EP1719886A1 - Kühlkreis für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1719886A1
EP1719886A1 EP06003306A EP06003306A EP1719886A1 EP 1719886 A1 EP1719886 A1 EP 1719886A1 EP 06003306 A EP06003306 A EP 06003306A EP 06003306 A EP06003306 A EP 06003306A EP 1719886 A1 EP1719886 A1 EP 1719886A1
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EP
European Patent Office
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path
pressure
coolant
cooling circuit
cooler
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Withdrawn
Application number
EP06003306A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Publication of EP1719886A1 publication Critical patent/EP1719886A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01P2037/00—Controlling
    • F01P2037/02—Controlling starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • the present invention relates to a cooling circuit for cooling an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1.
  • a cooling circuit for an internal combustion engine which has a motor path and a cooler path.
  • the motor path supplies areas of the internal combustion engine to be cooled with coolant.
  • a cooler arrangement is arranged with at least one air-refrigerant heat exchanger.
  • the cooling circuit also includes a thermostatic valve for activating and deactivating the radiator path and a coolant pump for driving the coolant in the cooling circuit.
  • the cooling circuit has a short-circuit line which connects a pressure side of the coolant pump to a suction side of the coolant pump and in which a pressure relief valve is arranged, which opens at a predetermined pressure limit.
  • the short-circuit line is connected on the pressure side to a flow of the motor path. On the suction side, the short-circuit line is connected to a coolant reservoir to which the coolant pump is also connected on the suction side. Furthermore, the known cooling circuit is an oil cooling circuit which cools the internal combustion engine with an oil as a coolant and at the same time lubricates.
  • a further cooling circuit for an internal combustion engine in which also a thermostatic valve is provided for activating and deactivating a radiator path.
  • a further air-coolant heat exchanger is arranged in the engine path, with the aid of which a vehicle interior can be heated.
  • an electrically actuated shut-off valve is arranged in the motor path, which blocks the motor path during the warm-up phase of the internal combustion engine.
  • a bypass line connecting the suction side to the pressure side of the coolant pump is provided, in which an electrically actuated bypass valve is arranged.
  • bypass valve is actuated to open the bypass line to prevent cavitation in the still operating coolant pump.
  • the check valve is actuated to open the motor path, while the bypass valve is actuated to block the bypass line. If the coolant is sufficiently warmed up, the cooler path can also be activated if necessary with the help of the thermostatic valve.
  • High-performance internal combustion engines as they are preferably used in sports vehicles, require a correspondingly efficient cooling circuit.
  • High cooling capacities can be achieved in particular by high delivery rates of the coolant pump, which is associated with high flow rates for small flow cross sections.
  • High flow velocities lead, especially in connection with relatively long line lengths, to increased pressure losses within the cooling circuit.
  • Particularly high pressure losses occur in sports vehicles with the rear side arranged internal combustion engine and the front side arranged air-coolant heat exchanger, as inevitably result in such a constellation long coolant lines.
  • the coolant pump In such high-performance cooling circuits, the coolant pump must generate a correspondingly high pressure in order to be able to absorb the pressure losses occurring in the cooling circuit and to achieve the desired coolant mass flow.
  • the high pumping capacity of the coolant pump is detrimental during the warm-up phase of the internal combustion engine during which the radiator path is deactivated. Because when the cooler path is deactivated, the pressure loss occurring therein during normal operation does not occur, so that the coolant pump provides too high a pressure for this warm-up operation.
  • the high pressure in the coolant can press the thermostatic valve causing cold coolant to enter the engine path from the radiator path.
  • the present invention is concerned with the problem of providing for a cooling circuit of the type mentioned in an improved embodiment, in which in particular an excessive pressure increase in the coolant during the warm-up phase of the internal combustion engine is avoided.
  • the invention is based on the general idea to select the pressure limit for the pressure relief valve so that the short-circuit line is opened when the cooler path is disabled and locked when the radiator path is activated.
  • the thermostatic valve deactivates the radiator path. This leads - as explained above - to an increase in pressure in the coolant.
  • this pressure increase is limited by means of the pressure relief valve to the predetermined pressure limit, which is selected so that the coolant pressure can not press the thermostatic valve and / or that damage to the coolant components leading, in particular in the cooler path, can be avoided.
  • the thermostatic valve activates the radiator path causing a pressure drop in the coolant.
  • the predetermined pressure limit value of the pressure limiting valve is set so that the coolant pressure setting when the cooler path is activated is below the pressure limit value.
  • the short-circuit line is connected on the pressure side to a return of the motor path or to a collector connected to the return. In this way, it is ensured that in each case the motor path is flowed through by the entire amount of coolant pumped by the pump.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified schematic diagram of a cooling circuit according to the invention.
  • a cooling circuit 1 according to the invention comprises an engine path 2 and a radiator path 3.
  • the cooling circuit 1 serves to cool an internal combustion engine 5 indicated by its cylinders 4.
  • Internal combustion engine 5 and cooling circuit 1 are preferably arranged in a motor vehicle, not shown here. This may in particular be a sports vehicle whose internal combustion engine 5 is particularly powerful. Accordingly, the cooling circuit 1 has a corresponding capacity.
  • the motor path 2 leads through the internal combustion engine 5 and supplies unspecified, to be cooled areas of the engine 5 with coolant.
  • the coolant is expediently water provided with antifreeze.
  • the cooler path 3 contains a cooler arrangement 6, which comprises at least one, here by way of example three air-coolant heat exchangers 7. These air-coolant heat exchanger 7 are flowed through by the coolant inside and acted upon from the outside with air or flows through it. The three heat exchangers 7 are connected in parallel here, so flows through the coolant in parallel.
  • the heat exchanger 7 or the cooler assembly 6 is usually as far forward, so arranged in a front region of the vehicle.
  • the internal combustion engine 5 is preferably arranged in a rear area of the vehicle.
  • the cooling circuit 1 is also equipped with a thermostatic valve 8, with the aid of the cooler path 3 can be activated and deactivated.
  • the thermostatic valve 8 deactivates the cooler path 3 in a conventional manner during a cold start of the internal combustion engine 5 during a warm-up phase in order in this way to bring the internal combustion engine 5 as quickly as possible to a desired nominal operating temperature.
  • the internal combustion engine 5 has particularly favorable exhaust gas and fuel consumption values at the desired nominal operating temperature. Only at higher temperatures, that is, when the internal combustion engine 5 is warm, does the thermostatic valve 8 activate the radiator path 3 in order to cool the internal combustion engine 5 as needed.
  • the thermostatic valve 8 is arranged in a return 9 of the cooler path 3.
  • the return line 9 is connected to a first inlet 10 of the thermostatic valve 8, which is characterized in that it is locked when the cooler path 3 is deactivated.
  • the cooling circuit 1 also includes a coolant pump 11, which serves to drive the coolant in the cooling circuit 1.
  • the coolant pump 11 is in conventionally drive-coupled to the internal combustion engine 5.
  • the coolant pump 11 is connected on the pressure side to a flow 12 of the motor path 2.
  • the coolant pump 11 is connected on the suction side via a connecting line 13 to an outlet 14 of the thermostatic valve 8.
  • a return 15 of the motor path 5 is also connected to a collector 16, which may be housed for example in an engine block of the internal combustion engine 5.
  • the supply line 12 and the return line 15 of the motor path 2 are each configured in a double flow, for example, to supply two spatially separate cylinder banks of the internal combustion engine 5 in parallel with the coolant.
  • a flow 17 of the cooler path 3 is connected here.
  • the collector 16 is connected via a return line 18 to a second inlet 19 of the thermostatic valve 8. This second inlet 19 is characterized in that it is open when the cooler path 3 is deactivated.
  • the cooling circuit 1 is also equipped with a short-circuit line 20 in which a pressure-limiting valve 21 is arranged.
  • the short-circuit line 20 in this case connects a pressure side of the coolant pump 11 to a suction side of the coolant pump 11.
  • the short-circuit line 20 is connected on the pressure side to the return line 15 of the motor path 2 or to the collector 16.
  • the short-circuit line 20 is connected to the connecting line 13, ie downstream of the thermostatic valve 8 to the suction side of the coolant pump 11.
  • the cooling circuit 1 is here still equipped with a heating path 22.
  • this heating path 22 at least one further air-coolant heat exchanger 23 is arranged, with the aid of which an air flow can be heated.
  • this heat exchanger 23 is part of an interior heating of the vehicle.
  • a flow 24 of the heating path 22 is also to the collector 16th connected.
  • a return 25 of the heating path 22 is connected here to a third inlet 26 of the thermostatic valve 8.
  • This third inlet 26 is characterized, for example, in that it can be open both when the cooler path 3 is deactivated and when the cooler path 3 is activated. Accordingly, the heating path 22 can be flowed through by the coolant both in the active and in the inactive cooler path 3 in order to be able to heat the interior as quickly as possible to increase the comfort of the vehicle occupants.
  • the cooling circuit 1 functions as follows:
  • the cooler path 3 For a cold start of the internal combustion engine 5, it is desirable to bring the internal combustion engine 5 as quickly as possible to a desired operating temperature. For this purpose, it is customary to deactivate the cooler path 3 with the aid of the thermostatic valve 8.
  • the first inlet 10 of the thermostatic valve 8 When the cooler path 3 is deactivated, the first inlet 10 of the thermostatic valve 8 is blocked, while its second inlet 19 is open.
  • the coolant pump 11 conveys the coolant according to arrows 27 through the motor path 2, whereby the coolant via the flow 12, the areas to be cooled and the return 15 passes into the collector 16.
  • the coolant further flows according to an arrow 28 via the return line 18 through the thermostatic valve 8 and via the connecting line 13 back to the coolant pump eleventh
  • the power of the coolant pump 11 depends on its speed, which in turn depends regularly on the speed of the internal combustion engine 5.
  • the pressure generated by the coolant pump 11 in the coolant in particular as a function of the rotational speed of the internal combustion engine 5, may increase to values which are greater than normally occur when the cooler path 3 is activated.
  • a pressure limit of the pressure relief valve 21, in which the pressure relief valve 21 opens the short-circuit line 20, specifically selected so that when the cooler path 3 is deactivated, an impermissibly high pressure rise in the coolant can be.
  • said Pressure limit is thus above a coolant pressure, which usually sets with activated cooler path 3. Accordingly, the pressure relief valve 21 opens the short-circuit line 20 while the cooler path 3 is deactivated, while it blocks the short-circuit line 20 when the cooler path 3 is activated.
  • the coolant flows according to arrows 30 through the short-circuit line 20 when the pressure relief valve 21 opens.
  • the pressure relief valve 21 preferably works purely mechanically and automatically.
  • the pressure limiting valve 21 contains a spring-loaded valve member in a known per se construction.
  • the associated with opening of the short-circuit line 20 waste to flow rate of the coolant pump 11 is safe for the internal combustion engine 5, since this does not have to be cooled during the warm-up phase anyway.
  • the thermostatic valve 8 activates the cooler path 3, in particular continuously.
  • the second inlet 19 is simultaneously closed.
  • the pressure limit of the pressure relief valve 21 is designed so that the associated with the activation of the cooler path 3 pressure drop in the coolant is so large that the pressure in the coolant drops below the pressure limit.
  • the pressure limiting valve 21 blocks the short-circuit line 20.
  • the heating path 22 may expediently be designed such that it can be flowed through by the coolant in accordance with arrows 31 both when the cooler path 3 is activated and when the cooling path 3 is deactivated.
  • the pressure-limiting valve 21 opens the short-circuit line 20 as a function of the coolant pressure prevailing in the collector 16.
  • the pressure limiting valve 21 can operate as a function of the pressure prevailing in the motor path 2 or in the return 15 of the motor path 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreis (1) zum Kühlen einer Brennkraftmaschine (5), insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
- mit einem Motorpfad (2), der zu kühlende Bereiche der Brennkraftmaschine (5) mit Kühlmittel versorgt,
- mit einem Kühlerpfad (3), in dem eine Kühleranordnung (6) mit wenigstens einem Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher (7) angeordnet ist,
- mit einem Thermostatventil (8) zum Aktivieren und Deaktivieren des Kühlerpfads (3),
- mit einer Kühlmittelpumpe (11) zum Antreiben des Kühlmittels im Kühlkreis (1),
- mit einer Kurzschlussleitung (20), die eine Druckseite der Kühlmittelpumpe (11) mit einer Saugseite der Kühlmittelpumpe (11) verbindet,
- mit einem Druckbegrenzungsventil (21), das in der Kurzschlussleitung (20) angeordnet ist und diese bei einem vorbestimmten Druckgrenzwert öffnet.
Um die Funktionssicherheit des Kühlkreises (1) zu erhöhen, ist der Druckgrenzwert so gewählt, dass das Druckbegrenzungsventil (21) die Kurzschlussleitung (20) bei deaktiviertem Kühlerpfad (3) öffnet und bei aktiviertem Kühlerpfad (3) sperrt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkreis zum Kühlen einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 37 15 002 A1 ist ein Kühlkreis für eine Brennkraftmaschine bekannt, der einen Motorpfad sowie einen Kühlerpfad aufweist. Der Motorpfad versorgt zu kühlende Bereiche der Brennkraftmaschine mit Kühlmittel. Im Kühlerpfad ist eine Kühleranordnung mit wenigstens einem Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager angeordnet. Der Kühlkreis umfasst außerdem ein Thermostatventil zum Aktivieren und Deaktivieren des Kühlerpfads sowie eine Kühlmittelpumpe zum Antreiben des Kühlmittels im Kühlkreis. Außerdem weist der Kühlkreis eine Kurzschlussleitung auf, die eine Druckseite der Kühlmittelpumpe mit einer Saugseite der Kühlmittelpumpe verbindet und in der ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, das bei einem vorbestimmten Druckgrenzwert öffnet. Beim bekannten Kühlkreis ist die Kurzschlussleitung druckseitig an einen Vorlauf des Motorpfads angeschlossen. Saugseitig ist die Kurzschlussleitung an ein Kühlmittelreservoir angeschlossen, an das auch die Kühlmittelpumpe saugseitig angeschlossen ist. Des Weiteren handelt es sich beim bekannten Kühlkreis um einen Ölkühlkreis, der die Brennkraftmaschine mit einem Öl als Kühlmittel kühlt und gleichzeitig schmiert.
  • Aus der DE 691 22 968 T2 ist ein weiterer Kühlkreis für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ebenfalls ein Thermostatventil zum Aktivieren und Deaktivieren eines Kühlerpfads vorgesehen ist. Darüber hinaus ist im Motorpfad ein weiterer Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager angeordnet, mit dessen Hilfe ein Fahrzeuginnenraum beheizt werden kann. Um während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine einen Wärmeabgang durch den im Motorpfad angeordneten Wärmeübertrager zu vermeiden, ist im Motorpfad ein elektrisch betätigbares Sperrventil angeordnet, das während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine den Motorpfad sperrt. Des Weiteren ist eine die Saugseite mit der Druckseite der Kühlmittelpumpe verbindende Bypassleitung vorgesehen, in der ein elektrisch betätigbares Bypassventil angeordnet ist. Während des Warmlaufbetriebs ist das Bypassventil zum Öffnen der Bypassleitung betätigt, um eine Kavitation in der nach wie vor arbeitenden Kühlmittelpumpe zu vermeiden. Sobald das Kühlmittel in der Brennkraftmaschine hinreichend vorgewärmt ist, wird das Sperrventil zum öffnen des Motorpfads angesteuert, während gleichzeitig das Bypassventil zum Sperren der Bypassleitung betätigt wird. Bei hinreichend aufgewärmtem Kühlmittel kann bei Bedarf zusätzlich mit Hilfe des Thermostatventils der Kühlerpfad aktiviert werden.
  • Leistungsstarke Brennkraftmaschinen, wie sie vorzugsweise bei Sportfahrzeugen zum Einsatz kommen, benötigen einen entsprechend leistungsfähigen Kühlkreis. Hohe Kühlleistungen lassen sich insbesondere durch hohe Förderleistungen der Kühlmittelpumpe erzielen, was bei kleinen Strömungsquerschnitten mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten einhergeht. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten führen, insbesondere in Verbindung mit relativ großen Leitungslängen, zu vergrößerten Druckverlusten innerhalb des Kühlkreises. Besonders hohe Druckverluste ergeben sich bei Sportfahrzeugen mit heckseitig angeordneter Brennkraftmaschine und frontseitig angeordnetem Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher, da sich bei einer derartigen Konstellation zwangsläufig lange Kühlmittelleitungen ergeben.
  • Bei derartigen Hochleistungs-Kühlkreisen muss die Kühlmittelpumpe einen entsprechend hohen Druck erzeugen, um die im Kühlkreis auftretenden Druckverluste auffangen zu können und um den gewünschten Kühlmittelmassenstrom zu erzielen. Die hohe Pumpleistung der Kühlmittelpumpe wirkt sich jedoch während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, während der der Kühlerpfad deaktiviert ist, nachteilig aus. Denn bei deaktiviertem Kühlerpfad tritt der darin im Normalbetrieb stattfindende Druckverlust nicht auf, so dass die Kühlmittelpumpe für diesen Warmlaufbetrieb einen zu hohen Druck bereitstellt. Der hohe Druck im Kühlmittel kann beispielsweise das Thermostatventil aufdrücken, wodurch kaltes Kühlmittel aus dem Kühlerpfad in den Motorpfad gelangt. Dies kann beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer die Warmlaufphase überwachenden On-Board-Diagnose ausgestattet ist, zu Fehlalarm führen, da sich das Warmlaufverhalten der Brennkraftmaschine bei aufgedrücktem Thermostatventil drastisch ändert. Darüber hinaus kann der hohe Druck im Kühlmittel bei einem Kühlkreis, bei dem das Thermostatventil in einem Rücklauf des Kühlerpfads angeordnet ist, zu unerwünscht hohen Belastungen des Kühlerpfads und der darin angeordneten Komponenten, insbesondere der Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager, führen.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Kühlkreis der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, bei der insbesondere ein übermäßiger Druckanstieg im Kühlmittel während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Druckgrenzwert für das Druckbegrenzungsventil so zu wählen, dass die Kurzschlussleitung bei deaktiviertem Kühlerpfad geöffnet und bei aktiviertem Kühlerpfad gesperrt ist. Während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine deaktiviert das Thermostatventil den Kühlerpfad. Hierdurch kommt es - wie oben erläutert - zu einem Druckanstieg im Kühlmittel. Dieser Druckanstieg ist jedoch mit Hilfe des Druckbegrenzungsventils auf den vorgegebenen Druckgrenzwert begrenzt, der so gewählt ist, dass der Kühlmitteldruck das Thermostatventil nicht aufdrücken kann und/oder dass Beschädigungen der Kühlmittel führenden Komponenten, insbesondere im Kühlerpfad, vermieden werden können. Mit Beendigung der Warmlaufphase aktiviert das Thermostatventil den Kühlerpfad, wodurch im Kühlmittel ein Druckabfall erfolgt. Der vorbestimmte Druckgrenzwert des Druckbegrenzungsventils ist dabei so festgelegt, dass sich der bei aktiviertem Kühlerpfad einstellende Kühlmitteldruck unterhalb des Druckgrenzwerts befindet. Beim erfindungsgemäßen Kühlkreis wird somit durch eine gezielte Auslegung des Druckgrenzwerts ein effektiver Schutz des Kühlkreises vor Beschädigungen und Fehlfunktionen erreicht, wobei der hierzu erforderliche bauliche Aufwand vergleichsweise gering ist.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die Kurzschlussleitung druckseitig an einen Rücklauf des Motorpfads oder an einen an den Rücklauf angeschlossenen Sammler angeschlossen ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass in jedem Fall der Motorpfad von der gesamten von der Pumpe geförderten Kühlmittelmenge durchströmt ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines Kühlkreises nach der Erfindung.
  • Entsprechend Fig. 1 umfasst ein Kühlkreis 1 nach der Erfindung einen Motorpfad 2 und einen Kühlerpfad 3. Der Kühlkreis 1 dient zum Kühlen einer durch ihre Zylinder 4 angedeutete Brennkraftmaschine 5. Brennkraftmaschine 5 und Kühlkreis 1 sind vorzugsweise in einem hier nicht gezeigten Kraftfahrzeug angeordnet. Dabei kann es sich hierbei insbesondere um ein Sportfahrzeug handeln, dessen Brennkraftmaschine 5 besonders leistungsfähig ist. Dementsprechend verfügt auch der Kühlkreis 1 über eine entsprechende Leistungsfähigkeit.
  • Der Motorpfad 2 führt durch die Brennkraftmaschine 5 und versorgt nicht näher bezeichnete, zu kühlende Bereiche der Brennkraftmaschine 5 mit Kühlmittel.
  • Beispielsweise werden Wandungen der Zylinder 4 vom Kühlmittel umströmt. Beim Kühlmittel handelt es sich zweckmäßig um mit Frostschutz versehenes Wasser.
  • Der Kühlerpfad 3 enthält eine Kühleranordnung 6, die wenigstens einen, hier exemplarisch drei Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager 7, umfasst. Diese Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager 7 sind innen vom Kühlmittel durchströmt und von außen mit Luft beaufschlagt bzw. durchströmt. Die drei Wärmeübertrager 7 sind hier parallel geschaltet, also parallel vom Kühlmittel durchströmt. Bei einem Kraftfahrzeug sind die Wärmeübertrager 7 bzw. ist die Kühleranordnung 6 üblicherweise möglichst weit vorne, also in einem Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet. Im Unterschied dazu ist bei einem Sportfahrzeug die Brennkraftmaschine 5 vorzugsweise in einem Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet. Hierdurch entstehen zumindest für den Kühlerpfad 3 vergleichsweise große Leitungslängen, was mit entsprechenden Druckverlusten einhergeht.
  • Der Kühlkreis 1 ist außerdem mit einem Thermostatventil 8 ausgestattet, mit dessen Hilfe der Kühlerpfad 3 aktiviert und deaktiviert werden kann. Das Thermostatventil 8 deaktiviert den Kühlerpfad 3 in herkömmlicher Weise bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 während einer Warmlaufphase, um auf diese Weise die Brennkraftmaschine 5 möglichst rasch auf eine gewünschte Nennbetriebstemperatur zu bringen. Beispielsweise weist die Brennkraftmaschine 5 bei der gewünschten Nennbetriebstemperatur besonders günstige Abgas- und Kraftstoffverbrauchswerte auf. Erst bei höheren Temperaturen, also bei warmer Brennkraftmaschine 5, aktiviert das Thermostatventil 8 den Kühlerpfad 3, um die Brennkraftmaschine 5 bedarfsgerecht zu kühlen. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist das Thermostatventil 8 in einem Rücklauf 9 des Kühlerpfads 3 angeordnet. Hierzu ist der Rücklauf 9 an einen ersten Einlass 10 des Thermostatventils 8 angeschlossen, der sich dadurch charakterisiert, dass er bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 gesperrt ist.
  • Der Kühlkreis 1 enthält außerdem eine Kühlmittelpumpe 11, die zum Antreiben des Kühlmittels im Kühlkreis 1 dient. Zweckmäßig ist die Kühlmittelpumpe 11 in herkömmlicher Weise mit der Brennkraftmaschine 5 antriebsgekoppelt. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlmittelpumpe 11 druckseitig an einen Vorlauf 12 des Motorpfads 2 angeschlossen. Des Weiteren ist die Kühlmittelpumpe 11 saugseitig über eine Verbindungsleitung 13 an einem Auslass 14 des Thermostatventils 8 angeschlossen.
  • Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist außerdem ein Rücklauf 15 des Motorpfads 5 an einen Sammler 16 angeschlossen, der beispielsweise in einem Motorblock der Brennkraftmaschine 5 untergebracht sein kann. Im vorliegenden Beispiel sind der Vorlauf 12 und der Rücklauf 15 des Motorpfades 2 jeweils zweiflutig ausgestaltet, beispielsweise um zwei räumlich voneinander getrennte Zylinderbänke der Brennkraftmaschine 5 parallel mit dem Kühlmittel zu versorgen. An diesen Sammler 16 ist hier ein Vorlauf 17 des Kühlerpfads 3 angeschlossen. Außerdem ist der Sammler 16 über eine Rücklaufleitung 18 an einen zweiten Einlass 19 des Thermostatventils 8 angeschlossen. Dieser zweite Einlass 19 charakterisiert sich dadurch, dass er bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 geöffnet ist.
  • Erfindungsgemäß ist der Kühlkreis 1 außerdem mit einer Kurzschlussleitung 20 ausgestattet, in der ein Druckbegrenzungsventil 21 angeordnet ist. Die Kurzschlussleitung 20 verbindet dabei eine Druckseite der Kühlmittelpumpe 11 mit einer Saugseite der Kühlmittelpumpe 11. Im gezeigten Beispiel ist die Kurzschlussleitung 20 hierzu druckseitig an den Rücklauf 15 des Motorpfads 2 bzw. an den Sammler 16 angeschlossen. Saugseitig ist die Kurzschlussleitung 20 an die Verbindungsleitung 13, also stromab des Thermostatventils 8 an die Saugseite der Kühlmittelpumpe 11 angeschlossen.
  • Darüber hinaus ist der Kühlkreis 1 hier noch mit einem Heizungspfad 22 ausgestattet. In diesem Heizungspfad 22 ist zumindest ein weiterer Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager 23 angeordnet, mit dessen Hilfe eine Luftströmung beheizt werden kann. Beispielsweise ist dieser Wärmeübertrager 23 ein Bestandteil einer Innenraumheizung des Fahrzeugs. Zweckmäßig ist ein Vorlauf 24 des Heizungspfads 22 ebenfalls an den Sammler 16 angeschlossen. Ein Rücklauf 25 des Heizungspfads 22 ist hier an einen dritten Einlass 26 des Thermostatventils 8 angeschlossen. Dieser dritte Einlass 26 charakterisiert sich z.B. dadurch, dass er sowohl bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 als auch bei aktiviertem Kühlerpfad 3 offen sein kann. Dementsprechend ist der Heizungspfad 22 sowohl bei aktivem als auch bei inaktivem Kühlerpfad 3 vom Kühlmittel durchströmbar, um zur Komfortsteigerung der Fahrzeuginsassen möglichst rasch den Innenraum beheizen zu können.
    • Der erfindungsgemäße Kühlkreis 1 funktioniert wie folgt:
  • Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 ist es erwünscht, die Brennkraftmaschine 5 möglichst rasch auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen. Hierzu ist es üblich, mit Hilfe des Thermostatventils 8 den Kühlerpfad 3 zu deaktivieren. Bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 ist der erste Einlass 10 des Thermostatventils 8 gesperrt, während dessen zweiter Einlass 19 geöffnet ist. Die Kühlmittelpumpe 11 fördert das Kühlmittel entsprechend Pfeilen 27 durch den Motorpfad 2, wodurch das Kühlmittel über den Vorlauf 12, die zu kühlenden Bereiche und den Rücklauf 15 in den Sammler 16 gelangt. Das Kühlmittel strömt des Weiteren entsprechend einem Pfeil 28 über die Rücklaufleitung 18 durch das Thermostatventil 8 und über die Verbindungsleitung 13 zurück zur Kühlmittelpumpe 11.
  • Die Leistung der Kühlmittelpumpe 11 hängt von deren Drehzahl ab, die ihrerseits regelmäßig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 5 abhängt. Bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 kann der von der Kühlmittelpumpe 11 im Kühlmittel erzeugte Druck, insbesondere in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 5, auf Werte ansteigen, die größer sind als sie bei aktiviertem Kühlerpfad 3 normalerweise auftreten. Um eine Beschädigung des Kühlkreises 1 sowie eine ordnungsgemäße Funktion des Kühlkreises 1 gewährleisten zu können, ist ein Druckgrenzwert des Druckbegrenzungsventils 21, bei dem das Druckbegrenzungsventil 21 die Kurzschlussleitung 20 öffnet, gezielt so gewählt, dass bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 ein unzulässig hoher Druckanstieg im Kühlmittel vermieden werden kann. Besagter Druckgrenzwert liegt somit oberhalb eines Kühlmitteldrucks, der sich bei aktiviertem Kühlerpfad 3 üblicherweise einstellt. Dementsprechend öffnet das Druckbegrenzungsventil 21 bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 die Kurzschlussleitung 20, während es die Kurzschlussleitung 20 bei aktiviertem Kühlerpfad 3 sperrt.
  • Bei entsprechendem Druckanstieg im Kühlmittel strömt das Kühlmittel entsprechend Pfeilen 30 durch die Kurzschlussleitung 20, wenn das Druckbegrenzungsventil 21 öffnet. Bemerkenswert ist dabei, dass das Druckbegrenzungsventil 21 vorzugsweise rein mechanisch und automatisch arbeitet. Beispielsweise enthält das Druckbegrenzungsventil 21 hierzu ein federbelastetes Ventilglied in an sich bekannter Bauweise.
  • Bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 kann somit eine Beschädigung des Kühlkreises 1 bzw. eine Fehlfunktion des Kühlkreises 1, beispielsweise durch ein Aufdrücken des Thermostatventils 8, vermieden werden, indem das Druckbegrenzungsventil 21 den Druckanstieg an der Druckseite der Kühlmittelpumpe 11 auf besagten Druckgrenzwert begrenzt.
  • Der mit Öffnen der Kurzschlussleitung 20 einhergehende Abfall an Förderleistung der Kühlmittelpumpe 11 ist dabei für die Brennkraftmaschine 5 unbedenklich, da diese während der Warmlaufphase ohnehin nicht gekühlt werden muss.
  • Am Ende der Warmlaufphase, wenn also die Brennkraftmaschine 5 ihre Betriebstemperatur erreicht hat, aktiviert das Thermostatventil 8 den Kühlerpfad 3, insbesondere kontinuierlich. Dabei wird in dem Maße, wie der erste Einlass 10 geöffnet wird, gleichzeitig der zweite Einlass 19 geschlossen. Bei aktiviertem Kühlerpfad 3 sinkt der Druck im Kühlmittel. Insbesondere fällt der Druck am ersten Einlass 10 deutlich ab, da sich bei durchströmten Kühlerpfad 3 die Strömungswiderstände des Kühlerpfads 3 dann bemerkbar machen. Der Druckgrenzwert des Druckbegrenzungsventils 21 ist dabei so ausgelegt, dass der mit der Aktivierung des Kühlerpfads 3 einhergehende Druckabfall im Kühlmittel so groß ist, dass der Druck im Kühlmittel unter den Druckgrenzwert absinkt. In der Folge sperrt das Druckbegrenzungsventil 21 die Kurzschlussleitung 20. Somit steht wieder die volle Pumpenleistung zum Antreiben des Kühlmittels im gesamten Kühlkreis 1 zur Verfügung. Bei aktiviertem Kühlerpfad 3 strömt das Kühlmittel entsprechend Pfeilen 29 durch den Kühlerpfad 3.
  • Der Heizungspfad 22 kann zweckmäßig so ausgestaltet sein, dass er sowohl bei aktiviertem als auch bei deaktiviertem Kühlerpfad 3 entsprechend Pfeilen 31 vom Kühlmittel durchströmbar ist.
  • Durch die hier gewählte Anordnung der Kurzschlussleitung 20 öffnet das Druckbegrenzungsventil 21 die Kurzschlussleitung 20 in Abhängigkeit des im Sammler 16 herrschenden Kühlmitteldrucks. Ebenso kann durch eine entsprechende Anordnung der Kurzschlussleitung 20 das Druckbegrenzungsventil 21 in Abhängigkeit des im Motorpfad 2 bzw. des im Rücklauf 15 des Motorpfads 2 herrschenden Drucks arbeiten. Alternativ ist es grundsätzlich auch möglich, die Kurzschlussleitung 20 stromauf des Motorpfads 2 an die Druckseite der Kühlmittelpumpe 11 oder an den Vorlauf 12 des Motorpfads 2 anzuschließen, so dass das Druckbegrenzungsventil 21 durch den direkt an der Druckseite der Kühlmittelpumpe 11 herrschenden Druck gesteuert ist. Bevorzugt wird jedoch die hier gewählte Anordnung der Kurzschlussleitung 20 stromab der zu kühlenden Bereiche der Brennkraftmaschine 5, um in jedem Fall eine ausreichende Kühlmittelversorgung dieser Bereiche gewährleisten zu können.

Claims (9)

  1. Kühlkreis zum Kühlen einer Brennkraftmaschine (5), insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
    - mit einem Motorpfad (2), der zu kühlende Bereiche der Brennkraftmaschine (5) mit Kühlmittel versorgt,
    - mit einem Kühlerpfad (3), in dem eine Kühleranordnung (6) mit wenigstens einem Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager (7) angeordnet ist,
    - mit einem Thermostatventil (8) zum Aktivieren und Deaktivieren des Kühlerpfads (3),
    - mit einer Kühlmittelpumpe (11) zum Antreiben des Kühlmittels im Kühlkreis (1),
    - mit einer Kurzschlussleitung (20), die eine Druckseite der Kühlmittelpumpe (11) mit einer Saugseite der Kühlmittelpumpe (11) verbindet,
    - mit einem Druckbegrenzungsventil (21), das in der Kurzschlussleitung (20) angeordnet ist und diese bei einem vorbestimmten Druckgrenzwert öffnet,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgrenzwert so gewählt ist, dass das Druckbegrenzungsventil (21) die Kurzschlussleitung (20) bei deaktiviertem Kühlerpfad (3) öffnet und bei aktiviertem Kühlerpfad (3) sperrt.
  2. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgrenzwert größer ist als ein Kühlmitteldruck, der sich bei aktiviertem Kühlerpfad (3) einstellt.
  3. Kühlkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Druckbegrenzungsventil (21) in Abhängigkeit des an der Druckseite der Kühlmittelpumpe (11) im Kühlmittel herrschenden Drucks öffnet, und/oder
    - dass das Druckbegrenzungsventil (21) in Abhängigkeit des im Motorpfad (2) im Kühlmittel herrschenden Drucks öffnet, und/oder
    - dass das Druckbegrenzungsventil (21) in Abhängigkeit des in einem Rücklauf (15) des Motorpfads (2) im Kühlmittel herrschenden Drucks öffnet, und/oder
    - dass das Druckbegrenzungsventil (21) in Abhängigkeit des in einem mit einem Rücklauf (15) des Motorpfads (2) verbundenen Sammler im Kühlmittel herrschenden Drucks öffnet.
  4. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Kühlmittelpumpe (11) druckseitig an einen Vorlauf (12) des Motorpfads (2) angeschlossen ist, und/oder
    - dass ein Rücklauf (15) des Motorpfads (2) an einen Sammler (16) angeschlossen ist, und/oder
    - dass die Kühlmittelpumpe (11) saugseitig an einen Auslass (14) des Thermostatventils (8) angeschlossen ist.
  5. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Kurzschlussleitung (20) druckseitig an einen Rücklauf (15) des Motorpfads (2) oder an den Sammler (16) angeschlossen ist, und/oder
    - dass die Kurzschlussleitung (20) saugseitig stromab des Auslasses (14) des Thermostatventils (8) an die Saugseite der Kühlmittelpumpe (11) angeschlossen ist.
  6. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein Vorlauf (17) des Kühlerpfads (3) an den Sammler (16) oder an einen Rücklauf (15) des Motorpfads (2) angeschlossen ist, und/oder
    - dass ein Rücklauf (9) des Kühlerpfads (3) an einen bei deaktiviertem Kühlerpfad (3) gesperrten Einlass (10) des Thermostatventils (8) angeschlossen ist, und/oder
    - dass ein bei deaktiviertem Kühlerpfad (3) geöffneter Einlass (19) des Thermostatventils (8) an einen Rücklauf (15) des Motorpfads (2) oder über eine Rücklaufleitung (18) an den Sammler (16) angeschlossen ist.
  7. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein Heizungspfad (22) vorgesehen ist, in dem wenigstens ein Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager (23) zum Beheizen einer Luftströmung angeordnet ist, und/oder
    - dass der Heizungspfad (22) bei aktivem und bei inaktivem Kühlerpfad (3) vom Kühlmittel durchströmbar ist, und/oder
    - das ein Vorlauf (24) des Heizungspfads (22) an einen Rücklauf (15) des Motorpfads (2) oder an den Sammler (16) angeschlossen ist, und/oder
    - dass ein Rücklauf (25) des Heizungspfads (22) an einen bei deaktiviertem und aktiviertem Kühlerpfad (3) offenen Einlass (26) des Thermostatventils (8) angeschlossen ist.
  8. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (21) mechanisch und automatisch arbeitet.
  9. Kühlkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Brennkraftmaschine (5) in einem Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet ist,
    - dass die Kühleranordnung (6) des Kühlerpfads (3) in einem Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet ist.
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