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