EP2616650B1 - Kühlmittelkreislauf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2616650B1
EP2616650B1 EP11740569.6A EP11740569A EP2616650B1 EP 2616650 B1 EP2616650 B1 EP 2616650B1 EP 11740569 A EP11740569 A EP 11740569A EP 2616650 B1 EP2616650 B1 EP 2616650B1
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EP
European Patent Office
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cylinder
coolant
internal combustion
combustion engine
control valve
Prior art date
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Not-in-force
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EP11740569.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2616650A1 (de
Inventor
Matthias Honzen
Sebastian Riedl
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases
    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
    • F02F7/0012—Crankcases of V-engines
    • 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
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • 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
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • 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
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/027—Cooling cylinders and cylinder heads in parallel
    • 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

  • Coolant circuit for an internal combustion engine in particular designed as a two-circuit cooling coolant circuit for internal combustion engines with at least two parallel cylinder banks, preferably in V or W design.
  • Such coolant circuits are used in internal combustion engine construction for motor vehicles for cooling assemblies of the internal combustion engine, in particular of cylinder heads and cylinder crankcases, at a different temperature level.
  • Coolant circuits for internal combustion engines with a cylinder crankcase having opposite cylinder banks are among others from the DE 103 18 744 A1 or the DE 10 2006 044 680 A1 known.
  • V-engine Coolant circuits for internal combustion engines with a cylinder crankcase having opposite cylinder banks, that is designed as a so-called "V-engine” are among others from the DE 103 18 744 A1 or the DE 10 2006 044 680 A1 known.
  • there is always a fluidic connection between the coolant jacket of the cylinder crankcase and the coolant jacket in the overlying cylinder heads so that no separate flow at different temperature levels is possible.
  • Such a dual-circuit cooling as is known from the DE 198 03 885 A1 or the JP 600 199 12 A shows, in which the cylinder crankcase and the cylinder head are internally fluidically separated from each other and involved in parallel to each other subcircuits of the coolant circuit are so far mainly used in inline engines with a single cylinder bank.
  • the DE 100 21 525 A1 shows a cooling circuit for a multi-cylinder V-engine with a, a cylinder head housing and a cylinder block surrounding cooling jacket, which is supplied via a pump with coolant, at least one cylinder cooling jacket and at least one cylinder head cooling chamber provided with a connection for the supply of the cooling liquid are and wherein the flow through the cylinder head housing and cylinder block with coolant takes place in parallel.
  • the disadvantage is that a blockage of the outflow of the cylinder cooling jacket, for faster heating of the therein cooling liquid, while cooling liquid flow through the cylinder head cooling chamber, an undesirable cooling liquid movement in the cylinder cooling jacket by cross flows to result, which slows the heating of the cylinder block.
  • the generic US 5,497,734 A and JP 10 184358 A each show a coolant circuit for an internal combustion engine, comprising a cylinder crankcase with at least two cylinder banks, and associated cylinder heads, wherein the cylinder crankcase and the cylinder heads can be acted upon by parallel running partial circuits of the coolant circuit of a coolant pump with coolant, wherein a first control valve with at least two synchronously switchable first connections and a second connection in a cylinder crankcase partial circuit is arranged and wherein the first terminals are connected in pairs with each one of the cylinder banks in fluid communication.
  • the disadvantage is that the control valves shown for combining the coolant from the cylinder banks constructed consuming and difficult to control synchronously.
  • the object of the present invention is therefore to provide a coolant circuit for an internal combustion engine having a plurality of cylinder banks. This object is solved by the features of patent claim 1.
  • Coolant circuit for an internal combustion engine comprising a cylinder crankcase with at least two cylinder banks, and associated cylinder heads, wherein the cylinder crankcase and the cylinder heads can be acted upon by separate and parallel partial circuits of the coolant circuit of a coolant pump with coolant, wherein a first control valve with at least two synchronously switchable first Terminals and a second port in a cylinder crankcase subcircuit is arranged, wherein the first ports are each connected in fluid communication with one of the cylinder banks and wherein the first control valve is designed as a rotatable about a rotation ball valve, wherein the first terminals radially and the second terminal axially arranged thereon.
  • a coolant flow in the cylinder crankcase subcircuit can also be set in internal combustion engines with a plurality of cylinder banks lying opposite each other, independently of the coolant flow in the cylinder head subcircuit become.
  • the cylinder crankcase generally has a single coolant jacket, which surrounds the two cylinder banks, so that a coolant exchange between the cylinder banks is in principle possible at any time.
  • the cylinder crankcase subcircuit and the cylinder head subcircuit run in sections parallel within the coolant circuit.
  • the synchronous switchability of the paired with the cylinder banks fluidly connected first Ports prevent unwanted cross-flow of the coolant in the cylinder crankcase between the cylinder banks, regardless of the coolant flow in the cylinder head partial circuit. If the first connections of the first control valve are closed synchronously, for example, then a coolant flow in the parallel cylinder head partial circuit can not stimulate any cross-flow of the coolant between the cylinder banks. The cylinder crankcase can thereby heat up faster.
  • This operating principle can be applied analogously for internal combustion engines in V or W construction or boxer engines. Due to the design as a ball valve with radial first ports and axial second port, a first control valve can be provided particularly favorable.
  • the ball valve consists of a housing with rotatably mounted therein Querterrorismsverstellglied.
  • the cross-section adjustment is formed as a spherical hollow body, with an axial opening in the region of the axis of rotation of the Querterrorismsverstellglieds and two, preferably symmetrically opposed, radial openings in a radial peripheral region of the Querterrorismsverstellglieds.
  • the axial opening is in almost every rotational position of the Quer4.000sverstellglieds in almost complete coverage with the second port.
  • the radial openings can be continuously overlapped in synchronism with the first terminals. The overlap of each first terminal with the complementary radial opening in each switching position is the same size.
  • the rotary actuation of the cross section adjustment member is preferably carried out via an electric drive or a pressure cell with electropneumatic pressure transducer.
  • the amount of coolant to be supplied to the first control valve is to be distributed uniformly in all switching positions of the first control valve to all first connections. This ensures that the same amount of coolant flows through all the cylinder banks or that the coolant flow through the cylinder banks can be prevented at the same time. Thus, unwanted cross flows between the cylinder banks are avoided in each switching position of the first control valve.
  • the cylinder banks are each acted upon by a separate cylinder crankcase flow parallel with coolant.
  • the first control valve is disposed downstream of the cylinder crankcase, wherein the second port is fluidly connected to a cylinder crankcase return.
  • the first control valve is acted upon by the first ports with coolant from the cylinder banks.
  • the coolant is discharged via the second connection in a cylinder crankcase return, depending on the switching position of the control valve.
  • the first control valve is arranged upstream of the cylinder crankcase, wherein the second connection is fluidly connected to a common cylinder crankcase flow.
  • the first control valve is acted upon via the second connection with coolant from a common cylinder crankcase flow.
  • the coolant is distributed via the first connections to the parallel cylinder crankcase heaters associated with the cylinder banks. From the cylinder banks, the coolant is discharged via a cylinder crankcase return.
  • the coolant can be circulated by the coolant pump at least temporarily between a main heat exchanger and the cylinder heads and / or the cylinder crankcase.
  • the coolant flow between said components can be temporarily prevented by valves or a coolant pump which can be switched on and off, as a result of which a controlled temperature control of the components is possible independently of one another.
  • each cylinder head has its own cylinder head lead and own cylinder head return, with the cylinder crankcase headers and the cylinder head headers being fed from a common flow section downstream of the coolant pump.
  • the cylinder crankcase return is merge at a junction with the cylinder head recirculations to a common return section.
  • the common return section leads to the main heat exchanger and the common flow section goes from the main heat exchanger.
  • a second control valve between the main heat exchanger and the coolant pump is arranged in the common flow section, in addition to a branch of the common return section, bypassing the main heat exchanger, opens. Due to the branch, the main heat exchanger, if appropriate, the second control valve, if necessary, be bypassed. In this so-called bypass mode, a coolant flow in the cylinder heads, and in dependence on the first control valve in the cylinder crankcase, possible without the heated coolant in the main heat exchanger is cooled. This allows a particularly rapid and uniform heating of the internal combustion engine at an elevated temperature level.
  • the second control valve may direct the coolant through the main heat exchanger by closing the branch.
  • a second control valve in this case is preferably a continuously controllable control valve and more preferably a map thermostat, which can be energized when needed for map change.
  • the coolant circuit described does not extend exclusively to the examples set forth; in particular, further heat exchangers can be added as desired in further sub-circuits.
  • connection of a known ventilation system is provided with a surge tank to the coolant circuit.
  • Fig. 1 has a coolant circuit 1 for an internal combustion engine 2, a main heat exchanger 8 for heat exchange between him flowing around
  • the internal combustion engine 2 consists essentially of a cylinder crankcase 3, which contains the displacements of the working cylinder in two parallel and mutually opposite cylinder banks 3a and is penetrated by a single coolant jacket, as well as, the cylinder banks 3a associated, cylinder heads 4, which accommodate essentially gas exchange devices for the working cylinder and are also penetrated by a coolant jacket.
  • the coolant jackets of the cylinder heads 4 and the cylinder crankcase 3 are not internally fluidically connected, but involved in separate and parallel to each other subcircuits 5 and 6 of the coolant circuit 1.
  • each cylinder head 4, and each cylinder bank 3a of the cylinder crankcase 3 via its own flow connection 6a and 5a, which are acted upon by a cooling medium pump 7 having common flow section 14 with coolant.
  • the common flow section 14 branches at a branch point 12, at which the coolant is distributed to the two sides of the V-shaped internal combustion engine 2, on. Further downstream takes place a further division between the cylinder head 4 or cylinder bank 3a.
  • the coolant from the cylinder banks 3a flows via a respective first port 9a to a first control valve 10.
  • the first control valve 10 is as a in Fig.
  • the first control valve 10 can completely separate the two first connections 9a from a cylinder crankcase return 5b connected to a second connection 9b of the first control valve 10.
  • the cylinder heads 4, however, have their own cylinder head returns 6b, which are merged at a junction 13 with the cylinder crankcase return 5b to a common return section 15.
  • the common return section 15 extends to the input side of the main heat exchanger 8, while the common flow section 14 from the output side of the main heat exchanger 8 springs.
  • the common flow section 14 contains, in addition to the central coolant pump 7, a second control valve 11 arranged upstream of the coolant pump 7, which is additionally contacted by a branch 16 branching off from the common return section 15, bypassing the main heat exchanger 8.
  • the second control valve 11 is designed as an energizable map thermostat, which closes the branch 16 in response to variable by means of energizationdeffentemperaturschwell culture and passes the coolant through the main heat exchanger 8. Otherwise, the coolant is passed via the branch 16 on the main heat exchanger 8 to the coolant pump 7. From one of the cylinder heads 4, a heating circuit 17 with a heating heat exchanger 18 located therein for heating ambient air for a vehicle interior, which opens upstream of the coolant pump 7 and downstream of the second control valve 11 again in the common flow section 14.
  • a coolant circuit 1 for an internal combustion engine 2 has a main heat exchanger 8 for heat exchange between the surrounding air flowing around it and the coolant flowing through it from the coolant circuit 1, and a coolant pump 7 for generating a coolant circulation in the coolant circuit 1.
  • the internal combustion engine 2 consists essentially of a cylinder crankcase 3, which contains the displacements of the working cylinder in two parallel and opposite cylinder banks 3a and is penetrated by a single coolant jacket, and the cylinder banks 3a associated, cylinder heads 4, which accommodate essentially devices for gas exchange for the working cylinder and also from a coolant jacket are interspersed.
  • the coolant jackets of the cylinder heads 4 and the cylinder crankcase 3 are not internally fluidically connected, but in separate and mutually parallel partial circuits 5 and 6 of the Integrated coolant circuit 1.
  • each cylinder head 4, and each cylinder bank 3a of the cylinder crankcase 3 via its own flow connection 6a and 5a, which are acted upon by a cooling medium pump 7 having common flow section 14 with coolant.
  • the common flow section 14 branches at a branch point 12, at which the coolant is distributed to the cylinder heads 4 or the cylinder banks 3, on.
  • a common cylinder crankcase flow 5c opens to a second port 9b of a, in Fig.
  • the first control valve 10 distributes the coolant via synchronously switchable first ports 9a to the parallel cylinder crankcase advances 5a, which lead to the cylinder banks 3a.
  • the first control valve 10 synchronously switches the first ports 9a such that the coolant amount to be supplied to the first control valve 10 is uniformly distributed in each shift position to the first two ports 9a.
  • the first control valve 10 can completely separate the two first connections 9a from the common cylinder crankcase flow 5c.
  • the common return section 15 extends to the input side of the main heat exchanger 8, while the common flow section 14 from the output side of the main heat exchanger 8 springs.
  • the common flow section 14 contains, in addition to the central coolant pump 7, a second control valve 11 arranged upstream of the coolant pump 7, which is additionally contacted by a branch 16 branching off from the common return section 15, bypassing the main heat exchanger 8.
  • the second control valve 11 is designed as an energizable map thermostat, which closes the branch 16 in response to variable by means of energizationdeschtemperaturschwell paper and passes the coolant through the main heat exchanger 8. Otherwise, the coolant is passed via the branch 16 on the main heat exchanger 8 to the coolant pump 7. From one of the cylinder heads 4, a heating circuit 17 with a heating heat exchanger 18 located therein for heating ambient air for a vehicle interior, which opens upstream of the coolant pump 7 and downstream of the second control valve 11 again in the common flow section 14.
  • Fig. 3 has a ball valve 10 for a coolant circuit of an internal combustion engine, a housing 10 b, in which a Querterrorismsverstellglied 10 a is rotatably mounted about a rotation axis A.
  • the housing 10b has an axial second terminal 9b and two radially opposite first radial terminals 9a.
  • the cross-section adjustment member 10a is formed as a spherical hollow body with corresponding openings 10d and 10e.
  • the axial opening 10e is independent of the current position of the Querterrorismsverstellglieds 10a always approximately congruent with the second terminal 9b.
  • the radial openings 10d are distributed symmetrically over the radial circumference of the Querterrorismsverstellglieds, so that the first terminals 9a occupy the same coverage with the complementary radial openings 10d in each rotational position of the Querterrorismsverstellglieds 10a. In the position shown, the first terminals 9a are fully opened. If the Querterrorismsverstellglied 10 a rotated at an angle of 90 ° about the axis of rotation A, the first terminals 9 a are closed. In addition to these two edge positions, all possible intermediate positions are conceivable. For this purpose, to actuate the Queritesverstellglieds 10a, for example, a non-illustrated pressure cell attack with electropneumatic pressure transducer. To prevent leakage, the gap between the cross-section adjustment member 10a and the housing 10b is sealed by seals 10c.

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Description

  • Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, insbesondere als Zweikreiskühlung ausgebildeter Kühlmittelkreislauf für Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei parallel liegenden Zylinderbänken, vorzugsweise in V- oder W-Bauform.
  • Derartige Kühlmittelkreisläufe werden im Brennkraftmaschinenbau für Kraftfahrzeuge zur Kühlung von Baugruppen der Brennkraftmaschine, insbesondere von Zylinderköpfen und Zylinderkurbelgehäuse, auf einem unterschiedlichen Temperaturniveau genutzt.
  • Kühlmittelkreisläufe für Brennkraftmaschinen mit einem Zylinderkurbelgehäuse, das gegenüberliegende Zylinderbänke aufweist, also als sogenannter "V-Motor" ausgebildet ist, sind unter anderem aus der DE 103 18 744 A1 oder der DE 10 2006 044 680 A1 bekannt. Hierbei besteht jedoch stets eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Kühlmittelmantel des Zylinderkurbelgehäuses und dem Kühlmittelmantel in den darüber liegenden Zylinderköpfen, so dass keine getrennte Durchströmung auf unterschiedlichem Temperaturniveau möglich ist.
  • Eine derartige Zweikreiskühlung, wie sie aus der DE 198 03 885 A1 oder der JP 600 199 12 A hervorgeht, bei der das Zylinderkurbelgehäuse und der Zylinderkopf intern strömungstechnisch voneinander getrennt sind und dafür in parallel zueinander verlaufende Teilkreisläufe des Kühlmittelkreislaufs eingebunden sind, ist bisher hauptsächlich bei Reihenmotoren mit einer einzigen Zylinderbank verbreitet.
  • Die DE 100 21 525 A1 zeigt jedoch einen Kühlkreislauf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine in V-Bauform mit einem, ein Zylinderkopfgehäuse und einen Zylinderblock umgebenden, Kühlmantel, der über eine Pumpe mit Kühlflüssigkeit versorgt wird, wobei mindestens ein Zylinderkühlmantel und mindestens ein Zylinderkopfkühlraum mit einem Anschluss für die Zufuhr der Kühlflüssigkeit versehen sind und wobei die Durchströmung von Zylinderkopfgehäuse und Zylinderblock mit Kühlflüssigkeit parallel erfolgt.
  • Nachteilig ist jedoch, dass eine Sperrung des Abflusses des Zylinderkühlmantels, zur schnelleren Aufheizung der darin befindlichen Kühlflüssigkeit, bei gleichzeitiger Kühlflüssigkeitsströmung durch den Zylinderkopfkühlraum, eine unerwünschte Kühlflüssigkeitsbewegung im Zylinderkühlmantel durch Querströmungen zur Folge hat, was die Aufheizung des Zylinderblocks verlangsamt.
  • Die gattungsbildenden US 5,497,734 A und JP 10 184358 A zeigen jeweils einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Zylinderkurbelgehäuse mit mindestens zwei Zylinderbänken, sowie zugehörigen Zylinderköpfen, wobei das Zylinderkurbelgehäuse und die Zylinderköpfe über parallel zueinander verlaufende Teilkreisläufe des Kühlmittelkreislaufs von einer Kühlmittelpumpe mit Kühlmittel beaufschlagbar sind, wobei ein erstes Stellventil mit mindestens zwei synchron schaltbaren ersten Anschlüssen und einem zweiten Anschluss in einem Zylinderkurbelgehäuse-Teilkreislauf angeordnet ist und wobei die ersten Anschlüsse mit jeweils einer der Zylinderbänke paarweise strömungstechnisch verbunden sind. Nachteilig ist, dass die gezeigten Stellventile zur Zusammenführung des Kühlmittels aus den Zylinderbänken aufwendig aufgebaut und nur schwer synchron regelbar sind. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Zylinderkurbelgehäuse mit mindestens zwei Zylinderbänken, sowie zugehörigen Zylinderköpfen, wobei das Zylinderkurbelgehäuse und die Zylinderköpfe über separate und parallel zueinander verlaufende Teilkreisläufe des Kühlmittelkreislaufs von einer Kühlmittelpumpe mit Kühlmittel beaufschlagbar sind, wobei ein erstes Stellventil mit mindestens zwei synchron schaltbaren ersten Anschlüssen und einem zweiten Anschluss in einem Zylinderkurbelgehäuse-Teilkreislauf angeordnet ist, wobei die ersten Anschlüsse mit jeweils einer der Zylinderbänke paarweise strömungstechnisch verbunden sind und wobei das erste Stellventil als um eine Drehachse drehbares Kugelventil ausgebildet ist, wobei die ersten Anschlüsse radial und der zweite Anschluss axial daran angeordnet sind.
  • Indem ein erstes Stellventil mit mindestens zwei synchron schaltbaren ersten Anschlüssen und einem zweiten Anschluss in dem Zylinderkurbelgehäuse-Teilkreislauf angeordnet ist, kann ein Kühlmittelfluss im Zylinderkurbelgehäuse-Teilkreislauf auch in Brennkraftmaschinen mit mehreren, insbesondere einander parallel gegenüberliegenden, Zylinderbänken unabhängig vom Kühlmittelfluss im Zylinderkopf-Teilkreislauf eingestellt werden. Das Zylinderkurbelgehäuse weist in der Regel einen einzigen Kühlmittelmantel auf, der die beiden Zylinderbänke umgibt, so dass ein Kühlmittelaustausch zwischen den Zylinderbänken prinzipiell jederzeit möglich ist. Der Zylinderkurbelgehäuse-Teilkreislauf und der Zylinderkopf-Teilkreislauf verlaufen innerhalb des Kühlmittelkreislaufs streckenweise parallel. Die synchrone Schaltbarkeit der mit den Zylinderbänken paarweise strömungstechnisch verbundenen ersten Anschlüsse verhindert eine unerwünschte Querströmung des Kühlmittels im Zylinderkurbelgehäuse zwischen den Zylinderbänken, unabhängig von der Kühlmittelströmung im Zylinderkopf-Teilkreislauf. Werden die ersten Anschlüsse des ersten Stellventils beispielsweise synchron geschlossen, so kann eine Kühlmittelströmung im parallelen Zylinderkopf-Teilkreislauf keine Querströmung des Kühlmittels zwischen den Zylinderbänken anregen. Das Zylinderkurbelgehäuse kann sich dadurch schneller erwärmen. Dieses Funktionsprinzip lässt sich analog für Brennkraftmaschinen in V- oder W-Bauweise oder Boxermotoren anwenden. Durch die Bauform als Kugelventil mit radialen ersten Anschlüssen und axialem zweiten Anschluss kann ein erstes Stellventil besonders günstig bereitgestellt werden. Das Kugelventil besteht aus einem Gehäuse mit drehbar darin gelagerten Querschnittsverstellglied. Das Querschnittsverstellglied ist als kugeliger Hohlkörper, mit einer axialen Öffnung im Bereich der Drehachse des Querschnittsverstellglieds und zwei, vorzugsweise einander symmetrisch gegenüberliegender, radialer Öffnungen in einem radialen Umfangsbereich des Querschnittsverstellglieds, ausgebildet. Die axiale Öffnung befindet sich in jeder Drehstellung des Querschnittsverstellglieds in nahezu vollständiger Überdeckung mit dem zweiten Anschluss. Die radialen Öffnungen können synchron mit den ersten Anschlüssen stufenlos überschnitten werden. Dabei ist die Überdeckung jedes ersten Anschlusses mit der komplementären radialen Öffnung in jeder Schaltstellung gleich groß. Die Drehbetätigung des Querschnittsverstellglieds erfolgt vorzugsweise über einen elektrischen Antrieb oder eine Druckdose mit elektropneumatischem Druckwandler.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist die dem ersten Stellventil zuzuführende Kühlmittelmenge in jeder Schaltstellung des ersten Stellventils auf alle ersten Anschlüsse gleichmäßig zu verteilen. Dadurch wird sichergestellt, dass durch alle Zylinderbänke die gleiche Menge Kühlmittel fließt oder der Kühlmittelfluss durch die Zylinderbänke gleichzeitig unterbunden werden kann. Somit werden unerwünschte Querströmungen zwischen den Zylinderbänken in jeder Schaltstellung des ersten Stellventils vermieden.
  • In einer bevorzugten Ausführung sind die Zylinderbänke über jeweils einen eigenen Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf parallel mit Kühlmittel beaufschlagbar.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist das erste Stellventil stromab des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet, wobei der zweite Anschluss mit einem Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf strömungstechnisch verbunden ist. Das erste Stellventil wird über die ersten Anschlüsse mit Kühlmittel aus den Zylinderbänken beaufschlagt. Das Kühlmittel wird, je nach Schaltstellung des Stellventils, über den zweiten Anschluss in einem Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf abgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist das erste Stellventil stromauf des Zylinderkurbelgehäuses angeordnet, wobei der zweite Anschluss mit einem gemeinsamen Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf strömungstechnisch verbunden ist. Das erste Stellventil wird über den zweiten Anschlusse mit Kühlmittel aus einem gemeinsamen Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf beaufschlagt. Das Kühlmittel wird, je nach Schaltstellung des Stellventils, über die ersten Anschlüsse auf die, den Zylinderbänken zugeordneten, parallelen Zylinderkurbelgehäuse-Vorläufe verteilt. Aus den Zylinderbänken wird das Kühlmittel über einen Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf abgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann das Kühlmittel durch die Kühlmittelpumpe zumindest zeitweise zwischen einem Hauptwärmetauscher und den Zylinderköpfen und/oder dem Zylinderkurbelgehäuse zirkuliert werden. Der Kühlmittelfluss zwischen den genannten Komponenten kann zeitweise durch Ventile oder eine zu- und abschaltbare Kühlmittelpumpe unterbunden werden, wodurch eine gezielte Temperierung der Komponenten unabhängig voneinander möglich ist.
  • In einer bevorzugten Ausführung weist jeder Zylinderkopf einen eigenen Zylinderkopf-Vorlauf und einen eigenen Zylinderkopf-Rücklauf auf, wobei sich die Zylinderkurbelgehäuse-Vorläufe und die Zylinderkopf-Vorläufe aus einem gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt stromab der Kühlmittelpumpe gespeist werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist der Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf an einer Verbindungsstelle mit den Zylinderkopf-Rückläufen zu einem gemeinsamen Rücklauf-Abschnitt zusammenführbar.
  • In einer bevorzugten Ausführung führt der gemeinsame Rücklauf-Abschnitt zum Hauptwärmetauscher und geht der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt vom Hauptwärmetauscher ab.
  • Die Aufteilung der Zylinderkopf-Vorläufe und der Zylinderkurbelgehäuse-Vorläufe aus dem gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt stromab des Hauptwärmetauschers ermöglicht einen möglichst geringen Einsatz von Verschlauchungen und die Nutzung eines einzigen Hauptwärmetauschers und einer einzigen Kühlmittelpumpe für alle Teilkreisläufe. Gleiches gilt analog für die Zusammenführung des Zylinderkurbelgehäuse-Rücklaufs und der Zylinderkopf-Rückläufe zu einem gemeinsamen Rücklauf-Abschnitt stromauf des Hauptwärmetauschers.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist in dem gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt ein zweites Stellventil zwischen Hauptwärmetauscher und Kühlmittelpumpe angeordnet, in das zusätzlich ein Abzweig des gemeinsamen Rücklauf-Abschnitts, unter Umgehung des Hauptwärmetauschers, mündet. Durch den Abzweig kann der Hauptwärmetauscher, bei entsprechender Stellung des zweiten Stellventils, bedarfsweise umgangen werden. In diesem sogenannten Bypassbetrieb ist eine Kühlmittelströmung in den Zylinderköpfen, und in Abhängigkeit des ersten Stellventils auch in dem Zylinderkurbelgehäuse, möglich, ohne dass das erwärmte Kühlmittel im Hauptwärmetauscher abgekühlt wird. Dadurch kann eine besonders schnelle und gleichmäßige Erwärmung der Brennkraftmaschine auf einem erhöhten Temperaturniveau erfolgen. Alternativ dazu kann das zweite Stellventil bei Erreichen einer bestimmten Mindesttemperatur das Kühlmittel durch Schließen des Abzweigs über den Hauptwärmetauscher leiten. Als zweites Stellventil eignet sich hierbei bevorzugt ein kontinuierlich regelbares Stellventil und besonders bevorzugt ein Kennfeldthermostat, welches bei Bedarf zur Kennfeldänderung bestromt werden kann.
  • Der beschriebene Kühlmittelkreislauf erstreckt sich nicht ausschließlich auf die dargelegten Beispiele, insbesondere können nach Belieben weitere Wärmetauscher in weiteren Teilkreisläufen hinzugefügt werden. Zudem ist der Anschluss eines bekannten Entlüftungssystems mit einem Ausgleichsbehälter an den Kühlmittelkreislauf vorgesehen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • Darin zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs;
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs;
    • Fig. 3 eine Schnittansicht eines als Kugelventil ausgebildeten ersten Stellventils.
  • Gemäß Fig. 1 hat ein Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2 einen Hauptwärmetauscher 8 zum Wärmeaustausch zwischen der ihn umströmenden Umgebungsluft und des ihn durchströmenden Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreislauf 1, sowie eine Kühlmittelpumpe 7 zur Erzeugung einer Kühlmittelzirkulation in dem Kühlmittelkreislauf 1. Die Brennkraftmaschine 2 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderkurbelgehäuse 3, welches die Hubräume der Arbeitszylinder in zwei parallelen und einander gegenüberliegenden Zylinderbänken 3a enthält und von einem einzigen Kühlmittelmantel durchsetzt ist, sowie den, den Zylinderbänken 3a zugeordneten, Zylinderköpfen 4, die im Wesentlichen Vorrichtungen zum Gaswechsel für die Arbeitszylinder beherbergen und ebenso von einem Kühlmittelmantel durchsetzt sind. Die Kühlmittelmäntel der Zylinderköpfe 4 und des Zylinderkurbelgehäuses 3 sind nicht intern strömungstechnisch verbunden, sondern in separate und parallel zueinander verlaufende Teilkreisläufe 5 und 6 des Kühlmittelkreislaufs 1 eingebunden. Dazu verfügt jeder Zylinderkopf 4, sowie jede Zylinderbank 3a des Zylinderkurbelgehäuses 3 über einen eigenen Vorlaufanschluss 6a bzw. 5a, die von einem die Kühlmittelpumpe 7 aufweisenden gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt 14 mit Kühlmittel beaufschlagbar sind. Dazu zweigt sich der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt 14 an einer Verzweigungsstelle 12, an dem das Kühlmittel auf die beiden Seiten der V-förmigen Brennkraftmaschine 2 verteilt wird, auf. Weiter stromab erfolgt eine weitere Aufteilung zwischen Zylinderkopf 4 oder Zylinderbank 3a. Das Kühlmittel aus den Zylinderbänken 3a fließt über jeweils einen ersten Anschluss 9a zu einem ersten Stellventil 10. Das erste Stellventil 10 ist als ein in Fig. 3 näher dargestelltes Kugelventil ausgebildet, das die ersten Anschlüsse 9a derart synchron schaltet, dass die dem ersten Stellventil 10 zuzuführende Kühlmittelmenge in jeder Schaltstellung gleichmäßig auf die beiden ersten Anschlüsse 9a verteilt wird. Insbesondere kann das erste Stellventil 10 die beiden ersten Anschlüsse 9a komplett von einem, an einem zweiten Anschluss 9b des ersten Stellventils 10 angeschlossenen, Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf 5b strömungstechnisch trennen. Die Zylinderköpfe 4 verfügen indes über eigene Zylinderkopf-Rückläufe 6b, die an einer Verbindungsstelle 13 mit dem Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf 5b zu einem gemeinsamen Rücklauf-Abschnitt 15 zusammengeführt werden. Der gemeinsame Rücklauf-Abschnitt 15 verläuft zur Eingangsseite des Hauptwärmetauschers 8, während der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt 14 aus der Ausgangsseite des Hauptwärmetauschers 8 entspringt. Der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt 14 enthält neben der zentralen Kühlmittelpumpe 7 ein stromauf der Kühlmittelpumpe 7 angeordnetes zweites Stellventil 11, das zusätzlich von einem aus dem gemeinsamen Rücklauf-Abschnitt 15, unter Umgehung des Hauptwärmetauschers 8, abzweigenden Abzweig 16 kontaktiert wird. Das zweite Stellventil 11 ist als bestrombares Kennfeldthermostat ausgebildet, welches den Abzweig 16 in Abhängigkeit von durch Bestromung veränderbaren Kühlmitteltemperaturschwellwerten schließt und das Kühlmittel über den Hauptwärmetauscher 8 leitet. Ansonsten wird das Kühlmittel über den Abzweig 16 am Hauptwärmetauscher 8 vorbei zur Kühlmittelpumpe 7 geführt. Von einem der Zylinderköpfe 4 kann ein Heizkreislauf 17 mit einem darin befindlichen Heizungswärmetauscher 18 zur Beheizung von Umgebungsluft für einen Fahrzeuginnenraum abgehen, der stromauf der Kühlmittelpumpe 7 und stromab des zweiten Stellventils 11 wieder in den gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt 14 mündet.
  • Gemäß Fig. 2 hat ein Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2 einen Hauptwärmetauscher 8 zum Wärmeaustausch zwischen der ihn umströmenden Umgebungsluft und des ihn durchströmenden Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreislauf 1, sowie eine Kühlmittelpumpe 7 zur Erzeugung einer Kühlmittelzirkulation in dem Kühlmittelkreislauf 1. Die Brennkraftmaschine 2 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderkurbelgehäuse 3, welches die Hubräume der Arbeitszylinder in zwei parallelen und einander gegenüberliegenden Zylinderbänken 3a enthält und von einem einzigen Kühlmittelmantel durchsetzt ist, sowie den, den Zylinderbänken 3a zugeordneten, Zylinderköpfen 4, die im Wesentlichen Vorrichtungen zum Gaswechsel für die Arbeitszylinder beherbergen und ebenso von einem Kühlmittelmantel durchsetzt sind. Die Kühlmittelmäntel der Zylinderköpfe 4 und des Zylinderkurbelgehäuses 3 sind nicht intern strömungstechnisch verbunden, sondern in separate und parallel zueinander verlaufende Teilkreisläufe 5 und 6 des Kühlmittelkreislaufs 1 eingebunden. Dazu verfügt jeder Zylinderkopf 4, sowie jede Zylinderbank 3a des Zylinderkurbelgehäuses 3 über einen eigenen Vorlaufanschluss 6a bzw. 5a, die von einem die Kühlmittelpumpe 7 aufweisenden gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt 14 mit Kühlmittel beaufschlagbar sind. Dazu zweigt sich der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt 14 an einer Verzweigungsstelle 12, an dem das Kühlmittel auf die Zylinderköpfe 4 oder die Zylinderbänke 3 verteilt wird, auf. Ein gemeinsamer Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf 5c mündet an einen zweiten Anschluss 9b eines, in Fig. 3 näher dargestellten, ersten Stellventils 10. Das erste Stellventil 10 verteilt das Kühlmittel über synchron schaltbare erste Anschlüsse 9a auf die parallelen Zylinderkurbelgehäuse-Vorläufe 5a, die zu den Zylinderbänken 3a führen. Das erste Stellventil 10 schaltet die ersten Anschlüsse 9a derart synchron, dass die dem ersten Stellventil 10 zuzuführende Kühlmittelmenge in jeder Schaltstellung gleichmäßig auf die beiden ersten Anschlüsse 9a verteilt wird. Insbesondere kann das erste Stellventil 10 die beiden ersten Anschlüsse 9a komplett von dem gemeinsamen Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf 5c strömungstechnisch trennen. Die Zylinderköpfe 4 verfügen indes über eigene Zylinderkopf-Rückläufe 6b, die an einer Verbindungsstelle 13 mit dem Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf 5b zu einem gemeinsamen Rücklauf-Abschnitt 15 zusammengeführt werden. Der gemeinsame Rücklauf-Abschnitt 15 verläuft zur Eingangsseite des Hauptwärmetauschers 8, während der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt 14 aus der Ausgangsseite des Hauptwärmetauschers 8 entspringt. Der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt 14 enthält neben der zentralen Kühlmittelpumpe 7 ein stromauf der Kühlmittelpumpe 7 angeordnetes zweites Stellventil 11, das zusätzlich von einem aus dem gemeinsamen Rücklauf-Abschnitt 15, unter Umgehung des Hauptwärmetauschers 8, abzweigenden Abzweig 16 kontaktiert wird. Das zweite Stellventil 11 ist als bestrombares Kennfeldthermostat ausgebildet, welches den Abzweig 16 in Abhängigkeit von durch Bestromung veränderbaren Kühlmitteltemperaturschwellwerten schließt und das Kühlmittel über den Hauptwärmetauscher 8 leitet. Ansonsten wird das Kühlmittel über den Abzweig 16 am Hauptwärmetauscher 8 vorbei zur Kühlmittelpumpe 7 geführt. Von einem der Zylinderköpfe 4 kann ein Heizkreislauf 17 mit einem darin befindlichen Heizungswärmetauscher 18 zur Beheizung von Umgebungsluft für einen Fahrzeuginnenraum abgehen, der stromauf der Kühlmittelpumpe 7 und stromab des zweiten Stellventils 11 wieder in den gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt 14 mündet.
  • Gemäß Fig. 3 hat ein Kugelventil 10 für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine ein Gehäuse 10b, in dem ein Querschnittsverstellglied 10a um eine Drehachse A drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 10b hat einen axialen zweiten Anschluss 9b und zwei einander symmetrisch gegenüberliegende, radiale erste Anschlüsse 9a. Das Querschnittsverstellglied 10a ist als kugeliger Hohlkörper mit korrespondierenden Öffnungen 10d und 10e ausgebildet. Die axiale Öffnung 10e ist unabhängig von der aktuellen Stellung des Querschnittsverstellglieds 10a stets annähernd deckungsgleich mit dem zweiten Anschluss 9b. Die radialen Öffnungen 10d sind symmetrisch über den radialen Umfang des Querschnittsverstellglieds verteilt, so dass die ersten Anschlüsse 9a in jeder Drehstellung des Querschnittsverstellglieds 10a die gleiche Überdeckung mit den komplementären radialen Öffnungen 10d einnehmen. In der gezeigten Stellung sind die ersten Anschlüsse 9a vollständig geöffnet. Wird das Querschnittsverstellglied 10a in einem Winkel von 90° um die Drehachse A verdreht, so sind die ersten Anschlüsse 9a geschlossen. Neben diesen beiden Randstellungen sind alle möglichen Zwischenstellungen denkbar. Dazu kann zur Betätigung des Querschnittsverstellglieds 10a beispielsweise eine nicht dargestellte Druckdose mit elektropneumatischem Druckwandler angreifen. Zur Vermeidung von Leckagen wird der Spalt zwischen Querschnittsverstellglied 10a und Gehäuse 10b von Dichtungen 10c abgedichtet.
    • Liste der Bezugszeichen:
    • A
    Drehachse
    1
    Kühlmittelkreislauf
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Zylinderkurbelgehäuse
    3a
    Zylinderbank
    4
    Zylinderkopf
    5
    Zylinderkurbelgehäuse-Teilkreislauf
    5a
    Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf
    5b
    Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf
    5c
    gemeinsamer Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf
    6
    Zylinderkopf-Teilkreislauf
    6a
    Zylinderkopf-Vorlauf
    6b
    Zylinderkopf-Rücklauf
    7
    Kühlmittelpumpe
    8
    Hauptwärmetauscher
    9a
    erster Anschluss
    9b
    zweiter Anschluss
    10
    erstes Stellventil
    10a
    Querschnittsverstellglied
    10b
    Gehäuse
    10c
    Dichtung
    10d
    radiale Öffnung
    10e
    axiale Öffnung
    11
    zweites Stellventil
    12
    Verzweigungsstelle
    13
    Verbindungsstelle
    14
    gemeinsamer Vorlauf-Abschnitt
    15
    gemeinsamer Rücklauf-Abschnitt
    16
    Abzweig
    17
    Heizkreislauf
    18
    Heizungswärmetauscher

Claims (10)

  1. Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine (2), aufweisend ein Zylinderkurbelgehäuse (3) mit mindestens zwei Zylinderbänken (3a), sowie zugehörigen Zylinderköpfen (4), wobei das Zylinderkurbelgehäuse (3) und die Zylinderköpfe (4) über separate und parallel zueinander verlaufende Teilkreisläufe (5, 6) des Kühlmittelkreislaufs (1) von einer Kühlmittelpumpe (7) mit Kühlmittel beaufschlagbar sind, wobei ein erstes Stellventil (10) mit mindestens zwei synchron schaltbaren ersten Anschlüssen (9a) und einem zweiten Anschluss (9b) in einem Zylinderkurbelgehäuse-Teilkreislauf (5) angeordnet ist und wobei die ersten Anschlüsse (9a) mit jeweils einer der Zylinderbänke (3a) paarweise strömungstechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellventil (10) als um eine Drehachse (A) drehbares Kugelventil ausgebildet ist, wobei die ersten Anschlüsse (9a) radial und der zweite Anschluss (9b) axial daran angeordnet sind.
  2. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten Stellventil (10) zuzuführende Kühlmittelmenge in jeder Schaltstellung des ersten Stellventils (10) auf alle ersten Anschlüsse (9a) gleichmäßig zu verteilen ist.
  3. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbänke (3a) über jeweils einen eigenen Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf (5a) parallel mit Kühlmittel beaufschlagbar sind.
  4. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellventil (10) stromab des Zylinderkurbelgehäuses (3) angeordnet ist, wobei der zweite Anschluss (9b) mit einem Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf (5b) strömungstechnisch verbunden ist.
  5. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellventil (10) stromauf des Zylinderkurbelgehäuses (3) angeordnet ist, wobei der zweite Anschluss (9b) mit einem gemeinsamen Zylinderkurbelgehäuse-Vorlauf (5c) strömungstechnisch verbunden ist.
  6. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel durch die Kühlmittelpumpe (7) zumindest zeitweise zwischen einem Hauptwärmetauscher (8) und den Zylinderköpfen (4) und/oder dem Zylinderkurbelgehäuse (3) zirkuliert werden kann.
  7. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinderkopf (4) einen eigenen Zylinderkopf-Vorlauf (6a) und einen eigenen Zylinderkopf-Rücklauf (6b) aufweist, wobei sich die Zylinderkurbelgehäuse-Vorläufe (5a) und die Zylinderkopf-Vorläufe (6a) aus einem gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt (14) stromab der Kühlmittelpumpe (7) gespeist werden.
  8. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkurbelgehäuse-Rücklauf (5b) an einer Verbindungsstelle (13) mit den Zylinderkopf-Rückläufen (6b) zu einem gemeinsamen Rücklauf-Abschnitt (15) zusammenführbar ist.
  9. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Rücklauf-Abschnitt (15) zum Hauptwärmetauscher (8) führt und der gemeinsame Vorlauf-Abschnitt (14) vom Hauptwärmetauscher (8) abgeht.
  10. Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gemeinsamen Vorlauf-Abschnitt (14) ein zweites Stellventil (11) zwischen Hauptwärmetauscher (8) und Kühlmittelpumpe (7) angeordnet ist, in das zusätzlich ein Abzweig (16) des gemeinsamen Rücklauf-Abschnitts (15), unter Umgehung des Hauptwärmetauschers (8), mündet.
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