WO2015124263A1 - Kühlsystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2015124263A1
WO2015124263A1 PCT/EP2015/000232 EP2015000232W WO2015124263A1 WO 2015124263 A1 WO2015124263 A1 WO 2015124263A1 EP 2015000232 W EP2015000232 W EP 2015000232W WO 2015124263 A1 WO2015124263 A1 WO 2015124263A1
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heating
cooling system
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Helmut Rall
Ulrich Tröstler
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
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    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02N19/02—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F02N19/04—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines
    • F02N19/10—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines by heating of engine coolants

Definitions

  • the invention relates to a cooling system for an internal combustion engine and a method for controlling the temperature of an internal combustion engine.
  • Internal combustion engines are heat engines that convert the chemical energy of a fuel into mechanical energy via a combustion process.
  • Internal combustion engines used in motor vehicles, for example diesel and gasoline engines, are widespread
  • Embodiments of an internal combustion engine To dissipate the heat generated cooling systems are used in internal combustion engines, which are intended to prevent the internal combustion engine is damaged by excessive temperatures.
  • Used cooling systems cool components surrounding the hot combustion chamber, such as the cylinder tube, the cylinder head, valves and pistons. In particular, thermal overstress, combustion of the lubricating oil on the piston sliding track and uncontrolled burns due to excessive component temperatures are thus avoided.
  • direct cooling or cooling with intermediate medium can be provided. In the latter several cooling circuits are provided. So cooling systems are known which have a
  • Intercooler a low temperature recooler and a second pump are. This has the advantage that compared to the high-temperature circuit in the low-temperature circuit low Temperatures can be achieved, which allow a desired strong cooling of the charge air with corresponding increase in performance at full load.
  • the document DE 103 17 003 AI describes a cooling system with a high-temperature circuit and a low-temperature circuit, which are connected to each other via a thermostat arrangement. When the internal combustion engine warms up, coolant from the high-temperature circuit can pass into the low-temperature circuit.
  • the high-temperature circuit in the region of the internal combustion engine can be connected to a heating circuit, which is coupled to the preheater.
  • the cooling system comprises a low-temperature circuit in which a charge air cooler, a Niedertemperemr Wegkühler and a second pump are. Furthermore, one with a
  • the low-temperature circuit in particular during preheating, should only be warmed up to a certain, predeterminable temperature.
  • a valve is regularly provided in the low-temperature circuit that further heating the Low temperature circuit prevents over the temperature to be specified. It should now be avoided that this valve must be operated.
  • Preheating is arranged, wherein the heating circuit is connected to both the high-temperature circuit and the low-temperature circuit, wherein the heating circuit is connected via a thermocouple with the low-temperature circuit, which is arranged such that it closes the connection between the heating circuit and low-temperature circuit from a predetermined temperature.
  • All circuits contain the identical coolant.
  • the circuits are coupled with preheating and auxiliary heating. The heat exchange thus takes place when mixing
  • thermocouple serves, for example, a thermocouple that actuates a valve. If these are integrated in one component, this is also referred to as a thermostatic valve.
  • Thermocouple in the heating circuit for closing is approx. 20 ° C to 30 ° C.
  • the thermocouple can be designed so that it closes at a temperature of 30 ° C or even at exactly 30 ° C.
  • the valve provided in the low-temperature circuit is regularly designed so that it opens at 38 ° C. Opening the valve means that the way to the cooling system is released.
  • the beginning of the opening is at 38 ° C. But it is also possible to set the beginning of opening to about 30 ° C. It is
  • thermocouple closes before operating the valve in the low pressure circuit.
  • High temperature circuit is provided.
  • a radiator, an oil heat exchanger and / or a water pump are also provided in the high-temperature circuit.
  • At least one pump is provided in the heating circuit. If more than one preheating device is arranged in the heating circuit, it makes sense to also provide a plurality of pumps, in particular an equal number of pumps.
  • a number of check valves is arranged in the heating circuit. These block the heating circuit when the pump provided in the heating circuit is switched off. Even with the pump running in the heating circuit, it can happen that the heating circuit is shut off by the high-temperature circuit and the low-temperature circuit. This is the case when the temperature in the low-temperature circuit is already so high that the
  • Thermocouple is closed in the heating circuit and at the same time in the high-temperature circuit via the running pump in the high-temperature circuit such a high pressure level is generated that a check valve blocks. Then the pump in the heating circuit requires the coolant via a valve in the short circuit. This short circuit is required to connect the pump in the heating circuit run after the prewarming device has been switched off in order to avoid overheating of the device.
  • a method for controlling the temperature of an internal combustion engine which is provided with a cooling system with a high-temperature circuit, a low-temperature circuit and a heating circuit.
  • This method can be carried out in particular with a cooling system of the type described above. It is heated via the heating circuit coolant both in the high-temperature circuit and in the low-temperature circuit, with a
  • Thermocouple is used, that closes a connection between the heating circuit and the low temperature circuit from a predetermined temperature, so that the coolant of the low temperature circuit is no longer warmed from the predetermined temperature of the heating circuit.
  • the method can be used for preheating and / or for heating the internal combustion engine.
  • a heating of the internal combustion engine is called, if this is, d. H. if this is not working or is not in operation.
  • a heating is a warming of
  • the high temperature circuit and the low temperature circuit warmed, the need for heating in the high temperature circuit is higher.
  • the low-temperature circuit is primarily warmed up.
  • the described cooling system is characterized in that no electrical or
  • thermocouple for example, a thermocouple
  • Thermostatic valve required.
  • the presented cooling system allows preheating the cooling system with
  • FIG. 1 shows an embodiment of a cooling system.
  • FIG. 1 shows a cooling system for an internal combustion engine, which is designated overall by the reference numeral 10.
  • the cooling system 10 includes a high temperature circuit 12, a
  • Low temperature circuit 14 and a heating circuit 16 The flow directions in the circles 12, 14 and 16 is illustrated with arrows. In all circuits 12, 14 and 16 are each a means, in particular a coolant.
  • the engine 20 is an optional one
  • Exhaust heat exchanger 22 a valve 24, a high-temperature circuit radiator 26, a
  • High temperature water pump 28 and an oil heat exchanger 30 is provided.
  • a low-temperature water pump 40 In the low-temperature circuit 14 are a low-temperature water pump 40, a
  • the beginning of the opening can be around 30 ° C to 40 ° C.
  • the Opening at 38 ° C.
  • a charge air cooler 46 and a two-stage intercooler 48 having a first stage 50 and a second stage 52 are provided.
  • the illustrated embodiment has a two-stage supercharging with two low-pressure compressors and a high-pressure compressor. After each compressor, a charge air cooler is arranged. A charge air cooler after a low-pressure stage is referred to as an intercooler, which is present twice. Each intercooler is charged with half of the total amount of air. A charge air cooling after a high-pressure stage is referred to as intercooler.
  • the type of charge and the number of intercoolers are mentioned here only as an example.
  • the presented method is also in a single-stage supercharged engine with only one
  • Intercooler applicable.
  • the number of intercoolers in the illustrated embodiment is purely constructive and has no effect on the function of the cooling system 10th
  • a preheater 70, a pump 72, a first check valve 74, a second check valve 76, a third check valve 78, a fourth check valve 80 and a thermostatic valve 82 are provided as a thermocouple.
  • This thermostatic valve 82 is open to about 30 ° C.
  • the heating circuit 16 serves to the plant parts of high-temperature circuit 12 and
  • Low-temperature circuit 14 and the coolant prior to start-up of the engine 20 preheat and preheat at low load conditions, eg. At idle or partial load, or to keep warm under certain external conditions during a Zuloomens, but the fuel consumption compared to cooling systems without Keep the heating circuit low.
  • the preheater 70 and the pump 72 are turned on, so that a circulation of coolant is started with simultaneous heating. Heated coolant enters the high-temperature circuit 12 and the low-temperature circuit 14, the main need for preheating in the
  • High temperature circuit 12 is located. As soon as the coolant temperature in the low-temperature circuit 14 exceeds 30 ° C., the thermostatic valve 82 closes, so that only the high-temperature circuit 12 is heated. Thus, the thermostatic valve 82 closes before the motor-side valve 44 opens in the low-temperature circuit 14.
  • the thermostatic valve 82 closes before the motor-side valve 44 opens in the low-temperature circuit 14.
  • the pump 72 and the preheater 70 are turned on, so that additional heating energy is supplied to the heat energy generated by the internal combustion engine 20 in the coolant. This has the advantage that a fuel economy can be achieved.
  • the thermostatic valve 82 usually has no function, since only to 20 ° C to 30 ° C must be heated.
  • the thermostatic valve 82 may have the following function: At higher speeds, the coolant pressure in the high-temperature circuit 12 is so high that the high-temperature circuit 12 is disconnected from the heating circuit 16 via the check valve 74. In this case, only the low-temperature circuit 14 is connected to the heating circuit 16. Now closes the thermostatic valve 82, then promotes the pump 72 and preheating the coolant in
  • the preheater 70 then switches off automatically after a short time via an internal temperature sensor. To prevent after-heat effects, the pump 72 can still run. Without this function of the thermostatic valve 82, the control of the switch-off of the Vormérm réelles 70 designed more expensive. Then two temperature thresholds are required, a preheating to about 40 ° C to 60 ° C, a heating to about 20 ° C to 30 ° C. Two temperature thresholds and the detection of the engine operating state preheating or heating is not provided in the controller and turns out to be very expensive. In particular, the ability to heat even the low temperature circuit 14, in addition to the discharge of the engine 20 has advantages. For example, white smoke can be avoided in cold ambient conditions.
  • connection of the preheating device 70 may, for example, be load-dependent, temperature-dependent or speed-dependent.
  • a thermostatic valve 82 for example, a waxed-water thermostat can be used.
  • Cooling system and its own thermostatic valve that helps keep the circuit from cooling down

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Abstract

Es werden ein Kühlsystem (10) für eine Brennkraftmaschine (20) und ein Verfahren zum Temperieren der Brennkraftmaschine vorgestellt. Das Kühlsystem (10) weist einen Hochtemperaturkreis (12), einen Niedertemperaturkreis (14) und einen Heizkreis (16) auf. Der Heizkreis (16) verfügt über ein Thermoelement, das ab einer vorgegebenen Temperatur eine Verbindung zwischen Heizkreis (16) und Niedertemperaturkreis (14) schließt.

Description

MTU Friedrichshafen GmbH
BESCHREIBUNG Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Temperieren einer Brennkraftmaschine. Brennkraftmaschinen sind Wärmekraftmaschinen, die über einen Verbrennungsvorgang die chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Energie umwandeln. In Kraftfahrzeugen eingesetzte Verbrennungsmotoren, bspw. Diesel- und Ottomotoren, sind weitverbreitete
Ausführungen einer Brennkraftmaschine. Zum Abführen der erzeugten Wärme werden in Brennkraftmaschinen Kühlsysteme eingesetzt, die verhindern sollen, dass die Brennkraftmaschine durch zu hohe Temperaturen beschädigt wird. Eingesetzte Kühlsysteme kühlen den heißen Brennraum umgebende Bauteile, wie bspw. das Zylinderrohr, den Zylinderkopf, Ventile und Kolben. Damit werden insbesondere eine thermische Überbeanspruchung, eine Verbrennung des Schmieröls auf der Kolbengleitbahn und unkontrollierte Verbrennungen durch zu hohe Bauteiltemperaturen vermieden. Grundsätzlich kann eine Direktkühlung oder eine Kühlung mit Zwischenmedium vorgesehen sein. Bei letzteren sind mehrere Kühlkreisläufe vorgesehen. So sind Kühlsysteme bekannt, die über einen
Niedertemperaturkreis und einen Hochtemperaturkreis verfügen. Unter bestimmten Umgebungsbedingungen wird ebenfalls angestrebt, dass die Kühlung begrenzt wird, um ein Auskühlen der Brennkraftmaschine zu verhindern. Zu beachten ist, dass
Kühlsysteme auch dazu eingesetzt werden, die Brennkraftmaschine auf Betriebstemperatur zu bringen und hierzu zu wärmen. Es ist bekannt, für aufgeladene Brennkraftmaschinen einen Hochtemperaturkreis vorzusehen, in dem die Brennkraftmaschine, ein Hochtemperaturrückkühler und eine erste Pumpe liegen. Zur Kühlung der Ladeluft dient ein zweiter sogenannter Niedertemperaturkreis, in dem ein
Ladeluftkühler, ein Niedertemperaturrückkühler und eine zweite Pumpe liegen. Dies hat den Vorteil, dass im Vergleich zum Hochtemperaturkreis im Niedertemperaturkreis niedrige Temperaturen erreicht werden können, die eine gewünschte starke Abkühlung der Ladeluft mit entsprechender Leistungssteigerung bei Volllast zulassen.
Die Druckschrift DE 103 17 003 AI beschreibt ein Kühlsystem mit einem Hochtemperaturkreis und einem Niedertemperaturkreis, die über eine Thermostatanordnung miteinander verbunden sind. Beim Warmlaufen der Brennkraftmaschine kann Kühlmittel aus dem Hochtemperaturkreis in den Niedertemperaturkreis übertreten.
Es ist weiterhin bekannt, bei einem Kühlsystem mit Hochtemperaturkreis und
Niedertemperaturkreis ein Vorwärmgerät zum Vorheizen und Warmhalten zu verwenden. Bei solchen Kühlsystemen kann der Hochtemperaturkreis im Bereich der Brennkraftmaschine an einen Heizkreis angeschlossen werden, der mit dem Vorwärmgerät gekoppelt ist.
Es ist nunmehr erforderlich, die Brennkraftmaschine nicht nur vorzuwärmen und warm zu halten, sondern auch eine Vorwärmung der Anlagenteile des Niedertemperaturkreises bei
Stillstand und eine Ladeluftvorwärmung bei Leerlauf und Teillast der Brennkraftmaschine bei günstigem Kraftstoffverbrauch zu gewährleisten.
Die Druckschrift DE 10 2005 029 918 AI beschreibt ein Kühlsystem für eine aufgeladene Brennkraftmaschine. Dieses umfasst einen Hochtemperaturkreis, in dem die
Brennkraftmaschine, ein Hochtemperaturrückkühler und eine erste Pumpe vorgesehen sind. Weiterhin umfasst das Kühlsystem einen Niedertemperaturkreis, in dem ein Ladeluftkühler, ein Niedertemperamrrückkühler und eine zweite Pumpe liegen. Weiterhin ist ein mit einem
Vorwärmgerät gekoppelter Heizkreis zum Erwärmen des von zumindest einer zusätzlichen dritten elektrisch angetriebenen Pumpe geförderten Kühlmittels vorgesehen, wobei der Heizkreis an dem Hochtemperaturkreis angeschlossen ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Heizkreis an den Niedertemperaturkreis angeschlossen ist. Da über den Heizkreis der Hochtemperaturkreis und der Niedertemperaturkreis miteinander verbunden sind, kann Kühlmittel aus dem
Hochtemperaturkreis in den Niedertemperaturkreis und umgekehrt übertreten.
Zu beachten ist, dass der Niedertemperaturkreis, insbesondere beim Vorwärmen, nur bis zu einer bestimmten, vorzugebenden Temperatur gewärmt werden sollte. So ist regelmäßig ein Ventil in dem Niedertemperaturkreis vorgesehen, dass ein weiteres Erwärmen des Niedertemperaturkreises über der vorzugebenden Temperatur verhindert. Es soll nunmehr vermieden werden, dass dieses Ventil betätigt werden muss.
Beim Vorwärmen des Motors ist dieser in der Regel stromlos. Der Heizkreis mit Vorwärmgerät und Vorwärmpumpe wird anlagenseitig, bspw. über die Loksteuerung, angesteuert. Ein elektrisches Ventil im Heizkreis müsste folglich auch anlagenseitig angesteuert werden. Es soll vermieden werden, dass komplexe Funktionen, die vom Motorhersteller definiert werden müssen, auf der Anlagenseite umgesetzt werden müssen. Daneben steht das Ausfallrisiko, eine ggf. erforderliche Fail-Safe Strategie, die anfallenden Kosten und die aufwendige Lokzulassung für solch ein System.
Vor diesem Hintergrund werden ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Es wird ein Kühlsystem zum Kühlen einer Brennkraftmaschine mit einem Hochtemperaturkreis, einem Niedertemperaturkreis und einem Heizkreis vorgestellt, in dem mindestens ein
Vorwärmgerät angeordnet ist, wobei der Heizkreis sowohl mit dem Hochtemperaturkreis als auch dem Niedertemperaturkreis verbunden ist, wobei der Heizkreis über ein Thermoelement mit dem Niedertemperaturkreis verbunden ist, das derart eingerichtet ist, dass es ab einer vorgegebenen Temperatur die Verbindung zwischen Heizkreis und Niedertemperaturkreis schließt.
Bei dem Heizkreislauf kann ein im Markt übliches Standardgerät, aber auch jedes andere Gerät, das die erforderliche Heizleistung und die erforderliche Pumpenleistung erbringt, eingesetzt werden.
In den Kreisen, somit dem Hochtemperaturkreis, dem Niedertemperaturkreis und dem Heizkreis ist jeweils ein Kühlmedium bzw. ein Kühlmittel, bspw. eine Kühlflüssigkeit, geführt.
In allen Kreisen befindet sich das identische Kühlmittel. Die Kreise sind bei Vorwärmung und Zuheizung gekoppelt. Der Wärmeaustausch erfolgt somit beim Vermischen von
Hochtemperaturkreis und Niedertemperaturkreis im Heizkreis. Als Thermoelement dient bspw. ein Thermoelement, das ein Ventil betätigt. Sind diese in einem Bauteil integriert, spricht man auch von einem Thermostatventil.
In einer Ausfuhrung ist vorgesehen, dass das Thermoelement derart ausgebildet ist, dass dieses ab einer Temperatur von etwa 30 °C schließt. Wichtig ist, dass das Thermoelement im Heizkreis schließt, bevor das Ventil, bspw. ein Thermostatventil, im Niedertemperaturkreis öffnet. Sobald das Thermostatventil im Niedertemperaturkreis öffnet, geht Wärme über die Kühlanlage verloren. Dies sollte verhindert werden. Ein sinnvoller Temperaturbereich für das
Thermoelement im Heizkreis für ein Schließen liegt bei ca. 20 °C bis 30 °C. Das Thermoelement kann so ausgebildet sein, dass es bei einer Temperatur von 30 °C oder gar bei genau 30 °C schließt. Das im Niedertemperaturkreis vorgesehene Ventil ist regelmäßig so ausgebildet, dass es bei 38 °C öffnet. Ein Öffnen des Ventils bedeutet, dass der Weg Richtung Kühlanlage freigegeben wird. Bei dem ausgeführten Ausführungsbeispiel liegt der Öffhungsbeginn bei 38 °C. Es ist aber auch möglich, den Öffhungsbeginn auf ca. 30 °C festzulegen. Es ist
sicherzustellen, dass das Thermoelement schließt, bevor das Ventil im Niederdruckkreis betätigt wird.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass ein Abgas- Wärmetauscher in dem
Hochtemperaturkreis vorgesehen ist. In dem Hochtemperaturkreis sind in Ausführungen auch ein Radiator, ein Ölwärmetauscher und/oder eine Wasserpumpe vorgesehen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Pumpe in dem Heizkreis vorgesehen ist. Sind mehr als ein Vorwärmgerät in dem Heizkreis angeordnet, bietet es sich an, auch mehrere Pumpen, insbesondere eine gleiche Anzahl an Pumpen, vorzusehen.
In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Anzahl von Rückschlagventilen in dem Heizkreis angeordnet ist. Diese sperren den Heizkreis ab, wenn die im Heizkreis vorgesehene Pumpe abgeschaltet wird. Auch bei laufender Pumpe im Heizkreis kann es vorkommen, dass der Heizkreis vom Hochtemperaturkreis und Niedertemperaturkreis abgesperrt wird. Dies ist der Fall, wenn die Temperatur im Niedertemperaturkreis bereits so hoch ist, dass das
Thermoelement im Heizkreis geschlossen ist und gleichzeitig im Hochtemperaturkreis über die laufende Pumpe im Hochtemperaturkreis ein derart hohes Druckniveau erzeugt wird, dass ein Rückschlagventil sperrt. Dann fordert die Pumpe im Heizkreis das Kühlmittel über ein Ventil im Kurzschluss. Dieser Kurzschluss ist erforderlich, um die Pumpe im Heizkreis bei ausgeschaltetem Vorwärmgerät nachlaufen zu lassen, um eine Überhitzung des Geräts zu vermeiden.
Es wird weiterhin ein Verfahren zum Temperieren einer Brennkraftmaschine, die mit einem Kühlsystem mit einem Hochtemperaturkreis, einem Niedertemperaturkreis und einem Heizkreis versehen ist, vorgestellt. Dieses Verfahren kann insbesondere mit einem Kühlsystem der vorstehend beschriebenen Art durchgeführt werden. Dabei wird über den Heizkreis Kühlmittel sowohl im Hochtemperaturkreis als auch im Niedertemperaturkreis erwärmt, wobei ein
Thermoelement eingesetzt wird, dass ab einer vorgegebenen Temperatur eine Verbindung zwischen dem Heizkreis und dem Niedertemperaturkreis schließt, so dass das Kühlmittel des Niedertemperaturkreises ab der vorgegebenen Temperatur nicht mehr von dem Heizkreis gewärmt wird.
Das Verfahren kann zum Vorwärmen und/oder zum Zuheizen der Brennkraftmaschine verwendet werden.
Als Vorwärmen wird ein Wärmen der Brennkraftmaschine bezeichnet, wenn diese steht, d. h. wenn diese nicht arbeitet bzw. nicht in Betrieb ist. Als Zuheizen wird ein Wärmen der
Brennkraftmaschine bezeichnet, wenn diese bei Teillast oder Schwachlast in Betrieb ist und sich die Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb der Betriebstemperatur befindet. Beim
Vorwärmen werden beide Kreise, somit der Hochtemperaturkreis und der Niedertemperaturkreis, gewärmt, wobei der Bedarf zum Wärmen im Hochtemperaturkreis höher ist. Beim Zuheizen wird vornehmlich der Niedertemperaturkreis gewärmt. Das beschriebene Kühlsystem zeichnet sich dadurch aus, dass keine elektrische bzw.
elektronische Regelung erforderlich ist. Es ist lediglich ein Thermoelement, bspw. ein
Thermostatventil, erforderlich.
Das vorgestellte Kühlsystem ermöglicht eine Vorwärmung des Kühlsystems mit
Hochtemperatur- und Niedertemperaturkreis sowie eine Zuheizung des
Niedertemperaturkühlkreises mit nur einem Vorwärmgerät. Dies wird ohne elektrische Ventile oder Handschalter erreicht. Durch Verwendung eines Thermoelements, bspw. eines
Kühlmittelthermostats, im Heizkreis bzw. Vorwärmstrang ist eine Vorwärmung bzw. Zuheizung universell einsetzbar, d. h. verschiedene Zylinderzahlen und Anwendungen sind möglich. Weiterhin ist ein geringerer Abstimmungsaufwand bei der Erstinbetriebnahme des Fahrzeugs unabhängig vom Fahrzeugtyp und den fahrzeugspezifischen Charakteristika möglich.
Vorteile liegen in der geringeren Anforderung an die Pumpenleistung des Vorwärmgeräts, der universellen Einsetzbarkeit, dem geringeren Abstimmungsaufwand bei der Inbetriebnahme und der kostengünstigen Beschaffung und Wartung, da nur ein Vorwärmgerät erforderlich ist und keine elektrisch betätigten Ventile eingesetzt werden müssen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Figur 1 zeigt eine Ausführung eines Kühlsystems.
Figur 1 zeigt ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Das Kühlsystem 10 umfasst einen Hochtemperaturkreis 12, einen
Niedertemperaturkreis 14 und einen Heizkreis 16. Die Strömungsrichtungen in den Kreisen 12, 14 und 16 ist jeweils mit Pfeilen verdeutlicht. In allen Kreisen 12, 14 und 16 befindet sich jeweils ein Mittel, insbesondere ein Kühlmittel.
In dem Hochtemperaturkreis 12 sind die Brennkraftmaschine 20, ein optionaler
Abgaswärmetauscher 22, ein Ventil 24, ein Hochtemperaturkreis-Radiator 26, eine
Hochtemperatur- Wasserpumpe 28 und ein Ölwärmetauscher 30 vorgesehen.
In dem Niedertemperaturkreis 14 sind eine Niedertemperatur- Wasserpumpe 40, ein
Niedertemperatur-Radiator 42 und ein Ventil 44, das bei 38 °C öffnet, vorgesehen. Der
Öffnungsbeginn kann bei ca. 30 °C bis 40 °C liegen. Im ausgeführten Beispiel liegt der Öffhungsbeginn bei 38 °C. Weiterhin sind ein Ladeluftkühler 46 und ein zweistufiger Zwischenkühler 48 mit einer ersten Stufe 50 und einer zweiten Stufe 52 vorgesehen. Die dargestellte Ausführung hat eine zweistufige Aufladung mit zwei Niederdruckverdichtern und einem Hochdruckverdichter. Nach jedem Verdichter ist ein Ladeluftkühler angeordnet. Ein Ladeluftkühler nach einer Niederdruckstufe wird als Zwischenkühler bezeichnet, der zweimal vorhanden ist. Jeder Zwischenkühler wird mit der Hälfte der Gesamtluftmenge beaufschlagt. Eine Ladeluftkühlung nach einer Hochdruckstufe wird als Ladeluftkühler bezeichnet. Die Art der Aufladung und die Anzahl der Ladeluftkühler sind hier nur beispielhaft genannt. Das vorgestellte Verfahren ist auch bei einem einstufig aufgeladenen Motor mit nur einem
Ladeluftkühler anwendbar. Die Anzahl der Zwischenkühler in der dargestellten Ausführung ist rein konstruktiv bedingt und hat keine Auswirkung auf die Funktion des Kühlsystems 10.
In dem Heizkreis 16 sind ein Vorwärmgerät 70, eine Pumpe 72, ein erstes Rückschlagventil 74, ein zweites Rückschlagventil 76, ein drittes Rückschlagventil 78, ein viertes Rückschlagventil 80 und als Thermoelement ein Thermostatventil 82 vorgesehen. Dieses Thermostatventil 82 ist bis etwa 30 °C offen.
Der Heizkreis 16 dient dazu, die Anlagenteile von Hochtemperaturkreis 12 und
Niedertemperaturkreis 14 und das Kühlmittel vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 20 im Rahmen eines Vorwärmens vorzuwärmen und bei niedrigen Lastzuständen, bspw. im Leerlauf oder bei Teillast, oder bei bestimmten äußeren Bedingungen im Rahmen eines Zuheizens warm zu halten, dabei aber den Kraftstoffbedarf im Vergleich zu Kühlsystemen ohne Heizkreis niedrig zu halten. Während des Vorwärmens, bei dem die Brennkraftmaschine 20 steht, werden das Vorwärmgerät 70 und die Pumpe 72 eingeschaltet, so dass eine Zirkulation von Kühlmittel unter gleichzeitiger Erwärmung in Gang gesetzt wird. Erwärmtes Kühlmittel gelangt in den Hochtemperaturkreis 12 und den Niedertemperaturkreis 14, wobei der Hauptbedarf für die Vorwärmung bei dem
Hochtemperaturkreis 12 liegt. Sobald die Kühlmitteltemperatur im Niedertemperaturkreis 14 30 °C übersteigt, schließt das Thermostatventil 82, so dass nur noch der Hochtemperaturkreis 12 erwärmt wird. Somit schließt das Thermostatventil 82, bevor das motorseitige Ventil 44 im Niedertemperaturkreis 14 öffnet. Beim Zuheizen ist die Brennkraftmaschine 20 in Betrieb. Insbesondere bei niedrigen Umgebungsbedingungen sind die Pumpe 72 und das Vorwärmgerät 70 eingeschaltet, so dass zusätzliche Heizenergie zu der von der Brennkraftmaschine 20 erzeugten Wärmeenergie in das Kühlmittel gelangt. Dies hat den Vorteil, dass eine Kraftstoffersparnis erreicht werden kann. In der Zuheizphase hat das Thermostatventil 82 üblicherweise keine Funktion, da nur bis 20 °C bis 30 °C zugeheizt werden muss. Das Thermostatventil 82 kann jedoch folgende Funktion haben: Bei höheren Drehzahlen ist der Kühlmitteldruck im Hochtemperaturkreis 12 so hoch, dass der Hochtemperaturkreis 12 über das Rückschlagventil 74 vom Heizkreis 16 abgetrennt ist. In diesem Fall ist nur der Niedertemperaturkreis 14 mit dem Heizkreis 16 verbunden. Schließt nun das Thermostatventil 82, dann fördert die Pumpe 72 bzw. Vorwärmpumpe das Kühlmittel im
Kurzschluss über das Rückschlagventil 76. Das Vorwärmgerät 70 schaltet daraufhin nach kurzer Zeit über einen internen Temperatursensor automatisch ab. Um Nachhitzeffekte zu verhindern, kann die Pumpe 72 noch nachlaufen. Ohne diese Funktion des Thermostatventils 82 gestaltet sich die Ansteuerung des Abschaltvorgangs des Vorwärmgeräts 70 aufwendiger. Dann sind zwei Temperaturschwellen erforderlich, ein Vorwärmen bis ca. 40 °C bis 60 °C, ein Zuheizen bis ca. 20 °C bis 30 °C. Zwei Temperaturschwellen und das Erkennen des Motorbetriebszustands Vorwärmen oder Zuheizen ist in der Steuerung nicht vorgesehen und stellt sich als sehr aufwendig dar. Insbesondere die Möglichkeit, auch den Niedertemperaturkreis 14 zu wärmen, bringt neben der Entlastung der Brennkraftmaschine 20 Vorteile mit sich. So kann bspw. Weißrauch bei kalten Umgebungsbedingungen vermieden werden.
Die Zuschaltung des Vorwärmgeräts 70 kann bspw. lastabhängig, temperaturabhängig oder drehzahlabhängig erfolgen. Als Thermostatventil 82 kann bspw. ein Wachspatronenthermostat verwendet werden.
Die Rückschlagventile 74, 76, 78 und 80 sperren den Heizkreis 16 ab, wenn die Pumpe 72 abgeschaltet wird, da dann der von der Hochtemperatur- Wasserpumpe 28 und der
Niedertemperatur- Wasserpumpe 40 erzeugte Druck in Schließrichtung anliegt. Dies hat zur
Folge, dass keine weiteren Steuermittel mehr notwendig sind, um den Heizkreis 16 abzuschalten. Dies stellt somit eine kostengünstige und einfache Umsetzung dar. Insbesondere sperrt das Rückschlagventil 74, wenn im Hochtemperaturkreis 12 ein hohes Druckniveau erzeugt wird. Dann fördert die Pumpe 72 im Heizkreis 16 das Kühlmittel über das Ventil 76 im Kurzschluss. In einem für Kraftfahrzeuge üblichen Kühlsystem sind zwei getrennte Kühlkreisläufe, nämlich ein Hochtemperaturkreis und ein Niedertemperaturkreis, in dem die Ladeluftkühler eingebunden sind, vorgesehen. Jeder Kreislauf hat dabei eine eigene Kühlmittelpumpe, eine eigene
Kühlanlage und ein eigenes Thermostatventil, das den Kreislauf vor dem Auskühlen bei
Schwachlast bzw. bei kalten Umgebungsbedingungen schützen soll. Dies bezeichnet man als Absperren des Kühlsystems.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Kühlsystem zum Kühlen einer Brennkraftmaschine (20) mit einem Hochtemperaturkreis (12), einem Niedertemperaturkreis (14) und einem Heizkreis (16), in dem mindestens ein
Vorwärmgerät (70) angeordnet ist, wobei der Heizkreis (16) sowohl mit dem
Hochtemperaturkreis (12) als auch dem Niedertemperaturkreis (14) verbunden ist, wobei der Heizkreis (16) über ein Thermoelement mit dem Niedertemperaturkreis (14) verbunden ist, das derart eingerichtet ist, dass es ab einer vorgegebenen Temperatur die Verbindung zwischen Heizkreis (16) und Niedertemperaturkreis (14) schließt.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, bei dem als Thermoelement ein Thermostatventil (82) dient.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Thermoelement derart ausgebildet ist, dass dieses ab einer Temperatur von etwa 30 °C schließt.
4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Abgaswärmetauscher (22) in dem Hochtemperaturkreis (12) vorgesehen ist.
5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens eine Pumpe (72) in dem Heizkreis (16) vorgesehen ist.
6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Anzahl von
Rückschlagventilen (74, 76, 78, 80) in dem Heizkreis (16) vorgesehen ist.
7. Verfahren zum Temperieren einer Brennkraftmaschine (20), die mit einem Kühlsystem (10) mit einem Hochtemperaturkreis (12), einem Niedertemperaturkreis (14) und einem Heizkreis (16) versehen ist, insbesondere mit einem Kühlsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei über den Heizkreis (16) Kühlmittel sowohl im Hochtemperaturkreis (12) als auch im Niedertemperaturkreis (14) erwärmt wird, wobei ein Thermoelement eingesetzt wird, dass ab einer vorgegebenen Temperatur eine Verbindung zwischen dem Heizkreis (16) und dem
Niedertemperaturkreis (14) schließt, so dass das Kühlmittel des Niedertemperaturkreises (14) ab der vorgegebenen Temperatur nicht mehr von dem Heizkreis (16) gewärmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, das zum Vorwärmen der Brennkraftmaschine (20) verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, das zum Zuheizen der Brennkraftmaschine (20) verwendet wird.
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