WO2015110344A1 - Verfahren und vorrichtung zur entlüftung eines wärmemanagementsystems einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur entlüftung eines wärmemanagementsystems einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Rainer Richter
Wolfram Enke
Wolfgang Hofmann
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for venting a thermal management system of an internal combustion engine.
  • Thermal management systems of modern internal combustion engines consist of many different sub-circuits in which circulates coolant. When refilling coolant or as a result of repair, air may enter the system and coolant lines. For proper operation of the system, the air must be evacuated.
  • the invention has for its object to provide a simple way to vent a thermal management system.
  • this is achieved with a method for venting a thermal management system of an internal combustion engine in which coolant circulates in a plurality of coolant circuits, in which switched inputs of a rotary valve are opened and closed in a predetermined order to one or more of the coolant circuits via at least one with a coolant -Alteilungs representativeer in vented vent line in the direction of the expansion tank to vent.
  • the coolant surge tank is in contact with the environment of the internal combustion engine so that the air can escape from the system.
  • the targeted switching of the rotary valve and thus the targeted opening and closing of individual coolant circuits sectionten the trapped in the coolant lines air with the coolant flow is selectively transported in the direction of the or the vent lines and pushed over this in the expansion tank.
  • the sequence of opening and closing the inputs and outputs of the rotary valve is tunable to the conditions of the thermal management system and is independent of the operating positions of the rotary valve in the other operation of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is preferably idling during the bleeding process, so that the heat management system can be vented even when using a mechanically driven coolant pump without the connection of an additional pump. It is also possible to operate the internal combustion engine at short intervals at increased speed. Another option is to increase the idling speed for the duration of the bleeding program.
  • the individual inputs of the rotary valve can be opened briefly, so that a pulsed coolant flow can occur in certain coolant lines of the system.
  • the control sequence for switching the rotary valve is preferably stored in the control unit. It is of course possible to provide several control sequences that are used for venting certain coolant circuits and / or in certain situations.
  • the venting method is preferably carried out only during maintenance, for example as part of a workshop visit and in a special venting mode of the control unit. However, it is also possible to carry out the venting process when needed also in vehicle operation to keep subcircuits permanently free of air.
  • An inventive apparatus for venting a thermal management system of an internal combustion engine comprises a coolant surge tank, a control unit which controls a rotary valve having switched inputs, which are connected to an engine cooling circuit and a main radiator circuit, wherein at least one of the refrigerant circuits via a vent line with the coolant reservoir is connected.
  • the coolant surge tank is preferably connected to an unswitched input of the rotary valve.
  • a heating circuit and / or a bearing block cooling an exhaust gas turbocharger may be fluidly connected to the venting device.
  • the rotary valve can also occupy intermediate positions in which a plurality of partial circuits are simultaneously opened completely or partially.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a thermal management system in a first variant, with an apparatus for carrying out a venting method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic view of a thermal management system in a second variant, with a device for carrying out a venting method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a thermal management system 10 for an internal combustion engine 12 (here a series four-cylinder gasoline engine).
  • coolant flows through an engine block of the internal combustion engine 12, an air-cooled main cooler 14 and a heating heat exchanger 16 in a plurality of coolant circuits.
  • the coolant is moved mainly by a coolant pump 18 which is mechanically driven here.
  • the coolant streams are controlled via a rotary valve 20 whose inputs are connected to the recirculations of the coolant circuits and whose output is in direct flow communication with the coolant pump 18, as will be described in detail later.
  • a coolant expansion tank 22, a transmission oil heat exchanger 24, an engine oil heat exchanger 26 and an additional, electrically operated coolant pump 28 are provided, the latter being in fluid communication with a heat exchanger (housing cooling) of an exhaust gas turbocharger 30.
  • the electrically driven additional coolant pump 28 in this example has a power of about 20-150 W.
  • the main radiator 14 is supported by a fan 32.
  • an auxiliary cooler 34 is provided to support the main radiator, which may be formed for example as Radhauskühler.
  • an engine cooling circuit 36 (also referred to as "small cooling circuit"), cold coolant is transported from the coolant pump 8 to an engine block of the internal combustion engine 12, more specifically to cooling ducts in the cylinder head housing and crankcase where it absorbs waste heat before it is collected in a line 38
  • a short-circuit line 40 leads from the collecting line 38 to a first switched input 42 of the rotary valve 20.
  • the short-circuit line 40 also forms the return of the engine cooling circuit 36.
  • the engine cooling circuit 36 can be interrupted here by an engine shut-off valve 43 in its coolant supply line downstream of the coolant pump 18.
  • a coolant line 44 which is part of a main cooler circuit 46 which leads back through the main cooler 14 and via a return 47 to a connected second input 48 of the rotary valve 20, passes from the collecting line 38.
  • a heating circuit 50 in which the heating heat exchanger 16 is arranged, which can deliver heat to a vehicle interior.
  • the return 51 of the heating circuit 50 leads to a third switched input 52 of the rotary valve 20.
  • a non-switched, single output 53 of the rotary valve 20 leads via a short line 55 to the coolant pump 18.
  • the position of or the rotary valve of the rotary valve 20 and thus the opening degree of the switched inputs 42, 48, 52 is predetermined by a control unit 54, which may form part of an engine electronics.
  • data are stored, which allow a map control function of predetermined operating conditions of the internal combustion engine 12.
  • the states of other components such as the heater core 16, the exhaust gas turbocharger 30, the engine oil heat exchanger 26 and data from temperature sensors 56 in the engine block or in the coolant line 44 to the main cooler 14 are taken into account.
  • the position of the switched inputs of the rotary valve 20 is determined.
  • the additional electric coolant pump 28 is located in an exhaust gas turbocharger cooling circuit 58 which cools the exhaust gas turbocharger 30 and which opens into a non-switched input 60 of the rotary valve 20.
  • the exhaust gas turbocharger cooling circuit 58 is supplied by a branch from the engine cooling circuit 36 (not shown here in detail).
  • the engine oil heat exchanger 26 is connected directly to the manifold 38 of the engine cooling circuit 36. Cold coolant is supplied to the coolant pump 18 through a branch 62. A control is not provided in this example, but would be realized by an additional thermostat.
  • the coolant expansion tank 22 leads via a connecting line 70 to the return flow of the exhaust gas turbocharger cooling circuit 58, which opens into the non-switched input 60 of the rotary valve 20.
  • Vent lines 72 and 74 connect the coolant surge tank 22 to the engine cooling circuit 36, more specifically the manifold 38 and the inlet to the main radiator 14 in the main radiator circuit 46.
  • the transmission oil heat exchanger 24 is located in a rotary valve 20 independent transmission oil cooling circuit 76 and is by its own Thermostat valve 78 connected. This is a conventional wax thermostat which opens the transmission oil cooling circuit 76 at a predetermined temperature and closes it below this temperature.
  • the transmission oil cooling circuit 76 leads through the engine block in a feed line 80, which opens into the coolant line 55.
  • the orifice point is upstream of the coolant pump 18 but downstream of the outlet 53 of the rotary valve 20.
  • a line 82 branches between the coolant pump 18 and the engine shut-off valve 43, passing through the main radiator 14 and back to the transmission oil heat exchanger 24 (low temperature loop ) leads. This is only necessary for vehicles with transmission cooling.
  • the coolant pump 18 is here integrated directly into the engine block of the internal combustion engine 12.
  • the rotary valve 20 is in this embodiment form the front side of the engine block of the internal combustion engine 12 in the immediate vicinity of the coolant pump 18 attached.
  • the coolant flows via the short-circuit line 40 from the hot side of the internal combustion engine 12 directly into the rotary valve 20 and is from there via the coolant pump 18 directly back to the cold side of the internal combustion engine 12.
  • coolant flows through the heating circuit 50 via the heater core 6.
  • the switching of the inputs 42 and 52 permits multiple operating conditions.
  • the engine cooling circuit 36 and the heating circuit 50 are flowed through in parallel.
  • the flow conditions are chosen so that a significantly larger volume flow through the engine cooling circuit 36 flows as through the heating circuit 50, as is known.
  • the internal combustion engine 12 can be heated to its operating temperature while the vehicle interior is heated at the same time.
  • the inlet 42 is fully or partially closed, the flow through the engine cooling circuit 36 reduces, so that the load on the coolant pump 18 is reduced.
  • the open heating circuit 50 heat can be dissipated and a targeted circulation of the coolant can be maintained. Due to the higher flow resistance of the coolant flow rate is reduced by the internal combustion engine 12. This can be used for faster heating during a cold start.
  • the heating circuit 50 is disconnected and is not flowed through. This is the one case, if no heating function is desired, so the vehicle occupants have turned off the heater.
  • Another purpose is a driving situation in which the load of the internal combustion engine 12 suddenly increases, for example, when driving uphill or abruptly accelerating.
  • closing the heating circuit 50 in combination with opening the input 42 of the engine cooling circuit 36 and optionally the input 48 of the main radiator circuit 46 results in the entire coolant flow being available for cooling the internal combustion engine 12 so that temperature peaks are avoided.
  • the inputs 42, 48 and 52 are closed to at least substantially interrupt a flow of the coolant in the engine cooling circuit 36 and thus a faster heating. to reach.
  • the engine shut-off valve 43 is also closed here.
  • the main cooler circuit 46 is switched on and off by opening or closing the inlet 48 of the rotary valve 20. This can be done (within the scope of the design of the rotary valve 20) independently of the opening or closing of the engine cooling circuit 36 and of the heating circuit 50 and also be independent of temperature by specifications of the control unit 54.
  • the flow through the engine can be controlled here, inter alia, in Warmiauf and in relevant consumption cycles for optimal heat distribution and friction optimization by controlling the rotary valve 20 and the Motorabsperrventils 43. These functions are also stored in the control unit 54.
  • the control unit 54 also has a stored ventilation program that 'eihen blur a Anticianr for different positions of the rotary valve 20 includes.
  • This program can be executed, for example, for maintenance purposes in a workshop equipped for this purpose.
  • the internal combustion engine 12 is idling. If the normal idle speed is insufficient, the speed can be increased briefly or the idle speed can be raised to a much higher level for the duration of the bleeding program.
  • This control of the switchable inputs 42, 48, 52 of the rotary valve 20 is completely independent of the control of the rotary valve in other operating conditions and serves only the targeted direction of the coolant through the vent lines 72, 74, so entrained air is deposited in the surge tank 22 ,
  • the individual coolant circuits can be briefly opened and closed again in quick succession in order to transfer air from one circuit to the other and thus bring it to the expansion tank 22. It is equally possible to selectively operate only one of the circuits and to selectively open and close valves which may be present on the vent lines 72, 74.
  • venting program or programs are stored in the control unit 54 and can be retrieved in a maintenance mode or an assembly mode, in which case the control sequence is automatically executed.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a thermal management system 10 ', wherein for already introduced components, the already known reference numerals continue to be used. Changed but similar components are designated by the known reference numeral with a dash.
  • the internal combustion engine 12 is a six-cylinder in-line engine, which leads to space reasons that the rotary valve 20 is not arranged end side, but along a longitudinal side of the engine block of the internal combustion engine 12.
  • the return line 47 'of the main cooler circuit 46' leads piece by piece through the engine block of the internal combustion engine 12 'to the switched input 48' of the rotary valve 20.
  • the inlet 42 'in the second embodiment corresponds to the inlet 42 in the first embodiment and vice versa.
  • the function of the rotary valve 20 is analogous to that in the first embodiment.
  • the return of the exhaust turbocharger cooling circuit 58 ' opens into the conduit 44 upstream of a branch of the shorting line 40' to the rotary valve 20.
  • the inlet of the exhaust gas turbocharger cooling circuit 58 ' branches off downstream of an outlet from the engine block from a supply line 82 of the transmission oil cooling circuit 76' to the main cooler 14.
  • the return of the transmission oil cooling circuit 76 'from the transmission oil heat exchanger 24 leads to the unswitched input 60 of the rotary valve 20.
  • the connecting line 70 from the coolant expansion tank 22 opens here in the return of the gear oil cooling circuit 76 ', which leads to the non-switched input 60 of the rotary valve 20.

Abstract

Zum Entlüften eines Wärmemanagementsystems (10) einer Verbrennungskraftmaschine (12), in dem Kühlmittel in mehreren Kühlmittel-Kreisläufen (36, 46, 50) zirkuliert, werden geschaltete Eingänge (42, 48, 52) eines Drehschieberventils (20) in einer vorgegebenen Reihenfolge geöffnet und geschlossen, um einen oder mehrere der Kühlmittel-Kreisläufe (36, 46, 50) über wenigstens eine mit einem Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (22) in Strömungsverbindung stehende Entlüftungsleitung (72, 74) in Richtung des Ausgleichsbehälters (22) zu entlüften. Das Drehschieberventil (20) wird über eine Steuereinheit (54) angesteuert, wobei ein nicht geschalteter Eingang (60) des Drehschieberventils (20) strömungsmäßig mit dem Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (22) verbunden ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Entlüftung
eines Wärmemanagementsystems einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Wärmemanagementsystems einer Verbrennungskraftmaschine. Wärmemanagementsysteme moderner Verbrennungskraftmaschinen bestehen aus vielen unterschiedlichen Teilkreisläufen, in denen Kühlmittel zirkuliert. Beim Nachfüllen von Kühlmittel oder auch infolge einer Reparatur kann es dazu kommen, dass Luft in das System und in die Kühlmittelleitungen eindringt. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Systems muss die Luft ausgeleitet werden. Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine einfache Möglichkeit zu schaffen, ein Wärmemanagementsystem zu entlüften.
Erfindungsgemäß wird dies mit einem Verfahren zum Entlüften eines Wärmemanagementsystems einer Verbrennungskraftmaschine, in dem Kühlmittel in mehreren Kühlmittelkreisläufen zirkuliert, erreicht, bei dem geschaltete Eingänge eines Drehschieberventils in einer vorgegebenen Reihenfolge geöffnet und geschlossen werden, um einen oder mehrere der Kühlmittelkreisläufe über wenigstens eine mit einem Kühlmittel-Ausgleichsbehälter in Strömungsverbindung stehende Entlüftungsleitung in Richtung des Ausgleichsbehälters zu entlüften.
Der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter steht wie bekannt in Kontakt mit der Um- gebung der Verbrennungskraftmaschine, sodass die Luft aus dem System entweichen kann. Durch die gezielte Schaltung des Drehschieberventils und damit das gezielte Öffnen und Schließen einzelner Teilkühlmittelkreisläufe wird die in den Kühlmittelleitungen eingeschlossene Luft mit dem Kühlmittelfluss gezielt in Richtung zu der oder den Entlüftungsleitungen transportiert und über diese in den Ausgleichsbehälter geschoben. Die Sequenz des Öffnens und Schließens der Ein- bzw. Ausgänge des Drehschieberventils ist auf die Gegebenheiten des Wärmemanagementsystems abstimmbar und ist unabhängig von den Betriebs- stellungen des Drehschieberventils im sonstigen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine.
Die Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise während des Entlüftungsvorgangs im Leerlauf, sodass das Wärmemanagementsystem auch bei Verwen- dung einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe ohne den Anschluss einer zusätzlichen Pumpe entlüftet werden kann. Es ist auch möglich, die Verbrennungskraftmaschine in kurzen Intervallen mit erhöhter Drehzahl zu betreiben. Eine andere Möglichkeit ist es, für die Dauer des Entlüftungsprogramms die Leerlaufdrehzahl anzuheben. In der durchlaufenen Sequenz des Öffnens und Schließens der Eingänge des Drehschieberventils können beispielsweise die einzelnen Eingänge des Drehschieberventils kurzzeitig geöffnet werden, sodass ein gepulster Kühlmittelfluss in bestimmten Kühlmittelleitungen des Systems entstehen kann.
Es ist auch möglich, jeweils gezielt nur einen einzigen der Kühlmittelkreisläufe zu öffnen und diesen zu entlüften.
Die Steuersequenz zum Schalten des Drehschieberventils ist vorzugsweise in der Steuereinheit abgelegt. Es ist natürlich möglich, mehrere Steuersequenzen vorzusehen, die zur Entlüftung bestimmter Kühlmittel-Kreisläufe und/oder in bestimmten Situationen zum Einsatz kommen. Das Entlüftungsverfahren wird vorzugsweise lediglich bei einer Wartung beispielsweise im Rahmen eines Werkstattbesuchs und in einem besonderen Entlüftungsmodus der Steuereinheit durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, das Entlüftungsverfahren bei Bedarf auch im Fahrzeugbetrieb durchzuführen, um Teilkreisläufe auf Dauer luftfrei zu halten. Eine erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entlüftung eines Wärmemanagementsystems einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Kühlmittel- Ausgleichsbehälter, eine Steuereinheit, die ein Drehschieberventil steuert, das geschaltete Eingänge aufweist, die mit einem Motorkühlkreislauf und einem Hauptkühlerkreislauf strömungsmäßig verbunden sind, wobei wenigstens einer der Kühlmittel-Kreisläufe über eine Entlüftungsleitung mit dem Kühlmittel- Ausgleichsbehälter verbunden ist. Der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter ist bevorzugt mit einem ungeschalteten Eingang des Drehschieberventils verbunden. Auf diese Weise kann durch die Verbindung des Kühlmittei-Ausgleichsbehäiters direkt mit dem Drehschieberventil und über die Entlüftungsleitung durch gezieltes Vorgeben einer Sequenz von Schaltstellungen des Drehschieberventils in den Kühlmittelleitungen der Kühlkreisläufe vorhandene Luft gezielt in Richtung des Kühlmittel-Ausgleichsbehälters bewegt werden.
Auch ein Heizungskreislauf und/oder eine Lagerstuhlkühlung eines Abgasturboladers können mit der Entlüftungsvorrichtung strömungsmäßig verbunden sein.
Vorzugsweise kann das Drehschieberventil auch Zwischenstellungen einnehmen, in denen mehrere Teilkreisläufe gleichzeitig ganz oder teilweise geöff- net sind.
Es ist möglich, die Verbindungsleitung zum Kühlmittel-Ausgleichsbehälter in denselben Eingang des Drehschieberventils münden zu lassen wie einen Rücklauf eines Abgas-Turbolader-Kühlkreislaufs oder eines Getriebeöl-Kühlkreislaufs, der vorzugsweise nicht geschaltet ist. Auf diese Weise muss kein eigener Ein- gang für den Kühlmittel-Ausgieichsbehälter am Drehschieberventil vorgesehen werden, was dessen Fertigung vergünstigt und dessen Bauraum verkleinert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in den Zeichnungen zeigen: - Figur 1 eine schematische Ansicht eines Wärmemanagementsystems in einer ersten Variante, mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Entlüftungsverfahrens; und
- Figur 2 eine schematische Ansicht eines Wärmemanagementsystems in einer zweiten Variante, mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungs- gemäßen Entlüftungsverfahrens.
Figur 1 zeigt ein Wärmemanagementsystem 10 für eine Verbrennungskraft- • maschine 12 (hier ein Reihen-Vierzylinder-Ottomotor).
Kühlmittel durchströmt in mehreren Kühlmittel-Kreisläufen unter anderem einen Motorblock der Verbrennungskraftmaschine 12, einen luftgekühlten Haupt- kühler 14 und einen Heizungswärmetauscher 16. Das Kühlmittel wird hauptsächlich durch eine hier mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe 18 bewegt. Die Kühlmittelströme werden über ein Drehschieberventil 20 gesteuert, dessen Eingänge mit den Rückläufen der Kühlmittel-Kreisläufe verbunden sind und dessen Ausgang in direkter Strömungsverbindung mit der Kühlmittelpumpe 18 steht, wie später im Detail beschrieben ist. Außerdem sind noch ein Kühlmittelausgleichsbehälter 22, ein Getriebeöl- Wärmetauscher 24, ein Motoröl-Wärmetauscher 26 sowie eine zusätzliche, elektrisch betriebene Kühlmittelpumpe 28 vorgesehen, wobei Letztere mit einem Wärmetauscher (Gehäusekühlung) eines Abgas-Turboladers 30 in Fluidverbin- dung steht. Die elektrisch angetriebene zusätzliche Kühlmittelpumpe 28 hat in diesem Beispiel eine Leistung von etwa 20 -150 W.
Der Hauptkühler 14 wird durch einen Lüfter 32 unterstützt. Außerdem ist ein Zusatzkühler 34 zur Unterstützung des Hauptkühlers vorgesehen, der beispielsweise als Radhauskühler ausgebildet sein kann.
In einem Motorkühlkreislauf 36 (auch als„kleiner Kühlkreislauf" bezeichnet) wird kaltes Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 8 zu einem Motorblock der Verbrennungskraftmaschine 12, genauer zu Kühlkanälen im Zylinderkopfgehäuse und im Kurbelgehäuse, transportiert, wo es Abwärme aufnimmt, bevor es in einer Leitung 38 gesammelt wird. Von der Sammelleitung 38 führt eine Kurzschlussleitung 40 zu einem ersten geschalteten Eingang 42 des Drehschieberventils 20. Die Kurzschlussleitung 40 bildet auch den Rücklauf des Motorkühlkreislaufs 36.
Der Motorkühlkreislauf 36 ist hier durch ein Motorabsperrventil 43 in seiner Kühlmittelzuleitung stromabwärts der Kühlmittelpumpe 18 unterbrechbar.
Von der Sammelleitung 38 geht eine Kühlmittelleitung 44 ab, die Teil eines Hauptkühlerkreislaufs 46 ist, der durch den Hauptkühler 14 und über einen Rück- lauf 47 zu einem geschalteten zweiten Eingang 48 des Drehschieberventils 20 zurück führt.
Von der Leitung 44 zweigt ein Zulauf eines Heizungskreislaufs 50 ab, in dem der Heizungswärmetauscher 16 angeordnet ist, der Wärme an einen Fahrzeuginnenraum abgeben kann. Der Rücklauf 51 des Heizungskreislaufs 50 führt zu einem dritten geschalteten Eingang 52 des Drehschieberventils 20. Ein nicht geschalteter, einziger Ausgang 53 des Drehschieberventils 20 führt über eine kurze Leitung 55 zur Kühlmittelpumpe 18.
Die Stellung des oder der Drehschieber des Drehschieberventils 20 und damit der Öffnungsgrad der geschalteten Eingänge 42, 48, 52 wird von einer Steuer- einheit 54 vorgegeben, die Teil einer Motorelektronik bilden kann. In der Steuereinheit 54 sind Daten abgelegt, die eine Kennfeldsteuerung in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 12 ermöglichen. In diesem Beispiel werden auch die Zustände weiterer Komponenten wie dem Heizungswärmetauscher 16, dem Abgas-Turbolader 30, dem Motoröl- Wärmetauscher 26 sowie Daten von Temperatursensoren 56 im Motorblock oder in der Kühlmittelleitung 44 zum Hauptkühler 14 berücksichtigt. In Abhängigkeit von diesen Parametern wird die Stellung der geschalteten Eingänge des Drehschieberventils 20 festgelegt.
Die zusätzliche elektrische Kühlmittelpumpe 28 befindet sich in einem Abgas- Turbolader-Kühlkreislauf 58, der den Abgas-Turbolader 30 kühlt und der in einen nicht geschalteten Eingang 60 des Drehschieberventils 20 mündet. Versorgt wird der Abgas-Turbolader-Kühlkreislauf 58 durch eine Abzweigung aus dem Motorkühlkreislauf 36 (hier nicht näher gezeigt).
Der Motoröl-Wärmetauscher 26 ist direkt mit der Sammelleitung 38 des Mo- torkühlkreislaufs 36 verbunden. Kaltes Kühlmittel wird durch einen Abzweig 62 nach der Kühlmittelpumpe 18 zugeführt. Eine Steuerung ist in diesem Beispiel nicht vorgesehen, wäre aber durch einen zusätzlichen Thermostat realisierbar.
Der Kühlmittelausgleichsbehälter 22 führt über eine Verbindungsleitung 70 zum Rücklauf des Abgas-Turbolader-Kühlkreislaufs 58, der in den nicht geschal- teten Eingang 60 des Drehschieberventils 20 mündet. Entlüftungsleitungen 72 und 74 verbinden den Kühlmittelausgleichsbehälter 22 mit dem Motorkühlkreislauf 36, genauer gesagt der Sammelleitung 38 und dem Zulauf zum Hauptkühler 14 im Hauptkühlerkreislauf 46. Der Getriebeöl-Wärmetauscher 24 befindet sich in einem vom Drehschieberventil 20 unabhängigen Getriebeöl-Kühlkreislauf 76 und wird durch ein eigenes Thermostatventil 78 geschaltet. Dies ist hier ein herkömmlicher Wachsthermostat, der bei einer vorbestimmten Temperatur den Getriebeöl- Kühlkreislauf 76 öffnet und unterhalb dieser Temperatur diesen verschließt. Der Getriebeöl-Kühlkreislauf 76 führt durch den Motorblock in eine Zulaufleitung 80, die in die Kühlmittelleitung 55 mündet. Der Mündungspunkt liegt stromaufwärts der Kühlmittelpumpe 18, aber stromabwärts des Ausgangs 53 des Drehschieberventils 20. Vom Motorkühlkreislauf 36 zweigt zwischen der Kühlmit- telpumpe 18 und dem Motorabsperrventil 43 eine Leitung 82 ab, die durch den Hauptkühler 14 und zurück zum Getriebeöl-Wärmetauscher 24 (Niedertemperaturschleife) führt. Diese ist nur bei Fahrzeugen mit Getriebekühlung notwendig.
Die Kühlmittelpumpe 18 ist hier direkt in den Motorblock der Verbrennungskraftmaschine 12 integriert. Das Drehschieberventil 20 ist in dieser Ausführungs- form stirnseitig an den Motorblock der Verbrennungskraftmaschine 12 in unmittelbarer Nähe der Kühlmittelpumpe 18 angesetzt.
Wird der Eingang 48 des Drehschieberventils 20 durch die Steuereinheit 54 geschlossen, so wird die Kühlmittelströmung durch den Hauptkühler 14 im Hauptkühlerkreislauf 46 unterbunden. Dieser Zustand wird vor allem beim Star- ten der Verbrennungskraftmaschine 12 sowie in einem Teillastbetrieb eingenommen.
Ist der Eingang 42 des Drehschieberventils 20 offen, so strömt das Kühlmittel über die Kurzschlussleitung 40 von der Heißseite der Verbrennungskraftmaschine 12 direkt in das Drehschieberventil 20 und wird von dort über die Kühlmittel- pumpe 18 direkt auf die Kaltseite der Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt.
Wenn der Eingang 52 des Drehschieberventils 20 offen geschaltet ist, strömt außerdem Kühlmittel durch den Heizungskreislauf 50 über den Heizungswärmetauscher 6. Die Schaltung der Eingänge 42 und 52 erlaubt mehrere Betriebszustände. Wenn sowohl der Eingang 42 als auch der Eingang 52 offen sind, werden der Motorkühlkreislauf 36 und der Heizungskreislauf 50 parallel durchströmt. Die Strömungsverhältnisse sind dabei so gewählt, dass ein deutlich größerer Volumenstrom durch den Motorkühlkreislauf 36 fließt als durch den Heizungskreislauf 50, wie dies bekannt ist. In diesem Betriebszustand kann sich beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine 12 auf ihre Betriebstemperatur erwärmen, während gleichzeitig der Fahrzeuginnenraum geheizt wird. Ist der Eingang 42 vollständig oder teilweise geschlossen, reduziert sich die Strömung durch den Motorkühlkreislauf 36, sodass die Belastung der Kühlmittelpumpe 18 reduziert wird. Durch den offenen Heizungskreislauf 50 kann Wärme abgegeben werden sowie eine gezielte Umwälzung des Kühlmittels aufrechter- halten werden. Aufgrund des höheren Strömungswiderstands ist der Kühlmittelvolumenstrom durch die Verbrennungskraftmaschine 12 reduziert. Dies kann zu einer schnelleren Erwärmung bei einem Kaltstart genutzt werden.
Ist der Eingang 52 ganz oder teilweise geschlossen geschaltet, so ist der Heizungskreislauf 50 abgekoppelt und wird nicht durchströmt. Dies ist zum einen der Fall, wenn keine Heizfunktion gewünscht ist, also die Fahrzeuginsassen die Heizung ausgeschaltet haben.
Ein anderer Einsatzzweck ist eine Fahrsituation, in der die Last der Verbrennungskraftmaschine 12 plötzlich ansteigt, beispielsweise bei einer Bergauffahrt oder einer abrupt einsetzenden Beschleunigung. In diesem Fall führt das Schlie- ßen des Heizungskreislaufs 50 in Kombination mit dem Öffnen des Eingangs 42 des Motorkühlkreislaufs 36 sowie gegebenenfalls des Eingangs 48 des Hauptkühlerkreislaufs 46 dazu, dass die gesamte Kühlmittelströmung zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 12 zur Verfügung steht, sodass Temperaturspitzen vermieden werden. In der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine können die Eingänge 42, 48 und 52 geschlossen werden, um eine Strömung des Kühlmittels auch im Motorkühlkreislauf 36 zumindest weitgehend zu unterbrechen und so eine schnellere Erwärmung zu. erreichen. Um Kavitation auf der Saugseite der Kühl- mittelpumpe 18 zu verhindern, wird hier auch das Motorabsperrventil 43 ge- schlössen.
Das Zu- und Abschalten des Hauptkühlerkreislaufs 46 erfolgt durch Öffnen bzw. Schließen des Eingangs 48 des Drehschieberventils 20. Dies kann (im Rahmen der vorgegebenen Ausbildung des Drehschieberventils 20) unabhängig von dem Öffnen bzw. Absperren des Motorkühlkreislaufs 36 sowie des Hei- zungskreisiaufs 50 und außerdem temperaturunabhängig durch Vorgaben der Steuereinheit 54 erfolgen. Die Durchströmung des Motors kann hier unter anderem im Warmiauf und in relevanten Verbrauchszyklen zur optimalen Wärmeverteilung und Reibungsoptimierung durch Ansteuerung des Drehschieberventils 20 und des Motorabsperrventils 43 gesteuert werden. Diese Funktionen sind auch in der Steuereinheit 54 abgelegt.
Die Steuereinheit 54 verfügt außerdem über ein abgespeichertes Entlüftungsprogramm, das eine Ansteuerr'eihenfolge für unterschiedliche Stellungen des Drehschieberventils 20 umfasst.
Dieses Programm kann beispielsweise zu Wartungszwecken in einer dazu ausgerüsteten Werkstatt ausgeführt werden. Die Verbrennungskraftmaschine 12 läuft dabei im Leerlauf. Falls die normale Leerlaufdrehzahl nicht ausreicht, kann die Drehzahl kurzzeitig angehoben oder auch für die Dauer des Entlüftungspro- grams die Leerlaufdrehzahl auf ein deutlich höheres Niveau angehoben werden.
Durch gezieltes Öffnen und Schließen der einzelnen Kühlmittel-Kreisläufe, beispielsweise des Motorkühlkreislaufs 36, des Hauptkühlerkreislaufs 46 sowie des Heizungskreislaufs 50 kann gezielt in den Leitungen vorhandene Luft über die Entlüftungsleitungen 72, 74 zum Ausgleichsbehälter 22 transportiert werden, wo die Luft abgeschieden wird.
Diese Ansteuerung der schaltbaren Eingänge 42, 48, 52 des Drehschieber- ventils 20 ist dabei völlig unabhängig von der Steuerung des Drehschieberventils in anderen Betriebszuständen und dient lediglich der gezielten Leitung des Kühlmittels durch die Entlüftungsleitungen 72, 74, sodass mitgeführte Luft im Ausgleichsbehälter 22 abgeschieden wird.
Es kann beispielsweise sinnvoll sein, kurzfristig und in vorbestimmten Inter- vallen sämtliche Eingänge zu schließen, um das Kühlmittel in die Entlüftungsleitung 72, 74 zu drücken. Es ist auch denkbar, gezielt Luft in Bauteilen zu sammeln und dann durch definiertes Öffnen der Teilkreisläufe im Ausgleichsbehälter 22 abzuscheiden.
Auch können gezielt die einzelnen Kühlmittel-Kreisläufe kurz nacheinander kurzfristig geöffnet und wieder geschlossen werden, um Luft aus einem Kreislauf in den anderen zu überführen und so zum Ausgleichsbehälter 22 zu bringen. Genauso ist es möglich, jeweils nur exakt einen der Kreisläufe gezielt zu betreiben und eventuell an den Entlüftungsleitungen 72, 74 vorhandene Ventile gezielt zu öffnen und zu schließen.
Das oder die Entlüftungsprogramme sind in der Steuereinheit 54 hinterlegt und können in einem Wartungsmodus oder einem Montagemodus abgerufen werden, wobei dann die Steuersequenz automatisch durchlaufen wird.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Wärmemanagementsystems 10', wobei für bereits eingeführte Bauteile die bereits bekannten Bezugszeichen weiter verwendet werden. Geänderte, aber ähnliche Bauteile werden mit dem bekannten Bezugszeichen mit einem Strich bezeichnet.
Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist die Verbrennungskraftmaschine 12' hier ein Sechszylinder-Reihenmotor, was aus Platzgründen dazu führt, dass das Drehschieberventil 20 nicht stimseitig, sondern entlang einer Längsseite des Motorblocks der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet ist.
Ebenfalls aus Platzgründen führt der Rücklauf 47' des Hauptkühlerkreislaufs 46' stückweise durch den Motorblock der Verbrennungskraftmaschine 12' zum geschalteten Eingang 48' des Drehschieberventils 20.
In der physikalischen Anordnung im Drehschieberventil 20 entspricht der Ein- gang 42' in der zweiten Ausführungsform dem Eingang 42 in der ersten Ausführungsform und umgekehrt. Die Funktion des Drehschieberventils 20 ist jedoch analog zu der in der ersten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform mündet der Rücklauf des Abgas-Turbolader- Kühlkreislauf 58' stromaufwärts eines Abzweigs der Kurzschlussleitung 40' zum Drehschieberventil 20 in die Leitung 44.
Der Zulauf des Abgas-Turbolader-Kühlkreislaufs 58' zweigt stromabwärts eines Auslasses aus dem Motorblock von einer Zulaufleitung 82 des Getriebeöl- Kühlkreislaufs 76' zum Hauptkühler 14 ab. Wie im ersten Beispiel führt der Rücklauf des Getriebeöl-Kühlkreislaufs 76' vom Getriebeöl-Wärmetauscher 24 auf den ungeschalteten Eingang 60 des Drehschieberventils 20. Die Verbindungsleitung 70 vom Kühlmittelausgleichsbehälter 22 mündet hier in den Rücklauf des Getrieböl-Kühlkreislaufs 76', der zum nicht geschalteten Eingang 60 des Drehschieberventils 20 führt.
Alle im Zusammenhang mit Figur 2 nicht beschriebenen Merkmale sind iden- tisch in Aufbau und Funktion zu den in Figur 1 beschriebenen.
Wie die beiden oben beschriebenen Ausführungsformen zeigen, kann das erfindungsgemäße Prinzip der Verwendung eines Drehschieberventils mit geschalteten und ungeschalteten Eingängen zur gezielten Abtrennung eines Heizungskreislaufs sowie zur Schaltung des Motorkreislaufs und des Hauptkühlerkreis- laufs, aber auch des zentralen Anschlusses von weiteren Kühlkreisläufen wie beispielsweise dem Getriebeöl-Kühlkreislauf und dem Abgas-Turbolader- Kühlkreislauf einfach für verschiedene Verbrennungskraftmaschinen in flexibler Weise umgesetzt werden. Entsprechend frei ist der Fachmann in der Gestaltung erfindungsgemäßer Wärmemanagementsysteme, wobei sämtliche Merkmale der beiden Ausführungsformen nach Belieben miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entlüften eines Wärmemanagementsystems (10; 10') einer Verbrennungskraftmaschine (12; 12'), in dem Kühlmittel in mehreren Kühimit- tel-Kreisläufen (36, 46, 50; 36'; 46') zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, dass
geschaltete Eingänge (42, 48, 52; 42'; 48', 52') eines Drehschieberventils (20) in einer vorgegebenen Reihenfolge geöffnet und geschlossen werden, um einen oder mehrere der Kühlmittel-Kreisläufe (36, 46, 50; 36'; 46') über wenigstens eine mit einem Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (22) in Strömungsverbindung stehende Entlüftungsleitung (72, 74) in Richtung des Ausgleichsbehälters (22) zu entlüften.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (12; 12') während des Entlüftungsvorgangs im Leerlauf und/oder in kurzen Intervallen mit erhöhter Drehzahl läuft.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Eingänge (42, 48, 52; 42', 48') des Drehschieberventils (20) jeweils kurzzeitig geöffnet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nur einer der Kühlmittel-Kreisläufe (36, 46, 50; 36'; 46') offen ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuersequenz zum Schalten des Drehschieberventils (20) in einer das Drehschieberventil (20) steuernden Steuereinheit (54) abgelegt ist.
6. Vorrichtung zur Entlüftung eines Wärmemanagementsystems (10) einer Verbrennungskraftmaschine (12; 12') mit einem Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (22), einer Steuereinheit (54), die ein Drehschieberventil (20) steuert, das geschaltete Eingänge (42, 48, 52; 42', 48') aufweist, die mit einem Motorkühlkreislauf (36; 36') und einem Hauptkühlerkreislauf (46; 46')strömungsmäßig verbunden sind, wobei wenigstens einer der Kühlmittel-Kreisläufe (36, 46, 50; 36'; 46') über eine Entlüftungsleitung (72, 74) mit dem Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (22) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht geschalteter Eingang (60) des Drehschieberventils (20) strömungsmäßig mit dem Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (22) verbunden ist.
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