WO2003076776A1 - Kühlkreislauf für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Kühlkreislauf für einen verbrennungsmotor Download PDF

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WO2003076776A1
WO2003076776A1 PCT/DE2003/000487 DE0300487W WO03076776A1 WO 2003076776 A1 WO2003076776 A1 WO 2003076776A1 DE 0300487 W DE0300487 W DE 0300487W WO 03076776 A1 WO03076776 A1 WO 03076776A1
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internal combustion
combustion engine
coolant pump
temperature
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PCT/DE2003/000487
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Manfred Schmitt
Karsten Mann
Oliver Kaefer
Herbert Windisch
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Robert Bosch Gmbh
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • the invention relates to a cooling circuit for an internal combustion engine. Cooling a water-cooled
  • a coolant usually water with various additives, which is conveyed by a main coolant pump through the engine block and the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the coolant passes from the cylinder head to a cooler or alternatively to one
  • Heating heat exchanger From DE 199 38 614 AI a cooling circuit for an internal combustion engine is known, which allows the cooling capacity in different areas of the engine to be adjusted to the actual cooling requirement.
  • the present invention provides a cooling circuit for an internal combustion engine, which allows the internal combustion engine to be brought to operating temperature as quickly as possible after start-up, without the risk of local overheating.
  • the heating heat exchanger via which the
  • Vehicle interior is supplied with heat, can be supplied with heat very quickly. This is achieved in that the return from the second coolant circuit, which the Heating heat exchanger supplied with coolant, optionally with the return or the flow of the first coolant circuit, which dissipates the waste heat of the internal combustion engine via the cooler. If the second return line of the second coolant circuit is connected to the first supply line of the first coolant circuit and the second return line is taken out of operation at the same time, • a small cooling circuit is created which only flows through the cylinder head of the internal combustion engine, so that overheating of the cylinder head is avoided and the engine block of the internal combustion engine reaches its operating temperature as quickly as possible.
  • a main coolant pump is provided in the first coolant circuit and that an additional coolant pump is provided in the second coolant circuit, so that the heat dissipation from the internal combustion engine can be adapted to the requirements as required.
  • bypass line for bypassing the cooler is provided in the first coolant circuit, it being particularly advantageous if the bypass line is opened or closed in a temperature-controlled manner, so that the temperature of the internal combustion engine is largely independent of the ambient conditions and the internal load of the internal combustion engine can be kept constant.
  • the additional coolant pump is controlled in a temperature-controlled manner is controlled.
  • the cooling circuit operates optimally if the cooling circuit is operated according to the following procedure:
  • the cooling circuit according to the invention is operated using this method, it is ensured that the internal combustion engine reaches its operating temperature as quickly as possible, and the heating heat exchanger as soon as possible with heat is and after reaching the operating temperature, the internal combustion engine is sufficiently cooled to prevent overheating in all operating states to avoid.
  • the main coolant pump is switched on and the additional coolant pump is switched off and the distributor is switched to the second switching position if the power output by the internal combustion engine is greater than one is the specified limit.
  • the power output by the internal combustion engine can be calculated, for example, by the product of the speed of the Brennkraftmas.chine and the torque output by the internal combustion engine. Alternatively, the torque or the speed can also be used alone as the switch-on criterion of the main coolant pump.
  • a further safety measure is that the main coolant pump is switched on at the latest after reaching a maximum pump switch-off period, which is preferably determined as a function of the engine temperature when the internal combustion engine is started.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a cooling circuit according to the invention in a first operating state
  • Figure 2 shows an embodiment of a cooling circuit according to the invention in a second • operating state
  • FIG. 3 shows a cooling circuit according to the prior art
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method for optimally operating the cooling circuit according to the invention.
  • FIG. 3 A coolant circuit according to the prior art is first described below with reference to FIG. 3, and its disadvantages are explained.
  • a water-cooled internal combustion engine 1 is shown schematically.
  • the internal combustion engine 1 has a cylinder head 3 and an engine block 5, both of which are cooled by a water jacket, not shown.
  • the internal combustion engine 1 is cooled via a first coolant circuit 7, which has a first flow 9, a cooler 11 and a first return 13.
  • a thermostat-controlled mixer 15 is installed, which in dependence of the temperature of the first-forward a 9
  • Bypass 17 which connects the first flow 9 and the first return 13 to one another bypassing the cooler 11, opens more or less.
  • the thermostat which controls the mixer 15 is not shown in Figures 1 to 3, since such thermostats from the prior art
  • a main coolant pump 19 is installed in the first return 13 and conveys the coolant into the engine block 5 of the internal combustion engine 1.
  • the section of the first flow 9 arranged between the mixer 15 and the cooler 11 and the section of the first return 13 arranged between the cooler 11 and the bypass line 17 are shown in dashed lines in FIG. 3 to indicate that the mixer 15 fully opens the bypass line 17 and has no coolant flow over the radiator 11.
  • the mixer 15 assumes this switch position when the temperature of the flow 9 is still low, ie the internal combustion engine 1 is still in the cold start phase.
  • a heating heat exchanger 23 is supplied with waste heat from the cylinder head 3 via a second coolant circuit 21 if required.
  • the second coolant circuit 21 consists of a second flow 25, a second
  • the output of the heating heat exchanger 23 can be regulated via a second mixer 31. This power control is known from the prior art and is therefore not described in detail.
  • An additional coolant pump 33 is arranged in the second return 27.
  • the additional coolant pump 33 is used in the prior art to increase the volume flow through the heating circuit and thus to increase the heating power, especially at low engine speeds.
  • a thermostat 35 which measures the temperature in the second flow 25, regulates the flow of cooling water through a washer fluid heater.
  • the internal combustion engine 1 is still in the cold start phase since the first bypass line 17 is fully open and the cooler 11 is not flowed through with coolant.
  • the flow direction of the coolant in the First flow 9, in the first return 13 and the second flow 25, the second return 27 and the first bypass line 17 and the second bypass line 29 are shown by arrows in FIG. 3. It can be seen from this illustration that heat is exchanged between the engine block 5 and the cylinder head 3 within the internal combustion engine due to the thermosiffon effect. Because of this internal heat exchange, the engine block 5 reaches its operating temperature only slowly, which is undesirable.
  • FIG . 1 shows an exemplary embodiment of a cooling circuit according to the invention, in which this undesired internal heat exchange does not take place in the internal combustion engine 1.
  • the same components are provided with the same reference numerals as in FIG. 3 and what has been said regarding FIG. 3 applies accordingly.
  • a distributor 39 is provided in the cooling circuit according to the invention. In the second switching position of the distributor 39 shown in FIG. 1, there is a hydraulic connection between the second return 27 via the first bypass line 17 and the first flow 9. The main coolant pump 19 is switched off, so that the cooler 11 does not have coolant flowing through it. In this switching position, the coolant flows out of the second pass 27 via the first bypass line 17 and the first flow 9 into the cylinder head 3. The coolant exits the cylinder head 3 into the second flow 25 ' and arrives there, either via the heating heat exchanger 23 or the second
  • the cylinder head 3 can reach its operating temperature within a few seconds or minutes, so that the emissions of the internal combustion engine 1 decrease very quickly after the start of the cold start.
  • a temperature sensor for measuring the component temperature on the internal combustion engine, in particular in the area of the cylinder head 3, can ensure that the cylinder head does not overheat inadmissibly.
  • the additional coolant pump 33 can be switched on and the state shown in FIG. 1 occurs.
  • FIG. 2 shows the cooling circuit according to FIG. 1, the distributor 39 now having a first switching position and connecting the second return 27 to the first return 13.
  • the directions in which the coolant flows are also indicated in FIG. 2 by arrows.
  • the main coolant pump 19 is switched on, so that the engine block 5 is also cooled by coolant.
  • the power control of the first coolant circuit 7 by the mixer 15 takes place as is known from the prior art. Also the
  • Power control of the heating heat exchanger 23 is carried out as is known from the prior art.
  • an internal combustion engine can reach its operating temperature as quickly as possible without interfering internal heat convection occurring.
  • Different assemblies of internal combustion engine 1 can reach their operating temperature at different speeds.
  • the cylinder head 3, for example, usually reaches its operating temperature before
  • Coolant circuit 21 are dissipated heat that can be used via the heating heat exchanger 23 for heating the vehicle interior.
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a method for operating a cooling circuit according to the invention.
  • the internal combustion engine is started in a step S1.
  • a maximum pump switch-off time Paus, max is determined depending on the engine temperature. This happens in step S2.
  • a third step S3 it is checked whether the main coolant pump (abbreviated HWP) is switched off longer than the maximum pump switch-off time Paus, max. If this is the case, the
  • Main coolant pump HWP switched on.
  • a fourth step S4 it is checked whether the Brennkraftmas the 'chine power supplied exceeds a limit P limit. If this is the case, the main coolant pump is also switched on in order to avoid overheating of the internal combustion engine. Otherwise, it is checked in a fifth step S5 whether the temperature TMot of the internal combustion engine is less than a first threshold value Tsi. If this is the case, the main coolant pump HWP and the additional coolant pump (abbreviated ZWP) are switched off and the distributor 39 is brought into the second switching position. This process is carried out in step S6. The query then begins again at step S3. If the temperature TMot of the internal combustion engine is greater than the first threshold value Tsi, the main coolant pump HWP remains switched off
  • Auxiliary coolant pump 33 switched on and the distributor 39 closed.
  • the distributor 39 is closed, it is said that it has assumed the second switching position.
  • step S7 If the temperature TMot of the internal combustion engine is less than a second threshold value Ts 2 but is greater than the first threshold value Tsi, the process begins again before the third step S3. Otherwise the main coolant pump HWP is switched on
  • the cooling circuit according to the invention is operated with the method described with reference to FIG. 4, the greatest possible safety of the internal combustion engine against overheating is ensured while the operating temperature is reached as quickly as possible. Also the vehicle heater can start operating very quickly.
  • the power control of the first cooling circuit 21 and the second cooling circuit 21 can also be regulated in another manner known from the prior art.

Abstract

Es wird ein Kühlkreislauf mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (7) und einem zweiten Kühlmittelkreislauf (21) beschrieben, der durch einen Verteiler (39) so betrieben werden kann, dass die Brennkraftmaschine (1) schnellstmöglich ihre Betriebstemperatur erreicht und ein Heizungswärmetauscher (23), der zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums eingesetzt wird, schnellstmöglich funktionsbereit ist.

Description

Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor. Die Kühlung eines wassergekühlten
Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug erfolgt über ein Kühlmittel, meist Wasser mit verschiedenen Zusätzen, welches durch eine Hauptkühlmittelpumpe durch den Motorblock und den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gefördert wird.. Vom Zylinderkopf gelangt das- Kühlmittel zu einem Kühler oder alternativ zu einem
Heizungswärmetauscher. Aus der DE 199 38 614 AI ist ein Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor bekannt, der es erlaubt, die Kühlleistung in unterschiedlichen Bereichen des Motors an den tatsächlich bestehenden Kühlungsbedarf anzupassen.
Vorteile der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine geschaffen, der es erlaubt, die Brennkraftmaschine nach Inbetriebnahme schnellstmöglich auf Betriebstemperatur zu bringen, ohne die Gefahr örtlicher Überhitzungen. Außerdem kann durch den erfinduhgsgemäßen Kühlkreislauf der Heizungswärmetauscher, über welchen der
Fahrzeuginnenraum mit Wärme versorgt wird, sehr schnell mit Wärme versorgt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Rücklauf aus dem zweiten Kühlmittelkreislauf, welcher den Heizungswärmetauscher mit Kühlmittel versorgt, wahlweise mit dem Rücklauf oder dem Vorlauf des ersten Kühlmittelkreislaufs, welcher die Abwärme der Brennkraftmaschine über den Kühler abführt, verbindbar ist. Wenn der zweite Rücklauf des zweiten Kühlmittelkreislaufs mit dem ersten Vorlauf des ersten Kühlmittelkreislaufs verbunden wird, und gleichzeitig der zweite Rücklauf außer Betrieb genommen wird, • entsteht ein kleiner Kühlkreislauf, welcher ausschließlich den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine durchströmt, so dass eine Überhitzung des Zylinderkopfs vermieden wird und der Motorblock der Brennkraftmaschine schnellstmöglich seine Betriebstemperatur erreicht.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs ist vorgesehen, dass im ersten Kühlmittelkreislauf eine Hauptkühlmittelpumpe vorgesehen ist, und dass im zweiten Kühlmittelkreislauf eine Zusatzkühlmittelpumpe vorgesehen ist, so dass je nach Bedarf die Wärmeabfuhr aus der Brennkraftmaschine den Erfordernissen ange'passt werden kann .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass im ersten Kühlmittelkreislauf eine Bypassleitung zur Umgehung des Kühlers vorgesehen -ist , wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Bypassleitung temperaturgesteuert geöffnet oder geschlossen wird, so dass die Temperatur der Brennkraftmaschine weitestgehend unabhängig von den Umgebungsbedingungen und der inneren Last der Brennkraftmaschine konstant gehalten werden kann.
Um die Heizung des Fahrzeuginnenraums komfortabler zu gestalten, kann vorgesehen sein, dass die Zusatzkühlmittelpumpe temperaturgesteuert geregelt oder gesteuert wird.
Ein optimales Betriebsverhalten des Kühlkreislaufs ergibt sich, wenn der Kühlkreislauf nach folgendem Verfahren betrieben wird:
Erfassen der Temperatur der Brennkraftmaschine,
Ausschalten der Hauptkühlmittelpumpe und der Zusatzkühlmittelpumpe, Schalten des Verteilers in die erste Schaltstellung, wenn die Temperatur der Brennkraftmaschine kleiner als ein erster Schwellwert ist,
- Ausschalten der Hauptkühlmittelpumpe und Einschalten der Zusatzkühlmittelpumpe, Schalten des Verteilers in die erste Schaltstellung, wenn die Temperatur der Brennkraftmaschine größer oder gleich dem ersten Schwellwert und kleiner als ein zweiter Schwellwert ist,
Einschalten der Hauptkühlmittelpumpe und Ausschalten der Zusatzkühlmittelpumpe, Schalten des Verteilers in die zweite Schaltstellung, wenn .die Temperatur der Brennkraftmaschine größer oder gleich dem zweiten Schwellwert ist.
Wenn der erfindungsgemäße Kühlkreislauf nach diesem Verfahren betrieben wird ist sichergestellt, dass die Brennkraftmaschine schnellstmöglich ihre Betriebstemperatur erreicht, der Heizungswarmetauscher sobald wie möglich mit Wärme
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wird und nach dem Erreichen der Betriebstemperatur die Brennkraftmaschine ausreichend gekühlt wird, um Überhitzungen in allen Betriebszuständen zu vermeiden.
Um während der Kaltlaufphase der Brennkraftmaschine einen lokale Uberhitzung ausschließen zu können, kann-in weiterer Ergänzung vorgesehen sein, dass die Hauptkühlmittelpumpe eingeschaltet und die Zusatzkühlmittelpumpe ausgeschaltet wird und der Verteiler in die zweite Schaltstellung geschaltet wird, wenn die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung größer als ein vorgegebener Grenzwert ist. Die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung kann bspw. durch das Produkt aus Drehzahl der Brennkraftmas.chine und dem von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoment berechnet werden. Alternativ kann auch das Drehmoment oder die Drehzahl allein als Einschaltkriterium der Hauptkühlmittelpumpe' verwandt werden.
Eine weitere Sicherheitsmaßnahme besteht darin, dass die Hauptkühlmittelpumpe spätestens nach dem Erreichen einer maximalen Pumpenausschaltdauer, die bevorzugterweise in Abhängigkeit der Motortemperatur beim Start der Brennkraftmaschine ermittelt wird, eingeschaltet wird.
Zeichnung
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs in einem ersten Betriebszustand dargestellt,
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs in einem zweiten • Betriebszustand,
Figur 3 zeigt einen Kühlkreislauf nach dem Stand der Technik und
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum optimalen Betreiben des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird zunächst an Hand der Figur 3 ein Kühlmittelkreislauf nach dem Stand der Technik beschrieben und dessen Nachteile erläutert. In Figur 3 ist eine wassergekühlte Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinderkopf 3 sowie einen Motorblock 5 auf, die beide eine von einem nicht dargestellten Wassermantel gekühlt werden. Die Kühlung der Brennkraftmaschine 1 erfolgt über einen ersten Kühlmittelkreislauf 7, welcher einen ersten Vorlauf 9, einen Kühler 11 sowie einen ersten Rücklauf 13 auf eist.' In den ersten Kühlmittelkreislauf 7 ist ein thermostatgesteuerter Mischer 15 eingebaut, welcher in Abhängigkeit der Temperatur des ersten Vorlaufs 9 einen
Bypass 17, welcher ersten Vorlauf 9 und ersten Rücklauf 13 miteinander unter Umgehung des Kühlers 11 verbindet, mehr oder weniger aufsteuert . Der Thermostat, welcher den Mischer 15 steuert, ist in den Figuren 1 bis 3 nicht dargestellt, da solche Thermostaten aus dem Stand der
Technik hinlänglich bekannt sind. Im ersten Rücklauf 13 ist eine Hauptkühlmittelpumpe 19 eingebaut, welche das Kühlmittel in den Motorblock 5 der Brennkraftmaschine 1 fördert . Der zwischen Mischer 15 und Kühler 11 angeordnete Abschnitt des ersten Vorlaufs 9 sowie- der zwischen dem Kühler 11 und der Bypassleitung 17 angeordnete Abschnitt des ersten Rücklaufs 13 sind in Figur 3 gestrichelt dargestellt, um anzudeuten,- dass der Mischer 15 die Bypassleitung 17 voll geöffnet hat und kein Kühlmittel über den Kühler 11 strömen lässt. Der Mischer 15 nimmt diese Schaltstellung ein, wenn die Temperatur des Vorlaufs 9 noch gering ist, d.h. die Brennkraftmaschine 1 ist noch in der Kaltstartphase.
Über einen zweiten Kühlmittelkreislauf 21 wird ein Heizungswärmetauscher 23 mit Abwärme aus dem Zylinderkopf 3 bei Bedarf versorgt. Der zweite Kühlmittelkreislauf 21 besteht aus einem zweiten Vorlauf 25, einem zweiten
Rücklauf 27 und einer zweiten Bypassleitung 29. Über einen zweiten Mischer 31 kann die Leistung des Heizungswärmetauschers 23 geregelt werden. Diese Leistungsregelung ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird deshalb nicht detailliert beschrieben.
Im zweiten Rücklauf 27 ist eine Zusatzkühlmittelpumpe 33 angeordnet. Die Zusatzkühlmittelpumpe 33 dient beim Stand der Technik zur Erhöhung des Volumentroms durch den Heizkreislauf und somit zur Steigerung der Heizleistung, vor allem bei niedriger Motordrehzahl. Ein Thermostat 35, der die Temperatur im zweiten Vorlauf 25 misst, regelt den Durchfluß von Kühlwasser durch eine Wischwasserheizung, werden.
Wie bereits erwähnt, befindet sich die Brennkraftmaschine 1 noch in der Kaltstartphase, da' die erste Bypassleitung 17 voll geöffnet ist und der Kühler 11 nicht mit Kühlmittel durchströmt wird. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels im ersten Vorlauf 9, im ersten Rücklauf 13 sowie dem zweiten Vorlauf 25, dem zweiten Rücklauf 27 und erster Bypassleitung 17 sowie zweiter Bypassleitung 29 sind durch Pfeile in Figur 3 dargestellt. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass innerhalb der Brennkraftmaschine auf Grund des Thermosiffoneffekts ein Wärmeaustausch zwischen Motorblock 5 und Zyliήderkopf 3 stattfindet. Wegen dieses internen Wärmeaustausches erreicht der Motorblock 5 nur langsam seine Betriebstemperatur, was unerwünscht ist .
In Figur' 1 wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs dargestellt, bei dem dieser unerwünschte interne Wärmeaustausch in der Brennkraftmaschine 1 nicht stattfindet. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 3 versehen und es gilt das betreffend Figur 3 Gesagte entsprechend. Zusätzlich zu den aus dem Stand der Technik (siehe Figur 3) bekannten Bauteilen ist in dem erfindungsgemäßen Kühlkreislauf ein Verteiler 39 vorgesehen. In der in Figur ι dargestellten zweiten Schaltstellung des Verteilers 39 ist eine hydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Rücklauf 27 über die erste Bypassleitung 17 mit dem ersten Vorlauf 9 vorhanden. Die Hauptkühlmittelpumpe 19 ist ausgeschaltet, so dass der Kühler 11 nicht von Kühlmittel durchströmt wird. In dieser Schaltstellung strömt das Kühlmittel aus dem zweiten Durchlauf 27 über die erste Bypassleitung 17 und den ersten Vorlauf 9 in den Zylinderkopf 3. Das Kühlmittel tritt aus dem Zylinderkopf 3 in den zweiten Vorlauf 25 aus ' und gelangt dort, entweder über den Heizungswärmetauscher 23 oder die zweite
Bypassleitung 29 zum zweiten Rücklauf 27. Bei dieser Verschaltung des erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs v/ird der Motorblock nicht von Kühlmittel durchströmt, so däss er sich schnellstmöglich auf die Betriebstemperatur erwärmt. Der Zylinderkopf 3, welcher sich schneller als der Motorblock 5 erwärmt, wird jedoch ausreichend gekühlt, um unzulässig hohe- Betriebstemperaturen im Zylinderkopf 3 zu vermeiden. Selbstverständlich kann, wenn es aus thermischen Gründen erforderlich ist, über den Zylinderkopf 3 auch der obere Bereich der Zylinder (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine gekühlt werden, da dieser Bereich auch Teil des Brennraums ist und somit einer starken Erwärmung schon in der Kaltstartphase ausgesetzt ist. Durch diese Verschaltung wird auch gewährleistet, dass der Heizungswarmetauscher 23 schnellstmöglich von warmen Kühlmittel durchströmt wird und er somit schnellstmöglich Wärme abgeben kann.
Wenn ganz zu Beginn eines Kaltstarts nicht nur die Hauptkühlmittelpumpe 19, sondern auch die Zusatzkühlmittelpumpe 33 ausgeschaltet sind, kann der Zylinderkopf 3 innerhalb weniger Sekunden oder Minuten seine Betriebstemperatur erreichen, so dass die Emissionen der Brennkraftmaschine 1 sehr schnell nach dem Beginn des Kaltstarts absinken. Durch einen Temperaturfühler zur Messung der Bauteiltemperatur an der Brennkraftmaschine, insbesondere im Bereich des Zylinderkopfs 3, kann ' sichergestellt werden, dass keine unzulässige Überhitzung des Zylinderkopfs eintritt. Sobald der Zylinderkopf 3 eine ausreichende Temperatur erreicht hat, kann die Zusatzkühlmittelpumpe 33 eingeschaltet werden und der in Figur 1 dargestellte Zustand tritt ein.
in Figur 2 ist der Kühlkreislauf gemäß Figur 1 dargestellt, wobei der Verteiler 39 nunmehr eine erste Schaltstellung eingenommen hat und den zweiten Rücklauf 27 mit dem ersten Rücklauf 13 verbindet. Auch in Figur 2 sind die Richtungen in die das Kühlmittel strömt durch Pfeile angedeutet . In diesem Zustand ist die Hauptkühlmittelpumpe 19 eingeschaltet, so dass auch der Motorblock 5 durch Kühlmittel gekühlt wird. Die Leistungsregelung des ersten Kühlmittelkreislaufs 7 durch den Mischer 15 erfolgt so wie aus dem Stand der Technik bekannt . Auch die
Leistungsregelung des Heizungswärmetauschers 23 erfolgt wie aus dem Stand der Technik bekannt .
Durch den erfindungsgemäßen Kühlkreislauf kann eine Brennkraftmaschine schnellstmöglich ihre Betriebstemperatur erreichen, ohne dass es zu störenden interner Wärmekonvektion kommt . Dabei können unterschiedliche Baugruppen der Brennkraftmaschine 1 unterschiedlich schnell ihre Betriebstemperatur erreichen. Der Zylinderkopf 3 bspw. erreicht seine Betriebstemperatur in der Regel vor dem
Motorblock 5. Sobald der Zylinderkopf 3 eine ausreichende Temperatur aufweist, kann über den zweiten
Kühlmittelkreislauf 21 Wärme abgeführt werden, die über den Heizungswärmetauscher 23 zur Heizung des Fahrzeuginnenraums eingesetzt werden kann.
In Figur 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs dargestellt. In einem Schritt Sl wird die Brennkraftmaschine gestartet. Unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine wird eine maximale Pumpenausschaltdauer Paus, max in Abhängigkeit der Motortemperatur festgelegt. Dies geschieht im Schritt S2. In einem dritten Schritt S3 wird geprüft, ob die Hauptkühlmittelpumpe (abgekürzt HWP) länger als die maximale Pumpenausschaltdauer Paus, max ausgeschaltet ist. Wenn dies der Fall sein sollte, wird die
Hauptkühlmittelpumpe HWP eingeschaltet. In einem vierten Schritt S4 wird geprüft, ob die der Brennkraftmas'chine zugeführte Leistung einen Grenzwert PGrenz überschreitet. Wenn dies der Fall sein sollte, wird die Hauptkühlermittelpumpe ebenfalls eingeschaltet, um Überhitzungen der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Andernfalls wird in einem fünften Schritt S5 geprüft, ob die Temperatur TMot der Brennkraftmaschine kleiner als ein erster Schwellwert Tsi ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Hauptkühlmittelpumpe HWP sowie- die Zusatzkühlmittelpumpe (abgekürzt ZWP) ausgeschaltet sowie der Verteiler 39 in die zweite Schaltstellung gebracht. Dieser Vorgang wird in dem Schritt S6 vorgenommen. Anschließend beginnt die Abfrage erneut bei dem Schritt S3. Wenn die Temperatur TMot der Brennkraftmaschine größer als der erste Schwellwert Tsi ist, bleibt die Hauptkühlmittelpumpe HWP ausgeschaltet, die
Zusatzkühlmittelpumpe 33 eingeschaltet und der Verteiler 39 geschlossen. Wenn der Verteiler 39 geschlossen ist, heißt es, dass er die zweite Schaltstellung eingenommen hat.
Diese Vorgänge .werden im Schritt S7 vorgenommen. Wenn die Temperatur TMot der Brennkraftmaschine kleiner als ein zweiter Schwellwert Ts2 ist aber größer als der erste Schwellwert Tsi ist, beginnt der Ablauf erneut vor dem dritten Schritt S3. Andernfalls wird die Hauptkühlmittelpumpe HWP eingeschaltet, die
Zusatzkühlmittelpumpe TWP ausgeschaltet und der Veteiler 39 geöffnet, d.h. er nimmt seine erste Schaltstellung ein und verbindet ersten Rücklauf 13 mit dem zweiten Rücklauf 27.
Wenn der erfindungsgemäße Kühlkreislauf mit dem an Hand der Figur 4 beschriebenen Verfahren betrieben wird, ist eine größtmögliche Sicherheit der Brennkraftmaschine gegenüber Uberhitzung gewährleistet bei gleichzeitig schnellstmöglichen Erreichen der Betriebstemperatur. Auch die Fahrzeugheizung kann sehr schnell ihren Betrieb aufnehmen. Selbstverständlich kann die Leistungsregelung des ersten Kühlkreislaufs 21 und des zweiten Kühlkreislaufs 21 zusätzlich zu dem an Hand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Betriebsweisen und dem an Hand der Figur 4 beschriebenen Verfahren auch noch, in anderer aus dem Stand der Technik bekannter Weise geregelt werden.

Claims

Ansprüche
l. Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem ersten externen Kühlmittelkreislauf und mit einem zweiten externen Kühlmittelkreislauf, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (7) einen' ersten Vorlauf (9) und einen ersten Rücklauf (13) aufweist und die Abwärme der Brennkraftmaschine (1) einem Kühler (11) zuführt und der zweite Kühlmittelkreislauf (21) einen zweiten Vorlauf (25) und einen zweiten Rücklauf (27) aufweist und die Abwärme , der Brennkraftmaschine (1) einem Heizungswärmetauscher (23) zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorlauf (9) und der zweite Vorlauf (25) am Zylinderkopf (3) der Brennkraftmaschine (1) angeschlossen sind, dass ein Verteiler (39) vorgesehen ist, dass der Verteiler (39) in einer ersten Schaltstellung den ersten Rücklauf (13) und den zweiten Rücklauf (27) verbindet, und dass der Verteiler (39) in einer zweiten Schaltstellung den zweiten Rücklauf (27) mit dem ersten Vorlauf (9) verbindet.
2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Kühlmittelkreislauf (7) eine Hauptkühlmittelpumpe (19, HWP) vorgesehen ist, und dass im zweiten Kühlmittelkreislauf (21) eine Zusatzkühlmittelpumpe (33, ZWP) vorgesehen ist.
3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Kühlmittelkreislauf (7) eine Bypass-Leitung (17) zur Umgehung des Kühlers (11) vorgesehen ist.
4. Kühlkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Leitung (17) temperaturgesteuert geöffnet oder geschlossen wird.
5. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (39) in der zweiten Schaltstellung den zweiten Rücklauf (27) mit der ersten Bypass-Leitung (17) verbindet.
6. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkühlmittelpumpe (33, ZWP) temperaturgesteuert geregelt oder gesteuert wird.
7. Verfahren zur Steuerung eines Kühkreislaufs nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :
- Erfassen der Temperatur (TMot) der Brennkraftmaschine,
- Ausschalten der Hauptkühlmittelpumpe (19) und der Zusatzkühlmittelpumpe (33, ZWP), Schalten des Verteilers
(39) in die erste Schaltstellung, wenn die Temperatur (TMot) der Brennkraftmaschine kleiner als ein erster Schwellwert (Tsi) ist,
- Ausschalten der Hauptkühlmittelpumpe (19, HWP) und Einschalten der Zusatzkühlmittelpumpe (33, ZWP), Schalten des Verteilers (39) in die erste Schaltstellung, wenn die Temperatur (TMot) der Brennkraf maschine (1) größer oder gleich dem ersten Schwellwert (Tsi) und kleiner als ein zweiter Schwellwert (Ts2) ist, - Einschalten der. Hauptkühlmittelpumpe (19, HWP) und Ausschalten der Zusatzkühlmittelpumpe (33, ZWP), Schalten des Verteilers (39) in die zweite Schaltstellung, wenn die Temperatur (TMot) der Brennkraftmaschine größer oder gleich 5 dem zweiten Schwellwert (Tε2) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkühlmittelpumpe (19, HWP) eingeschaltet und die Zusatzkühlmittelpumpe (33, ZWP) ausgeschaltet wird und ° der Verteiler (39) in die zweite Schaltstellung geschaltet wird, wenn die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung (Pab) größer einem Grenzwert (Poren-:) ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, 5 dass die der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung nach folgender Formel berechnet wird:
Figure imgf000016_0001
0 Mit :
MMot: von der Brennkraftmaschine abgegebenes
Drehmoment nMot Drehzahl der Brennkraftmaschine
5 ιo. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkühlmittelpumpe (19, HWP) eingeschaltet und die Zusatzkühlmittelpumpe (33, ZWP) ausgeschaltet wird und der Verteiler (39) in die zweite Schaltstellung geschaltet wird, wenn das von der Brennkraftmaschine abgegebene 0 Drehmoment (MMot) oder die Drehzahl (nMot) der
Brennkraftmaschine einen Grenzwert überschreitet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkühlmittelpumpe (19, HWP) spätestens nach Überschreiten einer maximalen Abschaltdauer (Paus, max) eingeschaltet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltdauer (Paus, max) von der Kühlmitteltemperatur zur Zeit des Motorstarts abhängt .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkühlmittelpumpe (33) auch in Abhängigkeit der Temperatur im zweiten Vorlauf (25) einschaltbar ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkühlmittelpumpe (33) auch in Abhängigkeit einer Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine
(1) einschaltbar ist. -
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass, die Bauteiltemperatur der Brennkraftmaschine (1) eine Temperatur im Innern des Zylinderkopfs (3) der Brennkraftmaschine (1) ist.
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