EP3405660A1 - Nachlaufkühlsystem, zylinderkopf sowie verfahren zum betrieb eines nachlaufkühlsystems - Google Patents

Nachlaufkühlsystem, zylinderkopf sowie verfahren zum betrieb eines nachlaufkühlsystems

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EP3405660A1
EP3405660A1 EP16809349.0A EP16809349A EP3405660A1 EP 3405660 A1 EP3405660 A1 EP 3405660A1 EP 16809349 A EP16809349 A EP 16809349A EP 3405660 A1 EP3405660 A1 EP 3405660A1
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EP
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cooling system
fuel pump
cooled
coolant
cylinder head
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Christoph Eisenschenk
Thomas Scheuer
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F01P2070/50—Details mounting fans to heat-exchangers

Definitions

  • the invention relates to a trailing cooling system, a cylinder head for an internal combustion engine of a motor vehicle and a method for operating a trailing cooling system.
  • Modern internal combustion engines with direct fuel injection must, for reasons of fuel efficiency, be operated as hotly as possible in order to reduce internal engine friction.
  • the fuel high-pressure pump which is operated for example with the exhaust camshaft, is also heated, since this is provided in the region of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump can be arranged via a holder directly on the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the object of the present invention is to cool a fuel pump in a simple manner, inexpensively and efficiently.
  • a wake cooling system with a pump, a coolant channel for a coolant and at least one component to be cooled, wherein the coolant channel is associated with a fuel pump.
  • the basic idea of the invention is to design a wake cooling system such that the already existing wake cooling system is used to prevent overheating of the fuel pump, if the motor vehicle is turned off hot. Accordingly, there are no additional costs for two separate cooling systems, since not every single component of the internal combustion engine is cooled with a separately formed follow-up cooling system, but at least two components share a common follow-up cooling system. It has been found that the cooling capacity is sufficiently high so that several components can be cooled by a common cooling system.
  • the fuel pump is, for example, a high-pressure fuel pump.
  • the at least one component to be cooled is an exhaust-gas turbocharger.
  • the exhaust gas turbocharger is cooled.
  • the exhaust gas turbocharger is usually cooled with a water-glycol mixture as a coolant.
  • the cooling system used for cooling the exhaust gas turbocharger can be redesigned such that It simultaneously cools the fuel pump to ensure that the fuel does not evaporate.
  • the at least one component to be cooled may be a cylinder head.
  • the cylinder head is directly or indirectly connected to the fuel pump. As a result, components of the cylinder head can be cooled simultaneously.
  • the follow-up cooling is realized in that a pump, in particular an electric main water pump or a separate electric auxiliary pump is provided which promotes the coolant through the coolant channel, the fuel pump and the exhaust gas turbocharger and / or the cylinder head as components to be cooled or as to be cooled Component is assigned.
  • a pump in particular an electric main water pump or a separate electric auxiliary pump is provided which promotes the coolant through the coolant channel, the fuel pump and the exhaust gas turbocharger and / or the cylinder head as components to be cooled or as to be cooled Component is assigned.
  • the coolant passage extends through the fuel pump, for example, through the housing thereof. This ensures that the fuel pump and the fuel therein are essentially cooled directly, since the coolant flows directly through the fuel pump, in particular through a housing region of the fuel pump. Any heat transfer losses can be minimized.
  • the coolant channel extends through a holder of the fuel pump. This prevents heat from the engine block or cylinder head through the bracket migrates to the fuel pump. The advantage of this is that the fuel pump can be changed in a simple manner without a cooling circuit has to be interrupted and re-established.
  • a coolant radiator in the wake cooling system is provided at least piecewise parallel to or in series with the coolant channel. This makes it possible to achieve a particularly effective cooling, in particular the fuel pump and the components to be cooled.
  • the coolant radiator produces an even higher cooling effect.
  • the fan cooling system can be associated with a fan.
  • the fan can be used to increase the additional cooling effect of the coolant cooler again.
  • the object of the invention is also achieved by a cylinder head for an internal combustion engine through which a part of the coolant channel of a trailing cooling system of the aforementioned type extends.
  • the cylinder head thus comprises a region of the coolant channel, so that the cylinder head is used for cooling components to be cooled and / or the fuel pump.
  • the fuel pump is mounted by means of a bracket on the cylinder head, wherein the coolant channel is located in the vicinity of the region in which the holder for the fuel pump is arranged on the cylinder head.
  • This ensures that the fuel pump is cooled in an indirect manner, since the coolant flows directly in the connection region of the fuel pump through the cylinder head formed separately therefrom.
  • Indirect cooling means that a heat transfer from a hot component to the fuel pump is prevented.A change of the fuel pump is easily possible, since no coolant lines run through the fuel pump itself.Furthermore, a uniform interface for different fuel pumps created over the corresponding connected fuel pump can be cooled.
  • the invention provides a method for operating a caster cooling system of the aforementioned type, in which the operation of the pump of the cascade cooling system based on a determined needs-based control.
  • the cooling by the Optimize the aftercooling system as this takes place as needed.
  • the respective largest individual cooling requirement of the respective components to be cooled can be fulfilled by the after-cooling system.
  • the energy consumption required by the aftercooling system can be minimized as needed.
  • the control of the pump is determined from known variables of an engine control unit, in particular via software for determining the minimum cooling requirement of the at least one component to be cooled and the fuel pump. It is thus possible in a simple manner to realize the demand-driven control of the pump, since no additional values must be determined in advance.
  • the follow-up cooling system may include a fan, the operation of which is based on a determined control.
  • the fan has an influence on the cooling capacity, which is why a different control of the fan can cause a correspondingly different cooling performance.
  • the control of the fan from known variables of an engine control unit is determined, in particular via software for determining the minimum cooling requirement of the at least one component to be cooled and the fuel pump. It is thus possible in a simple manner to realize the demand-driven control of the fan, since no additional values must be determined in advance.
  • the known sizes for determining the control of the pump and / or the fan are sizes of the current engine operation, z. B. current coolant temperature, current oil temperature, averaged over a certain period of time current engine performance and / or current ambient temperature.
  • the aftercooling system is associated with at least one switchable actuator, which is switched during operation of the follow-up cooling system so that the best possible cooling effect for the at least one component to be cooled and / or the fuel pump is achieved. This makes it possible to switch the cooling capacity as needed.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an internal combustion engine with a cascade cooling system according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of a part of the internal combustion engine from FIG. 1,
  • Figure 3 is a schematic overview of a follow-up cooling system according to the invention in an internal combustion engine according to a first embodiment
  • Figure 4 is a schematic overview of a caster cooling system according to the invention in an internal combustion engine according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 which has an engine block 12 and a cylinder head 14 which is coupled to the engine block 12.
  • the internal combustion engine 10 also includes a fuel pump 16, which is fastened in the embodiment shown via a holder 18 in the form of a pump carrier on the cylinder head 14.
  • the fuel pump 16 may be a high pressure fuel pump.
  • the internal combustion engine 10 has an exhaust gas turbocharger 20, which is a component of the internal combustion engine 10 to be cooled.
  • the internal combustion engine 10 also has a follow-up cooling system 22, with which inter alia the exhaust gas turbocharger 20 and the fuel pump 16 are cooled, as will be explained below.
  • the aftercooling system 22 is in particular designed such that the components or components of the internal combustion engine 10 to be cooled are still cooled even when the internal combustion engine 10 is turned off hot.
  • the follow-up cooling system 22 has its own pump 24, which in the embodiment shown is designed as an electric auxiliary pump (see FIG. 3). Alternatively, a non-electric pump may be provided. Further, the wake cooling system 22 includes a coolant passage 26 for a coolant that extends from the pump 24 through the cylinder head 14 to the exhaust gas turbocharger 20.
  • the coolant channel 26 accordingly has a coolant feed line 28, which extends from the pump 24 into the cylinder head 14. Departing from the coolant supply line 28, the coolant channel 26 extends along a region 29 within the cylinder head 14, which is assigned to the holder 18 of the fuel pump 16.
  • the coolant (K) flowing through the coolant channel 26, which is represented by the arrow, thereby reduces the heat (W) transmitted by the internal combustion engine 10 to the holder 18, which is likewise represented by corresponding arrows.
  • the heat input of the internal combustion engine 10 into the holder 18 and the fuel pump 16 connected thereto is therefore significantly reduced, which is why the fuel present in the fuel pump 16 is not heated so much that it could boil.
  • the coolant After the coolant has flowed through the cylinder head 14, the coolant flows into an exhaust gas turbocharger feed line 30, which in the embodiment shown is located laterally on the engine block 12 and leads to an inlet 32 of the exhaust gas turbocharger 20.
  • the exhaust gas turbocharger 20 is therefore cooled by the same coolant, which has previously cooled the fuel pump 16.
  • the internal combustion engine 10 includes an example, mechanically driven water pump 34th
  • a follow-up cooling is provided, which is still active when the internal combustion engine 10 is switched off at a hot shutdown or is still running. Accordingly, in the case of a hot-cut internal combustion engine, the coolant is still conveyed through the coolant channel 26 in order to cool the fuel pump 16 and the exhaust-gas turbocharger 20. In an electric pump as a pump 24, the follow-up cooling can be carried out independently of the operation of the internal combustion engine.
  • the coolant used for cooling the exhaust gas turbocharger 20 is thus initially diverted into the cylinder head 14, so that the coolant Cylinder head 14 cools or reduces the heat input, in particular in the region 29, on which the holder 18 is arranged with the fuel pump 16.
  • the fuel pump 16 and the fuel contained therein are indirectly cooled, effectively preventing the fuel from vaporizing and forming vapor bubbles that may result in poor starting performance of the engine 10.
  • the exhaust gas turbocharger 20 is cooled by the same coolant.
  • the fuel pump 16 has an interface in its housing, to which the coolant channel 26 can be connected, so that the coolant channel 26 at least partially through the Fuel pump 16 would run itself.
  • a coolant radiator 40 for example in the form of an air-coolant heat exchanger, in series or at least partially parallel to the coolant channel 16 is integrated and at least with a partial volume flow of the coolant flows through (see FIG. 4).
  • the additional cooling effect of the coolant cooler 40 on the coolant and thus also on the components to be cooled can be increased, for example, by the operation of a, in particular electric, fan 41 after hot shutdown of the internal combustion engine 10.
  • a, in particular electric, fan 41 By the operation of the pump 24 while at least a partial volume flow of the coolant is pumped through the coolant radiator 40, which is additionally cooled by the operation of the fan 41 and thus allows more effective cooling of the components to be cooled, in particular the fuel pump 16 and the exhaust gas turbocharger 20 and / or the cylinder head 14.
  • an additional cooling function for thermally highly stressed areas of the cylinder head 14 is provided, for example exhaust valve webs.
  • a particularly advantageous implementation according to the invention results when the cooling of the components takes place as needed.
  • the maximum individual cooling requirement of the respective components to be cooled must be met by the after-cooling system 22.
  • Such a single cooling request consists for example of the combination of a drive duration and a drive intensity, z.
  • the pump 24, a drive duration and driving intensity, z. B. for varying the speed, a fan 41 and a drive duration and a drive signal from possibly further switchable components in the aftercooling system 22, for example, an electrically connected actuator 42 (see Figure 4).
  • the determination of the individual cooling requirement of a component can, for. Example, via an empirical or physical model, for example in the form of a model of the maximum temperature of the component for the time range after a possible shutdown of the engine 10 done, which is stored in the engine control unit. For example, from sizes of the current engine operation, z. B. current coolant temperature, current oil temperature, averaged over a certain period of time current engine power, current ambient temperature, etc., the need and the size of a single cooling request, for example, the fuel pump 16 or the exhaust gas turbocharger 20 are determined.
  • the caster cooling system 22 is activated when switching off the internal combustion engine 10 and operated according to the largest individual cooling requirement of all components to be cooled as needed.
  • a follow-up cooling system 22 and a cylinder head 14 are provided in a simple manner, with which an active cooling of the fuel pump 16 can be ensured efficiently and inexpensively.

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Abstract

Ein Nachlaufkühlsystem (22) ist beschrieben, mit einer Pumpe (24), einem Kühlmittelkanal (26) für ein Kühlmittel und zumindest einem zu kühlenden Bauteil (20), wobei der Kühlmittelkanal (26) einer Kraftstoffpumpe (16) zugeordnet ist. Ferner ist ein Zylinderkopf (14) für einen Verbrennungsmotor (10) und ein Verfahren zum Betrieb eines Nachlaufkühlsystems (22) beschrieben.

Description

Nachlauf kühlsystem, ZySinderkopf sowie Verfahren zum Beirieb eines
Nachlauf kühlsystems
Die Erfindung betrifft ein Nachlaufkühlsystem, einen Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Nachlaufkühlsystems.
Moderne Verbrennungsmotoren mit K raf tstof f d irekteinspritzung müssen aus Gründen der Kraftstoffeffizienz möglichst heiß betrieben werden, um die motorinterne Reibung zu reduzieren. Dies führt jedoch dazu, dass die beispielsweise mit der Auslass-Nockenwelle betriebene Kraftstoff- Hochdruckpumpe ebenfalls erwärmt wird, da diese im Bereich des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Kraftstoff- Hochdruckpumpe über eine Halterung direkt am Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sein.
Unter Umständen kann es vorkommen, dass sich die Kraftstoff- Hochdruckpumpe sehr stark erwärmt, wodurch gerade beim Heißabstellen des Verbrennungsmotors lokal sehr heiße Bereiche auftreten können, die dazu führen, dass der Kraftstoff in der Kraftstoff- Hochdruckpu mpe verdampft. Dies tritt insbesondere bei leicht flüchtigen Otto-Winterkraftstoffen auf, die bei Kraftstoffdrücken von ca. 5 bis 6 bar relativ bereits bei ca. 100 °C sieden. Beim Verdampfen des Kraftstoffs entstehen dann Blasen, die die Kraftstoff-Förderung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe beeinträchtigen und auf der Hochdruckseite der Kraftstoff-Hochdruckpumpe zu einem ungenügenden Kraftstoffdruck und/oder Kraf tstof ff ö rdervo I u m en beim erneuten Startversuch des Verbrennungsmotors führen. Dies kann zur Folge haben, dass der Motor nicht direkt startet oder kurz nach dem Start wieder abstirbt und sich erst wieder erfolgreich starten und betreiben lässt, wenn sich das System abgekühlt hat und der Kraftstoff im Niederdruck-Bereich des Kraftstoff Systems wieder in ausreichendem Maße flüssig ist, sodass die Kraftstoff-Hochdruckpumpe wieder in ausreichendem Maße flüssigen Kraftstoff fördern und somit im Hochdruck-Bereich des Kraftstoffsystems wieder Kraftstoff-Hochdruck aufbauen kann. Aus dem Stand der Technik sind kostenintensive Maßnahmen bekannt, um das oben genannte Problem zu lösen. Beispielsweise wird der Vorförderdruck erhöht, sodass die Siedetemperatur des Kraftstoffs im Niederdruck-Bereich des Kraftstoff Systems angehoben wird. Hierzu muss das Kraftstoffsystem auf höhere Drücke entsprechend ausgelegt werden, was höhere Kosten verursacht. Eine alternative Möglichkeit ist es, eine aktive Wasserkühlung zu verwenden, mit der die Kraftstoff-Hochdruckpumpe aktiv gekühlt wird. Auch hierbei entstehen hohe Kosten, da zusätzliche Komponenten verbaut werden, die zudem noch Platz benötigen, der üblicherweise in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs nicht vorhanden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffpumpe in einfacher Weise, kostengünstig und effizient zu kühlen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Nachlaufkühlsystem gelöst, mit einer Pumpe, einem Kühlmittelkanal für ein Kühlmittel und zumindest einem zu kühlenden Bauteil, wobei der Kühlmittelkanal einer Kraftstoffpumpe zugeordnet ist.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, ein Nachlaufkühlsystem derart auszubilden, dass das ohnehin vorhandene Nachlaufkühlsystem dazu verwendet wird, eine Überhitzung der Kraftstoffpumpe zu verhindern, falls das Kraftfahrzeug heiß abgestellt wird. Entsprechend entstehen keine zusätzlichen Kosten für zwei separate Kühlsysteme, da nicht jede einzelne Komponente des Verbrennungsmotors mit einem separat ausgebildeten Nachlaufkühlsystem gekühlt wird, sondern sich zumindest zwei Komponenten ein gemeinsames Nachlaufkühlsystem teilen. Es hat sich herausgestellt, dass die Kühlleistung ausreichend hoch ist, sodass mehrere Komponenten von einem gemeinsamen Kühlsystem gekühlt werden können. Bei der Kraftstoffpumpe handelt es sich beispielsweise um eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
Insbesondere handelt es sich bei dem zumindest einen zu kühlenden Bauteil um einen Abgasturbolader. Neben der Kraftstoffpumpe wird somit der Abgasturbolader gekühlt. Der Abgasturbolader wird üblicherweise mit einem Wasser-Glykol-Gemisch als Kühlmittel gekühlt. Das zur Kühlung des Abgasturboladers verwendete Kühlsystem kann derart umgestaltet werden, dass es gleichzeitig die Kraftstoffpumpe kühlt, um sicherzustellen, dass der Kraftstoff nicht verdampft.
Bei dem zumindest einen zu kühlenden Bauteil kann es sich um einen Zylinderkopf handeln. Der Zylinderkopf ist mit der Kraftstoffpumpe direkt oder indirekt verbunden. Hierdurch können gleichzeitig Komponenten des Zylinderkopfs gekühlt werden.
Gerade bei der Kühlung des Abgasturboladers muss sichergestellt sein, dass die Kühlung des Abgasturboladers auch beim Heißabstellen des Motors aufrecht erhalten wird, um Temperaturschäden am Abgasturbolader auszuschließen. Diese Nachlaufkühlung kann entsprechend für die Kraftstoffpumpe verwendet werden, sodass auch beim Heißabstellen des Verbrennungsmotors ein Verdampfen des Kraftstoffs verhindert wird.
Die Nachlaufkühlung wird dadurch realisiert, dass eine Pumpe, insbesondere eine elektrische Hauptwasserpumpe oder eine separate elektrische Zusatzpumpe, vorgesehen ist, die das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal fördert, der der Kraftstoffpumpe und dem Abgasturbolader und/oder dem Zylinderkopf als zu kühlende Bauteile oder als zu kühlendes Bauteil zugeordnet ist.
Alternativ oder ergänzend können auch andere Komponenten des Verbrennungsmotors, die nachlaufend gekühlt werden, Teil des Nachlaufkühlsystems sein und sich einen gemeinsamen Kühlmittelkanal und eine Pumpe teilen.
Gemäß einem Aspekt erstreckt sich der Kühlmittelkanal durch die Kraftstoffpumpe, beispielsweise durch deren Gehäuse. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Kraftstoffpumpe und der darin befindliche Kraftstoff im Wesentlichen direkt gekühlt werden, da das Kühlmittel unmittelbar durch die Kraftstoffpumpe strömt, insbesondere durch einen Gehäusebereich der Kraftstoffpumpe. Etwaige Wärmeübertragungsverluste können so minimiert werden. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass sich der Kühlmittelkanal durch eine Halterung der Kraftstoffpumpe erstreckt. Hiermit wird verhindert, dass Wärme vom Motorblock oder Zylinderkopf durch die Halterung zur Kraftstoffpumpe wandert. Vorteilhaft hieran ist, dass die Kraftstoffpumpe in einfacher Weise gewechselt werden kann, ohne dass ein Kühlkreislauf unterbrochen und wieder neu hergestellt werden muss.
Gemäß einem Aspekt ist ein Kühlmittelkühler im Nachlaufkühlsystem zumindest stückweise parallel zu oder in Reihe mit dem Kühlmittelkanal vorgesehen. Hierdurch lässt sich eine besonders wirkungsvolle Kühlung erreichen, insbesondere der Kraftstoffpumpe und der zu kühlenden Bauteile. Der Kühlmittelkühler erzeugt eine noch höhere Kühlwirkung.
Insbesondere kann dem Nachlaufkühlsystem ein Lüfter zugeordnet sein. Der Lüfter kann dazu verwendet werden, die zusätzliche Kühlwirkung des Kühlmittelkühlers nochmals zu erhöhen.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch einen Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor gelöst, durch den sich ein Teil des Kühlmittelkanals eines Nachlaufkühlsystems der zuvor genannten Art erstreckt. Der Zylinderkopf umfasst somit einen Bereich des Kühlmittelkanals, sodass der Zylinderkopf zur Kühlung von zu kühlenden Bauteilen und/oder der Kraftstoffpumpe dient.
Insbesondere ist die Kraftstoffpumpe mittels einer Halterung am Zylinderkopf angebracht, wobei sich der Kühlmittelkanal in der Nähe des Bereichs befindet, in dem die Halterung für die Kraftstoffpumpe am Zylinderkopf angeordnet ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Kraftstoffpumpe in indirekter Weise gekühlt wird, da das Kühlmittel direkt im Anbindungsbereich der Kraftstoffpumpe durch den separat hiervon ausgebildeten Zylinderkopf strömt. „Indirekte Kühlung" bedeutet dabei, dass eine Wärmeübertragung von einem heißen Bauteil zur Kraftstoffpumpe verhindert ist. Ein Wechsel der Kraftstoffpumpe ist in einfacher Weise möglich, da keine Kühlmittelleitungen durch die Kraftstoffpumpe selbst laufen. Ferner ist so eine einheitliche Schnittstelle für unterschiedliche Kraftstoffpumpen geschaffen, über die die entsprechend angebundene Kraftstoffpumpe gekühlt werden kann.
Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Nachlaufkühlsystems der zuvor genannten Art bereit, bei dem der Betrieb der Pumpe des Nachlaufkühlsystems anhand einer ermittelten bedarfsgerechten Ansteuerung erfolgt. Hierdurch ist es möglich, die Kühlung durch das Nachlaufkühlsystem zu optimieren, da diese bedarfsgerecht erfolgt. Hierzu kann vom Nachlaufkühlsystem die jeweils größte Einzel-Kühlungsanforderung der jeweiligen zu kühlenden Komponenten erfüllt werden. Hierdurch lässt sich der vom Nachlaufkühlsystem benötigte Energieverbrauch bedarfsgerecht minimieren. Ein Aspekt sieht vor, dass die Ansteuerung der Pumpe aus bekannten Größen eines Motorsteuergeräts ermittelt wird, insbesondere über eine Software zur Bestimmung der Mindest-Kühlungsanforderung des zumindest einen zu kühlenden Bauteils und der Kraftstoffpumpe. Es ist somit in einfacher Weise möglich, die bedarfsgerechte Ansteuerung der Pumpe zu realisieren, da keine zusätzlichen Werte zuvor ermittelt werden müssen.
Ferner kann das Nachlaufkühlsystem einen Lüfter umfassen, dessen Betrieb anhand einer ermittelten Ansteuerung erfolgt. Der Lüfter hat einen Einfluss auf die Kühlleistung, weswegen eine unterschiedliche Ansteuerung des Lüfters eine entsprechend andere Kühlleistung hervorrufen kann. Insbesondere wird die Ansteuerung des Lüfters aus bekannten Größen eines Motorsteuergeräts ermittelt, insbesondere über eine Software zur Bestimmung der Mindest-Kühlungsanforderung des zumindest einen zu kühlenden Bauteils und der Kraftstoffpumpe. Es ist somit in einfacher Weise möglich, die bedarfsgerechte Ansteuerung des Lüfters zu realisieren, da keine zusätzlichen Werte zuvor ermittelt werden müssen.
Bei den bekannten Größen zur Ermittlung der Ansteuerung der Pumpe und/oder des Lüfters handelt es sich beispielsweise um Größen des aktuellen Motorbetriebs, z. B. aktuelle Kühlmitteltemperatur, aktuelle Öltemperatur, über einen bestimmten Zeitraum gemittelte aktuelle Motorleistung und/oder aktuelle Umgebungstemperatur.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist dem Nachlaufkühlsystem mindestens ein schaltbares Stellglied zugeordnet, das beim Betrieb des Nachlaufkühlsystems so geschaltet wird, dass eine möglichst gute Kühlwirkung für das zumindest eine zu kühlende Bauteil und/oder die Kraftstoffpumpe erzielt wird. Hiermit ist es möglich, die Kühlleistung bedarfsgerecht zu schalten. Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine Perspektivansicht eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Nachlaufkühlsystem,
Figur 2 eine Schnittdarstellung eines Teils des Verbrennungsmotors aus Figur 1 ,
Figur 3 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Nachlaufkühlsystems bei einem Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform, und
Figur 4 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Nachlaufkühlsystems bei einem Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In Figur 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 gezeigt, der einen Motorblock 12 sowie einen Zylinderkopf 14 aufweist, der mit dem Motorblock 12 gekoppelt ist.
Der Verbrennungsmotor 10 umfasst zudem eine Kraftstoffpumpe 16, die in der gezeigten Ausführungsform über eine Halterung 18 in Form eines Pumpenträgers am Zylinderkopf 14 befestigt ist. Bei der Kraftstoffpumpe 16 kann es sich um eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe handeln. Darüber hinaus weist der Verbrennungsmotor 10 einen Abgasturbolader 20 auf, der ein zu kühlendes Bauteil des Verbrennungsmotors 10 ist.
Der Verbrennungsmotor 10 weist ferner ein Nachlaufkühlsystem 22 auf, mit dem unter anderem der Abgasturbolader 20 und die Kraftstoffpumpe 16 gekühlt werden, wie nachfolgend erläutert wird. Das Nachlaufkühlsystem 22 ist insbesondere derart ausgebildet, dass die zu kühlenden Komponenten bzw. Bauteile des Verbrennungsmotors 10 auch dann noch gekühlt werden, wenn der Verbrennungsmotor 10 heiß abgestellt wird.
Hierzu weist das Nachlaufkühlsystem 22 eine eigene Pumpe 24 auf, die in der gezeigten Ausführungsform als elektrische Zusatzpumpe ausgebildet ist (siehe Figur 3). Alternativ kann eine nicht-elektrische Pumpe vorgesehen sein. Des Weiteren umfasst das Nachlaufkühlsystem 22 einen Kühlmittelkanal 26 für ein Kühlmittel, der sich von der Pumpe 24 durch den Zylinderkopf 14 bis zum Abgasturbolader 20 erstreckt.
Der Kühlmittelkanal 26 weist dementsprechend einen Kühlmittelvorlauf 28 auf, welcher sich von der Pumpe 24 bis in den Zylinderkopf 14 erstreckt. Vom Kühlmittelvorlauf 28 abgehend verläuft der Kühlmittelkanal 26 entlang eines Bereichs 29 innerhalb des Zylinderkopfs 14, der der Halterung 18 der Kraftstoffpumpe 16 zugeordnet ist. Das durch den Kühlmittelkanal 26 strömende Kühlmittel (K), welches durch den Pfeil dargestellt ist, reduziert dabei die vom Verbrennungsmotor 10 an die Halterung 18 übertragene Wärme (W), die ebenfalls durch entsprechende Pfeile dargestellt ist. Der Wärmeeintrag des Verbrennungsmotors 10 in die Halterung 18 und die daran angebundene Kraftstoffpumpe 16 ist daher deutlich reduziert, weswegen auch der in der Kraftstoffpumpe 16 vorhandene Kraftstoff nicht so stark erhitzt wird, dass er sieden könnte.
Nachdem das Kühlmittel durch den Zylinderkopf 14 geströmt ist, strömt das Kühlmittel in eine Abgasturbolader- Vorlaufleitung 30, welche sich in der gezeigten Ausführungsform seitlich am Motorblock 12 befindet und zu einem Eintritt 32 des Abgasturboladers 20 führt. Der Abgasturbolader 20 wird demnach durch dasselbe Kühlmittel gekühlt, welches zuvor die Kraftstoffpumpe 16 gekühlt hat.
Zudem umfasst der Verbrennungsmotor 10 eine beispielweise mechanisch angetriebene Wasserpumpe 34.
Aufgrund der vorgesehenen Pumpe 24 ist eine Nachlaufkühlung geschaffen, die auch noch aktiv ist, wenn der Verbrennungsmotor 10 bei einem Heißabstellen ausgeschaltet ist bzw. noch nachläuft. Dementsprechend wird das Kühlmittel bei einem heißabgestellten Verbrennungsmotor noch durch den Kühlmittelkanal 26 gefördert, um die Kraftstoffpumpe 16 und den Abgasturbolader 20 zu kühlen. Bei einer elektrischen Pumpe als Pumpe 24 kann die Nachlaufkühlung entsprechend unabhängig vom Betrieb des Verbrennungsmotors erfolgen.
Das zur Kühlung des Abgasturboladers 20 verwendete Kühlmittel wird somit zunächst in den Zylinderkopf 14 umgeleitet, sodass das Kühlmittel den Zylinderkopf 14 kühlt bzw. den Wärmeeintrag verringert, insbesondere in den Bereich 29, an dem die Halterung 18 mit der Kraftstoffpumpe 16 angeordnet ist. Insofern wird die Kraftstoffpumpe 16 und der darin enthaltene Kraftstoff indirekt gekühlt, wodurch wirkungsvoll verhindert wird, dass der Kraftstoff verdampft und sich Dampfblasen bilden, die zu einem schlechten Startverhalten des Verbrennungsmotors 10 führen können. Nach der Kühlung der Kraftstoffpumpe 16 wird der Abgasturbolader 20 von demselben Kühlmittel gekühlt.
Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform, bei der der Kühlmittelkanal 26 die Kraftstoffpumpe 16 indirekt kühlt, kann auch vorgesehen sein, dass die Kraftstoffpumpe 16 in ihrem Gehäuse eine Schnittstelle aufweist, an die der Kühlmittelkanal 26 angeschlossen werden kann, sodass der Kühlmittelkanal 26 zumindest teilweise durch die Kraftstoffpumpe 16 selbst laufen würde.
Eine besonders wirkungsvolle Kühlung der beschriebenen Bauteile wird erreicht, wenn im Nachlaufkühlsystem 22 ein Kühlmittelkühler 40, beispielsweise in Form eines Luft-Kühlmittel-Wärmetauschers, in Reihe oder zumindest stückweise parallel zum Kühlmittelkanal 16 eingebunden ist und zumindest mit einem Teilvolumenstrom des Kühlmittels durchströmt wird (siehe Figur 4).
Die zusätzliche Kühlwirkung des Kühlmittelkühlers 40 auf das Kühlmittel und damit auch auf die zu kühlenden Bauteile kann beispielsweise durch den Betrieb eines, insbesondere elektrischen, Lüfters 41 nach dem Heißabstellen des Verbrennungsmotors 10 noch erhöht werden. Durch den Betrieb der Pumpe 24 wird dabei zumindest ein Teilvolumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlmittelkühler 40 gepumpt, welches durch den Betrieb des Lüfters 41 zusätzlich gekühlt wird und damit eine wirkungsvollere Kühlung der zu kühlenden Bauteile ermöglicht, insbesondere der Kraftstoffpumpe 16 und des Abgasturboladers 20 und/oder des Zylinderkopfes 14.
Die Reihenfolge, in der die zu kühlenden Komponenten mit dem Kühlmittel durchströmt werden, ist hier nur beispielhaft dargestellt und kann beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann die in den Figuren 2 bis 4 schematisch, mit Hilfe der Pfeile dargestellte Strömungsrichtung des Kühlmittels auch in die Gegenrichtung umgekehrt werden, sodass z. B. ausgehend von der Pumpe 24 erst der Abgasturbolader 20 und dann die Kraftstoffpumpe 16 gekühlt wird. Da keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden, ist das Nachlaufkühlsystem 22, mit dem die Kraftstoffpumpe 16 und der Abgasturbolader 20 gekühlt werden, besonders kostengünstig ausgebildet, da lediglich auf bereits verwendete Bauteile zurückgegriffen wird, die zur Nachlaufkühlung des Abgasturboladers 20 dienen.
Zudem werden keine zusätzlichen elektronischen Komponenten benötigt, da die bereits vorhandenen elektronischen Komponenten der Nachlaufkühlung des Abgasturboladers 20 lediglich angepasst werden müssen.
Darüber hinaus kann auf aufwendige Entlüftungsmaßnahmen bei dem Nachlaufkühlsystem 22 verzichtet werden, da die Kraftstoffpumpe 16 im eingebauten Zustand des Verbrennungsmotors 10 oberhalb der Komponenten des Nachlaufkühlsystems 22 liegt, wodurch eine Siphonbildung im Nachlaufkühlsystem 22 vermieden wird.
Des Weiteren ist bei dem Nachlaufkühlsystem 22 oder dem Zylinderkopf 14 eine zusätzliche Kühlfunktion für thermisch hochbeanspruchte Bereiche des Zylinderkopfes 14 geschaffen, beispielsweise Auslassventilstege.
Eine besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Umsetzung ergibt sich, wenn die Kühlung der Komponenten bedarfsgerecht erfolgt. Dabei muss vom Nachlaufkühlsystem 22 die jeweils größte Einzel-Kühlungsanforderung der jeweiligen, zu kühlenden Komponenten erfüllt werden.
Eine solche Einzel-Kühlungsanforderung besteht beispielsweise aus der Kombination einer Ansteuer-Dauer und einer Ansteuer-Intensität, z. B. zur Variation des geförderten Kühlmittel-Volumenstroms, der Pumpe 24, einer Ansteuer-Dauer und Ansteuer-Intensität, z. B. zur Variation der Drehzahl, eines Lüfters 41 sowie einer Ansteuer-Dauer und einem Ansteuer-Signal von eventuell weiteren schaltbaren Komponenten im Nachlaufkühlsystem 22, beispielsweise eines elektrisch geschalteten Stellglieds 42 (siehe Figur 4).
Die Ermittlung der Einzel-Kühlungsanforderung einer Komponente kann z. B. über ein empirisches oder physikalisches Modell, beispielsweise in Form eines Modells der maximalen Temperatur der Komponente für den Zeitbereich nach einem möglichen Abstellen des Verbrennungsmotors 10 erfolgen, welches im Motorsteuergerät hinterlegt ist. Beispielsweise kann aus Größen des aktuellen Motorbetriebs, z. B. aktuelle Kühlmitteltemperatur, aktuelle Öltemperatur, über einen bestimmten Zeitraum gemittelte aktuelle Motorleistung, aktuelle Umgebungstemperatur usw., die Notwendigkeit und die Größe einer Einzel-Kühlungsanforderung beispielsweise der Kraftstoffpumpe 16 oder des Abgasturboladers 20 ermittelt werden.
Wenn sich daraus die Notwendigkeit der Nachlaufkühlung mindestens einer Komponente ergibt, wird beim Abstellen des Verbrennungsmotors 10 das Nachlaufkühlsystem 22 aktiviert und entsprechend der größten Einzel- Kühlungsanforderung aller zu kühlenden Komponenten bedarfsgerecht betrieben.
Dadurch lässt sich der vom Nachlaufkühlsystem 22 benötigte Energieverbrauch entsprechend minimieren.
Somit sind in einfacher Weise ein Nachlaufkühlsystem 22 sowie ein Zylinderkopf 14 geschaffen, mit denen eine aktive Kühlung der Kraftstoffpumpe 16 effizient und kostengünstig gewährleistet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1 . Nachlaufkühlsystem (22) mit einer Pumpe (24), einem Kühlmittelkanal (26) für ein Kühlmittel und zumindest einem zu kühlenden Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (26) einer Kraftstoffpumpe (16) zugeordnet ist.
2. Nachlaufkühlsystem (22) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zu kühlende Bauteil ein Abgasturbolader (20) ist.
3. Nachlaufkühlsystem (22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu kühlende Bauteil ein Zylinderkopf ( 14) ist.
4. Nachlaufkühlsystem (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlmittelkanal (26) durch die Kraftstoffpumpe (1 6) erstreckt.
5. Nachlaufkühlsystem (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlmittelkanal (26) durch eine Halterung
(1 8) der Kraftstoffpumpe (1 6) erstreckt.
6. Nachlaufkühlsystem (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittelkühler (40) im Nachlaufkühlsystem (22) zumindest stückweise parallel zu oder in Reihe mit dem Kühlmittelkanal (26) vorgesehen ist.
7. Nachlaufkühlsystem (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Nachlaufkühlsystem (22) ein Lüfter (41 ) zugeordnet ist.
8. Zylinderkopf (14) für einen Verbrennungsmotor (1 0), durch den sich ein Teil des Kühlmittelkanals (26) eines Nachlaufkühlsystems (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche erstreckt.
9. Zylinderkopf (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass die Kraftstoffpumpe (1 6) mittels einer Halterung ( 18) am Zylinderkopf (14) angebracht ist und dass sich der Kühlmittelkanal (26) in der Nähe des Bereichs befindet, in dem die Halterung (18) für die Kraftstoffpumpe (16) mit dem Zylinderkopf (14) verbunden ist.
10. Verfahren zum Betrieb eines Nachlaufkühlsystems (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Betrieb der Pumpe (24) des Nachlaufkühlsystems (22) anhand einer ermittelten Ansteuerung erfolgt.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Pumpe (24) aus bekannten Größen eines Motorsteuergeräts ermittelt wird, insbesondere über eine Software zur Bestimmung der Mindest- Kühlungsanforderung des zumindest einen zu kühlenden Bauteils und der Kraftstoffpumpe (16).
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Nachlaufkühlsystem (22) einen Lüfter (41 ) umfasst, dessen Betrieb anhand einer ermittelten bedarfsgerechten Ansteuerung erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Lüfters (41 ) aus bekannten Größen eines Motorsteuergeräts ermittelt wird, insbesondere über eine Software zur Bestimmung der Mindest- Kühlungsanforderung des zumindest einen zu kühlenden Bauteils und der Kraftstoffpumpe (16).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein schaltbares Stellglied (42) dem
Nachlaufkühlsystem (22) zugeordnet ist, das beim Betrieb des
Nachlaufkühlsystems (22) so geschaltet wird, dass eine möglichst gute
Kühlwirkung für das zumindest eine zu kühlende Bauteil und/oder die Kraftstoffpumpe (16) erzielt wird.
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