EP2652305A1 - Kühlkreis für eine brennkraftmaschine mit einer abgasrückführung und verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit einem solchen kühlkreis - Google Patents

Kühlkreis für eine brennkraftmaschine mit einer abgasrückführung und verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit einem solchen kühlkreis

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EP2652305A1
EP2652305A1 EP11794043.7A EP11794043A EP2652305A1 EP 2652305 A1 EP2652305 A1 EP 2652305A1 EP 11794043 A EP11794043 A EP 11794043A EP 2652305 A1 EP2652305 A1 EP 2652305A1
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EP
European Patent Office
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coolant
internal combustion
combustion engine
outlet
egr
Prior art date
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Application number
EP11794043.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2652305B1 (de
Inventor
Ekkehard Pott
Dirk Browatzki
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP2652305B1 publication Critical patent/EP2652305B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • 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
    • F01P2060/16—Outlet manifold
    • 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
    • F01P3/12—Arrangements for cooling other engine or machine parts

Definitions

  • the invention relates to a cooling circuit for an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation (EGR), in particular for a diesel internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has a coolant inlet and a coolant outlet.
  • the refrigeration cycle further comprises a main radiator having a radiator inlet and a radiator outlet, an EGR radiator having an EGR inlet for coolant and an EGR outlet for coolant, and a main control device, in particular a main thermostat, which is arranged in front of the internal combustion engine in the flow direction of the coolant.
  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with such a cooling circuit.
  • Exhaust gas recirculation is used to recirculate exhaust gas from an exhaust side of
  • Exhaust gas recirculation line an EGR cooler provided.
  • Exhaust gas recirculation cooler which is connected to a working with a liquid coolant cooling circuit.
  • the exhaust gas recirculation cooler has a through-flow of coolant
  • Radiator housing the at least one exhaust inlet, an exhaust outlet, a
  • the exhaust gas recirculation cooler contains in its cooler housing a first and a second cooling tube arrangement, wherein the second cooling tube arrangement allows a larger heat flow between exhaust gas and coolant than the first one. It is also known from the publication DE 103 58 311 A1 that the flow of an EGR cooler valve and thermostat controlled can be done. The valve is used for
  • a flow through the EGR cooler with coolant from the radiator outlet of the main radiator in particular after a cold start of the internal combustion engine and / or at low ambient temperatures, can result in lowering the coolant temperature in the EGR cooler to below 50 degrees Celsius or even to ambient temperature with the initially described risk of coking and corrosion.
  • the invention has the object, a cooling circuit of an internal combustion engine of the type mentioned in such a way and operate, that on the one hand, the EGR cooler can provide the required performance and on the other hand maximum reliability against coking and corrosion, against local education
  • a cooling circuit for an internal combustion engine according to the features of claim 1.
  • the dependent claims relate to particularly expedient developments of the invention.
  • a cooling circuit is provided which comprises a secondary control device, which is arranged downstream of the exhaust gas recirculation cooler in the flow direction of the coolant, and / or an exhaust gas recirculation control device, which is arranged upstream of the exhaust gas recirculation cooler in the flow direction of the coolant.
  • the coolant inlet is connected to a main coolant pump, which is arranged in particular between the main control device and the internal combustion engine.
  • the main control device is preferably designed as a thermostat.
  • the exhaust gas recirculation control device is designed to connect the EGR inlet to the radiator outlet or the coolant outlet. This makes it possible to constantly flow through the EGR cooler with coolant.
  • the exhaust gas recirculation control device can have the functions of a thermostat, a mixing device and / or a valve, in particular a 2/2 way valve or a 3/2-way valve.
  • the secondary control device is designed to connect the EGR outlet to the radiator inlet and / or the coolant inlet or to connect the EGR outlet and the coolant outlet to the radiator inlet.
  • different coolant paths can be switched in the cooling circuit arrangement for different operating states.
  • Coolant depending on the coolant temperature to the respective units such as
  • Coolant inlet of the internal combustion engine and the EGR inlet is connected and the EGR.
  • Outlet and the coolant outlet of the internal combustion engine are connected to the radiator inlet. This makes it possible, at a high ambient temperature, in particular at over 40 degrees Celsius, and / or at a high coolant temperature, in particular in
  • Ambient temperatures ensured that the required performance of the EGR cooler and the internal combustion engine can be provided.
  • cooling circuit in a start operating state, in particular after a cold start of the internal combustion engine, the coolant outlet of the
  • a further favorable design of the cooling circuit is that in a mixed operating state, the exhaust gas recirculation control device is set up, in particular as a function of the coolant temperature, such that the EGR inlet of the EGR cooler is connected to the coolant outlet of the internal combustion engine and / or to the radiator outlet of the main radiator.
  • Coolant temperature can be adjusted.
  • the exhaust gas recirculation control device is designed such that between a coolant flow from the coolant outlet of the
  • a method in which the EGR cooler functions as a function of a threshold temperature with coolant from the internal combustion engine and / or with coolant
  • the main radiator is flowed through, wherein the threshold temperature is set as a function of the ambient temperature and the coolant temperature.
  • the cooling circuit In a cold start of the internal combustion engine, the cooling circuit is operated in a start operating state, which allows a rapid heating of the units and the coolant to the respective operating temperature. As a rule, the coolant first reaches the optimum temperature for the operation of the EGR cooler.
  • an exhaust gas recirculation control device is provided at the EGR inlet, by means of which the EGR cooler can be switched and / or controllably supplied with optionally coolant-tempered coolant from the main cooler and / or warmer tempered coolant from the coolant outlet of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas recirculation control device is preferably designed to be switchable as a 2/3-way valve or as two 2/2-way valves.
  • the coolant return from the EGR cooler is supplied to either the engine or the main radiator.
  • the secondary control device is provided.
  • the secondary control device and the main control device are designed passive thermostatic and / or active switchable.
  • Exhaust gas recirculation control device preferably takes place as a function of the
  • Coolant temperature such that at the same time an efficient EGR cooling as well as a minimum sooting can be achieved.
  • the threshold temperature of the exhaust gas recirculation control device is lowered.
  • the usual threshold temperature of the main regulator is about 90 degrees Celsius at a coolant temperature. If the threshold temperature is exceeded, the
  • the threshold temperature of the exhaust gas recirculation control device can also on the
  • Main control device are applied.
  • the main control device for example, at an ambient temperature above 40 degrees Celsius, lowered to a threshold temperature for the coolant of 50 degrees Celsius. If the coolant outlet is connected to the EGR inlet, overheating of the coolant in the EGR cooler can be avoided.
  • the cooling circuit After reaching the operating temperature in the internal combustion engine and / or at a high ambient temperature, the cooling circuit is operated in a load operating state. In this case, both the internal combustion engine and the EGR cooler are flowed through with coolant from the main cooler.
  • the coolant outlet of the internal combustion engine is connected to the EGR inlet of the EGR cooler and via a radiator bypass and a main control device with a coolant inlet of the internal combustion engine.
  • the cooling circuit is switched in particular before reaching the mixed operating state.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cooling circuit of an internal combustion engine in a start operating state
  • Fig. 2 is a schematic representation of the cooling circuit of the internal combustion engine in a
  • Fig. 3 is a schematic representation of the cooling circuit of the internal combustion engine in a
  • FIGS 1, 2 and 3 show a cooling circuit 1 of an internal combustion engine 2 with a
  • the internal combustion engine 2 has a coolant inlet 3 and a
  • Coolant outlet 4 In the cooling circuit 1, a main radiator 5 is further provided, which has a radiator inlet 6 and a radiator outlet 7.
  • Internal combustion engine 2 includes an EGR cooler 8 having an EGR inlet 9 for coolant and an EGR outlet 10 for coolant. Furthermore, in the cooling circuit 1 a
  • Main control device 11 Main control device 11
  • secondary control device 12 Main control device 12
  • Exhaust gas recirculation control device 3 is provided.
  • the main control device 11 is preferably designed as a thermostat.
  • the main controller 11 is in
  • the Secondary control device 12 is arranged in the flow direction of the coolant after the EGR cooler 8.
  • the exhaust gas recirculation control device 13 is arranged upstream of the EGR cooler 8 in the flow direction of the coolant.
  • the coolant inlet 3 with a
  • Main coolant pump 14 connected.
  • the main coolant pump 14 is arranged between the main control device 11 and the internal combustion engine 2.
  • Exhaust gas recirculation control device 13 is, as shown in Figures 2 and 3, preferably designed as a 3/2-way valve.
  • FIG. 1 shows the cooling circuit 1 in a start operating state.
  • the refrigeration cycle 1 is set at a cold start of the internal combustion engine 2. It is the
  • Exhaust gas recirculation control device 13 is set such that the coolant outlet 4 of the
  • Internal combustion engine 2 is connected to the EGR inlet 9 of the EGR cooler 8. This ensures that the EGR cooler 8 is heated quickly by means of the waste heat of the internal combustion engine 2 to its operating temperature.
  • the coolant outlet 4 of the internal combustion engine 2 is further connected to the main regulator 11 via the main cooler bypass 16.
  • the auxiliary control device 12 is set in the start operating state such that the EGR outlet 10 of the EGR cooler 8 with the main cooler bypass 16 and thus with the
  • Coolant line 15 and the coolant line 18 are flowed through by coolant.
  • the coolant line 17, the main cooler 5, the radiator inlet 6, the radiator outlet 7 and the coolant line 19 between the radiator outlet 7 and the exhaust gas recirculation control device 13 are not flowed through by coolant.
  • Exhaust gas recirculation control device 3 is shown here in a variant embodiment as a 3/2-way valve.
  • FIG. 2 shows the cooling circuit 1 in an isch thoroughlysSullivan. After a cold start the
  • the operating temperature of the internal combustion engine 2 is generally reached when the coolant in the coolant outlet 4 of the internal combustion engine 2 has reached a temperature of approximately 90 degrees Celsius.
  • the exhaust gas recirculation control device 13 is set such that the radiator outlet 7 of the main radiator 5 is connected to the EGR inlet 9 of the EGR cooler 8.
  • the sub-controller 12 is set in the mixed operation state such that the EGR outlet 10 of the EGR cooler 8 is connected to the radiator inlet 6 of the main radiator 5.
  • the coolant outlet 4 of the internal combustion engine 2 is connected to the main regulator 11 via the main cooler bypass 16.
  • the radiator bypass 16 and the secondary control device 12 can be flowed through in the mixed operating state only by a subset of the circulated by the internal combustion engine 2 main coolant pump 14 coolant flow rate.
  • the flow through the coolant line 17 and the coolant line 18 is optionally possible and essentially dependent on the switching state of the main control device 11 and the secondary control device 12.
  • the flow direction in the coolant line 18 is also dependent on the switching state of the main controller 11 and / or the secondary controller 12.
  • Die Exhaust gas recirculation control device 13 is shown in this figure in a variant embodiment as a mixing device.
  • FIG. 3 shows the cooling circuit 1 in a load operating state.
  • the cooling circuit 1 is in the
  • Threshold is. This threshold is chosen below the boiling point of the coolant, preferably greater than or equal to 70 degrees Celsius. Thus, the evaporation of the coolant and the concomitant increase in the volume of coolant can be prevented.
  • the load operating state is set when the ambient temperature is greater than a threshold, in particular greater than 40 degrees Celsius and at the same time exceeds the coolant temperature 50 degrees Celsius.
  • the exhaust gas recirculation control device 13 is set such that the radiator outlet 7 of the main radiator 5 is connected to the EGR inlet 9 of the EGR cooler 8.
  • the coolant inlet 3 of the internal combustion engine 2 is connected to the radiator outlet 7 of the main radiator 5.
  • the secondary control device 12 is set in the load operating state such that the
  • Coolant outlet 4 of the internal combustion engine 2 and the EGR outlet 10 of the EGR cooler 8 is connected to the radiator inlet 6 of the main radiator 5.
  • the coolant line 15 between the coolant outlet 4 of the internal combustion engine 2 and the exhaust gas recirculation control device 13 and a main cooler bypass 16 between the coolant outlet 4 of the internal combustion engine 2 and the main control device 11 are not flowed through by coolant in the load operating state.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreis (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einer Abgasrückführung. Die Brennkraftmaschine (2) hat einen Kühlmitteleinlass (3) und einen Kühlmittelauslass (4). Der Kühlkreis (1) umfasst weiterhin einen Hauptkühler (5) mit einem Kühlereinlass (6) und einem Kühlerauslass (7), einen AGR-Kühler (8) mit einem AGR-Einlass (9) für Kühlmittel und einem AGR-Auslass (10) für Kühlmittel sowie eine Hauptregeleinrichtung (11), welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist. Damit einerseits der AGR-Kühler (8) die geforderte Leistung erbringen kann und andererseits eine maximale Betriebssicherheit des Kühlkreises (1) und der in dem Kühlkreis (1) vorgesehenen Aggregate möglich ist, hat der Kühlkreis (1) erfindungsgemäß eine Nebenregeleinrichtung (12), welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Abgasrückführkühler (8) angeordnet ist, und/oder eine Abgasrückführregeleinrichtung (13), welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Abgasrückführkühler (8) angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (2) mit einem solchen Kühlkreis (1).

Description

Beschreibung
Kühlkreis für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung und Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Kühlkreis
Die Erfindung betrifft einen Kühlkreis für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung (AGR), insbesondere für eine Dieselbrennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine hat einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass. Der Kühlkreis umfasst weiter einen Hauptkühler mit einem Kühlereinlass und einem Kühlerauslass, einen AGR-Kühler mit einem AGR-Einlass für Kühlmittel und einen AGR-Auslass für Kühlmittel sowie eine Hauptregeleinrichtung, insbesondere ein Hauptthermostat, welches in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem solchen Kühlkreis.
Eine Abgasrückführung dient dem Rückführen von Abgas aus einer Abgasseite der
Brennkraftmaschine in eine Frischluftseite der Brennkraftmaschine. Das Abgas wird dazu über eine Abgasrückführleitung geführt. Bei einer Kühlung der Abgasrückführung ist in der
Abgasrückführleitung ein AGR-Kühler vorgesehen.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind aus der Druckschrift DE 10 2006 023 855 A1 bekannt. Diese zeigt eine Abgasrückführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführleitung und einem in die Abgasrückführleitung eingebauten
Abgasrückführkühler, der an einen mit einem flüssigen Kühlmittel arbeitenden Kühlkreis angeschlossen ist. Der Abgasrückführkühler weist ein von Kühlmittel durchströmbares
Kühlergehäuse auf, das zumindest einen Abgaseinlass, einen Abgasauslass, einen
Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweist. Um die Kühlleistung besser variieren zu können, enthält der Abgasrückführkühler in seinem Kühlergehäuse eine erste und eine zweite Kühlrohranordnung, wobei die zweite Kühlrohranordnung einen größeren Wärmestrom zwischen Abgas und Kühlmittel ermöglicht als die erste. Es ist weiterhin durch die Druckschrift DE 103 58 311 A1 bekannt, dass die Anströmung eines AGR-Kühlers ventil- und thermostatgesteuert erfolgen kann. Dabei dient das Ventil zur
Erhöhung des Volumenstroms in einem Kraftstoffwärmetauscher eines kryogen gespeicherten Kraftstoffs und das Thermostat zur Verbesserung des Aufheizverhaltens des
Kraftstoffwärmetauschers.
Nahezu alle neu hergestellten Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, weisen nach derzeitigem Stand der Technik eine gekühlte Abgasrückführung auf. Der AGR-Kühler wird dabei überwiegend mit Kühlmittel aus dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Zur Steigerung der Leistung des AGR-Kühlers wird jedoch zunehmend Kühlmittel aus dem Kühlerauslass des Hauptkühlers entnommen, in dem das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur aufweist als in dem Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine.
Bei Kühlmitteltemperaturen im AGR-Kühler höher als 50 Grad Celsius ist die Betriebssicherheit des AGR-Kühlers hinsichtlich Verkokung und Korrosion sichergestellt. Das heißt in diesem Temperaturbereich wird die abgasseitige Belagsbildung im AGR-Kühler vermindert. Dieser Belag besteht aus auskondensierten Kohlenwasserstoffen, organischen und anorganischen Säuren und Wasser. Da durch die abgasseitigen, selten leckagefrei schließenden AGR-Ventile, aufgrund von Leckströmen und/oder Pulsation stets Abgas in den AGR-Kühler gelangt, kann sich ein dort stehendes Kühlmittel bis in den Siedebereich aufheizen. Eine Durchströmung des AGR-Kühlers mit Kühlmittel aus dem Kühlerauslass des Hauptkühlers, insbesondere nach Kaltstart der Brennkraftmaschine und/oder bei geringen Umgebungstemperaturen, kann jedoch zur Absenkung der Kühlmitteltemperatur im AGR-Kühler auf unter 50 Grad Celsius oder sogar auf Umgebungstemperatur zur Folge haben, verbunden mit dem eingangs geschilderten Risiko der Verkokung und Korrosion.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkreis einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszuführen und zu betreiben, dass einerseits der AGR-Kühler die geforderte Leistung erbringen kann und andererseits eine maximale Betriebssicherheit gegen Verkokung und Korrosion, gegen Bildung lokaler
Wärmenester im Kühlkreis, insbesondere mit dem Risiko einer Beschädigung des AGR- Kühlers, sowie gegen siedendes Kühlmittel gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kühlkreis für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist also ein Kühlkreis vorgesehen, der eine Nebenregeleinrichtung, welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Abgasrückführkühler angeordnet ist, und/oder eine Abgasrückführregeleinrichtung, welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Abgasrückführkühler angeordnet ist, umfasst. Hierdurch ist es möglich, dass der AGR-Kühler ständig mit Kühlmittel durchströmt wird, wobei die Kühlmitteltemperatur im AGR-Kühler stets 50 Grad Celsius beträgt oder nur unwesentlich von dieser Betriebstemperatur des AGR-Kühlers abweicht. So kann einerseits die geforderte Leistung des AGR-Kühlers und andererseits eine maximale Betriebssicherheit gegen Verkokung und Korrosion, gegen Bildung lokaler
Wärmenester im Kühlkreis, insbesondere mit dem Risiko einer Beschädigung des AGR- Kühlers, sowie gegen siedendes Kühlmittel sichergestellt werden. In einer Ausführungsvariante des Kühlkreislaufs ist der Kühlmitteleinlass mit einer Hauptkühlmittelpumpe verbunden, welche insbesondere zwischen der Hauptregeleinrichtung und der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Hauptregeleinrichtung ist vorzugsweise als ein Thermostat ausgeführt.
Vorteilhaft ist es, dass die Abgasrückführregeleinrichtung zum Verbinden des AGR-Einlasses mit dem Kühlerauslass oder dem Kühlmittelauslass ausgeführt ist. Hierdurch ist es möglich, den AGR-Kühler ständig mit Kühlmittel zu durchströmen. Die Abgasrückführregeleinrichtung kann dabei die Funktionen eines Thermostats, einer Mischeinrichtung und/oder eines Ventils, insbesondere eines 2/2 -Wegeventils oder eines 3/2-Wegeventils, aufweisen.
Günstig ist es, dass die Nebenregeleinrichtung zum Verbinden des AGR-Auslasses mit dem Kühlereinlass und/oder dem Kühlmitteleinalss ausgeführt ist oder zum Verbinden des AGR- Auslasses und des Kühlmittelauslasses mit dem Kühlereinlass ausgeführt ist. Hierdurch können in der Kühlkreisanordnung für verschiedene Betriebszustände unterschiedliche Kühlmittelwege geschaltet werden. Vor allem kann mittels der Nebenregeleinrichtung das rücklaufende
Kühlmittel in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur zu den jeweiligen Aggregaten, wie
Brennkraftmaschine, Hauptkühler und/oder AGR-Kühler, geführt werden.
Vorteilhaft ist es, dass in einem Lastbetriebszustand der Kühlerauslass mit dem
Kühlmitteleinlass der Brennkraftmaschine und dem AGR-Einlass verbunden ist und der AGR- . Auslass und der Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine mit dem Kühlereinlass verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, bei einer hohen Umgebungstemperatur, insbesondere bei über 40 Grad Celsius, und/oder bei einer hohen Kühlmitteltemperatur, insbesondere im
Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine und bei über 90 Grad Celsius, die
Brennkraftmaschine und den AGR-Kühler mit niedrig temperiertem Kühlmittel aus dem Kühlerauslass zu speisen. Hierdurch wird auch bei hohen Kühlmittel- und/oder
Umgebungstemperaturen sichergestellt, dass die geforderte Leistung von dem AGR-Kühler und der Brennkraftmaschine erbracht werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Kühlkreises ist es, dass in einem Startbetriebszustand, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, der Kühlmittelauslass der
Brennkraftmaschine mit dem AGR-Einlass des AGR-Kühlers und über eine Kühlerumgehung und die Hauptregeleinrichtung mit dem Kühlmitteleinlass der Brennkraftmaschine verbunden ist. Hierdurch wird es möglich, auch bei einer niedrigen Kühlmitteltemperatur den AGR-Kühler ständig mit Kühlmittel zu durchströmen. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Nebenregeleinrichtung derart eingestellt ist, dass der AGR-Auslass des AGR-Kühlers über die Kühlerumgehung mit dem Kühlmitteleinlass der Brennkraftmaschine verbunden ist. Durch die Umgehung des
Hauptkühlers wird das Kühlmittel nach Kaltstart zügig auf die nötige Betriebstemperatur von ungefähr 50 Grad Celsius gebracht. Zugleich braucht der Hauptkühler in dem
Startbetriebszustand nicht betrieben werden.
Eine weitere günstige Ausbildung des Kühlkreises ist es, dass in einem Mischbetriebszustand die Abgasrückführregeleinrichtung insbesondere in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur derart eingerichtet ist, dass der AGR-Einlass des AGR-Kühlers mit dem Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine und/oder mit dem Kühlerauslass des Hauptkühlers verbunden ist.
Hierdurch kann in der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine für den AGR-Kühler, unabhängig von der Entwicklung der Kühlmitteltemperatur in der Brennkraftmaschine, eine ideale
Kühlmitteltemperatur eingestellt werden. Dazu ist die Abgasrückführregeleinrichtung derart ausgeführt, dass zwischen einem Kühlmittelstrom aus dem Kühlmittelauslass der
Brennkraftmaschine und einem Kühlmittelstrom des Kühlerauslasses des Hauptkühlers umgeschaltet werden kann oder die beiden Kühlmittelströme abgestuft und/oder stufenlos vermischt werden können. Darüber hinaus ist in dem Mischbetriebszustand die
Nebenregeleinrichtung derart geschaltet, dass der AGR-Auslass mit dem Hauptkühler und/oder der Kühlerumgehung und der Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine mit der
Kühlerumgehung verbunden ist.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Kühlkreis gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem der AGR-Kühler in Abhängigkeit einer Schwellentemperatur mit Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine und/oder mit Kühlmittel aus dem Hauptkühler durchströmt wird, wobei die Schwellentemperatur in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und der Kühlmitteltemperatur festgelegt wird/ Hierdurch ist es möglich, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine der AGR-Kühler, unabhängig von der
Umgebungstemperatur und unabhängig von der Kühlmitteltemperatur, stets mit Kühlmittel durchströmt wird, welches darüber hinaus eine für den Betrieb des AGR-Kühlers günstige Kühlmitteltemperatur aufweist. Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine wird der Kühlkreis in einem Startbetriebszustand betrieben, der ein schnelles Erwärmen der Aggregate und des Kühlmittels auf die jeweilige Betriebstemperatur ermöglicht. Dabei erreicht in der Regel zuerst das Kühlmittel die für den Betrieb des AGR-Kühlers optimale Temperatur.
Um die optimale Kühlmitteltemperatur in der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine zu halten, wird der Kühlkreis in dem IVlischbetriebszustand betrieben. Dazu ist an dem AGR-Einlass eine Abgasrückführregeleinrichtung vorgesehen, mittels derer der AGR-Kühler geschaltet und/oder regelbar mit wahlweise kühler temperiertem Kühlmittel aus dem Hauptkühler und/oder wärmer temperiertem Kühlmittel aus dem Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden kann. Vorzugsweise wird die Abgasrückführregeleinrichtung schaltbar als ein 2/3- Wegeventil oder als zwei 2/2-Wegeventile ausgeführt. Der Kühlmittelrücklauf aus dem AGR- Kühler wird entweder der Brennkraftmaschine oder dem Hauptkühler zugeführt. Dazu ist die Nebenregeleinrichtung vorgesehen. Der Kühlmittelstrom aus der Brennkraftmaschine, der nicht zum AGR-Kühler geführt wird, wird in dem IVlischbetriebszustand über eine Kühlerumgehung zu der Hauptregeleinrichtung geführt. Die Nebenregeleinrichtung und die Hauptregeleinrichtung sind passiv-thermostatisch und/oder aktiv schaltbar ausgeführt. Die Schaltung der
Abgasrückführregeleinrichtung erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der
Umgebungstemperatur außerhalb der Einhausung der Brennkraftmaschine und der
Kühlmitteltemperatur derart, dass zugleich eine effiziente AGR-Kühlung wie auch eine minimale Versottung erzielt werden. Bei steigender Umgebungstemperatur, beispielsweise über 40 Grad Celsius, wird die Schwellentemperatur der Abgasrückführregeleinrichtung abgesenkt.
Die übliche Schwellentemperatur der Hauptregeleinrichtung ist bei einer Kühlmitteltemperatur ungefähr 90 Grad Celsius. Wird die Schwellentemperatur überschritten, wird der
Kühlmitteleinlass der Brennkraftmaschine mit dem Kühlerauslass des Hauptkühlers gekoppelt. Die Schwellentemperatur der Abgasrückführregeleinrichtung kann auch auf die
Hauptregeleinrichtung angewendet werden. So wird die Hauptregeleinrichtung, beispielsweise bei einer Umgebungstemperatur über 40 Grad Celsius, auf eine Schwellentemperatur für das Kühlmittel von 50 Grad Celsius abgesenkt. Ist der Kühlmittelauslass mit dem AGR-Einlass verbunden, kann so eine Überhitzung des Kühlmittels im AGR-Kühler vermieden werden. Nach Erreichen der Betriebstemperatur in der Brennkraftmaschine und/oder bei einer hohen Umgebungstemperatur wird der Kühlkreis in einem Lastbetriebszustand betrieben. Dabei werden sowohl die Brennkraftmaschine als auch der AGR-Kühler mit Kühlmittel aus dem Hauptkühler durchströmt.
Vorteilhaft ist es, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine der Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine mit dem AGR-Einlass des AGR-Kühlers und über eine Kühlerumgehung und eine Hauptregeleinrichtung mit einem Kühlmitteleinlass der Brennkraftmaschine verbunden wird. Der Kühlkreis wird insbesondere vor Erreichen des Mischbetriebszustands derart geschaltet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kühlkreises einer Brennkraftmaschine in einem Startbetriebszustand;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Kühlkreises der Brennkraftmaschine in einem
Mischbetriebszustand;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Kühlkreises der Brennkraftmaschine in einem
Lastbetriebszustand.
Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen einen Kühlkreis 1 einer Brennkraftmaschine 2 mit einer
Abgasrückführung. Die Brennkraftmaschine 2 hat einen Kühlmitteleinlass 3 und einen
Kühlmittelauslass 4. In dem Kühlkreis 1 ist weiterhin ein Hauptkühler 5 vorgesehen, der einen Kühlereinlass 6 und einen Kühlerauslass 7 hat. Die Abgasrückführung zum Rückführen von Abgas aus einer Abgasseite der Brennkraftmaschine 2 in eine Frischluftseite der
Brennkraftmaschine 2 umfasst einen AGR-Kühler 8, welcher einen AGR-Einlass 9 für Kühlmittel und einen AGR-Auslass 10 für Kühlmittel hat. Weiterhin sind in dem Kühlkreis 1 eine
Hauptregeleinrichtung 11 , eine Nebenregeleinrichtung 12 und eine
Abgasrückführregeleinrichtung 3 vorgesehen. Dabei ist die Hauptregeleinrichtung 11 vorzugsweise als ein Thermostat ausgeführt. Die Hauptregeleinrichtung 11 ist in
Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Die Nebenregeleinrichtung 12 ist in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem AGR-Kühler 8 angeordnet. Die Abgasrückführregeleinrichtung 13 ist in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem AGR-Kühler 8 angeordnet. Darüber hinaus ist der Kühlmitteleinlass 3 mit einer
Hauptkühlmittelpumpe 14 verbunden. Die Hauptkühlmittelpumpe 14 ist dabei zwischen der Hauptregeleinrichtung 11 und der Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Die
Abgasrückführregeleinrichtung 13 ist, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, vorzugsweise als ein 3/2-Wegeventil ausgeführt.
Figur 1 zeigt den Kühlkreis 1 in einem Startbetriebszustand. In dem Startbetriebszustand wird der Kühlkreis 1 bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 2 eingestellt. Dabei ist die
Abgasrückführregeleinrichtung 13 derart eingestellt, dass der Kühlmittelauslass 4 der
Brennkraftmaschine 2 mit dem AGR-Einlass 9 des AGR-Kühlers 8 verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, dass der AGR-Kühler 8 schnell mittels der Abwärme der Brennkraftmaschine 2 auf seine Betriebstemperatur erwärmt wird. Der Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2 ist weiterhin über die Hauptkühlerumgehung 16 mit der Hauptregeleinrichtung 11 verbunden. Die Nebenregeleinrichtung 12 ist im Startbetriebszustand derart eingestellt, dass der AGR-Auslass 10 des AGR-Kühlers 8 mit der Hauptkühlerumgehung 16 und somit mit der
Hauptregeleinrichtung 11 und schließlich mit dem Kühlmitteleinlass 3 der Brennkraftmaschine 2 verbunden ist. Die Kühlmittelleitung 15 und die Kühlmittelleitung 18 werden von Kühlmittel durchströmt. Im Startbetriebszustand werden die Kühlmittelleitung 17, der Hauptkühler 5, der Kühlereinlass 6, der Kühlerauslass 7 und die Kühlmittelleitung 19 zwischen dem Kühlerauslass 7 und der Abgasrückführregeleinrichtung 13 nicht von Kühlmittel durchströmt. Die
Abgasrückführregeleinrichtung 3 ist hier in einer Ausführungsvariante als 3/2-Wegeventil dargestellt.
Figur 2 zeigt den Kühlkreis 1 in einem ischbetriebszustand. Nach einem Kaltstart der
Brennkraftmaschine 2 dauert es eine Zeitspanne, bis die Brennkraftmaschine 2 durchgewärmt ist und ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 2 ist in der Regel erreicht, wenn das Kühlmittel im Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2 eine Temperatur von ungefähr 90 Grad Celsius erreicht hat. In dieser Aufwärmphase der Brennkraftmaschine 2 ist die Abgasrückführregeleinrichtung 13 derart eingestellt, dass der Kühlerauslass 7 des Hauptkühlers 5 mit dem AGR-Einlass 9 des AGR-Kühlers 8 verbunden ist. Die Nebenregeleinrichtung 12 ist im Mischbetriebszustand derart eingestellt, dass der AGR- Auslass 10 des AGR-Kühlers 8 mit dem Kühlereinlass 6 des Hauptkühlers 5 verbunden ist. Der Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2 ist über die Hauptkühlerumgehung 16 mit der Hauptregeleinrichtung 11 verbunden. Die Kühlmittelleitung 15 zwischen dem Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2 und der Abgasrückführregeleinrichtung 13, die Kühlmittelleitung 17 zwischen dem Kühlerauslass 7 des Hauptkühlers 5 und der Hauptregeleinrichtung 11 und die Kühlmittelleitung 18 zwischen dem Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2
beziehungsweise der Kühlerumgehung 16 und der Nebenregeleinrichtung 12 können im Mischbetriebszustand nur von einer Teilmenge des von der der Brennkraftmaschine 2 zugeordneten Hauptkühlmittelpumpe 14 umgewälzten Kühlmittelvolumenstroms durchströmt werden. Die Durchströmung der Kühlmittelleitung 17 und der Kühlmittelleitung 18 ist wahlweise möglich und im Wesentlichen abhängig von dem Schaltzustand der Hauptregeleinrichtung 11 beziehungsweise der Nebenregeleinrichtung 12. Die Strömungsrichtung in der Kühlmittelleitung 18 ist dabei ebenso abhängig vom Schaltzustand der Hauptregeleinrichtung 11 und/oder der Nebenregeleinrichtung 12. Die Abgasrückführregeleinrichtung 13 ist in dieser Figur in einer Ausführungsvariante als Mischeinrichtung dargestellt.
Figur 3 zeigt den Kühlkreis 1 in einem Lastbetriebszustand. Der Kühlkreis 1 wird in dem
Lastbetriebszustand eingestellt, wenn die Kühlmitteltemperatur am Kühlmitteleinlass 3 der Brennkraftmaschine 2 und/oder am AGR-Einlass 9 des AGR-Kühlers 8 größer eines
Schwellenwerts ist. Dieser Schwellenwert ist unterhalb des Siedepunkts des Kühlmittels, vorzugsweise bei größer oder gleich 70 Grad Celsius, gewählt. So kann das Verdampfen des Kühlmittels und die damit einhergehende Vergrößerung des Kühlmittelvolumens verhindert werden. Weiterhin wird der Lastbetriebszustand eingestellt, wenn die Umgebungstemperatur größer als ein Schwellenwert, insbesondere größer 40 Grad Celsius ist und zugleich die Kühlmitteltemperatur 50 Grad Celsius übersteigt. Dabei ist die Abgasrückführregeleinrichtung 13 derart eingestellt, dass der Kühlerauslass 7 des Hauptkühlers 5 mit dem AGR-Einlass 9 des AGR-Kühlers 8 verbunden ist. Weiterhin mit dem Kühlerauslass 7 des Hauptkühlers 5 verbunden ist im Lastbetriebszustand der Kühlmitteleinlass 3 der Brennkraftmaschine 2. Die Nebenregeleinrichtung 12 ist im Lastbetriebszustand derart eingestellt, dass der
Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2 und der AGR-Auslass 10 des AGR-Kühlers 8 mit dem Kühlereinlass 6 des Hauptkühlers 5 verbunden ist. Die Kühlmittelleitung 15 zwischen dem Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2 und der Abgasrückführregeleinrichtung 13 sowie eine Hauptkühlerumgehung 16 zwischen dem Kühlmittelauslass 4 der Brennkraftmaschine 2 und der Hauptregeleinrichtung 11 werden im Lastbetriebszustand nicht von Kühlmittel durchströmt. Bezugszeichenliste
Kühlkreis
Brennkraftmaschine
Kühlmitteleinlass
Kühlmittelauslass
Hauptkühler Kühlereinlass
Kühlerauslass
AGR-Kühler
AGR-Einlass
AGR-Auslass Hauptregeleinrichtung
Nebenregeleinrichtung
Abgasrückführregeleinrichtung
Hauptkühlmittelpumpe
Kühlmittelleitung Hauptkühlerumgehung
Kühlmittelleitung
Kühlmittelleitung
Kühlmittelleitung

Claims

Patentansprüche
Kühlkreis (1 ) für eine Brennkraftmaschine (2)
- mit einem Kühlmitteleinlass (3) und einem Kühlmittelauslass (4) der Brennkraftmaschine (2),
- mit einem Kühlereinlass (6) und einem Kühlerauslass (7) eines Hauptkühlers (5),
- mit einer Abgasrückführung umfassend einen AGR-Kühler (8), welcher einen AGR- Einlass (9) für Kühlmittel und einen AGR-Auslass (10) für Kühlmittel hat, und
- mit einer Hauptregeleinrichtung (11), welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis (1)
- eine Nebenregeleinrichtung (12), welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem Abgasrückführkühler (8) angeordnet ist, und/oder
- eine Abgasrückführregeleinrichtung (13), welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Abgasrückführkühler (8) angeordnet ist, umfasst.
Kühlkreis (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteleinlass (3) mit einer Hauptkühlmittelpumpe (14) verbunden ist, welche insbesondere zwischen der Hauptregeleinrichtung (11 ) und der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist.
Kühlkreis (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführregeleinrichtung (13) zum Verbinden des AGR-Einlasses (9) mit dem Kühlerauslass (7) oder dem Kühlmittelauslass (4) ausgeführt ist.
Kühlkreis (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Nebenregeleinrichtung (12) zum Verbinden des AGR-Auslass (10) mit dem Kühlereinlass (6) und/oder dem Kühlmitteleinlass (3) oder zum Verbinden des AGR-Auslasses (10) und des Kühlmittelauslasses (4) mit dem Kühlereinlass (6) ausgeführt ist.
Kühlkreis (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem Lastbetriebszustand der Kühlerauslass (7) mit dem Kühlmitteleinlass (3) der Brennkraftmaschine (2) und dem AGR-Einlass (9) verbunden ist und der AGR-Auslass (10) und der Kühlmittelauslass (4) der Brennkraftmaschine (2) mit dem Kühlereinlass (6) verbunden sind.
6. Kühlkreis (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem Startbetriebszustand der Kühlmittelauslass (4) der Brennkraftmaschine (2) mit dem AGR-Einlass (9) des AGR-Kühlers (8) und über eine Kühlerumgehung (16) sowie eine Hauptregeleinrichtung (11 ) mit dem Kühlmitteleinlass (3) der Brennkraftmaschine (2) verbunden ist und die Nebenregeleinrichtung (12) derart eingestellt ist, dass der AGR-Auslass (10) des AGR-Kühlers (8) über die Kühlerumgehung (16) mit dem Kühlmitteleinlass (3) der Brennkraftmaschine (2) verbunden ist.
7. Kühlkreis (1 ) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem Mischbetriebszustand die Abgasrückführregeleinrichtung (13), insbesondere in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur, derart eingerichtet ist, dass der AGR-Einlass (9) des AGR-Kühlers (8) mit dem Kühlmittelauslass (4) der
Brennkraftmaschine (2) und/oder mit dem Kühlerauslass (7) des Hauptkühlers (5) verbunden ist.
8. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Kühlkreis (1 ) gemäß
zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der AGR-Kühler (8) in Abhängigkeit einer Schwellentemperatur mit Kühlmittel aus der
Brennkraftmaschine (2) und/oder mit Kühlmittel aus dem Hauptkühler (5) durchströmt wird, wobei die Schwellentemperatur in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder der Kühlmitteltemperatur festgelegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kaltstart der
Brennkraftmaschine (2) der Kühlmittelauslass (4) der Brennkraftmaschine (2) mit dem AGR-Einlass (9) des AGR-Kühlers (8) und über eine Kühlerumgehung (16) sowie eine Hauptregeleinrichtung (11 ) mit einem Kühlmitteleinlass (3) der Brennkraftmaschine (2) verbunden wird.
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