DE10007241A1 - Verfahren zur Regelung eines Kühlwasserkreislaufes einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung eines Kühlwasserkreislaufes einer Brennkraftmaschine wird das Kühlwasser durch ein Kurbelgehäuse und durch wenigstens einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geführt. Im kalten Zustand der Brennkraftmaschine wird bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Kühlwassers nur ein geringer Anteil der gesamten Kühlwassermenge durch den Zylinderkopf geleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung ei­ nes Kühlwasserkreislaufes einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definier­ ten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 197 41 861 A1 bekannt. In einer den Heizwärmetauscher umge­ henden Bypassleitung ist dabei ein motordrehzahlabhän­ gig geregeltes Differenzdruckventil angeordnet, wel­ ches bei höheren Drehzahlen die Bypassleitung frei­ gibt. Dadurch wird bei niedriger Motortemperatur das gesamte Kühlwasser durch die Heizleitung geführt und die anfallende Motorwärme vollständig über den Heizwärmetauscher abgegeben.

Die DE 41 12 497 A1 beschreibt eine Flüssigkeitsküh­ lung für Brennkraftmaschinen mit einem ersten im Kurz­ schluß durch die Brennkraftmaschine geführten Primärkreislauf und einem von dem Primärkreislauf abgezweig­ ten Sekundärkreislauf. Der Primärkreislauf weist dabei ein hohes Temperaturniveau auf, wohingegen der Sekun­ därkreislauf einen geringen Kühlmitteldurchsatz und ein großes Temperaturgefälle besitzt. Durch einen Bypass in einem Thermostatventil kann unabhängig von der Stellung des Thermostatventils ständig die über­ wiegende Kühlmenge in den Primärkreislauf gesteuert werden.

Bei diesen beiden Verfahren ist jedoch nachteilig, daß trotz verhältnismäßig großer Anstrengungen insbesonde­ re im kalten Zustand der Brennkraftmaschine keine aus­ reichende Abwärme von derselben für den Heizwärmetau­ scher zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes entnommen werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung eines Kühlwasserkreislaufes ei­ ner Brennkraftmaschine zu schaffen, mittels welchem eine schnellere Aufheizung der Brennkraftmaschine bzw. des Kühlwassers, welches einen an der Brennkraftma­ schine angeschlossenen, zur Beheizung des Fahrzeugin­ nenraums dienenden Heizwärmetauscher durchströmt, er­ reicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Dadurch, daß nur ein geringer Anteil der gesamten Kühlwassermenge durch den Zylinderkopf geleitet wird, ist vorteilhafterweise eine relativ langsame Strö­ mungsgeschwindigkeit des Kühlwassers vorhanden und dieser Anteil wird sehr viel schneller erhitzt als dies der Fall ist, wenn die gesamte Kühlwassermenge durch den Zylinderkopf strömt. Dadurch erreicht der Zylinderkopf schneller eine höhere Temperatur und es ist eine größere Menge an Wärmeenergie für die Fahr­ zeugheizung vorhanden, welche zu einer schnelleren Aufheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden kann.

Ein weiterer Vorteil der schnelleren Erhitzung des Zy­ linderkopfes ist auch ein früheres Starten des Kataly­ sators, da dieser in kürzerer Zeit mit ausreichend heißem Abgas durchströmt wird. Außerdem ergibt sich hierdurch ein geringerer Kraftstoffverbrauch in der Aufwärmphase.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 5 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur zeigt eine nur schematisch darge­ stellte Brennkraftmaschine mit einem Kühlwasserkreis­ lauf gemäß der vorliegenden Erfindung.

Eine Brennkraftmaschine 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug besteht aus einem Kurbelgehäuse 2 und einem an dem Kurbelgehäuse 2 angebrachten Zylinderkopf 3. Des weiteren weist die Brennkraftmaschine 1 einen Kühlwasserkreislauf 4 auf, welcher folgendermaßen auf­ gebaut ist:

Von dem Zylinderkopf 3 führt eine Leitung 5 zu einem an sich bekannten Heizwärmetauscher 6, an den aus­ gangsseitig eine weitere Leitung 7 angeschlossen ist. Die Leitung 7 verzweigt sich an einem Verzweigungs­ punkt 8 in eine Leitung 9, die in später ausführlich beschriebener Art und Weise mit dem Kurbelgehäuse 2 verbunden ist, und eine Leitung 10, die an einen Küh­ ler 11 bekannter Bauart angeschlossen ist. Der Kühler 11 ist über eine Leitung 12, ein Ventil 13 und eine weitere Leitung 14 mit dem Zylinderkopf 3 verbunden.

Die mit dem Kurbelgehäuse 2 verbundene Leitung 9 ist an einem weiteren Verzweigungspunkt 15 in eine erste Teilleitung 16 und eine zweite Teilleitung 17 aufge­ teilt. Die erste Teilleitung 16 stellt die Zuleitung zu einer Wasserpumpe 18 dar, von der aus eine Leitung 19 zu dem Kurbelgehäuse 2 führt. Aus dem Kurbelgehäuse 2 tritt eine weitere Leitung 20 aus, die über ein tem­ peraturabhängig schaltbares Kurzschlußventil 21 mit der zweiten Teilleitung 17 verbunden ist. Auf diese Art und Weise kann bei entsprechender Förderung durch die Wasserpumpe 18 aus dem Kurbelgehäuse 2 ausströmen­ des Kühlwasser durch die Leitung 20, das Kurzschluß­ ventil 21, die zweite Teilleitung 17, die erste Teil­ leitung 16, die Wasserpumpe 18 und die Leitung 19 wie­ der zurück in das Kurbelgehäuse 2 strömen.

Aus dem oben beschriebenen wird deutlich, daß der Kühlwasserkreislauf 4 der Brennkraftmaschine 1 kon­ struktiv betrachtet zwei Teilkreisläufe aufweist, näm­ lich einen äußeren Kreislauf 22, bestehend aus der Leitung 5, dem Heizwärmetauscher 6, der Leitung 7, der Leitung 10, dem Kühler 11, der Leitung 12, dem Ventil 13 und der Leitung 14, und einen inneren Kreislauf bzw. Kurzschlußkreislauf 23, bestehend aus der Leitung 20, dem Kurzschlußventil 21, der Leitung 17, der Lei­ tung 16, der Wasserpumpe 18 und der Leitung 19. Es wird ebenfalls deutlich, daß das Kühlwasser in dem äu­ ßeren Kreislauf 22 den Zylinderkopf 3 und das Kühlwas­ ser in dem inneren Kreislauf 23 das Kurbelgehäuse 2 der Brennkraftmaschine 1 durchströmt. Allerdings wird der äußere Kreislauf 22 nicht in der Form eines Kreis­ laufes durchströmt; vielmehr tritt aus dem Zylinder­ kopf 3 im untenstehend beschriebenen normalen Betrieb Kühlwasser beidseitig in die Leitungen 5 und 14 aus. An dem Verzweigungspunkt 8 ist der innere Kreislauf 23 über die Leitung 9 an den äußeren Kreislauf 22 ange­ schlossen.

Durch Öffnen des Kurzschlußventils 21 wird im kalten Zustand der Brennkraftmaschine 1, d. h. also in der Aufwärmphase, erreicht, daß die Wasserpumpe 18 den überwiegenden Strom des Kühlwassers über den inneren Kreislauf 23 durch das Kurbelgehäuse 2 in der Art ei­ nes Kurzschlusses fördert, da der Durchflußwiderstand in diesem Bereich verhältnismäßig niedrig ist. Auf diese Art und Weise fließt in dem äußeren Kreislauf 22 nur eine sehr geringe Kühlwassermenge mit entsprechend niedriger Strömungsgeschwindigkeit und der Zylinder­ kopf 3 sowie der an dem Zylinderkopf 3 über die Lei­ tung 5 angeschlossene Heizwärmetauscher 6 erfahren demzufolge nur eine geringe Durchströmung. Dadurch wird erreicht, daß der Zylinderkopf 3 bzw. sich in dem Zylinderkopf 3 befindliche Brennraumdächer schnell aufgeheizt werden, da das Kühlwasser in diesen Berei­ chen nur sehr langsam vorbeiströmt und so die an den Brennraumdächern aufgrund der in der Brennkraftmaschine 1 ablaufenden Verbrennung entstehende Wärme schnel­ ler aufnehmen kann. Dies führt selbstverständlich da­ zu, daß auch das Kühlwasser sich schneller erhitzt und dem Heizwärmetauscher 6 ausschließlich Kühlwasser mit verhältnismäßig hoher Temperatur zugeführt wird, da der Heizwärmetauscher nur an den Zylinderkopf 3 ange­ schlossen ist. Auf diese Art und Weise kann eine schnellere Beheizung eines nicht dargestellten Innen­ raums des Kraftfahrzeugs erreicht werden. Durch die Geschlossenstellung des Ventils 13 wird erreicht, daß das Kühlwasser aus dem Zylinderkopf 3 nur in die Lei­ tung 5 und nicht in die Leitung 14 strömen kann und somit die gesamte erhitzte Kühlwassermenge dem Heiz­ wärmetauscher 6 zugute kommt. Allerdings würde auch bei geöffnetem Ventil 13 die überwiegende Kühlwasser­ menge in Richtung des Heizwärmetauschers 6 und nicht in Richtung des Kühlers 11 strömen, da dieser einen relativ hohen Durchflußwiderstand aufweist.

Wenn das Kurzschlußventil 21 wie im vorliegenden Fall als Drehschieberventil ausgebildet ist, kann hierdurch ein bestimmter, frei wählbarer Durchflußwiderstand in dem inneren Kreislauf 23 eingestellt werden, der eine definierte Durchströmung beider Kreisläufe 22 und 23 gewährleistet. Das Kurzschlußventil 21 kann beispiels­ weise elektromagnetisch angesteuert und durch ein nicht dargestelltes Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 individuell geregelt werden.

Bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur, die bei­ spielsweise in einem Bereich von ca. 105 bis 115°C liegt, wird das Kurzschlußventil 21 geschlossen und die Wasserpumpe 18 fördert den kompletten Kühlwasser­ strom durch das Kurbelgehäuse 2, den Zylinderkopf 3, den Heizwärmetauscher 6 und somit durch den gesamten Kühlwasserkreislauf 4. Bei diesem "normalen" Betrieb öffnet auch das mit dem Kurzschlußventil 21 tempera­ turabhängig gekoppelte Ventil 13 und den Zylinderkopf 3 verlassendes Kühlwasser kann sowohl in die Leitung 5 als auch in die Leitung 14 strömen. Diese beiden Strö­ me vereinen sich wieder in dem Verzweigungspunkt 8 bzw. in der Leitung 9.

Wenn dagegen im normalen Betrieb der Brennkraftmaschi­ ne das Kurzschlußventil 21 geöffnet bleibt, so ist weiterhin nur eine minimale Durchströmung des Zylin­ derkopfes 3 gegeben, so daß eine sehr hohe Kühlwasser­ temperatur in dem Zylinderkopf 3 entsteht. Diese hohe Kühlwassertemperatur trägt dann dazu bei, daß die Öl­ temperatur in dem Zylinderkopf 3 ebenfalls erhöht wird, was zu einer Verringerung von Reibungsverlusten führt. Auf diese Art und Weise kann gezielt auf die Kühlwasser- und die Öltemperatur der Brennkraftmaschi­ ne 1 Einfluß genommen werden.

Eine alternative, nicht dargestellte Möglichkeit, mit der erreicht werden könnte, daß der Zylinderkopf 3 nur mit einer sehr geringen Kühlwassermenge durchströmt würde, könnte darin bestehen, eine elektrisch geregel­ te, abschaltbare Wasserpumpe 18 einzusetzen. Wenn die­ se sich in ihrem abgeschalteten Zustand befände, würde das Kühlwasser in dem gesamten Kühlwasserkreislauf 4 praktisch stehen und würde sich in dem Zylinderkopf 3 entsprechend schnell erhitzen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung eines Kühlwasserkreislaufes einer Brennkraftmaschine, wobei das Kühlwasser durch ein Kurbelgehäuse und durch wenigstens einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im kalten Zustand der Brennkraftmaschine (1) bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Kühlwassers nur ein geringer Anteil der gesamten Kühlwassermenge durch den Zylinderkopf (3) gelei­ tet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der vorbestimmten Temperatur des Kühlwassers wenigstens annähernd die gesamte Kühl­ wassermenge durch den Zylinderkopf (3) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur des Kühlwassers in ei­ nem Bereich zwischen 105 bis 115°C liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem Kühlwasserkreislauf (4) angeordneter Heizwärmetauscher (6) ausschließlich mit der den Zylinderkopf (3) durchströmenden Kühlwassermenge versorgt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Brennkraft­ maschine, welche wenigstens ein Kurbelgehäuse, we­ nigstens einen Zylinderkopf und wenigstens einen Kühlwasserkreislauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserkreislauf (4) einen äußeren Kreis­ lauf (22) und einen inneren Kreislauf (23) auf weist, wobei in dem inneren Kreislauf (23) ein schaltbares Ventil (21) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer mit dem Zylinderkopf (3) verbundenen Lei­ tung (12, 14) ein schaltbares Ventil (13) angeord­ net ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (21) in dem inneren Kreislauf (23) tem­ peraturabhängig schaltbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (21) in dem inneren Kreislauf (23) als Drehschieberventil ausgebildet ist.