreisläufen die Leistung der verschiedenen Wärmetauscher beeinflussen soll. Diese Anlage scheint recht teuer zu sein sowie eine komplizierte und deshalb auch anfällige technische Struktur zu besitzen.
Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen effizient arbeitenden sowie kompakten und kostengünstigen Kühlkreislauf für Brennkraftmaschinen vorzustellen, mit dem sowohl eine zügige Aufwärmung des Getriebeöles in der Startphase der Brennkraftmaschine ohne wesentliche Beeinträchtigung der Aufheizung des Passagierraumes erreicht werden kann als auch eine effizientere Ölkühlung möglich ist, ohne zusätzliche luft-oder wassergekühlte Ölkühler einsetzen zu müssen. Ferner soll ein dazugehöriges Verfahren zum Betrieb des Kühlkreislaufes angegeben werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Patentansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.
Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf weist nur einen einzigen Kühlmittel/Öl/Wärmetauscher auf, der sowohl zur Aufheizung als auch zur Kühlung von Betriebsstoffen, insbesondere Getriebeöl, verwendbar ist. Dazu ist eine Ventileinheit vorgesehen, die den Vorlaufstrom des genannten Wärmetauschers steuert. In der Vorwärmphase erhält der Wärmetauscher einen aus dem durch den Betrieb des Verbrennungsmotors schnell angewärmten Hauptkühlkreislauf abgezweigten Kühlmittelstrom. Diese Menge ist jedoch so gering, daß die Anwärmung des Verbrennungsmotors selbst sowie die Aufheizung des Passagierraumes kaum beeinträchtigt werden. In der Kühlphase hingegen wird der Vorlaufstrom mittels der gleichen Ventileinheit im Kühlmittelnebenstrom im wesentlichen aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler gebildet. Alternativ oder zusätzlich zu dem Niedertemperaturkühlmittelkühler kann mindestens ein weiterer Niedertemperaturkühler vorgesehen sein, der dem erstgenannten Kühler im Nebenstrom liegend nachgeschaltet ist. Durch den Niedertemperaturkühlmittelkühler, der in einem ersten Ausführungsbeispiel mittels einer zusätzlichen Durchströmung eines Teiles des Kühlmittelkühlers realisierbar ist, erhält der Kühlmittel/Öl-Wärmetauscher einen Kühlmittelstrom, der um etwa 10°C niedriger ist, wodurch die Temperaturdifferenz Öl zu Kühlmittel vergrößert und die Kühlwirkung verbessert wird. Durch den separaten Niedertemperaturkühlmittelkühler eines zweiten Ausführungsbeispiels lassen sich noch höhere Temperaturdifferenzen realisieren. Ferner ist hier die Möglichkeit einer von dem Kühlmittelkühler unabhängigen und platzsparenden Anordnung gegeben.
Bei einer Temperatur von etwa 80 bis 90°C befindet sich ein Übergangsbereich zwischen Vorwärmphase und Kühlphase, in dem der Vorlaufstrom des Wärmetauschers aus dem Ausgleichsbehälter mit dem aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler gemischt ist. Somit ist sowohl die Getriebeölkühlung in allen Betriebssituationen als auch die Vorwärmung nur mittels dieses einen Wärmetauschers möglich.
Zusätzlich wird zur Optimierung der Öltemperatur dadurch beigetragen, daß einem minimalen Dauerstrom aus dem Ausgleichsbehälter, also einem Strom höherer Temperatur, ein Vorlaufstrom aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler beigemischt wird. Zu niedrige Öltemperaturen mit ihren negativen Folgeerscheinungen, wie sie insbesondere bei Öl/Luftkühlung über große Fahrbereiche auftreten, werden vermieden.
Der Niedertemperaturkühlmittelkühler wird, wie an sich bekannt, dadurch realisiert, daß in mindestens einem Wasserkasten des Kühlmittelkühlers mindestens eine Trennwand angeordnet ist, die einen Teil des den Kühlmittelkühler durchströmenden Wassers zu einer u-förmigen oder mäanderartigen Durchströmung des Kühlmittelkühlers veranlaßt. Im Wasserkasten, innerhalb des Niedertemperaturkühlmittelkühlers, ist ferner ein zusätzlicher Anschluß vorgesehen, der mit den Vorlaufkanälen zum Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher über eine Ventileinheit verbunden ist.
Die Ventileinheit ist in einem Gehäuse untergebracht, das strömungsmechanisch in Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter bringbar ist und an dem zwei Vorlaufkanäle für den Wärmetauscher angeformt sind, von denen einer in Verbindung mit dem Niedertemperaturkühlmittelkühler schaltbar ist und der andere in Verbindung zum Ausgleichsbehälter ist. Vorzugsweise besteht das Gehäuse, welches die Ventileinheit einschließt, aus einem oberen und einem unteren Aufnahmestutzen, die mittels Schnell-Steck-Anschluß zusammengefügt sind. Dabei ist der obere Aufnahmestutzen direkt im Bodenbereich des Ausgleichsbehälters angeformt und der untere Aufnahmestutzen bildet mit den Vorlaufkanälen des Wärmetauschers ein einziges Spritzgußteil aus Kunststoff. Außerdem sind der Rücklaufkanal des Wärmetauschers und der Rücklaufanschluß des Ausgleichsbehälters sowie der zur Kühlmittelpumpe führende Rücklaufstutzen ebenfalls als einheitliches Spritzgußbauteil konzipiert. All diese Merkmale führen dazu, daß eine kompakte Bauweise erzielt wird, denn die genannten Bauteile sind in unmittelbarer Nähe, beispielsweise an der den Kühlmittelkühler einschließenden Ventilatorhaube zu befestigen. Raumbedarf erfordernde Leitungen sind somit entbehrlich. Sämtliche Medienanschlüsse sind als Schnell-Steck-Anschlüsse ausgeführt, die sich günstig auf die Montage und Demontage auswirken.
Die Ansprüche 8 bis 11 richten sich auf ein Verfahren zum Betrieb des Kühlkreislaufes, mit dem die Effizienz der Kühlung und Vorwärmung zu verbessern ist. Als besonders wirkungsvoll hat es sich herausgestellt, wenn der Schaltpunkt der Ventileinheit auf Kühlbetrieb geringfügig, etwa 5°C, unterhalb des Schaltpunktes des Motor-Hauptthermostaten eingestellt wird. Insgesamt hat sich gezeigt, daß der dynamische Regelungsprozeß durch die Zumischung kühleren oder wärmeren Kühlmittels über den gesamten Regelungsbereich in bester Weise beeinflußt wird.
Wegen weiterer erfindungswesentlicher Merkmale wird auf die Patentansprüche verwiesen. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dazu wird auf die Fig. Bezug genommen.
Es zeigen:
Fig. 1
schematisches Schaltbild der Kühlphase eines Getriebeölkühlers;
Fig. 2
schematisches Schaltbild der Heiz-oder Vorwärmphase;
Fig. 3
schematisches Schaltbild in einer Übergangsphase;
Fig. 4
Kühlmittelkühler (schematisch) der in einem Wasserkasten eine Trennwand zur Bildung eines Niedertemperaturkühlmittelkühlers aufweist;
Fig. 5
Ausgleichsbehälter mit Aufnahmestutzen mit eingesetztem Thermostatventil und Kanälen zum angedeuteten Getriebeölkühler und zum Niedertemperaturkühlmittelkühler;
Fig. 6
Gehäuse bildende Aufnahmestutzen als Einzelheit;
Fig. 7
schematisiertes Schaltbild mit einem separaten Niedertemperaturkühlmittelkühler;
In den Fig. 1 bis 3 ist der prinzipielle Kühlkreislauf abgebildet, wie er zur Kühlung einer Brennkraftmaschine 17 in einem Fahrzeug anzutreffen ist. Bestandteile des Kreislaufes sind der Kühlmittelkühler 4, der Ausgleichsbehälter 2, der Motorthermostat 9 und die Kühlmittelpumpe 8. Beim Start der kalten Brennkraftmaschine 17 wird der Hauptkühlkreislauf 12 mittels dem Motorthermostat 9 auf kurzem Weg, unter Ausschaltung des Kühlmittelkühlers 4, direkt zur Brennkraftmaschine 17 zurückgeführt. Im rechten Teil der Fig.2 und 3 ist das abgebildet. Dabei erwärmt die Brennkraftmaschine 17 das Kühlmittel in kurzer Zeit. Die Wärmeenergie des Kühlmittels kann beispielsweise zur Aufheizung des Passagierraumes benutzt werden, worauf vorliegend nicht eingegangen werden soll.
Zusätzlich ist in dem Kreislauf ein einziger Öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 5, beispielsweise ein Getriebeölkühler, eingebunden, dessen Vorlaufstrom 1 mittels einer Ventileinheit 3 regelbar ist. Die Ventileinheit 3 besitzt einen Anschluß zum Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 als Teil des Kühlmittelkühlers 4 und einen weiteren Anschluß zum Ausgleichsbehälter 2. In der Kühlphase, wie in Fig. 1 abgebildet, beispielsweise bei einer Kühlwassertemperatur von 110°C, hat der Motorthermostat 9 den kurzen Weg bereits abgesperrt, so daß der Hauptkühlkreislauf 12 durch den Kühlmittelkühler 4 und zurück zur Kühlmittelpumpe 8 verläuft. Da auch die Ventileinheit 3 den Weg zum Ausgleichsbehälter 2 abgesperrt hat - bis auf einen geringen Dauerstrom - kommt der Vorlaufstrom 1 des Wärmetauschers 5 im wesentlichen aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 des Wasserkühlers 4. Durch diesen Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 kann die Kühlmitteltemperatur beispielsweise um 10°C weiter abgekühlt werden, was für die Getriebeölkühlung von Vorteil ist. Die Fig. 4 zeigt, wie dieser Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 als Teil das Kühlmittelkühlers 4 gebildet ist, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
Die Fig. 2 zeigt die reine Vorwärmphase des Wärmetauschers 5, in der der Vorlaufstrom 1 aus dem Ausgleichsbehälter 2 entnommen wird, der von einem Teil des Hauptkühlkreislaufes 12 durchflossen wird. Die Ventileinheit 3 hat den im Bild linken Eingang geöffnet und den rechten, zum Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 führenden Eingang, geschlossen. Ein Teil des durch die Brennkraftmaschine 17 schnell aufgewärmten Kühlmittels wird somit zur zügigen Aufwärmung des Getriebeöles bereitgestellt.
Beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 80 und 85°C des Kühlmittels, etwas vor der Aktionstemperatur des Motorthermostaten 9, die bei 90°C liegen könnte, hat sich ein Übergangsbereich eingestellt, wie er in Fig. 3 abgebildet ist. In diesem Temperaturbereich kommt der Vorlaufstrom 1 des Wärmetauschers 5 sowohl aus dem Ausgleichsbehälter 2 als aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler 14, was wiederum der Optimierung der Öltemperatur dienlich ist.
Eine weitere nicht abgebildete Betriebssituation stellt sich bei weiter steigender Temperatur ein, wenn auch bereits der Motorthermostat 9 teilweise geöffnet ist, wobei der Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 dann nur noch von einer Teilmenge des den Kühlmittelkühler 4 durchströmenden Wassers durchflossen ist, wie es prinzipiell auch aus Fig. 1 erkennbar ist. Der schematisierte Kühlmittelkühler 4 geht aus Fig. 4 hervor. Bei diesem Kühlmittelkühler 4 ist ein Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 abgetrennt, indem im linken Wasserkasten 15 eine Trennwand 16 eingesetzt wurde, die das Wasser oder einen Teil des Wassers veranlaßt, den Kühlmittelkühler 4 in entgegengesetzter Richtung noch einmal zu durchströmen, das sich dabei um einen zusätzlichen Betrag abkühlt. Der Hauptkühlkreislauf 12 oder ein Teil desselben tritt oben links am Einlaufstutzen 22 in den Kühlmittelkühler 4 ein und verläßt diesen nach Durchströmen auf der rechten Seite am Auslaufstutzen 23 gemäß dem eingezeichneten Pfeil. Der den Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 durchströmende Anteil bildet den Kühlmittelnebenstrom 13, der diesen, unten links, verläßt, um in den mit 10 bezeichneten Vorlaufkanal einzutreten, der zum Wärmetauscher 5 führt. Am Wasserkasten 15, innerhalb des Niedertemperaturkühlmittelkühlers 14, ist ein Anschlußstutzen 24 zum Anschluß an den Vorlaufkanal 10 in schematisierter Form dargestellt.
Der Vorlaufkanal 10 ist auch in den Fig. 5 und 6 eingezeichnet, die einen Ausgleichsbehälter 2 mit im Boden 21 befindlicher schematisierter Ventileinheit 3 zeigen. Die Ventileinheit 3 befindet sich in einem Einsatzgehäuse 19, das aus einem unteren 18 und einem oberen Aufnahmestutzen 20 besteht. Diese Stutzen sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. Dabei bildet der untere Aufnahmestutzen 18 ein einziges Bauteil gemeinsam mit dem Vorlaufkanal 10, der vom Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 kommt und dem Vorlaufkanal 11, der vom Aufnahmestutzen 18 zum Vorlaufanschluß des Wärmetauschers 5 führt. In gleicher Weise bildet der Rücklaufkanal 28 vom Wärmetauscher 5 mit dem Rücklaufanschluß 29 des Ausgleichsbehälters 2 und dem Rücklaufstutzen 30, der den Anschluß zum Rücklauf zur Kühlmittelpumpe 8 darstellt, ein einziges Spritzgußteil aus Kunststoff. Die in Fig. 5 eingezeichneten Pfeile deuten die Durchströmung des Ausgleichsbehälters 2 und der Kanäle 10; 11; 28;29 an. In der Vorwärmphase tritt der mit dem oberen horizontalen Pfeil deutlich gemachte Teil des Hauptkühlkreislaufes 12 in den Ausgleichsbehälter 2 ein. Mittels der Ventileinheit 3 wird ein Teil dessen abgezweigt und über den Vorlaufkanal 11 dem Getriebeölkühler 5 (Wärmetauscher 5) zugeführt. Über den Rücklaufkanal 28 verläßt das Wasser den Getriebeölkühler 5 und geht in den Kreislauf zurück. In der Kühlphase kommt das Kühlwasser aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 über den Vorlaufkanal 10, in den Vorlaufkanal 11, in den Getriebeölkühler 5 und verläßt diesen wie beschrieben. Im Übergangsbereich wird der Vorlaufstrom 1 mittels der Ventileinheit 3 so gesteuert, daß ein Teil des Kühlwassers über den Kanal 10 aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühlerl4 und ein anderer Teil aus dem Ausgleichsbehälter 2 in den Vorlaufkanal 11 eingespeist wird.
Die Fig. 6 zeigt die bereits beschriebenen wesentlichen Einzelheiten des die Ventileinheit 3 aufnehmenden Gehäuses 19, wobei die Ventileinheit 3 selbst, der besseren Übersichtlichkeit halber, nicht gezeichnet sondern lediglich durch die Bezugsziffer 3 angedeutet wurde. Die beiden Teile des Gehäuses 19, der untere Aufnahmestutzenl8 und der obere Aufnahmestutzen 20, der Teil des Ausgleichsbehälters 2 ist, sind nach außen hin mittels geeigneter Dichtung 32 abgedichtet. Die Verbindung erfolgt durch wandseitige Schlitze oder Nut 31, in der sich eine Federklammer befindet, die zeichnerisch nicht dargestellt wurde. Die Pfeile deuten die Strömung des Wassers an. Erkennbar ist aus dieser Darstellung ebenfalls die auf separate Leitungen verzichtende kompakte Gestaltung, bei der der untere Aufnahmestutzen 18 und die Vorlaufkanäle 10 und 11 als einheitliches Spritzgußteil ausgebildet sind. Da der obere Aufnahmestutzen 20, wie bereits beschrieben, direkt im Boden 21 des Ausgleichsbehälters 2 angeformt ist, ist die Zahl der Einzelteile äußerst gering, was zur Montagefreundlichkeit beiträgt.
In der Variante nach Fig.7, bei der der Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 durch einen separaten Niedertemperaturkühlmittelkühler 14a ersetzt wurde, stellt sich der Vorteil ein, daß größere Temperaturdifferenzen für die Ölkühlung erzielt werden können. Ebenso kann diese Variante vorteilhaft sein, wenn aus Platzgründen der Kühlmittelkühler 4 mit dem eingeschlossenen Niedertemperaturkühlmittelkühler 14 nicht untergebracht werden kann. Dafür kann ein kleinerer Kühlmittelkühler 4a vorgesehen werden, wobei die Anordnung des separaten Niedertemperaturkühlmittelkühlers 14a dort erfolgen kann, wo es die Platzverhältnisse in dem Kraftfahrzeug gestatten. Die Fig. 7 stellt, wie auch die bereits erläuterte Fig. 1. die reine Kühlphase dar, bei der der Hauptkühlkreislauf 12 durch den Kühlmittelkühler 4a geleitet wird. Die etwas kräftiger gezeichneten Pfeile zeigen den in dieser Phase vorherrschenden Strömungsweg des Kühlwassers. Der Niedertemperaturkühlmittelkühler 14a ist dem Kühlmittelkühler 4a nachgeschaltet und liegt zu diesem parallel. Das in diesen Kühler 14a einströmende Wasser gelangt zur Ventileinheit 3 und von dort in den Getriebeölkühler 5, wo auf Grund der großen Temperaturdifferenz eine effiziente Ölkühlung möglich ist.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1
Vorlaufstrom von 5
2
Ausgleichsbehälter
3
Ventileinheit
4
Kühlmittelkühler
4a
Kühlmittelkühler
5
Wärmetauscher (Öl-Wasser-Kühler)
6
Rücklaufstrom von 5
7
Kühlmittelleitung
8
Kühlmittelpumpe
9
Motor-Haupthermostat
10
Vorlaufkanal von 4 (14) nach 5
11
Vorlaufkanal von 2 nach 5
12
Hauptkühlkreislauf
13
Kühlmittelnebenstrom
14
Niedertemperaturkühlmittelkühler von 4
14a
Niedertemperaturkühlmittelkühler bei 4a
15
Wasserkasten von 4
16
Trennwand in 15
17
Brennkraftmaschine
18
Aufnahmestutzen, unten
19
Einsatzgehäuse für 3
20
Aufnahmestutzen, oben am Ausgleichsbehälter 2
21
Boden des Ausgleichsbehälters 2
22
Einlaufstutzen an 4
23
Auslaufstutzen an 4
24
Anschlußstutzen an 14
25
Flachrohre
26
Lamellen
27
Trennlinie für Niedertemperaturkühlmittelkühler 14
28
Rücklaufkanal von 5
29
Rücklaufanschluß an 2
30
Rücklaufstutzen
31
Nut für Federklammer
32
Dichtung

Claims (11)

  1. Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine von Fahrzeugen, mit einem Hauptkühlkreislauf (12), bestehend aus einem Kühlmittelkühler (4;4a), einer Kühlmittelpumpe (8) und einem Motorthermostat (9), der den Kühlmittelkühler (4;4a) bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Kühlmittels in den die Kühlmittelpumpe (8) aufweisenden Kühlkreislauf einschaltet, sowie mit einem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14;14a), einem Wärmetauscher (5) zum Vorwärmen und Kühlen von Betriebsstoffen, insbesonder Getriebeöl, mit Hilfe des Kühlmittels und einer Ventileinheit (3), die den Vorlaufstrom des Wärmetauschers (5) in der Vorwärmphase aus dem unter Umgehung des Kühlmittelskühlers (4,4a) zirkulierenden Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine (17) und in der Kühlphase aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14;14a) abzweigt, wobei der Wärmetauscher (5) einen Vorlaufkanal (11) sowie einen Rücklaufkanal (28) in den Hauptkühlkreislauf (12) besitzt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ein Ausgleichsbehälter (2) an dem Hauptkühlkreislauf (12) angeschlossen ist und die Ventileinheit (3) am Gehäuse des Ausgleichsbehälters angebracht ist, wobei die Ventileinheit (3) den Vorlaufstrom (1) des Wärmetauschers (5) in der Vorwärmphase aus dem Ausgleichsbehälter (2) zum Vorlaufkanal (11) abzweigt und in der Kühlphase aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14;14a) zum Vorlaufkanal (11) abzweigt, wobei die Ventileinheit (3) in einem Temperaturbereich des Kühlmittels zwischen der Vorwärmphase und der Kühlphase den Vorlaufstrom (1) des Wärmetauschers (5) aus Teilströmen aus dem Ausgleichsbehälter (2) und dem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14;14a) mischt und daß der Rücklaufkanal (28) vom Wärmetauscher (5) mit einem Rücklaufanschluß (29) des Ausgleichsbehälters (2) in einen gemeinsamen Rücklaufstutzen (30) zum Hauptkühlkreislauf mündet.
  2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur der Ventileinheit (3) unterhalb der Reaktionstemperatur des Motor-Hauptthermostaten (9) eingestellt ist.
  3. Kühlkreislauf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventileinheit (3) in einem Einsatzgehäuse (19) befindet, das in Verbindung zum Ausgleichsbehälter (2) steht und das zwei Vorlaufkanäle (10;11) zum Wärmetauscher (5) aufweist, von denen der eine Vorlaufkanal (10) in Verbindung mit dem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14; 14a) und der andere Vorlaufkanal (11) in Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter (2) ist.
  4. Kühlkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgehäuse (19) aus einem unteren (18) und einem oberen (20) Aufnahmestutzen gebildet ist, die abdichtend ineinandersteckbar sind, daß der obere Aufnahmestutzen (20) direkt am Boden (21) des Ausgleichsbehälters (2) angeformt ist und, daß der untere Aufnahmestutzen (18) gemeinsam mit den Vorlaufkanälen (10;11) ein einziges Bauteil, vorzugsweise ein Kunststoff-Spritzgußteil, darstellt.
  5. Kühlkreislauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ventileinheit (3) aufnehmenden unteren und oberen Aufnahmestutzen (18; 20) als ineinandersteckbare und abdichtende Schnell-Steck-Stutzen ausgebildet sind.
  6. Kühlkreislauf nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmestutzen (20) am Ausgleichsbehälter (2) innen eine einen O-Ring aufnehmende Nut aufweist und an seinem Umfang Schlitze (31) zur Aufnahme einer Federklammer besitzt und, daß der Aufnahmestutzen (18) eine konische Mantelfläche zeigt, die an dem O-Ring abdichtend anliegt sowie eine die Federklammer aufnehmende umlaufende Nut (31) besitzt.
  7. Kühlkreislauf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufkanal (28), der Rücklaufanschluß (29) und der Rücklaufstutzen (30) ein einziges Bauteil, vorzugsweise ein Kunststoff-Spritzgußteil, darstellen.
  8. Verfahren zum Betrieb des Kühlkreislaufes einer Brennkraftmaschine (17), mit dem das Vorwärmen und Kühlen von Betriebsstoffen, insbesondere Getriebeöl, mittels eines Wärmetauschers (5) durchgeführt wird, wobei ein Motorthermostat (9) den Kreislauf auf Kühlung mittels Kühlmittelkühler (4;4a) und Niedertemperaturkühlmittelkühler (14;14a) oder auf Vorwärmung schaltet, bei der die Kühler (4;4a;14;14a) nicht durchströmt werden und eine Ventileinheit (3) den Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher (5) regelt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufstrom (1) des Wärmetauschers (5) in der Vorwärmphase im wesentlichen aus dem Ausgleichsbehälter (2) entnommen wird, der von einem Teil des Hauptkühlkreislaufes (12) durchströmt wird, daß bei einer etwas unterhalb des Schaltpunktes des Motorthermostaten (9) liegenden Temperatur des Kühlmittels die Ventileinheit (3) auf Kühlphase umschaltet und in der Kühlphase der Vorlaufstrom (1) des Wärmetauschers (5) im wesentlichen aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14;14a) abgezweigt wird, daß der Vorlaufstrom (1) in einem Temperaturbereich zwischen Vorwärm-und Kühlphase gemischt wird und daß die Ventileinheit (3) einen Dauervorlaufstrom aus dem durch den Ausgleichsbehälter (2) geführten Kühlmittelstrom entnimmt und durch den Wärmetauscher (5) leitet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem minimalen Dauervorlaufstrom in der Kühlphase mit steigender Temperatur des Kühlmittels ein größer werdender Kühlmittelstrom aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14;14a) zugemischt wird.
  10. Verfahren nach den Ansprüchen 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Schalttemperatur bei weiter steigender Temperatur des Kühlmittels, der Anteil des den Vorlaufstrom (1) bildenden Kühlmittels aus dem Niedertemperaturkühlmittelkühler (14; 14a) erhöht und bei fallender Temperatur verringert wird.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Schalttemperatur, bei weiter steigender Temperatur des Kühlmittels, der Anteil des den Vorlaufstrom (1) bildenden Kühlmittels aus dem Ausgleichsbehälter (2) bzw. aus dem den Kühlmittelkühler (4) nicht durchströmenden Kühlmittelstrom (12) verringert und bei fallender Temperatur erhöht wird.
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