EP3412885A1 - Brennkraftmaschine mit einem kühlmittelkreislauf - Google Patents

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EP3412885A1
EP3412885A1 EP18173462.5A EP18173462A EP3412885A1 EP 3412885 A1 EP3412885 A1 EP 3412885A1 EP 18173462 A EP18173462 A EP 18173462A EP 3412885 A1 EP3412885 A1 EP 3412885A1
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EP
European Patent Office
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coolant
combustion engine
internal combustion
pump
circuit
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EP18173462.5A
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Alexander Schydlo
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
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    • 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
    • F01P7/162—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by cutting in and out of pumps
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    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/164—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by varying pump speed

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, with a coolant circuit operated by means of a coolant pump and to a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, with the internal combustion engine according to patent claim 11.
  • a combustion unit of the internal combustion engine When operating an internal combustion engine, a combustion unit of the internal combustion engine, in particular its engine block, must be cooled.
  • a coolant fluid with a coolant pump in a coolant circuit is pumped through coolant channels of the combustion unit or of the engine block.
  • the thus heated coolant is further pumped through external heat exchangers and cooled down there again.
  • additional components of the internal combustion engine or a motor vehicle having the internal combustion engine as heat sources and / or to heat them as heat sinks, wherein these are arranged in a secondary coolant circuit which branches off from the main coolant circuit and re-opens into it.
  • Such components are, for example, an air compressor to be cooled or a transmission oil cooler or a heating heat exchanger to be heated for a HVAC installation (heating, ventilation and air conditioning installation).
  • the secondary coolant circuit is also operated by means of the coolant pump of the main coolant circuit, in which the secondary coolant circuit branches off downstream as a flow downstream of the coolant pump and flows upstream into the main coolant circuit upstream as a return upstream of the coolant pump.
  • One or more secondary coolant circuits may be provided, in which one or more components may be arranged serially one behind the other or in parallel.
  • the coolant pump used in the above arrangement is coupled as usual with the crank mechanism of the internal combustion engine or the drive train for a mechanical pump drive.
  • the cooling capacity and / or heating power for the components arranged in the at least one secondary coolant circuit depend directly on the rotational speed and pumping power of the coolant pump in the main coolant circuit.
  • the heating power and / or cooling power for the components in at least one secondary coolant circuit depends directly on the speed of the internal combustion engine.
  • the coolant pump and, where appropriate, its control is designed in each case for the required cooling of the internal combustion engine.
  • it must be ensured that at every operating point of the internal combustion engine, an absolutely necessary coolant volume flow for all refrigerated and / or heated components in the at least one secondary coolant circuit is available.
  • the potential of a controllable coolant pump can be limited by other components cooled / heated with coolant. For example, in winter operation, the heating of the cab must work and be guaranteed.
  • the object of the invention is to develop a coolant circuit of an internal combustion engine with a main coolant circuit and at least one secondary coolant circuit so that there is an improvement and optimization of cooling and / or heating of components with the possibility of saving fuel.
  • an internal combustion engine in particular for a motor vehicle, proposed with a driven by a coolant pump coolant circuit as the main coolant circuit for cooling a combustion unit of the internal combustion engine, and with at least one branching off from the main coolant circuit and re-opening secondary coolant circuit for cooling at least a further heat source and / or for heating at least one heat sink as at least one further component of the internal combustion engine or a motor vehicle having the internal combustion engine, in particular for cooling an air compressor and / or a transmission oil cooler and / or Schuungstageübertragers, wherein the coolant pump with the crank mechanism of the internal combustion engine directly or indirectly for a, in particular mechanical, pump drive is coupled.
  • at least one circulating pump adapted to the cooling or heating requirement of at least one component assigned to the secondary coolant circuit is arranged in the at least one secondary coolant circuit in addition to the coolant pump of the main coolant circuit.
  • the coolant pump of the main coolant circuit should be speed-controlled with the crank mechanism of the internal combustion engine or the drive train, in particular be coupled by means of a viscous coupling.
  • the regulation of the coolant pump can take into account the currently required cooling capacity for the internal combustion engine with optimal fuel economy, largely independent of the cooling or heating requirements of the components, which are supplied largely independent of the coolant pump of at least one additional circulation pump.
  • the one or more circulation pumps are preferably driven electrically or pneumatically in comparison to the coolant pump of the main coolant circuit substantially smaller dimensions and lower power consumption.
  • the additional space required for an additional circulation pump is low and the operation of the at least one circulating pump is energetically much cheaper, in particular compared to an above-mentioned speed increase of the high-power coolant pump of the main coolant circuit.
  • the at least one circulating pump could also be coupled to the crank mechanism of the internal combustion engine, so that the circulation pump can be driven by means of the internal combustion engine.
  • the at least one circulating pump is designed to be controllable, such that the delivered coolant volume flow can be regulated qualitatively and / or quantitatively as a function of a cooling or heating requirement of one or more components.
  • a particularly energy-efficient optimization of the component cooling or component heating is largely independent of the main coolant circuit possible.
  • a temperature actual value at the components as well as the current temperature of the coolant can be detected in particular by means of sensors and the speed of the at least one circulating pump can be regulated so that a suitable coolant volume flow is promoted to achieve / maintain a temperature setpoint. This can be realized by means of a thermostat.
  • a coolant pressure actual value can also be detected or monitored by means of a sensor system for such a qualitative control.
  • a coolant volume flow actual value can be detected by means of a sensor system.
  • a control strategy and / or control of the at least one circulating pump can be designed such that, in particular depending on established environmental conditions, a predetermined critical maximum temperature of at least one predetermined heat source and / or a predetermined critical minimum temperature of at least one predetermined heat sink corresponding to one required coolant flow rate is not exceeded or exceeded.
  • An algorithm for such a control and / or control may preferably be implemented in a pump control unit and / or a vehicle control unit and / or an engine control unit.
  • Such controllers are regularly available as hardware anyway, so that arise for the additional control according to the invention only minimal costs.
  • the at least one secondary coolant circuit branches off from the main coolant circuit downstream of the coolant pump as a flow and upstream of the coolant pump in the main coolant circuit opens as reflux again.
  • the further components in the secondary cooling circuit can be connected in series hydraulically in series, wherein at least one circulating pump can be arranged before and / or after and / or between the components.
  • the plurality of components may be arranged hydraulically in parallel.
  • the components can each be connected individually to coolant supply points to the main cooling circuit.
  • the components may be connected on the input side from a single coolant supply point via a distribution point and a common distribution line to the main cooling circuit. Both variants can also be combined depending on the circumstances and the number of components.
  • the components can each be individually connected to coolant return points with the main cooling circuit.
  • the components may be connected on the output side to a common coolant collecting line, wherein, starting from a collecting point, a connection to only one coolant return point of the main cooling circuit is produced.
  • a combination of both variants is also possible on the output side.
  • At least one circulating pump can be arranged in front of a distribution point and / or after a collection point.
  • FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine 1 with eight cylinders in a (not shown) commercial vehicle shown with a coolant circuit 2, which consists of a main coolant circuit 3 and a secondary coolant circuit 4.
  • the main coolant circuit 3 runs via a line 6 to a branch 7, from where the coolant flow is divided and by coolant channels of a combustion unit 7a of the internal combustion engine 1 having an engine block as well as by a system for exhaust gas recirculation 8 flows and reunited in a line 9.
  • a controllable two-way valve 10 is arranged, with which the coolant flow in a warm-up phase of the internal combustion engine 1 via a line 11 directly to the input of the coolant pump 5 is traceable or after heating via a line 12 via a radiator 13 with fan 14 for Coolant pump 5 is passed.
  • the secondary coolant circuit 4 branches off downstream of the coolant pump 5 at a connection point 14 from the line 6 of the main coolant circuit 3 and flows upstream of the coolant pump 5 at a further connection point 14 'again in the main coolant circuit 3 a.
  • an air compressor 15, a transmission oil cooler 16, a Schuungstageauertrager 17 for a cabin heater and an electrically operated, controllable circulating pump 18 are arranged in the flow direction serially in series, the circulating pump 18 is smaller and less powerful compared to the coolant pump 5 dimensioned ,
  • the coolant volume flow through the components 15, 16, 17 in the secondary coolant circuit 4 can here be seen largely independently of the main coolant circuit 3 are conveyed to the circulation pump 18, said coolant volume flow depending on the cooling and / or heating requirements of the components 15, 16, 17 controllable or is controllable.
  • the type and number of components as air compressor 15, transmission oil cooler 16 and heating heat exchanger 17 is merely exemplary here. A different number or other types of components or accessories may alternatively or additionally be used.
  • FIG. 2 schematically is a simplified example of a second embodiment of the hydraulic arrangement of the components 15, 16, 17 shown: by the internal combustion engine 1, in turn, the main coolant circuit 3 is passed with its coolant pump 5.
  • the components as air compressor 15, transmission oil cooler 16 and heating heat exchanger 17 are arranged here in parallel hydraulically and the input side, starting from a connected to the main coolant circuit 3 coolant supply point 19 via a manifold 20 and a common coolant manifold 21 to the main coolant circuit 3.
  • the electrically operated, controllable circulating pump 18 is arranged.
  • the components 15, 16, 17 are each connected individually to coolant return points in front of the coolant pump 5 on the main coolant circuit 3.
  • FIG. 3 largely corresponds to the arrangement FIG. 2 , so that the reference numerals are used accordingly.
  • the embodiment according to FIG. 3 is modified on the output side so that the components 15, 16, 17 are connected to a common coolant manifold 22, which is connected from a collection point 23 with only one coolant return point of the main cooling circuit.
  • a common coolant manifold 22 which is connected from a collection point 23 with only one coolant return point of the main cooling circuit.
  • the electrically operated, adjustable circulation pump not installed in front of the distribution point 20 but after the collection point 23 in the line to the coolant return point.
  • FIG. 4 largely corresponds to the embodiment according to FIG. 3 with a parallel arrangement of the components 15, 16, 17.
  • the difference to FIG. 3 persists FIG. 4 in that the components 15, 16, 17 on the input side are individually connected to coolant supply points 19, 19 ', 19 "(shown schematically here) to the main cooling circuit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittels einer Kühlmittelpumpe (5) betriebenen Kühlmittelkreislauf (2) als Haupt-Kühlmittelkreislauf (3) zur Kühlung einer Verbrennungseinheit (7a) der Brennkraftmaschine (1), und mit wenigstens einem vom Haupt-Kühlmittelkreislauf (3) abzweigenden und wieder einmündenden Neben-Kühlmittelkreislauf (4) zur Kühlung wenigstens einer weiteren Wärmequelle und/oder zur Heizung wenigstens einer Wärmesenke als wenigstens eine weitere Komponente der Brennkraftmaschine (8) oder eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Kühlung eines Luftpressers (15) und/oder eines Getriebeölkühlers (16) und/oder eines Heizungswärmeübertragers (17), wobei die Kühlmittelpumpe (5) mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine (8) direkt oder indirekt für einen Pumpenantrieb gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist in dem wenigstens einen Neben-Kühlmittelkreislauf (4) zumindest eine dem Kühl- oder Heizbedarf wenigstens einer zugeordneten Komponente (15, 16, 17) angepasste Umwälzpumpe (18) zusätzlich zur Kühlmittelpumpe (5) des Haupt-Kühlmittelkreislaufs (3) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittels einer Kühlmittelpumpe betriebenen Kühlmittelkreislauf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit der Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 11.
  • Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine muss eine Verbrennungseinheit der Brennkraftmaschine, insbesondere deren Motorblock, gekühlt werden. In an sich bekannter Weise wird dazu ein Kühlmittelfluid mit einer Kühlmittelpumpe in einem Kühlmittelkreislauf durch Kühlmittelkanäle der Verbrennungseinheit bzw. des Motorblocks gepumpt. Das dadurch erhitzte Kühlmittel wird weiter durch externe Wärmetauscher gepumpt und dort wieder abgekühlt. Weiter ist es allgemein bekannt, zusätzliche Komponenten der Brennkraftmaschine oder eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs als Wärmequellen zu kühlen und/oder als Wärmesenken zu heizen, wobei diese in einem Nebenkühlmittelkreislauf angeordnet sind, der vom Haupt-Kühlmittelkreislauf abzweigt und wieder in diesen einmündet. Solche Komponenten sind beispielsweise ein zu kühlender Luftpresser oder ein Getriebeölkühler oder ein zu heizender Heizungswärmeübertrager einer HVAC-Anlage (Heating, Ventilation and Air Conditioning-Anlage).
  • In an sich bekannter Weise wird auch der Neben-Kühlmittelkreislauf mittels der Kühlmittelpumpe des Haupt-Kühlmittelkreislaufs betrieben, in dem der Neben-Kühlmittelkreislauf stromab nach der Kühlmittelpumpe als Vorlauf abzweigt und stromauf vor der Kühlmittelpumpe wieder in den Haupt-Kühlmittelkreislauf als Rücklauf einmündet. Es können dabei ein oder mehrere Neben-Kühlmittelkreisläufe vorgesehen sein, in denen eine oder mehrere Komponenten seriell hintereinander oder parallel angeordnet sein können.
  • Die bei der vorstehenden Anordnung verwendete Kühlmittelpumpe ist wie üblich mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine bzw. dem Antriebsstrang für einen mechanischen Pumpenantrieb gekoppelt. Ersichtlich hängt dadurch die Kühlleistung und/oder Heizleistung für die im wenigstens einen Nebenkühlmittelkreislauf angeordneten Komponenten direkt von der Drehzahl und Pumpleistung der Kühlmittelpumpe im Haupt-Kühlmittelkreislauf ab.
  • Bei einer starren Kopplung der Kühlmittelpumpe des Haupt-Kühlkreislaufs hängt die Heizleistung und/oder Kühlleistung für die Komponenten im wenigstens einen Neben-Kühlmittelkreislauf unmittelbar von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab.
  • Es ist weiter bekannt, die Kühlmittelpumpe über den Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine bzw. den Antriebstrang mechanisch anzutreiben, jedoch unabhängig von der Motordrehzahl zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zum Beispiel mit Hilfe einer Viscokupplung zu regeln.
  • Die Kühlmittelpumpe und gegebenenfalls deren Regelung ist in jedem Fall für die erforderliche Kühlung der Brennkraftmaschine ausgelegt. Zudem muss gewährleistet sein, dass in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine auch ein zwingend notwendiger Kühlmittelvolumenstrom für alle mit Kühlmittel gekühlten und/oder beheizten Komponenten im wenigstens einen Nebenkühlmittelkreislauf zur Verfügung steht. Je nach den aktuellen Randbedingungen, beispielsweise durch unterschiedliche Umgebungstemperaturen kann das Potential einer regelbaren Kühlmittelpumpe durch andere mit Kühlmittel gekühlte/beheizte Komponenten begrenzt werden. Beispielsweise muss im Winterbetrieb die Heizung des Fahrerhauses funktionieren und gewährleistet werden. Da der Kühlmittelvolumenstrom in Heizungswärmeübertrager von der Drehzahl der Kühlmittelpumpe abhängt, kann es passieren, dass im Winterbetrieb die Pumpendrehzahl einer regelbaren Kühlmittelpumpe angehoben werden muss, obwohl dies für die Kühlung der Brennkraftmaschine nicht erforderlich wäre. Eine solche Anhebung der Pumpendrehzahl der großen und leistungsintensiven Kühlmittelpumpe des Hauptkühlmittelkreislaufs belastet den Energiehaushalt und erhöht den Kraftstoffverbrauch, der gerade durch die Anwendung einer regelbaren Kühlmittelpumpe reduziert werden soll. Ähnlich kann auch eine energetisch ungünstige Anhebung der Pumpendrehzahl der Kühlmittelpumpe erforderlich werden, wenn nur dadurch eine zwingend erforderliche Kühlung einer Komponente, beispielsweise eines Luftpressers oder eines Getriebeölwärmeübertragers erreichbar ist.
  • Da die Kühlleistung/Heizleistung für die Komponenten mit der Kühlleistung für die Brennkraftmaschine gekoppelt ist, sind Optimierungen in Abhängigkeit von aktuell thermischen Belastungen einzelner Komponenten nur bedingt möglich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Haupt-Kühlmittelkreislauf und wenigstens einem Neben-Kühlmittelkreislauf so weiterzubilden, dass eine Verbesserung und Optimierung einer Kühlung und/oder Heizung von Komponenten mit der Möglichkeit einer Kraftstoffeinsparung gegeben ist.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Gemäß Patentanspruch 1 wird eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, mit einem mittels einer Kühlmittelpumpe betriebenen Kühlmittelkreislauf als Haupt-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung einer Verbrennungseinheit der Brennkraftmaschine, und mit wenigstens einem vom Haupt-Kühlmittelkreislauf abzweigenden und wieder einmündenden Neben-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung wenigstens einer weiteren Wärmequelle und/oder zur Heizung wenigstens einer Wärmesenke als wenigstens eine weitere Komponente der Brennkraftmaschine oder eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Kühlung eines Luftpressers und/oder eines Getriebeölkühlers und/oder eines Heizungswärmeübertragers, wobei die Kühlmittelpumpe mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt für einen, insbesondere mechanischen, Pumpenantrieb gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist in dem wenigstens einen Neben-Kühlmittelkreislauf zumindest eine dem Kühl- oder Heizbedarf wenigstens einer dem Neben-Kühlmittelkreislauf zugeordneten Komponente angepasste Umwälzpumpe zusätzlich zur Kühlmittelpumpe des Haupt-Kühlmittelkreislaufs angeordnet ist.
  • Vorzugsweise soll die Kühlmittelpumpe des Haupt-Kühlmittelkreislaufs mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine bzw. dem Antriebstrang drehzahlgeregelt, insbesondere mittels einer Viscokupplung gekoppelt sein. Die Regelung der Kühlmittelpumpe kann hier die aktuell erforderliche Kühlleistung für die Brennkraftmaschine berücksichtigen mit optimaler Einsparung von Kraftstoff, weitgehend unabhängig vom Kühl- oder Heizbedarf der Komponenten, die weitgehend unabhängig von der Kühlmittelpumpe von wenigstens einer zusätzlichen Umwälzpumpe versorgt werden. Der oder die Umwälzpumpen werden dabei vorzugsweise elektrisch oder pneumatisch angetrieben bei im Vergleich zur Kühlmittelpumpe des Haupt-Kühlmittelkreislaufs wesentlich kleineren Abmessungen und geringerer Leistungsaufnahme. Damit ist der zusätzlich erforderliche Bauraum für eine zusätzliche Umwälzpumpe gering und der Betrieb der wenigstens einen Umwälzpumpe ist insbesondere gegenüber einer vorstehend erläuterten Drehzahlanhebung der leistungsintensiven Kühlmittelpumpe des Haupt-Kühlmittelkreislaufs energetisch wesentlich günstiger. Alternativ könnte die wenigstens eine Umwälzpumpe aber auch mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine gekoppelt sein, so dass die Umwälzpumpe mittels der Brennkraftmaschine angetrieben werden kann.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird die zumindest eine Umwälzpumpe regelbar ausgeführt, dergestalt, dass damit der geförderte Kühlmittelvolumenstrom in Abhängigkeit eines Kühl- oder Heizbedarfs einer oder mehrerer Komponenten qualitativ und/oder quantitativ regelbar ist. Damit ist eine besonders energieeffiziente Optimierung der Komponentenkühlung oder Komponentenheizung weitgehend unabhängig vom Hauptkühlmittelkreis möglich. Für eine Qualitativregelung kann insbesondere mittels Sensoren ein Temperatur-Istwert an den Komponenten sowie die aktuelle Temperatur des Kühlmittels erfasst werden und die Drehzahl der zumindest einen Umwälzpumpe so geregelt werden, dass ein geeigneter Kühlmittelvolumenstrom zur Erreichung/Einhaltung eines Temperatur-Sollwerts gefördert wird. Dies kann mittels eines Thermostats realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann für eine derartige Qualitativregelung auch ein Kühlmitteldruck-Istwert mittels einer Sensorik erfasst bzw. überwacht werden. Für eine Quantitativregelung kann ein Kühlmittelvolumenstrom-Istwert mittels einer Sensorik erfasst werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann eine Regelungsstrategie und/oder Steuerung der wenigstens einen Umwälzpumpe so ausgelegt sein, dass, insbesondere in Abhängigkeit festgestellter Umweltbedingungen, eine vorgegebene kritische maximale Temperatur wenigstens einer vorbestimmten Wärmequelle und/oder eine vorgegebene kritische minimale Temperatur wenigstens einer vorbestimmten Wärmesenke entsprechend jeweils einem erforderlichen Kühlmittelvolumenstrom nicht überschritten bzw. unterschritten wird.
  • Ein Algorithmus für eine solche Regelung und/oder Steuerung kann vorzugsweise in einem Pumpensteuergerät und/oder einem Fahrzeugsteuergerät und/oder einem Motorsteuergerät implementiert sein. Solche Steuergeräte sind regelmäßig als Hardware ohnehin vorhanden, so dass für die erfindungsgemäße zusätzliche Steuerung nur minimale Kosten entstehen.
  • Um die mit der Kühlmittelpumpe im Haupt-Kühlmittelkreislauf erzeugte Strömung auch im wenigstens einem Neben-Kühlmittelkreislauf zusätzlich zur dortigen Umwälzpumpe auszunützen ist es vorteilhaft, dass der wenigstens eine Neben-Kühlmittelkreislauf stromab nach der Kühlmittelpumpe vom Haupt-Kühlmittelkreislauf als Vorlauf abzweigt und stromauf vor der Kühlmittelpumpe in den Haupt-Kühlmittelkreislauf als Rücklauf wieder einmündet.
  • In einer einfachen konkreten Ausführungsform können die weiteren Komponenten in dem Nebenkühlkreislauf hydraulisch seriell hintereinander geschaltet sein, wobei wenigstens eine Umwälzpumpe vor und/oder nach und/oder zwischen den Komponenten angeordnet sein kann.
  • Alternativ können die mehreren Komponenten hydraulisch parallel angeordnet sein. Eingangsseitig sind dabei zwei Variationen je nach den Gegebenheiten möglich: Die Komponenten können jeweils einzeln an Kühlmittelversorgungsstellen mit dem Hauptkühlkreislauf verbunden sein. Alternativ können die Komponenten eingangsseitig ausgehend von einer einzigen Kühlmittelversorgungsstelle über eine Verteilerstelle und eine gemeinsame Verteilerleitung mit dem Hauptkühlkreislauf verbunden sein. Beide Varianten können je nach den Gegebenheiten und der Anzahl der Komponenten auch kombiniert werden.
  • Auch ausgangsseitig sind zwei Varianten möglich: die Komponenten können dabei jeweils einzeln an Kühlmittelrückführungsstellen mit dem Hauptkühlkreislauf verbunden sein. Alternativ können die Komponenten ausgangsseitig mit einer gemeinsamen Kühlmittelsammelleitung verbunden sein, wobei ausgehend von einer Sammelstelle eine Verbindung zu nur einer Kühlmittelrückführungsstelle des Hauptkühlkreislaufs hergestellt ist. Auch ausgangsseitig ist je nach den Gegebenheiten und der Anzahl der Komponenten eine Kombination beider Varianten möglich.
  • Bei parallel angeordneten Komponenten kann dabei wenigstens eine Umwälzpumpe vor einer Verteilerstelle und/oder nach einer Sammelstelle angeordnet sein.
  • Weiter wird auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine beansprucht. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind identisch mit den bereits gewürdigten Vorteilen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, so dass diese an dieser Stelle nicht wiederholt werden.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen lediglich beispielhaft näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf aus einem Haupt-Kühlmittelkreislauf und einem Neben-Kühlmittelkreislauf einer ersten Ausführungsform,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Neben-Kühlmittelkreislaufs einer zweiten Ausführungsform,
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Neben-Kühlmittelkreislaufs einer dritten Ausführungsform, und
    Figur 4
    eine schematische Darstellung eines Neben-Kühlmittelkreislaufs einer vierten Ausführungsform.
  • In Figur 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit acht Zylindern in einem (nicht weiter dargestellten) Nutzfahrzeug gezeigt mit einem Kühlmittelkreislauf 2, der aus einem Haupt-Kühlmittelkreislauf 3 und einem Neben-Kühlmittelkreislauf 4 besteht.
  • Der Haupt-Kühlmittelkreislauf 3 verläuft ausgehend von einer relativ großen leistungsstarken Kühlmittelpumpe 5 über eine Leitung 6 zu einer Verzweigung 7, von wo sich der Kühlmittelstrom aufteilt und sowohl durch Kühlmittelkanäle einer, einen Motorblock aufweisenden Verbrennungseinheit 7a der Brennkraftmaschine 1 als auch durch eine Anlage zur Abgasrückführung 8 strömt und sich in einer Leitung 9 wieder vereint. In der Leitung 9 ist ein steuerbares Zweiwegeventil 10 angeordnet, mit der der Kühlmittelstrom in einer Aufwärmphase der Brennkraftmaschine 1 über eine Leitung 11 direkt an den Eingang der Kühlmittelpumpe 5 zurückführbar ist oder nach der Aufwärmung über eine Leitung 12 über einen Kühler 13 mit Ventilator 14 zur Kühlmittelpumpe 5 geleitet ist.
  • Der Neben-Kühlmittelkreislauf 4 zweigt stromab nach der Kühlmittelpumpe 5 an einer Anschlussstelle 14 von der Leitung 6 des Haupt-Kühlmittelkreislaufs 3 ab und mündet stromauf vor der Kühlmittelpumpe 5 an einer weiteren Anschlussstelle 14' wieder in den Hauptkühlmittelkreislauf 3 ein.
  • Im Neben-Kühlmittelkreislauf 4 sind in Strömungsrichtung seriell der Reihe nach ein Luftpresser 15, ein Getriebeölkühler 16, ein Heizungswärmeübertrager 17 für eine Kabinenheizung und eine elektrisch betriebene, regelbare Umwälzpumpe 18 angeordnet, wobei die Umwälzpumpe 18 im Vergleich zur Kühlmittelpumpe 5 kleiner und leistungsschwächer dimensioniert ist.
  • Der Kühlmittelvolumenstrom durch die Komponenten 15, 16, 17 im Nebenkühlmittelkreislauf 4 kann hier ersichtlich weitgehend unabhängig vom Haupt-Kühlmittelkreislauf 3 mit der Umwälzpumpe 18 gefördert werden, wobei dieser Kühlmittelvolumenstrom in Abhängigkeit des Kühl- und/oder Heizbedarfs der Komponenten 15, 16, 17 steuerbar oder regelbar ist.
  • Die Art und Anzahl der Komponenten als Luftpresser 15, Getriebeölkühler 16 und Heizungswärmeübertrager 17 ist hier lediglich beispielhaft. Es können auch eine andere Anzahl oder andere Arten von Komponenten oder Nebenaggregaten alternativ oder zusätzlich verwendet werden.
  • In Figur 2 ist schematisch und beispielhaft eine zweite Ausführungsform der hydraulischen Anordnung der Komponenten 15, 16, 17 vereinfacht dargestellte: durch die Brennkraftmaschine 1 ist wiederum der Haupt-Kühlmittelkreislauf 3 mit seiner Kühlmittelpumpe 5 geleitet. Die Komponenten als Luftpresser 15, Getriebeölkühler 16 und Heizungswärmeübertrager 17 sind hier hydraulisch parallel angeordnet und eingangsseitig ausgehend von einer mit dem Haupt-Kühlmittelkreislauf 3 verbundenen Kühlmittelversorgungsstelle 19 über eine Verteilerstelle 20 und eine gemeinsame Kühlmittelverteilerleitung 21 mit dem Haupt-Kühlmittelkreislauf 3 verbunden.
  • Zwischen der Kühlmittelversorgungstelle 19 und der Verteilerstelle 20 ist die elektrisch betriebene, regelbare Umwälzpumpe 18 angeordnet. Ausgangsseitig sind die Komponenten 15, 16, 17 jeweils einzeln an Kühlmittelrückführungsstellen vor der Kühlmittelpumpe 5 am Haupt-Kühlmittelkreislauf 3 angeschlossen.
  • Figur 3 entspricht weitgehend der Anordnung nach Figur 2, so dass die Bezugszeichen entsprechend verwendet sind. Die Ausführungsform nach Figur 3 ist ausgangsseitig dahingehend modifiziert, dass die Komponenten 15, 16, 17 mit einer gemeinsamen Kühlmittelsammelleitung 22 verbunden sind, die ausgehend von einer Sammelstelle 23 mit nur einer Kühlmittelrückführungsstelle des Haupt-Kühlkreislaufs verbunden ist. Anders als in Figur 2 ist hier die elektrisch betriebene, regelbare Umwälzpumpe nicht vor der Verteilerstelle 20 sondern nach der Sammelstelle 23 in der Leitung zur Kühlmittelrückführungsstelle eingebaut.
  • Die Ausführungsform nach Figur 4 entspricht weitgehend der Ausführungsform nach Figur 3 mit einer parallelen Anordnung der Komponenten 15, 16, 17. Der Unterschied zur Figur 3 besteht nach Figur 4 darin, dass die Komponenten 15, 16, 17 eingangsseitig jeweils einzeln an (hier schematisch dargestellten) Kühlmittelversorgungsstellen 19, 19', 19" mit dem Haupt-Kühlkreislauf verbunden sind.
  • Welche der vorstehenden Ausführungsformen oder gegebenenfalls Kombinationen davon vorteilhafter verwendbar sind, hängt von den individuellen konkreten Bauraumgegebenheiten, Anschlussmöglichkeiten und Versorgungsmöglichkeiten sowie von der Anzahl und Art der Komponenten im Fahrzeug und an der Brennkraftmaschine ab.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kühlmittelkreislauf
    3
    Haupt-Kühlmittelkreislauf
    4
    Neben-Kühlmittelkreislauf
    5
    Kühlmittelpumpe
    6
    Leitung
    7
    Verzweigung
    7a
    Verbrennungseinheit
    8
    Abgasrückführung
    9
    Leitung
    10
    Zwei-Wege-Ventil
    11
    Leitung
    12
    Leitung
    13
    Kühler
    14, 14'
    Anschlussstelle
    15
    Luftkompresser
    16
    Getriebeölkühler
    17
    Heizungswärmeübertrager
    18
    Umwälzpumpe
    19, 19', 19"
    Kühlmittelversorgungsstelle
    20
    Verteilerstelle
    21
    Kühlmittelverteilerleitung
    22
    Kühlmittelsammelleitung
    23
    Sammelstelle

Claims (11)

  1. Brennkraftmaschine (8), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittels einer Kühlmittelpumpe (5) betriebenen Kühlmittelkreislauf (2) als Haupt-Kühlmittelkreislauf (3) zur Kühlung der Brennkraftmaschine, und mit wenigstens einem vom Haupt-Kühlmittelkreislauf (3) abzweigenden und wieder einmündenden Neben-Kühlmittelkreislauf (4) zur Kühlung wenigstens einer weiteren Wärmequelle und/oder zur Heizung wenigstens einer Wärmesenke als wenigstens eine weitere Komponente der Brennkraftmaschine (8) oder eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Kühlung eines Luftpressers (15) und/oder eines Getriebeölkühlers (16) und/oder eines Heizungswärmeübertragers (17), wobei
    die Kühlmittelpumpe (5) mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine (8) direkt oder indirekt für einen Pumpenantrieb gekoppelt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem wenigstens einen Neben-Kühlmittelkreislauf (4) zumindest eine dem Kühl- oder Heizbedarf wenigstens einer zugeordneten Komponente (15, 16, 17) angepasste Umwälzpumpe (18) zusätzlich zur Kühlmittelpumpe (5) des Haupt-Kühlmittelkreislaufs (3) angeordnet ist.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Neben-Kühlmittelkreislauf (4) stromab der Kühlmittelpumpe (5) vom Haupt-Kühlmittelkreislauf (3) als Vorlauf abzweigt und stromauf der Kühlmittelpumpe (5) in den Haupt-Kühlmittelkreislauf (3) als Rücklauf einmündet.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine (8) gekoppelte Kühlmittelpumpe (5) starr gekoppelt oder drehzahlgeregelt, insbesondere mittels einer Viscokupplung gekoppelt ist.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Umwälzpumpe (18) elektrisch oder pneumatisch angetrieben ist.
  5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Umwälzpumpe (18) und dadurch der damit geförderte Kühlmittelvolumenstrom in Abhängigkeit eines Kühl- oder Heizbedarfs einer oder mehrerer Komponenten (15, 16, 17) qualitativ und/oder quantitativ regelbar ist.
  6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsstrategie der wenigstens einen Umwälzpumpe (18), insbesondere einer elektrisch betriebenen Umwälzpumpe (18), so ausgelegt ist, dass, insbesondere in Abhängigkeit festgestellter Umweltbedingungen, eine vorgegebene maximale Temperatur wenigstens einer vorbestimmten Wärmequelle (15, 16) und/oder eine vorgegebene minimale Temperatur wenigstens einer vorbestimmten Wärmesenke (17) entsprechend jeweils einem erforderlichen Kühlmittelvolumenstrom nicht überschritten bzw. unterschritten wird.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regelung und/oder eine Steuerung der Algorithmus in einem Pumpensteuergerät und/oder einem Fahrzeugsteuergerät und/oder einem Motorsteuergerät implementiert ist.
  8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    dass die weiteren Komponenten (15, 16, 17) in dem Neben-Kühlkreislauf (4) hydraulisch seriell hintereinander geschaltet sind, und
    dass wenigstens eine Umwälzpumpe (18) vor und/oder nach und/oder zwischen diesen Komponenten (15, 16, 17) angeordnet ist.
  9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    dass die weiteren Komponenten (15, 16, 17) hydraulisch parallel angeordnet sind,
    dass diese Komponenten (15, 16, 17) eingangsseitig jeweils einzeln an Kühlmittelversorgungsstellen (19, 19', 19") mit dem Hauptkühlkreislauf (3) verbunden sind, oder
    dass diese Komponenten (15, 16, 17) eingangsseitig ausgehend von einer Kühlmittelversorgungsstelle (19) über eine Verteilerstelle (20) und eine gemeinsame Kühlmittelverteilerleitung (21) mit dem Haupt-Kühlkreislauf (3) verbunden sind, und
    dass die Komponenten (15, 16, 17) ausgangsseitig jeweils einzeln an Kühlmittelrückführungsstellen mit dem Haupt-Kühlkreislauf (3) verbunden sind, oder
    dass die Komponenten (15, 16, 17) ausgangsseitig mit einer gemeinsamen Kühlmittelsammelleitung (22) verbunden sind und ausgehend von einer Sammelstelle (23) eine Verbindung zu einer Kühlmittelrückführungsstelle des Haupt-Kühlkreislaufs (3) hergestellt ist.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei parallel angeordneten Komponenten wenigstens eine Umwälzpumpe (18) vor einer Verteilerstelle (20) und/oder nach einer Sammelstelle (23) angeordnet ist.
  11. Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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