WO2009143866A1 - Kühlungsvorrichtung, kühlkreislauf und kühlungsverfahren für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Kühlungsvorrichtung, kühlkreislauf und kühlungsverfahren für einen verbrennungsmotor Download PDF

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WO2009143866A1
WO2009143866A1 PCT/EP2008/004348 EP2008004348W WO2009143866A1 WO 2009143866 A1 WO2009143866 A1 WO 2009143866A1 EP 2008004348 W EP2008004348 W EP 2008004348W WO 2009143866 A1 WO2009143866 A1 WO 2009143866A1
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cylinder head
coolant
cooling
valve
coolant flow
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PCT/EP2008/004348
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Inventor
Ralf Barthel
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Fev Motorentechnik Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/0285—Venting devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/028—Cooling cylinders and cylinder heads in series

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for an internal combustion engine, a cooling circuit for an internal combustion engine and a method for cooling an internal combustion engine.
  • a cooling device for an internal combustion engine which has a cylinder head and an engine block.
  • This document describes a cooling device for a multi-cylinder internal combustion engine having a cylinder head housing and a cylinder block.
  • This known cooling device comprises a cylinder head cooling space, which leads a coolant in the cross flow through the cylinder head housing, a cylinder cooling jacket, which leads the coolant in the longitudinal flow through the cylinder block, and a thermostat, which releases a coolant flow through the cylinder head cooling chamber in a first position and in a second Position a coolant flow through the cylinder head cooling chamber and the cylinder cooling jacket releases. In both the first and second positions, the coolant flow is parallel through the cylinder head cooling space and the cylinder cooling jacket.
  • a cooling circuit for an internal combustion engine which has a cylinder head and an engine block.
  • This known cooling circuit has the previously described known cooling device, a pump, a radiator and a flow nozzle.
  • the pump has an inlet and an outlet, which is connected to the inlet of the cylinder head cooling chamber and the inlet of the cylinder cooling jacket.
  • the radiator is connected via the return pipe and the thermostat with a suction port of the pump. The flow connection connects the radiator with the outlet of the cylinder head cooling chamber and the outlet of the cylinder cooling jacket.
  • the invention proposes a cooling device for an internal combustion engine having a cylinder head and an engine block, the cooling device having a head cooling branch, a block cooling branch and a first valve.
  • the head cooling branch carries a coolant in cross flow through the cylinder head.
  • the block cooling branch leads the coolant in longitudinal flow through the engine block.
  • the first valve in a first position, releases coolant flow through the head cooling branch and, in a second position, releases coolant flow through the head cooling branch and the block cooling branch.
  • the first valve blocks coolant flow through the block cooling branch.
  • the coolant flow in series first takes place through the head cooling branch and then through the block cooling branch.
  • the first valve is in the first position, no coolant flows through the block cooling branch, so that the engine block can warm up uncooled.
  • the warm-up phase can be shortened in comparison to the cooling device known from DE 100 21 525 A1.
  • the head cooling branch and the block cooling branch are formed separately from each other, a need-based and independent control of the cooling of the cylinder head and the engine block can be easily realized.
  • the first valve may be constructed as desired in any manner.
  • it may be constructed as a discrete valve, and then, for example, comprise a 3/2-way valve or two 2/2-way valves, or as a continuous valve, and then, for example, a proportional valve, control valve or servo valve and assume transitional positions, which between the first and second position.
  • the block cooling branch has an input and an output and the input and the output are at the opposite ends of the motor block. This allows optimal guidance of the coolant in the longitudinal flow through the engine block.
  • the exit of the head cooling branch is at the same end as the entrance of the block cooling branch.
  • the head cooling branch has an inlet and an outlet, the inlet is located on the outlet side of the cylinder head and the outlet is located on the inlet side of the cylinder head.
  • the input is located on the inlet side of the cylinder head and the output is located on the outlet side of the cylinder head.
  • the input and the output may be located at any desired position in the longitudinal direction of the cylinder head, preferably at the opposite ends of the cylinder head, or, for example, the input and / or the output with respect to the longitudinal direction of the cylinder head in the center of the cylinder head.
  • the first valve sits between the outlet of the head cooling branch and the outlet or the inlet of the block cooling branch.
  • a vent valve is connected to the input or the output of the block cooling branch and is at the level of the cylinder head or higher.
  • the first valve comprises a vent valve, which is at the level of the cylinder head or higher. The high position of the vent valve ensures a safe venting of the block cooling branch both during the initial filling with coolant and during maintenance and / or repair work.
  • a temperature sensor is provided for the temperature of the coolant or the cylinder head or the engine block and the first valve occupies the first position, if the temperature detected by the temperature sensor is smaller than a predetermined first temperature threshold, and the second position occupies if the temperature detected by the temperature sensor is greater than or equal to a predetermined second temperature threshold.
  • the first and second temperature thresholds can be arbitrarily selected as needed and be the same or different.
  • the first valve may be a continuous valve, such as a proportional valve, control valve or servo-valve, and assume transitional positions between the first and second positions depending on the temperature sensed by the temperature sensor. If the first and second temperature thresholds are different, the first valve may assume, for example, the transition positions if the detected temperature in the temperature threshold determined by these two temperature thresholds is exceeded. May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • the first valve may be a discrete valve, such as a 3/2-way valve and driven in response to the temperature detected by the temperature sensor such that it changes from the first to the second position as soon as the first or second temperature threshold is exceeded, and / or changes from the second to the first position as soon as the first or second temperature threshold is reached.
  • the invention also proposes a refrigeration cycle for an internal combustion engine having a cylinder head and an engine block, the refrigeration cycle having one of the proposed cooling devices, a pump, a radiator, and a radiator feed line.
  • the pump has an inlet and an outlet which is connected to the inlet of the head cooling branch.
  • the radiator has an input and an output connected to the input of the pump.
  • the radiator feed line connects the inlet of the radiator to the outlet of the cooling device.
  • a second valve is seated in the radiator feed line and connected to the input of the pump, that the second valve in a first position blocks coolant flow through the radiator and releases it to the pump and that the second valve in a second position Coolant flow in series first through the radiator and then releases to the pump. With the aid of the second valve, the cooler can therefore be switched on as required for cooling the heated coolant flowing out of the cooling device.
  • the second valve may be constructed as desired in any manner.
  • it may be constructed as a discrete valve, and then, for example, comprise a 3/2-way valve or two 2/2-way valves, or as a continuous valve, and then, for example, a proportional valve, control valve or servo-valve and assume transitional positions between the first and second position.
  • a temperature sensor is provided for the temperature of the coolant or of the cylinder head or of the engine block and that the second valve assumes the first position, if the temperature detected by the temperature sensor May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • the radiator can be switched off in a warm-up phase of the internal combustion engine and switched on only after reaching an operating temperature of the internal combustion engine.
  • the third and fourth temperature thresholds can be arbitrarily selected as needed and be the same or different.
  • the second valve may be a continuous valve, such as a proportional valve, control valve or servo-valve, and assume transitional positions between the first and second positions depending on the temperature sensed by the temperature sensor. For example, if the third and fourth temperature thresholds are different, the second valve may assume the transient positions if the sensed temperature is within the interval defined by these two temperature thresholds.
  • the second valve may be a discrete valve, such as a 3/2-way valve, and driven in response to the temperature sensed by the temperature sensor to change from the first to the second position as soon as the third or fourth temperature threshold is exceeded, and / or changes from the second to the first position as soon as the third or fourth temperature threshold is exceeded.
  • the third and first temperature threshold are the same or different and / or that the third and second temperature thresholds are the same or different and / or that the fourth and first temperature thresholds are the same or different and / or that the fourth and second Temperature threshold are the same or different.
  • the invention also proposes a method of cooling an internal combustion engine having a cylinder head and an engine block, wherein a first coolant flow is constantly supplied to the cylinder head and takes place across the cylinder head, wherein in a first mode, a second coolant flow through the engine block is blocked and the first coolant flow is discharged from the cylinder head, and wherein in a second mode, the second coolant flow is longitudinally through the engine block, of at least a portion of the cylinder head leaving first May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • Coolant flow is fed and discharged from the engine block and the remaining, not the second coolant flow feeding part of the cylinder head leaving first coolant flow is discharged from the cylinder head.
  • the first operating mode can for example be assigned during a warm-up phase of the internal combustion engine, and the second operating mode can be selected for example after the warm-up phase and / or after reaching an operating temperature of the internal combustion engine.
  • the second coolant flow in the second operating mode, can be fed by the entire first coolant flow leaving the cylinder head and removed from the engine block so that the remaining part of the first coolant flow leaving the cylinder head, not the second coolant flow, flows from the cylinder head 0%. is or there is no remaining, not the second coolant flow feeding part of the cylinder head leaving the first flow of coolant from the cylinder head.
  • This can preferably be achieved by blocking a discharge of the first coolant flow from the cylinder head.
  • the second coolant flow may be fed from a portion of the first coolant flow exiting the cylinder head and removed from the engine block, which portion is less than 100% but more than 0%. This can preferably be achieved by throttling the discharge of the first coolant flow from the cylinder head in comparison to the first mode.
  • the second coolant flow enters at one end of the engine block and leaves at the opposite end of the engine block.
  • the first coolant flow leaves the cylinder head at the end where the second coolant flow enters the engine block.
  • first coolant flow on the outlet side of the cylinder head enters into this and leaves on the inlet side of the cylinder head. But it can also be provided that the first coolant flow May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • the first flow of coolant at any position in the longitudinal direction of the cylinder head may enter and leave the cylinder head, preferably enter the cylinder head at one end thereof and leave at the opposite end of the cylinder head, or, for example, the first coolant flow in FIG enter the center of the cylinder head in this and leave this.
  • two partial coolant flows are led transversely through the cylinder head per cylinder of the internal combustion engine. If required, however, fewer or more partial coolant streams may also be provided.
  • the second coolant flow is fed by the entire first coolant flow leaving the cylinder head, and that in at least one third mode of operation, the second coolant flow is longitudinally through the engine block, from a part of the cylinder head leaving the first coolant flow is fed and discharged from the engine block and the remaining, not the second coolant flow feeding part of the cylinder head leaving first coolant flow is discharged from the cylinder head.
  • Coolant flow can be arbitrarily selected as desired from the range greater than 0% and less than 100%.
  • the part of the first coolant flow leaving the cylinder head, which feeds the second coolant flow is selected as a function of at least the temperature of the coolant and / or the cylinder head and / or the engine block.
  • the operating modes are selected depending on at least the temperature of the coolant and / or the cylinder head and / or the engine block.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cooling device in a first embodiment for an internal combustion engine during a warm-up phase of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the cooling device of FIG. 1 after reaching an operating temperature of the internal combustion engine
  • Fig. 3 is a schematic representation of a cooling device in a second
  • Embodiment for an internal combustion engine during a warm-up phase of the internal combustion engine
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the cooling device of FIG. 3 during a warm-up phase of the internal combustion engine
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a cooling circuit in a first embodiment for an internal combustion engine during a warm-up phase of the internal combustion engine
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the cooling circuit of FIG. 5 after reaching an operating temperature of the internal combustion engine
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a cooling circuit in a second embodiment for an internal combustion engine during a warm-up phase of the internal combustion engine
  • Fig. 8 is a schematic representation of the cooling circuit of FIG. 7 after reaching an operating temperature of the internal combustion engine.
  • a cooling device 10 is shown in a first embodiment for an internal combustion engine having a cylinder head 11 and an engine block 2.
  • the cooling device 10 has an inlet 13, a head cooling branch 14, a block cooling branch 15, a first valve 16 and an outlet 17.
  • the entrance 13 also forms the entrance of the Kopfkühlastes 14, which has a flow gallery 18, a plurality of transverse channels 19 and a return gallery 20.
  • the flow gallery 18 and the return gallery 20 extend on the two longitudinal sides of the cylinder head 11.
  • the flow gallery 18 is arranged on the outlet side of the cylinder head 11 and the return gallery 20 on the inlet side of the cylinder head 11.
  • the transverse channels 19 are in the longitudinal direction May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • the input 13 of the Kopfksselastes 14 is located on the left in FIG. 1 end of the cylinder head 11, however, the output 21 of the Kopfkühlastes 14 at the opposite, in Fig. 1 right end of the cylinder head 11 and is connected via a connecting line 22 with connected to the input 23 of the block cooling branch 15.
  • This input 23 is located at the right in FIG. 1 end of the engine block 12, however, the output 24 of the block cooling load 15 is located on the opposite, in Fig. 1 left end of the engine block 12.
  • the block cooling 15 extends longitudinally through the engine block 12th
  • the first valve 16 is seated between the outlet 21 of the head cooling branch 14 and the outlet 24 of the block cooling branch 15 and has three connections 25, 26, 27. It may, as shown here, comprise a 3/2-way valve or be constructed as desired in any other way and, for example, comprise two 2/2-way valves or a continuous valve.
  • the first connection 25 is connected via a bypass line 28 to the outlet 21 of the head cooling branch 14, the second connection 26 to the outlet 24 of the block cooling branch 15 and the third connection 27 to the outlet 17 of the cooling device 10.
  • the first valve 16 may assume a first and a second position. In the first position illustrated in FIG. 1, coolant flow is released through the head cooling branch 14 by connecting the first port 25 to the third port 27 and blocking coolant flow through the block cooling branch 15 by the second port 26 is closed. In this first position of the first valve 16, therefore, the coolant can flow from the inlet 13 of the cooling device 10 through the head cooling branch 14 and the bypass line 28 directly to the first valve 16 and from there to the outlet 17 of the cooling device 10, but not through the block cooling branch 15 For example, the engine block 12 may heat up very quickly in a warm-up phase of the engine.
  • the first valve 16 releases a coolant flow in series first through the head cooling branch 14 and then through the block cooling branch 15, by closing the first connection 25 and the second connection 26 the third terminal 27 is connected.
  • the coolant May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • the engine block 12 can be cooled, for example, after a warm-up phase and upon reaching an operating temperature of the engine.
  • a first temperature sensor 29 is also mounted on the engine block 12, which detects a temperature T 6 of the engine block 12 and the not shown, indicated by a dotted line way the first valve 16 controls, for example with the help of a control unit, not shown.
  • This activation of the first valve 16 is preferably configured such that it assumes the first position if the engine block temperature T B detected by the first temperature sensor 29 is smaller than a predefined first temperature threshold T 1 and assumes the second position if the detected engine block temperature T B is greater than or equal to a predetermined second temperature threshold T 2 .
  • Ti T 2 is selected, so that the first valve 16 assumes the first position at T 6 ⁇ T 1 and the second position at T 1 ⁇ T B.
  • a bleed valve 30, which is at the level of the cylinder head 11 or higher, is connected to the inlet 23 of the block cooling branch 15 by being connected to the connection pipe 22.
  • the block cooling 15 can be safely vented, for example, during the first filling with coolant or maintenance and repair work.
  • a vent valve which is at the level of the cylinder head 11 or higher, may also be connected to the outlet 24 of the block cooling branch 15 or the first valve 16 may comprise such a vent valve and be at the height of the cylinder head 11 or higher.
  • a cooling device 10 is shown in a second embodiment for an internal combustion engine, which is similar to the first embodiment, so that in the following only the differences will be described in more detail.
  • the first valve 16 is seated between the outlet 21 of the head cooling branch 14 and the inlet 23 of the block cooling branch 15 and thus in the connection line 22.
  • the first connection 25 is connected to the outlet 21 via the upstream part of the connection line 22 , the second port 26, the downstream part of the connecting line 22 to the inlet 23 and the third port 27 via the bypass line 28 to the outlet 17 of the cooling device May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • the output 24 of the block cooling branch 15 is also connected to the output 17 of the cooling device 10.
  • the first valve 16 assumes the first position in a warm-up phase of the engine in which T B ⁇ T 1 and after reaching an operating temperature of the internal combustion engine, ie if T 1 ⁇ T B holds second position.
  • the coolant flow through the head cooling branch 14 is released by connecting the first port 25 to the third port 27, and blocks the coolant flow through the block cooling branch 15 by te connection 26 is closed, and in the second position, which is shown in Fig. 4, it releases the flow of coolant in series first through the head cooling branch 14 and then through the block cooling branch 15 by closing the third port 27 and the first port 25 is connected to the second terminal 26.
  • vent valve 30 is also connected to the output 24 of the block cooling branch 15.
  • FIGS. 5 and 6 show a cooling circuit 31 in a first embodiment for an internal combustion engine.
  • the cooling circuit 31 includes the cooling device 10 in the first embodiment, a pump 32, a radiator 33, and a radiator feed line 34.
  • the pump 32 has an input and an output, which is connected to the input 13 of the cooling device 10 and thus also the Kopfkühlastes 14.
  • the radiator 33 also has an input and an output connected to the input of the pump 32.
  • the radiator feed line 34 connects the input of the radiator 33 to the outlet 17 of the cooling device 10.
  • a thermostatic valve 35 is seated in the radiator feed line 34 and is connected via a radiator bypass line 36 to the input of the pump 32.
  • the thermostatic valve 35 includes a second valve 37 and a second temperature sensor 38, which detects a temperature T ⁇ of the coolant and the non-illustrated, indicated by a dotted line way, the second valve 37 controls.
  • the second valve 37 has three ports 39, 40, 41. It may comprise a 3/2-way proportional directional control valve as shown here, but may also comprise another proportional valve as required or be constructed in any other way, for example as a discrete valve.
  • the second temperature sensor 38 detects the coolant temperature T K at the first port 39.
  • the first port 39 is connected to the outlet 17 of the cooling device 10, the second port 40 via May 30, 2008 505 PA 08008 WO
  • radiator feed line 34 to the input of the radiator 33 and the third port 41 via the radiator bypass line 36 to the input of the pump 32nd
  • the second valve 37 can assume a first position, a second position and transitions between these two positions. In the first position illustrated in FIG. 5, it blocks coolant flow through the radiator 33 by closing the second port 40 and releases coolant flow to the pump 32 by connecting the first port 39 to the third port 41 connected is. In this first position of the second valve 37, therefore, the coolant can flow from the outlet 17 of the cooling device 10 through the second valve 37 and the radiator bypass line 36 directly to the inlet of the pump 32, but not through the radiator 33. Thus, the cylinder head 11 and the engine block 12, for example, in a warm-up phase of the engine heat up very quickly.
  • the second valve 37 releases a flow of refrigerant in series first through the radiator 33 and then to the pump 32 by connecting the first port 39 to the third port 41 and the second port 40 is closed.
  • the coolant can flow from the outlet 17 of the cooling device 10 through the second valve 37 and the radiator 33 and from there to the inlet of the pump 32, but not through the radiator bypass line 36.
  • the cylinder head 11 and the engine block 12 for example be cooled after a warm-up phase and upon reaching an operating temperature of the engine.
  • the second temperature sensor 38 detects the coolant temperature T K at the first port 39, but can also detect it at any other point of the cooling circuit 31 as required.
  • the activation of the second valve 37 is preferably configured such that it assumes the first position if the coolant temperature T k detected by the second temperature sensor 38 is smaller than a predetermined third temperature threshold T 3 and assumes the second position if the detected coolant temperature T ⁇ is greater than or equal to a predetermined fourth Temperatur ⁇ chwsüe T 4 .
  • T 3 ⁇ T 4 is selected, so that the second valve 38 assumes the first position at T ⁇ ⁇ T 3 and the second position at T 4 ⁇ T ⁇ .
  • the second valve 37 constructed here as a 3/2 proportional directional control valve assumes at T 3 ⁇ T k ⁇ T 4 the transition positions, not shown, as a function of the coolant temperature T k .
  • FIGS. 7 and 8 show a cooling circuit 31 in a second embodiment for an internal combustion engine which is similar to the first embodiment, so that only the differences will be described in more detail in the following.
  • the cooling circuit 31 here has the cooling device 10 in the second embodiment.
  • a coolant expansion tank 42 is connected to the inlet of the pump 32.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlungsvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf (11 ) und einen Motorblock (12) aufweist, mit: - einem Kopfkühlast (14), der ein Kühlmittel im Querstrom durch den Zylinderkopf führt; - einem Blockkühlast (15), der das Kühlmittel im Längsstrom durch den Motorblock führt; und - einem ersten Ventil (16), das in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast freigibt und in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast und den Blockkühlast freigibt; wobei: - das erste Ventil in der ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast sperrt; und - in der zweiten Stellung die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast und dann durch den Blockkühlast erfolgt. Diese Kühlungsvorrichtung ermöglicht eine Verkürzung der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors.

Description

30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
1
KÜHLUNGSVORRICHTUNG, KÜHLKREISLAUF UND KÜHLUNGSVERFAHREN FÜR
EINEN VERBRENNUNGSMOTOR
Die Erfindung betrifft eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, einen Kühl- kreislauf für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors.
Aus der DE 100 21 525 A1 ist eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist. Dieses Dokument be- schreibt eine Kühlungsvorrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, die ein Zylinderkopfgehäuse und einen Zylinderblock aufweist. Diese bekannte Kühlungsvorrichtung weist einen Zylinderkopfkühlraum, der ein Kühlmittel im Querstrom durch das Zylinderkopfgehäuse führt, einen Zylinderkühlmantel, der das Kühlmittel im Längsstrom durch den Zylinderblock führt, und einen Thermostaten auf, der in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Zylinderkopfkühlraum freigibt und in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Zylinderkopfkühlraum und den Zylinderkühlmantel freigibt. Sowohl in der ersten als auch zweiten Stellung erfolgt die Kühlmittelströmung parallel durch den Zylinderkopfkühlraum und den Zylinderkühlmantel.
Aus der DE 100 21 525 A1 ist außerdem ein Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor bekannt, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist. Dieser bekannte Kühlkreislauf weist die zuvor beschriebene bekannte Kühlungsvorrichtung, eine Pumpe, einen Kühler und einen Vorlaufstutzen auf. Die Pumpe weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang des Zylinderkopfkühlraumes und dem Eingang des Zylinder- kühlmantels verbunden ist. Der Kühler ist über den Rücklaufstutzen und den Thermostaten mit einem Ansaugstutzen der Pumpe verbunden. Der Vorlaufstutzen verbindet den Kühler mit dem Ausgang des Zylinderkopfkühlraumes und dem Ausgang des Zylinderkühlmantels.
Bei dieser bekannten Kühlungsvorrichtung und bei diesem bekannten Kühlkreislauf wird während der Warmlaufphase des Motors die Kühlmittelströrnuπg durch den Kühler gesperrt, so dass das Kühlmittel in einem kleinen Kühlmittelkreislauf von der Pumpe lediglich parallel durch den Zylinderkopfkühlraum und den Zylinderkühlmantel gefördert wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, einen Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die eine Verkürzung der Warmlaufphase 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
2
des Verbrennungsmotors ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 , einen Kühlkreislauf gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere Ausfüh- rungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt eine Kühlungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist, wobei die Kühlungsvorrichtung einen Kopfkühlast, einen Blockkühlast und ein erstes Ventil aufweist. Der Kopfkühlast führt ein Kühlmittel im Querstrom durch den Zylinderkopf. Der Blockkühlast führt das Kühlmittel im Längsstrom durch den Motorblock. Das erste Ventil gibt in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast frei und gibt in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast und den Blockkühlast frei. Außerdem sperrt das erste Ventil in der ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast. Weiterhin erfolgt in der zweiten Stellung die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast und dann durch den Blockkühlast.
Falls in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors das erste Ventil sich in der ersten Stellung befindet, strömt kein Kühlmittel durch den Blockkühlast, so dass sich der Motor- block ungekühlt erwärmen kann. Hierdurch kann die Warmlaufphase im Vergleich zu der aus der DE 100 21 525 A1 bekannten Kühlungsvorrichtung verkürzt werden.
Da der Kopfkühlast und der Blockkühlast getrennt voneinander ausgebildet sind, kann eine bedarfsgerechte und unabhängige Regelung der Kühlung von Zylinderkopf und Mo- torblock leicht realisiert werden.
Das erste Ventil kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise aufgebaut sein. So kann es beispielsweise als Diskretventil aufgebaut sein, und dann beispielsweise ein 3/2- Wegeventil oder zwei 2/2-Wegeventile umfassen, oder als Stetigventil, und dann bei- spielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung iiegen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Blockkühlast einen Eingang und einen Ausgang aufweist und der Eingang und der Ausgang an den entgegengesetzten Enden des Motorblo- ckes liegen. Dies ermöglicht eine optimale Führung des Kühlmittels im Längsstrom durch den Motorblock. Bevorzugt liegt der Ausgang des Kopfkühlastes an demselben Ende wie der Eingang des Blockkühlastes. Hierdurch wird eine möglichst kurze Verbindung zwi- 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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sehen dem Ausgang des Kopfkühlastes und dem Eingang des Blockkühlastes ermöglicht.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass der Kopfkühlast einen Eingang und einen Ausgang aufweist, der Eingang auf der Auslassseite des Zylinderkopfes liegt und der Aus- gang auf der Einlassseite des Zylinderkopfes liegt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Eingang auf der Einlassseite des Zylinderkopfes liegt und der Ausgang auf der Auslassseite des Zylinderkopfes liegt. Der Eingang und der Ausgang können nach Bedarf an jeder beliebigen Stellung in Längsrichtung des Zylinderkopfes liegen, bevorzugt an den entgegengesetzten Enden des Zylinderkopfes, oder es kann beispielsweise der Eingang und/oder der Ausgang bezüglich der Längsrichtung des Zylinderkopfes in der Mitte des Zylinderkopfes liegen.
Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass das erste Ventil zwischen dem Ausgang des Kopfkühlastes und dem Ausgang oder dem Eingang des Blockkühlastes sitzt.
Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass ein Entlüftungsventil mit dem Eingang oder dem Ausgang des Blockkühlastes verbunden ist und auf Höhe des Zylinderkopfes oder höher liegt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, dass das erste Ventil ein Entlüftungsventil umfasst, das auf Höhe des Zylinderkopfes oder höher liegt. Durch die hohe Position des Entlüftungsventils wird eine sichere Entlüftung des Blockkühlastes sowohl bei der Erstbefüllung mit Kühlmittel als auch bei Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten gewährleistet.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes oder des Motorblockes vorgesehen ist und das erste Ventil die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur kleiner als eine vorgegebene erste Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen zweiten Temperaturschwelle ist. Die erste und zweite Temperaturschwelle können nach Bedarf beliebig gewählt und gleich oder unterschiedlich sein.
In einer ersten Alternative kann das erste Ventil ein Stetigventil, wie beispielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegen. Falls die erste und zweite Temperaturschwelle unterschiedlich sind, so kann das erste Ventil beispielsweise die Übergangsstellungen einnehmen, falls die erfasste Temperatur in dem durch diese beiden Temperaturschwel- 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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len definierten Intervall liegt.
In einer zweiten Alternative kann das erste Ventil ein Diskretventil, wie beispielsweise ein 3/2-Wegeventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Tem- peratur derart angesteuert werden, dass es aus der ersten in die zweite Stellung wechselt, sobald die erste oder zweite Temperaturschwelle überschritten wird, und/oder aus der zweiten in die erste Stellung wechselt, sobald die erste oder zweite Temperaturschwelle unterschritten wird.
Die Erfindung schlägt außerdem einen Kühlkreislauf für einen Verbrennungsmotor vor, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist, wobei der Kühlkreislauf eine der vorgeschlagenen Kühlungsvorrichtungen, eine Pumpe, einen Kühler und eine Kühlervorlaufleitung aufweist. Die Pumpe weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang des Kopfkühlastes verbunden ist. Der Kühler weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist. Die Kühlervorlaufleitung verbindet den Eingang des Kühlers mit dem Ausgang der Kühlungsvorrichtung.
Die oben stehenden Ausführungen zu der vorgeschlagenen Kühlungsvorrichtung gelten entsprechend auch für den vorgeschlagenen Kühlkreislauf.
Es kann vorgesehen sein, dass ein zweites Ventil in der Kühlervorlaufleitung sitzt und mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist, dass das zweite Ventil in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kühler sperrt und zur Pumpe freigibt und dass das zweite Ventil in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kühler und dann zur Pumpe freigibt. Mithilfe des zweiten Ventils kann also der Kühler nach Bedarf zum Kühlen des aus der Kühlungsvorrichtung herausströmenden erwärmten Kühlmittels zugeschaltet werden.
Das zweite Ventil kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise aufgebaut sein. So kann es beispielsweise als Diskretventil aufgebaut sein, und dann beispielsweise ein 3/2- Wegeventil oder zwei 2/2-Wegeventi!e umfassen, oder als Stetigventii, und dann beispielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegen.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes oder des Motorblockes vorgesehen ist und dass das zweite Ventil die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Tem- 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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peratur kleiner als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen vierten Temperaturschwelle ist. Hierdurch kann eine bedarfsgerechte Regelung der Kühlung des aus der Kühlungsvorrichtung herausströmenden erwärmten Kühlmittels leicht realisiert werden. So kann beispielsweise der Kühler in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors abgeschaltet und erst nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors zugeschaltet werden. Die dritte und vierte Temperaturschwelle können nach Bedarf beliebig gewählt und gleich oder unterschiedlich sein.
In einer ersten Alternative kann das zweite Ventil ein Stetigventil, wie beispielsweise ein Proportionalventil, Regelventil oder Servoventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur Übergangsstellungen einnehmen, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegen. Falls die dritte und vierte Temperaturschwelle unterschiedlich sind, so kann das zweite Ventil beispielsweise die Übergangsstellungen ein- nehmen, falls die erfasste Temperatur in dem durch diese beiden Temperaturschwellen definierten Intervall liegt.
In einer zweiten Alternative kann das zweite Ventil ein Diskretventil, wie beispielsweise ein 3/2-Wegeventil sein und in Abhängigkeit von der vom Temperatursensor erfassten Temperatur derart angesteuert werden, dass es aus der ersten in die zweite Stellung wechselt, sobald die dritte oder vierte Temperaturschwelle überschritten wird, und/oder aus der zweiten in die erste Stellung wechselt, sobald die dritte oder vierte Temperaturschwelle unterschritten wird.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die dritte und erste Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind und/oder dass die dritte und zweite Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind und/oder dass die vierte und erste Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind und/oder dass die vierte und zweite Temperaturschwelle gleich oder unterschiedlich sind.
Die Erfindung schlägt darüber hinaus ein Verfahren zum Kühien eines Verbrennungsmotors vor, der einen Zylinderkopf und einen Motorblock aufweist, wobei eine erste Kühlmittelströmung ständig dem Zylinderkopf zugeführt wird und quer durch den Zylinderkopf erfolgt, wobei in einer ersten Betriebsart eine zweite Kühlmittelströmung durch den Motor- block gesperrt wird und die erste Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird, und wobei in einer zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motorblock erfolgt, von wenigstens einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird.
Die oben stehenden Ausführungen zu der vorgeschlagenen Kühlungsvorrichtung und dem vorgeschlagenen Kühlkreislauf gelten entsprechend auch für das vorgeschlagene Verfahren.
Die erste Betriebsart kann beispielsweise während einer Warmlaufphase des Verbren- nungsmotors zugeordnet sein, und die zweite Betriebsart kann beispielsweise nach der Warmlaufphase und/oder nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors gewählt werden.
Gemäß einer ersten Alternative kann in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströ- mung von der gesamten den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt werden, so dass der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf 0% beträgt beziehungsweise es keinen restlichen, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisenden Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf gibt. Dies kann bevorzugt dadurch erzielt werden, dass eine Abfuhr der ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf gesperrt wird.
Gemäß einer zweiten Alternative kann in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung von einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt werden, welcher Teil weniger als 100%, aber mehr als 0% beträgt. Dies kann bevorzugt dadurch erzielt werden, dass die Abfuhr der ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf im Vergleich zu der ersten Betriebsart gedrosselt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Kühlmittelströmung an einem Ende des Motorblockes in diesen eintritt und an dem entgegengesetzten Ende des Motorblockes diesen verlässt. Bevorzugt verlässt die erste Kühlmittelströmung den Zylinderkopf an dem Ende, an dem die zweite Kühlmittelströmung in den Motorblock eintritt.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelströmung auf der Auslassseite des Zylinderkopfes in diesen eintritt und auf der Einlassseite des Zylinderkopfes diesen verlässt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die erste Kühlmittelströmung auf 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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der Einlassseite des Zylinderkopfes in diesen eintritt und auf der Auslassseite des Zylinderkopfes diesen verlässt. Nach Bedarf kann die erste Kühlmittelströmung an jeder beliebigen Stellung in Längsrichtung des Zylinderkopfes in diesen eintreten und diesen verlassen, bevorzugt an einem Ende des Zylinderkopfes in diesen eintreten und an dem entge- gengesetzten Ende des Zylinderkopfes diesen verlassen, oder es kann beispielsweise die erste Kühlmittelströmung in der Mitte des Zylinderkopfes in diesen eintreten und diesen verlassen.
Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass je Zylinder des Verbrennungsmotors zwei Teilkühlmittelströme quer durch den Zylinderkopf geführt werden. Nach Bedarf können aber auch weniger oder mehr Teilkühlmittelströme vorgesehen sein.
Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung von der gesamten den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströ- mung gespeist wird, und dass in wenigstens einer dritten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motorblock erfolgt, von einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird. Dieser die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten
Kühlmittelströmung kann nach Bedarf beliebig aus dem Bereich größer als 0% und kleiner als 100% gewählt werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes und/oder des Motorblockes gewählt wird.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Betriebsarten in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes und/oder des Motorblockes gewählt werden.
Weiter vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand de nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen zu weiteren Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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in den Figuren sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kühlungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kühlungsvorrichtung der Fig. 1 nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Kühlungsvorrichtung in einer zweiten
Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufpha- se des Verbrennungsmotors;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Kühlungsvorrichtung der Fig. 3 während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufes in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Kühlkreislaufes der Fig. 5 nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufes in einer zweiten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Kühlkreislaufes der Fig. 7 nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors.
In den Figuren sind jeweils die durchströmten Pfade durch durchgezogene Linien und die nicht durchströmten Pfade durch gestrichelte Linien dargestellt.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Kühlungsvorrichtung 10 in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt, der einen Zylinderkopf 11 und einen Motorblock 2 aufweist. Die Kühlungsvorrichtung 10 weist einen Eingang 13, einen Kopfkühlast 14, ei- nen Blockkühlast 15, ein erstes Ventil 16 und einen Ausgang 17 auf.
Der Eingang 13 bildet auch den Eingang des Kopfkühlastes 14, der eine Vorlaufgalerie 18, mehrere Querkanäle 19 und eine Rücklaufgalerie 20 aufweist. Die Vorlaufgalerie 18 und die Rücklaufgalerie 20 verlaufen an den beiden Längsseiten des Zylinderkop- fes 11. Bei dieser ersten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 ist die Vorlaufgalerie 18 auf der Auslassseite des Zylinderkopfes 11 und die Rücklaufgalerie 20 auf der Einlassseite des Zylinderkopfes 11 angeordnet. Die Querkanäle 19 sind in Längsrichtung 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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zueinander versetzt und verlaufen von der Vorlaufgalerie 18 jeweils zwischen zwei benachbarten, nicht dargestellten Zylindern beziehungsweise den diesen Zylindern jeweils zugeordneten, nicht dargestellten Auslassventilen und Einlassventilen zur Rücklaufgalerie 20 hin.
Der Eingang 13 des Kopfkühlastes 14 liegt an dem in der Fig. 1 linken Ende des Zylinderkopfes 11 , hingegen liegt der Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 an dem entgegen gesetzten, in der Fig. 1 rechten Ende des Zylinderkopfes 11 und ist über eine Verbindungsleitung 22 mit dem Eingang 23 des Blockkühlastes 15 verbunden. Dieser Eingang 23 liegt an dem in der Fig. 1 rechten Ende des Motorblockes 12, hingegen liegt der Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 an dem entgegen gesetzten, in der Fig. 1 linken Ende des Motorblockes 12. Der Blockkühlast 15 verläuft in Längsrichtung durch den Motorblock 12.
Bei dieser ersten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 sitzt das erste Ventil 16 zwischen dem Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 und dem Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 und weist drei Anschlüsse 25, 26, 27 auf. Es kann wie hier gezeigt ein 3/2- Wegeventil umfassen oder nach Bedarf auf beliebige andere Art und Weise aufgebaut sein und beispielsweise zwei 2/2-Wegeventile oder ein Stetigventil umfassen. Der erste Anschluss 25 ist über eine Umgehungsleitung 28 an den Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 angeschlossen, der zweite Anschluss 26 an den Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 und der dritte Anschluss 27 an den Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10.
Das erste Ventil 16 kann eine erste und eine zweite Stellung einnehmen. In der ersten Stellung, die in der Fig. 1 dargestellt ist, gibt es eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast 14 frei, indem der erste Anschluss 25 mit dem dritten Anschluss 27 verbunden ist, und sperrt eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast 15, indem der zweite Anschluss 26 geschlossen ist. In dieser ersten Stellung des ersten Ventils 16 kann also das Kühlmittel vom Eingang 13 der Kühlungsvorrichtung 10 durch den Kopfkühlast 14 und die Umgehungsleitung 28 direkt zum ersten Ventil 16 und von dort zum Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 strömen, nicht jedoch durch den Blockkühlast 15. Somit kann sich der Motorblock 12 beispielsweise in einer Warmlaufphase des Motors sehr schnell aufheizen.
In der zweiten Stellung, die in der Fig. 2 dargestellt ist, gibt das erste Ventil 16 eine Kühl- mittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast 14 und dann durch den Blockkühlast 15 frei, indem der erste Anschluss 25 geschlossen und der zweite Anschluss 26 mit dem dritten Anschluss 27 verbunden ist. In dieser zweiten Stellung kann also das Kühlmit- 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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tel vom Eingang 13 der Kühlungsvorrichtung 10 durch den Kopfkühlast 14 und die Verbindungsleitung 22 zum Blockkühlast 15 und von dort durch das erste Ventil 16 zum Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 strömen. Somit kann also der Motorblock 12 beispielsweise nach einer Warmlaufphase und bei Erreichen einer Betriebstemperatur des Motors gekühlt werden.
Bei dieser ersten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 ist außerdem am Motorblock 12 ein erster Temperatursensor 29 angebracht, der eine Temperatur T6 des Motorblocks 12 erfasst und auf nicht näher dargestellte, durch eine gepunktete Linie angedeu- tete Art und Weise das erste Ventil 16 ansteuert, beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuereinheit. Diese Ansteuerung des ersten Ventils 16 ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es die erste Stellung einnimmt, falls die vom ersten Temperatursensor 29 erfasste Motorblocktemperatur TB kleiner als eine vorgegebene erste Temperaturschwelle T1 ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die erfasste Motorblocktemperatur TB größer oder gleich einer vorgegebenen zweiten Temperaturschwelle T2 ist. Hier ist Ti = T2 gewählt, so dass das erste Ventil 16 bei T6 < T1 die erste Stellung und bei T1 ≤ TB die zweite Stellung einnimmt.
Bei dieser ersten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 ist darüber hinaus ein Entlüftungsventil 30, das auf Höhe des Zylinderkopfes 11 oder höher liegt, mit dem Eingang 23 des Blockkühlastes 15 verbunden, indem es an die Verbindungsleitung 22 angeschlossen ist. Mit diesem Entlüftungsventil 30 kann der Blockkühlast 15 beispielsweise bei der Erstbefüllung mit Kühlmittel oder bei Wartungs- und Reparaturarbeiten sicher entlüftet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein derartiges Lüftungsventil, das auf Höhe des Zylinderkopfes 11 oder höher liegt, auch mit dem Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 verbunden sein oder kann das erste Ventil 16 ein derartiges Entlüftungsventil umfassen und auf Höhe des Zylinderkopfes 11 oder höher liegen.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Kühlungsvorrichtung 10 in einer zweiten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt, die der ersten Ausführungsform ähnelt, so dass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden. Bei dieser zweiten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 sitzt das erste Ventil 16 zwischen dem Ausgang 21 des Kopfkühlastes 14 und dem Eingang 23 des Blockkühlastes 15 und somit in der Verbindungsleitung 22. Der erste Anschluss 25 ist über den stromaufwärtigen Teil der Verbindungsleitung 22 mit dem Ausgang 21 verbunden, der zweite Anschluss 26 den stromabwärtigen Teil der Verbindungsleitung 22 mit dem Eingang 23 und der dritte Anschluss 27 über die Umgehungsleitung 28 mit dem Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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10. Der Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 ist ebenfalls mit dem Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 verbunden.
Wie bei der ersten Ausführungsform nimmt auch hier das erste Ventil 16 in einer Warm- laufphase des Motors, in der TB < T1 gilt, die erste Stellung und nach Erreichen einer Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors, wenn also T1 ≤ TB gilt, die zweite Stellung ein. In der ersten Stellung, die in der Fig. 3 dargestellt ist, gibt es die Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast 14 frei, indem der erste Anschluss 25 mit dem dritten Anschluss 27 verbunden ist, und sperrt die Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast 15, indem der zwei- te Anschluss 26 geschlossen ist, und in der zweiten Stellung, die in der Fig. 4 dargestellt ist, gibt es die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühlast 14 und dann durch den Blockkühlast 15 frei, indem der dritte Anschluss 27 geschlossen und der erste Anschluss 25 mit dem zweiten Anschluss 26 verbunden ist.
Bei dieser zweiten Ausführungsform der Kühlungsvorrichtung 10 ist außerdem das Entlüftungsventil 30 mit dem Ausgang 24 des Blockkühlastes 15 verbunden.
In den Fig. 5 und 6 ist ein Kühlkreislauf 31 in einer ersten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt. Die Kühlkreislauf 31 weist die Kühlungsvorrichtung 10 in der ersten Ausführungsform, eine Pumpe 32, einen Kühler 33 und eine Kühlervorlaufleitung 34 auf. Die Pumpe 32 weist einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang 13 der Kühlungsvorrichtung 10 und somit auch des Kopfkühlastes 14 verbunden ist. Der Kühler 33 weist ebenfalls einen Eingang und einen Ausgang auf, der mit dem Eingang der Pumpe 32 verbunden ist. Die Kühlervorlaufleitung 34 verbindet den Eingang des Kühlers 33 mit dem Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10.
Bei dieser ersten Ausführungsform des Kühlkreislaufes 31 sitzt ein Thermostatventil 35 in der Kühlervorlaufleitung 34 und ist über eine Kühlerumgehungsleitung 36 mit dem Eingang der Pumpe 32 verbunden. Das Thermostatventil 35 umfasst ein zweites Ventil 37 und einen zweiten Temperatursensor 38, der eine Temperatur Tκ des Kühlmittels erfasst und auf nicht näher dargestellte, durch eine gepunktete Linie angedeutete Art und Weise das zweite Ventil 37 ansteuert. Das zweite Ventil 37 weist drei Anschlüsse 39, 40, 41 auf. Es kann wie hier gezeigt ein 3/2-Proportional-Wegeventil umfassen, nach Bedarf aber auch ein anderes Proportionalventil umfassen oder auf beliebige andere Art und Weise aufgebaut sein, beispielsweise als Diskretventil. Der zweite Temperatursensor 38 erfasst die Kühlmitteltemperatur Tκ am ersten Anschluss 39. Der erste Anschluss 39 ist an den Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 angeschlossen, der zweite Anschluss 40 über 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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die Kühlervorlaufleitung 34 an den Eingang des Kühlers 33 und der dritte Anschluss 41 über die Kühlerumgehungsleitung 36 an den Eingang der Pumpe 32.
Das zweite Ventil 37 kann eine erste Stellung, eine zweite Stellung sowie Übergangsstel- lungen zwischen diesen beiden Stellungen einnehmen. In der ersten Stellung, die in der Fig. 5 dargestellt ist, sperrt es eine Kühlmittelströmung durch den Kühler 33, indem der zweite Anschluss 40 geschlossen ist, und gibt eine Kühlmittelströmung zur Pumpe 32 frei, indem der erste Anschluss 39 mit dem dritten Anschluss 41 verbunden ist. In dieser ersten Stellung des zweiten Ventils 37 kann also das Kühlmittel vom Ausgang 17 der Küh- lungsvorrichtung 10 durch das zweite Ventil 37 und die Kühlerumgehungsleitung 36 direkt zum Eingang der Pumpe 32 strömen, nicht jedoch durch den Kühler 33. Somit können sich der Zylinderkopf 11 und der Motorblock 12 beispielsweise in einer Warmlaufphase des Motors sehr schnell aufheizen.
In der zweiten Stellung, die in der Fig. 6 dargestellt ist, gibt das zweite Ventil 37 eine Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kühler 33 und dann zur Pumpe 32 frei, indem der erste Anschluss 39 mit dem dritten Anschluss 41 verbunden und der zweite Anschluss 40 geschlossen ist. In dieser zweiten Stellung kann also das Kühlmittel vom Ausgang 17 der Kühlungsvorrichtung 10 durch das zweite Ventil 37 und den Kühler 33 und von dort zum Eingang der Pumpe 32 strömen, nicht jedoch durch die Kühlerumgehungsleitung 36. Somit können der Zylinderkopf 11 und der Motorblock 12 beispielsweise nach einer Warmlaufphase und bei Erreichen einer Betriebstemperatur des Motors gekühlt werden.
Der zweite Temperatursensor 38 erfasst hier die Kühlmitteltemperatur Tκ am ersten Anschluss 39, kann sie nach Bedarf aber auch an einer beliebigen anderen Stelle des Kühlkreislaufes 31 erfassen. Die Ansteuerung des zweiten Ventils 37 ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es die erste Stellung einnimmt, falls die vom zweiten Temperatursensor 38 erfasste Kühlmitteltemperatur Tκ kleiner als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle T3 ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die erfasste Kühlmitteltemperatur T« größer oder gleich einer vorgegebenen vierten Temperaturεchwsüe T4 ist. Hier ist T3 < T4 gewählt, so dass das zweite Ventil 38 bei Tκ < T3 die erste Stellung und bei T4 ≤ Tκ die zweite Stellung einnimmt. Bei dieser ersten Ausführungsform des Kühlkreislaufes 31 ist zudem noch T1 < T3 gewählt, so dass das erste Ventil 16 bei TB < T1 seine erste Stellung, die in der Fig. 5 dargestellt ist, und bei T4 ≤ T8 seine zweite Stellung, die in der Fig. 6 dargestellt ist, einnimmt. 30. Mai 2008 505 PA 08008 WO
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Das hier als 3/2-Proportional-Wegeventil aufgebaute zweite Ventil 37 nimmt bei T3 < Tκ < T4 die nicht dargestellten Übergangsstellungen in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur Tκ ein.
In den Fig. 7 und 8 ist ein Kühlkreislauf 31 in einer zweiten Ausführungsform für einen Verbrennungsmotor dargestellt, die der ersten Ausführungsform ähnelt, so dass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden. Der Kühlkreislauf 31 weist hier die Kühlungsvorrichtung 10 in der zweiten Ausführungsform auf. Zudem ist ein Kühlmittelausgleichsbehälter 42 mit dem Eingang der Pumpe 32 verbunden.

Claims

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1. Kühlungsvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf (11 ) und einen Motorblock (12) aufweist, mit: einem Kopfkühlast (14), der ein Kühlmittel im Querstrom durch den Zylinderkopf führt; einem Blockkühlast (15), der das Kühlmittel im Längsstrom durch den Motorblock führt; und
- einem ersten Ventil (16), das in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast freigibt und in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kopfkühlast und den Blockkühlast freigibt; wobei: das erste Ventil in der ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Blockkühlast sperrt; und in der zweiten Stellung die Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kopfkühl- ast und dann durch den Blockkühlast erfolgt.
2. Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei:
- der Blockkühlast einen Eingang (13) und einen Ausgang (21 ) aufweist; und
- der Eingang und der Ausgang an den entgegengesetzten Enden des Motorblockes liegen.
3. Kühlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der Kopfkühlast einen Eingang (23) und einen Ausgang (24) aufweist;
- der Eingang auf der Auslassseite des Zylinderkopfes liegt; und der Ausgang auf der Einlassseite des Zylinderkopfes liegt.
4. Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: - der Kopfkühlast einen Eingang (23) und einen Ausgang (24) aufweist; und
- der Eingang und der Ausgang bezüglich der Längsrichtung des Zylinderkopfes an den entgegengesetzten Enden des Zyiinderkopfes liegen.
5. Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der Kopfkühlast einen Eingang (23) und einen Ausgang (24) aufweist; und - der Eingang und/oder der Ausgang bezüglich der Längsrichtung des Zylinderkopfes in der Mitte des Zylinderkopfes liegt.
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6. Kühlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil zwischen dem Ausgang des Kopfkühlastes und dem Ausgang oder dem Eingang des Blockkühlastes sitzt.
7. Kühlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Entlüf- tungsventil (30) mit dem Eingang oder dem Ausgang des Blockkühlastes verbunden ist und auf Höhe des Zylinderkopfes oder höher liegt.
8. Kühlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil ein Entlüftungsventil (30) umfasst, das auf Höhe des Zylinderkopfes oder höher liegt.
9. Kühlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: ein Temperatursensor (29) für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes oder des Motorblockes vorgesehen ist;
- das erste Ventil die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfass- te Temperatur kleiner als eine vorgegebene erste Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen zweiten Temperaturschwelle ist.
10. Kühlkreislauf (31 ) für einen Verbrennungsmotor, der einen Zylinderkopf (11) und einen Motorblock (12) aufweist, mit: einer Kühlungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; - einer Pumpe (32), die einen Eingang und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingang (13) des Kopfkühlastes (14) verbunden ist;
- einem Kühler (33), der einen Eingang und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist; einer Kühlervorlaufleitung (34), die den Eingang des Kühlers mit dem Ausgang (17) der Kühlungsvorrichtung verbindet.
11. Kühlkreislauf nach Anspruch 10, wobei:
- ein zweites Ventii (35, 36) in der Kühlervorlaufleitung sitzt und mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist;
- das zweite Ventil in einer ersten Stellung eine Kühlmittelströmung durch den Kühler sperrt und zur Pumpe freigibt;
- das zweite Ventil in einer zweiten Stellung eine Kühlmittelströmung in Reihe zuerst durch den Kühler und dann zur Pumpe freigibt.
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12. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: ein Temperatursensor (37) für die Temperatur des Kühlmittels oder des Zylinderkopfes oder des Motorblockes vorgesehen ist; das zweite Ventil die erste Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor er- fasste Temperatur kleiner als eine vorgegebene dritte Temperaturschwelle ist, und die zweite Stellung einnimmt, falls die vom Temperatursensor erfasste Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen vierten Temperaturschwelle ist.
13. Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, der einen Zylinderkopf (11 ) und einen Motorblock (12) aufweist, wobei: - eine erste Kühlmittelströmung ständig dem Zylinderkopf zugeführt wird und quer durch den Zylinderkopf erfolgt;
- in einer ersten Betriebsart eine zweite Kühlmittelströmung durch den Motorblock gesperrt wird und die erste Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird;
- in einer zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motor- block erfolgt, von wenigstens einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten
Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zweite Kühlmittelströmung an einem Ende des Motorblockes in diesen eintritt und an dem entgegengesetzten Ende des Motorblockes diesen verlässt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kühlmittelströmung auf der Auslassseite des Zylinderkopfes in diesen eintritt und auf der Einlassseite des Zylinderkopfes diesen verlässt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die erste Kühlmittelströmung an einem Ende des Zylinderkopfes in diesen eintritt und an dem entgegengesetzten Ende des Zylinderkopfes diesen verlässt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die erste Kühlmittelströmung in der Mitte des Zylinderkopfes in diesen eintritt und diesen verlässt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei je Zylinder des
Verbrennungsmotors zwei Teilkühlmittelströme quer durch den Zylinderkopf geführt wer-
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4 den.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: in der zweiten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung von der gesamten den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist wird; - in wenigstens einer dritten Betriebsart die zweite Kühlmittelströmung längs durch den Motorblock erfolgt, von einem Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung gespeist und vom Motorblock abgeführt wird und der restliche, nicht die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung vom Zylinderkopf abgeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der die zweite Kühlmittelströmung speisende Teil der den Zylinderkopf verlassenden ersten Kühlmittelströmung in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes und/oder des Motorblockes gewählt wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsarten in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur des Kühlmittels und/oder des Zylinderkopfes und/oder des Motorblockes gewählt werden.
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