DE102012200746A1

DE102012200746A1 - Brennkraftmaschine mit im Kühlmittelkreislauf angeordneter Pumpe und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012200746A1
Application number: DE102012200746A
Authority: DE
Inventors: Hans Günther Quix; Jan Mehring
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-07-25
Also published as: US9051870B2; RU2012157686A; CN103216306A; CN103216306B; US20130186351A1; RU2607201C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (1a) und einem Zylinderblock (1b), bei der – der mindestens eine Zylinderkopf (1a) mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser erste Kühlmittelmantel einlaßseitig eine erste Zufuhröffnung (2a) zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine erste Abführöffnung (3a) zum Abführen des Kühlmittels aufweist, – der Zylinderblock (1b) mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser zweite Kühlmittelmantel einlaßseitig eine zweite Zufuhröffnung (2b) zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine zweite Abführöffnung (3b) zum Abführen des Kühlmittels aufweist, – zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs die Abführöffnungen (3a, 3b) via Rückführleitung (5) mit den Zuführöffnungen (2a, 2b) verbindbar sind, wobei in der Rückführleitung (5) ein Wärmetauscher (6) vorgesehen ist, und – einlaßseitig eine Pumpe (17) zur Förderung von Kühlmittel vorgesehen ist. Es soll eine Brennkraftmaschine (1) bereitgestellt werden, die hinsichtlich der Steuerung der Kühlung optimiert ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine (1), bei der – einlaßseitig eine mit Kühlmittel beaufschlagte Steuereinheit (7) vorgesehen ist, die zwei Ausgänge (8a, 8b) aufweist, von denen ein erster Ausgang (8a) mit der ersten Zuführöffnung (2a) und ein zweiter Ausgang (8b) mit der zweiten Zuführöffnung (2b) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (7) ein einzelnes Stellelement (7a) umfaßt, welches in einer ersten Arbeitsposition den ersten Ausgang (8a) freigibt und den zweiten Ausgang (8b) versperrt, so dass der Kühlmittelkreislauf durch den Zylinderkopf (1a) aktiviert und durch den Zylinderblock (1b) deaktiviert ist, und welches in einer zweiten Arbeitsposition sowohl den ersten Ausgang (8a) als auch den zweiten Ausgang (8b) freigibt, so dass der Kühlmittelkreislauf sowohl durch den Zylinderkopf (1a) als auch durch den Zylinderblock (1b) aktiviert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock, bei der

– der mindestens eine Zylinderkopf mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser erste Kühlmittelmantel einlaßseitig eine erste Zufuhröffnung zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine erste Abführöffnung zum Abführen des Kühlmittels aufweist,
– der Zylinderblock mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser zweite Kühlmittelmantel einlaßseitig eine zweite Zufuhröffnung zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine zweite Abführöffnung zum Abführen des Kühlmittels aufweist,
– zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs die Abführöffnungen via Rückführleitung mit den Zuführöffnungen verbindbar sind, wobei in der Rückführleitung ein Wärmetauscher vorgesehen ist, und
– einlaßseitig eine Pumpe zur Förderung von Kühlmittel vorgesehen ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art findet beispielsweise Verwendung als Kraftfahrzeugantrieb. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung einer Brennkraftmaschine in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Aufgrund der höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten können mit einer Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist. Daher werden Brennkraftmaschinen nach dem Stand der Technik immer häufiger mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet, denn die thermische Belastung der Motoren nimmt stetig zu.
Dies ist auch dadurch bedingt, dass Brennkraftmaschinen zunehmend häufig aufgeladen und mit dem Ziel eines möglichst dichten Packaging immer mehr Komponenten in den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock integriert werden, wodurch die thermische Belastung der Motoren, d. h. der Brennkraftmaschinen, wächst. Zunehmend häufig wird der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert, um von einer im Zylinderkopf vorgesehenen Kühlung zu partizipieren und den Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen fertigen zu müssen, die kostenintensiv sind.
Die Ausbildung einer Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit mindestens einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen. Der mindestens eine Kühlmittelmantel wird einlaßseitig via Zufuhröffnung mit Kühlmittel versorgt, das nach Durchströmen des Zylinderkopfes auslaßseitig den Kühlmittelmantel via Abführöffnung verläßt. Die Wärme muß nicht wie bei einer Luftkühlung erst an die Zylinderkopfoberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden, sondern wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlmittelkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise via Abführöffnung aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und dem Kühlmittel außerhalb des Zylinderkopfes wieder entzogen, beispielsweise mittels Wärmetauscher und/oder auf andere Weise, beispielsweise mittels einer Heizung im Fahrgastinnenraum eines Fahrzeuges.
Wie der Zylinderkopf kann auch der Zylinderblock mit einem oder mehreren Kühlmittelmänteln ausgestattet werden. Der Zylinderkopf ist aber das thermisch höher belastete Bauteil, da der Kopf im Gegensatz zum Zylinderblock mit abgasführenden Leitungen versehen ist und die im Kopf integrierten Brennraumwände länger mit heißen Abgas beaufschlagt sind als die im Zylinderblock vorgesehenen Zylinderrohre bzw. Laufbuchsen. Zudem verfügt der Zylinderkopf über eine geringere Bauteilmasse als der Block.
Als Kühlmittel wird in der Regel ein mit Additiven versetztes Wasser-Glykol-Gemisch verwendet. Wasser hat gegenüber anderen Kühlmitteln den Vorteil, dass es nicht toxisch, leicht verfügbar und kostengünstig ist und zudem über eine sehr hohe Wärmekapazität verfügt, weshalb Wasser sich für den Entzug und die Abfuhr sehr großer Wärmmengen eignet, was im Allgemeinen als vorteilhaft angesehen wird.
Zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs sind die auslaßseitigen Abführöffnungen, über die Kühlmittel aus den Kühlmittelmänteln abgeführt wird, via Rückführleitung mit den einlaßseitigen Zuführöffnungen, welche der Versorgung mit Kühlmittel dienen, verbunden. Die Rückführleitung muß dabei keine Leitung im eigentlichen Sinn darstellen, sondern kann abschnittsweise auch in den Zylinderkopf, Zylinderblock oder ein anderes Bauteil integriert sein. In der Rückführleitung ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der dem Kühlmittel Wärme wieder entzieht.
Es ist nicht das Ziel und die Aufgabe einer Flüssigkeitskühlung, der Brennkraftmaschine unter sämtlichen Betriebsbedingungen eine möglichst große Wärmemenge zu entziehen. Vielmehr wird eine bedarfsgerechte Steuerung der Flüssigkeitskühlung angestrebt, die neben der Vollast auch den Betriebsmodi der Brennkraftmaschine Rechnung trägt, in denen es vorteilhafter ist, der Brennkraftmaschine weniger bzw. möglichst wenig Wärme zu entziehen.
Um die Reibleistung und damit den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu reduzieren, kann eine zügige Erwärmung des Motoröls, insbesondere nach einem Kaltstart, zielführend sein. Eine schnelle Erwärmung des Motoröls während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine sorgt für eine entsprechend schnelle Abnahme der Viskosität des Öls und damit für eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern, beispielsweise den Lagern der Kurbelwelle.
Aus dem Stand der Technik sind Konzepte bekannt, mit denen die Reibleistung durch schnelle Erwärmung des Motoröls gemindert wird. Das Öl kann beispielsweise mittels externer Heizvorrichtung aktiv erwärmt werden. Eine Heizvorrichtung ist aber im Hinblick auf den Kraftstoffeinsatz ein zusätzlicher Verbraucher, was einer Minderung des Kraftstoffverbrauchs zuwider läuft. Andere Konzepte sehen vor, das im Betrieb erwärmte Motoröl in einem isolierten Behältnis zu speichern und bei einem Neustart zu nutzen, wobei das im Betrieb erwärmte Öl zeitlich nicht unbegrenzt auf hoher Temperatur gehalten werden kann. Gemäß einem weiteren Konzept wird ein kühlmittelbetriebener Ölkühler in der Warmlaufphase zweckentfremdet und zum Erwärmen des Öls genutzt, was aber wiederum eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels voraussetzt.
Grundsätzlich kann einer schnellen Erwärmung des Motoröls zur Reduzierung der Reibleistung auch Vorschub geleistet werden durch eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine selbst, die wiederum dadurch unterstützt, d. h. forciert, wird, dass der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase möglichst wenig Wärme entzogen wird.
Insofern ist die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart ein Beispiel für einen Betriebsmodus, in dem es vorteilhaft ist, der Brennkraftmaschine möglichst wenig, vorzugsweise keine Wärme zu entziehen.
Eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung, bei der zum Zweck der schnellen Aufheizung der Brennkraftmaschine der Wärmeentzug nach einem Kaltstart vermindert wird, kann durch den Einsatz eines selbsttätig temperaturabhängig steuernden Ventils realisiert werden, welches im Stand der Technik häufig abgekürzt als Thermostatventil bezeichnet wird. Ein derartiges Thermostatventil weist ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element auf, wobei eine durch das Ventil führende Leitung in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur am Element versperrt oder – mehr oder weniger – freigegeben wird.
Bei einer Brennkraftmaschine, die sowohl einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf als auch einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderblock aufweist, so wie die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist es vorteilhaft, den Kühlmitteldurchsatz durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock unabhängig voneinander zu steuern, insbesondere da die beiden Bauteile thermisch unterschiedlich stark belastet sind und ein unterschiedliches Warmlaufverhalten aufweisen. Diesbezüglich wäre es zielführend, den Kühlmittelstrom durch den Zylinderkopf und den Kühlmittelstrom durch den Zylinderblock jeweils mit einem eigenen Thermostatventil zu steuern.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 61 546 A1 beschreibt eine Kühlanlage für einen mit flüssigem Kühlmittel gekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Zum Vorgeben der Mengen von durch Kühlmittelkanäle eines Zylinderkopfes einerseits und durch Kühlmittelkanäle eines Zylinderblocks andererseits strömendem Kühlmittel sind dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock jeweils eigene Thermostatventile nachgeordnet. Das Thermostatventil des Zylinderkopfes weist dabei eine niedrigere Öffnungstemperatur auf als das Thermostatventil des Zylinderblocks.
Nachteilig an der Steuerung gemäß der DE 100 61 546 A1 ist, dass zwei Absperrelemente, d. h. zwei Thermostatventile, erforderlich sind. Dies erhöht die Kosten der Steuerung, den Raumbedarf und das Gewicht.
Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Steuerung ist, dass die Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreislauf, d. h. der Fluß von Kühlmittel, nicht gezielt unterbunden werden kann, auch nicht nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. So wird nach einem Kaltstart sowohl durch den Zylinderkopf als auch durch den Zylinderblock Kühlmittel geleitet, wenn auch der Kühlmittelstrom durch den Zylinderblock auf einen geringen Leckagestrom reduziert wird. Eine Verminderung der Wärmeabfuhr infolge Konvektion wird primär durch die Umgehung eines im Kreislauf angeordneten Kühlmittelkühlers realisiert, wobei das durch den Zylinderkopf geführte Kühlmittel in keinem Schaltungszustand der Thermostatventile durch den Kühler geführt wird und das Kühlmittel des Zylinderblocks nur bei Erreichen der Öffnungstemperatur des zugehörigen Thermostatventils.
Würde hingegen das Kühlmittel zumindest zu Beginn der Warmlaufphase nicht fließen, sondern in den Leitungen und dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblocks stehen, würde die Erwärmung des Kühlmittels und die Aufheizung der Brennkraftmaschine weiter beschleunigt werden. Eine derartige Steuerung würde die Erwärmung des Motoröls zusätzlich vorantreiben und die Reibleistung weiter reduzieren.
Darüber hinaus ist grundsätzlich eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung anzustreben, mit der nicht nur die zirkulierende Kühlmittelmenge bzw. der Kühlmitteldurchsatz nach einem Kaltstart vermindert werden kann, sondern vielmehr auch auf den Wärmehaushalt der auf Betriebstemperatur aufgeheizten Brennkraftmaschine Einfluß genommen werden kann.
Ein selbsttätig steuerndes Thermostatventil mit einer unveränderlichen bauteilspezifischen Öffnungstemperatur muß sämtlichen Lastzuständen genügen und daher eine auf hohe Lasten ausgelegte Öffnungstemperatur aufweisen, die vergleichsweise niedrig ist und zu niedrigeren Kühlmitteltemperaturen auch im Teillastbetrieb führt.
Vorteilhaft wären aber unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen für unterschiedliche Lastzustände, weil der Wärmeübergang im Zylinderkopf nicht ausschließlich von der durchgesetzten Kühlmittelmenge, sondern maßgeblich auch von der Temperaturdifferenz zwischen Bauteil und Kühlmittel bestimmt wird. So ist eine höhere Kühlmitteltemperatur im Teillastbetrieb gleichbedeutend mit einer geringen Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und dem Zylinderkopf bzw. Zylinderblock. Die Folge ist ein geringerer Wärmeübergang bei niedrigen und mittleren Lasten. Dies erhöht den Wirkungsgrad im Teillastbetrieb.
Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Steuerung der Kühlung optimiert ist und grundsätzlich eine Einflußnahme auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase und gegebenenfalls auf den Wärmehaushalt der aufgeheizten Brennkraftmaschine gestattet.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock, bei der

– der mindestens eine Zylinderkopf mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser erste Kühlmittelmantel einlaßseitig eine erste Zufuhröffnung zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine erste Abführöffnung zum Abführen des Kühlmittels aufweist,
– der Zylinderblock mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser zweite Kühlmittelmantel einlaßseitig eine zweite Zufuhröffnung zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine zweite Abführöffnung zum Abführen des Kühlmittels aufweist,
– zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs die Abführöffnungen via Rückführleitung mit den Zuführöffnungen verbindbar sind, wobei in der Rückführleitung ein Wärmetauscher vorgesehen ist, und
– einlaßseitig eine Pumpe zur Förderung von Kühlmittel vorgesehen ist,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
– einlaßseitig eine mit Kühlmittel beaufschlagte Steuereinheit vorgesehen ist, die zwei Ausgänge aufweist, von denen ein erster Ausgang mit der ersten Zuführöffnung und ein zweiter Ausgang mit der zweiten Zuführöffnung verbunden ist, wobei die Steuereinheit ein einzelnes Stellelement umfaßt, welches in einer ersten Arbeitsposition den ersten Ausgang freigibt und den zweiten Ausgang versperrt, so dass der Kühlmittelkreislauf durch den Zylinderkopf aktiviert und durch den Zylinderblock deaktiviert ist, und welches in einer zweiten Arbeitsposition sowohl den ersten Ausgang als auch den zweiten Ausgang freigibt, so dass der Kühlmittelkreislauf sowohl durch den Zylinderkopf als auch durch den Zylinderblock aktiviert ist.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über eine Steuerung der Flüssigkeitskühlung, bei der einlaßseitig mittels eines einzelnen Stellelements sowohl der Kühlmittelfluß durch den Zylinderkopf als auch der Kühlmittelfluß durch den Zylinderblock gesteuert wird. Ein Aktivieren und Deaktivieren ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dahingehend auszulegen, dass bei Aktivieren des Kühlmittelkreislaufs der Kühlmittelkreislauf freigegeben wird in dem Sinne, das Kühlmittel im Kreislauf zirkulieren kann.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten, bei denen auslaßseitig zwei Absperrelemente in Gestalt von Thermostatventilen vorgesehen werden, reicht erfindungsgemäß ein einzelnes Stellelement zur bedarfsgerechten Steuerung der Flüssigkeitskühlung bzw. bedarfsgerechten Kühlung der Brennkraftmaschine.
Dadurch, dass anstelle von zwei Thermostatventilen ein einzelnes Stellelement eingesetzt wird, verringern sich die Kosten, das Gewicht und der Raumbedarf der Steuerung. Die Anzahl der Bauteile reduziert sich, wodurch sich grundsätzlich die Bereitstellungskosten und die Montagekosten vermindern.
Während nach dem Stand der Technik selbsttätig steuernde Thermostatventile eingesetzt werden, die durch eine feste, d. h. unveränderliche Öffnungstemperatur gekennzeichnet sind, wird erfindungsgemäß ein – beispielsweise mittels Motorsteuerung – aktiv gesteuertes Absperrelement eingesetzt, so dass grundsätzlich eine kennfeldgesteuerte Betätigung des Stellelements realisiert werden kann und damit auch eine an den momentanen Lastzustand der Brennkraftmaschine angepaßte Kühlmitteltemperatur, beispielsweise bei niedrigeren Lasten eine höhere Kühlmitteltemperatur als bei hohen Lasten. Durch ein mittels Motorsteuerung gesteuertes Stellelement können die Kühlmittelströme durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock und damit die entzogenen Wärmemengen bedarfsgerecht eingestellt, d. h. gesteuert werden.
Erfindungsgemäß gibt das Stellelement in einer ersten Arbeitsposition den ersten Ausgang frei und versperrt den zweiten Ausgang, so dass Kühlmittel durch den Zylinderkopf, aber nicht durch den Zylinderblock strömt. Die erste Arbeitsposition eignet sich für die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, in der eine möglichst schnelle Erwärmung angestrebt wird. Der Zylinderkopf wird in der ersten Arbeitsposition von Kühlmittel durchströmt und damit kontinuierlich gekühlt, wodurch dem Umstand Rechnung getragen wird, dass der Zylinderkopf thermisch besonders beansprucht ist bzw. sich vergleichsweise schnell aufheizt. Vorzugsweise kann der erste Ausgang durch Verstellen des Stellelementes innerhalb der ersten Arbeitsposition mehr oder weniger weit geöffnet werden, wodurch die Durchflußmenge und damit die dem Zylinderkopf entzogenen Wärmemenge einstellbar werden bzw. sind.
Durch Überführen des Stellelements in die zweite Arbeitsposition wird zusätzlich der zweite Ausgang der Steuereinheit geöffnet, so dass das Stellelement in der zweiten Arbeitsposition sowohl den ersten Ausgang als auch den zweiten Ausgang der Steuereinheit freigibt und Kühlmittel durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock strömt. Vorzugsweise kann der zweite Ausgang durch Verstellen des Stellelements innerhalb der zweiten Arbeitsposition mehr oder weniger weit geöffnet werden, wodurch die Durchflußmenge und damit die dem Zylinderblock entzogenen Wärmemenge einstellbar werden bzw. sind.
Das Verstellen des Stellelementes erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head bzw. Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block. Auf diese Weise kann sowohl der Zylinderkopf als auch der Zylinderblock bedarfsgerecht temperiert bzw. gekühlt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird – wie vorstehend dargelegt – die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die hinsichtlich der Steuerung der Kühlung optimiert ist und grundsätzlich eine Einflußnahme auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine in der Warmlaufphase und den Wärmehaushalt der aufgeheizten Brennkraftmaschine gestattet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden erörtert. Dabei wird insbesondere deutlich werden, wie das Stellelement vorzugsweise betätigt wird und welche Betriebsparameter der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dazu vorzugsweise dienen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Stellelement in einer Ruheposition die zwei Ausgänge der Steuereinheit versperrt, so dass der Kühlmittelkreislauf sowohl durch den Zylinderkopf als auch durch den Zylinderblock deaktiviert ist.
Die Ergänzung der beiden Arbeitspositionen durch eine weitere Position, nämlich eine Ruheposition, in der beide Ausgänge der Steuereinheit versperrt sind, bietet die Möglichkeit, auch die Kühlung des Zylinderkopfes zu deaktivieren, d. h. den Kühlmittelstrom durch den Zylinderkopf zu unterbinden, vorzugsweise vollständig.
Eine derart ausgestaltete Brennkraftmaschine erweist sich insbesondere während der Warmlaufphase unmittelbar nach einem Kaltstart als vorteilhaft. Nach einem Stillstand des Fahrzeuges, d. h. bei einem Neustart der Brennkraftmaschine, bleibt die Kühlung des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks durch Verschließen beider Ausgänge deaktiviert. Das Kühlmittel fließt nicht, sondern steht in den Kühlmittelmänteln des Zylinderkopfes sowie des Zylinderblocks. Dadurch werden die Erwärmung des Kühlmittels und die Aufheizung der Brennkraftmaschine weiter beschleunigt. Eine derartige Steuerung forciert auch die Erwärmung des Motoröls, wodurch die Reibleistung der Brennkraftmaschine gesenkt und der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine weiter reduziert wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Stellelement stufenlos verstellbar ist, in der Art, dass in der ersten Arbeitsposition der Durchfluß durch den Zylinderkopf und/oder in der zweiten Arbeitsposition der Durchfluß durch den Zylinderblock einstellbar ist.
Grundsätzlich kann die Flüssigkeitskühlung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auch in der Art gesteuert werden, dass das Stellelement zwischen verschiedenen Positionen schaltbar ausgeführt wird und dann in Stufen von einer Position in eine andere Position überführt, d. h. geschaltet wird, beispielsweise von der Ruheposition in die erste Arbeitsposition und von der ersten Arbeitsposition in die zweite Arbeitsposition.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist es aber besonders vorteilhaft, wenn das Stellelement innerhalb einer Arbeitsposition verstellbar ist und ein Ausgang der Steuereinheit mehr oder weniger weit geöffnet werden kann. Dadurch läßt sich die Kühlmittelmenge, die den Zylinderkopf und/oder den Zylinderblock durchfließt, regulieren und somit die mittels Kühlmittel abgeführte Wärmemenge.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Stellelement ein mittels Motorsteuerung gesteuertes Stellelement ist. Moderne Brennkraftmaschinen verfügen in der Regel über eine Motorsteuerung, weshalb es vorteilhaft ist, diese Steuerung zu nutzen, um das Stellelement zu betätigen bzw. zu steuern.
Insbesondere bietet die Motorsteuerung die Möglichkeit, Kennfelder zu hinterlegen, die einer kennfeldgesteuerten Kühlung dienen können. Dann kann nicht nur – mit der Absicht einer beschleunigten Erwärmung – der Kühlmitteldurchsatz nach einem Kaltstart vermindert werden, sondern kennfeldspezifisch Einfluß auf den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine genommen werden. Insbesondere können verschiedene Kühlmitteltemperaturen für unterschiedliche Lastzustände realisiert werden.
Gegebenenfalls sind bereits Betriebsparameter, die der Steuerung der Kühlung dienen können, in anderem Zusammenhang ermittelt worden und in der Motorsteuerung verfügbar bzw. hinterlegt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Stellelement ein Schieber ist. Ein Schieber, der im Rahmen einer Verstellung translatorisch bewegt wird, eignet sich in besonderer Weise zum Freigeben und Versperren von mehr als einem Ausgang, insbesondere den zwei Ausgängen der Steuereinheit. Der Antrieb für einen derartigen Schieber läßt sich in einfacher Weise realisieren. Zudem gestattet ein Schieber ein stufenloses Verstellen, d. h. einen Ausgang mehr oder weniger weit zu öffnen bzw. zu versperren.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Stellelement in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head verstellbar ist.
Die vorstehende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines Bauteils als Eingangsgröße bzw. Regelgröße zur Steuerung bzw. Regelung des Stellelements und damit der Kühlung herangezogen wird, welche im Rahmen der Kühlung der Brennkraftmaschine begrenzt bzw. verringert werden soll, nämlich die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Stellelement verstellt wird, sobald die ermittelte Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head eine vorgebbare obere Grenztemperatur T_head,up übersteigt mit T_cyl.-head ≥ T_head,up. Diese Grenztemperatur kann eine kennfeldspezifische Temperatur sein, d. h. für unterschiedliche Lastzustände variieren.
Vorteilhaft sind dabei Steuerungen, bei denen das Stellelement nur dann verstellt wird, wenn die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head die vorgebbare obere Grenztemperatur T_head,up übersteigt und für eine vorgebbare Zeitspanne Δt_up größer ist als diese obere Grenztemperatur T_head,up.
Die Einführung einer zusätzlichen Bedingung soll ein zu häufiges bzw. übereiltes Betätigen des Stellelements verhindern, wenn die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head nur kurz eine vorgebbare obere Grenztemperatur T_head,up überschreitet und dann wieder fällt bzw. um die vorgegebene Grenztemperatur schwankt, ohne dass ein Verstellen des Stellelements gerechtfertigt ist.
Grundsätzlich kann das Stellelement auch in Abhängigkeit eines anderen Betriebsparameters betätigt werden, beispielweise in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, die nach dem Stand der Technik häufig als Indiz für eine Anfettung herangezogen wird, die wiederum dazu dient, eine Überhitzung der Brennkraftmaschine zu vermeiden, d. h. die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head zu begrenzen.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen das Stellelement in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head verstellbar ist, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen die Temperatur T_cyl.-head des Zylinderkopfes rechnerisch ermittelt wird.
Die rechnerische Bestimmung der Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head erfolgt beispielsweise mittels Simulation, bei der aus dem Stand der Technik bekannte Modelle, beispielsweise dynamische Wärmemodelle und kinetische Modelle zur Bestimmung der während der Verbrennung generierten Reaktionswärme, verwendet werden. Als Eingangssignale für die Simulation werden vorzugsweise Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verwendet, die schon vorliegen, d. h. in anderem Zusammenhang ermittelt werden.
Die Simulationsrechnung zeichnet sich dadurch aus, dass keine weiteren Bauteile, insbesondere keine Sensoren, vorgesehen werden müssen, um die Temperatur zu ermitteln, was hinsichtlich der Kosten günstig ist. Nachteilig hingegen ist, dass es sich bei der auf diese Weise ermittelten Zylinderkopftemperatur lediglich um einen Schätzwert handelt, was die Qualität der Steuerung bzw. Kühlung mindern kann.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Ermittlung der Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head ein Sensor vorgesehen ist.
Die meßtechnische Erfassung der Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head ist problemlos möglich, da der Zylinderkopf auch bei warmgelaufener Brennkraftmaschine vergleichsweise moderate Temperaturen aufweist, so dass keine hohen Anforderungen an den Sensor zu stellen sind. Zudem besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten, d. h. eine Vielzahl von Stellen, zur Anordnung eines Sensors.
Zur Ermittlung der Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head kann auch eine andere Bauteiltemperatur, herangezogen werden, welche beispielsweise meßtechnisch mittels Sensor erfaßt oder mittels Simulationsrechnung rechnerisch bestimmt wird. Gemäß dieser Variante wird die Temperatur des Zylinderkopfes indirekt – unter Verwendung einer anderen Temperatur – ermittelt.
Bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, wie sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, besteht des Weiteren die Möglichkeit, die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head unter Verwendung der Temperatur des Kühlmittels zu ermitteln, d. h. abzuschätzen. Hierzu kann auch ein Sensor im Kühlkreislauf bzw. Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes vorgesehen werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Stellelement in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block verstellbar ist.
Das im Zusammenhang mit der Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head Gesagte gilt in analoger Weise auch für die Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block, weshalb auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird.
Vorteilhaft sind auch in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Ermittlung der Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block ein Sensor vorgesehen ist.
Die Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block kann auch zur Ermittlung der Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head herangezogen werden. Umgekehrt kann die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head der Ermittlung der Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block dienen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das Stellelement verstellt wird, sobald die ermittelte Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block eine vorgebbare obere Grenztemperatur T_block,up übersteigt mit T_cyl.-block ≥ T_block,up. Vorzugsweise ist die Grenztemperatur T_block,up für den Zylinderblock höher als die Grenztemperatur T_head,up für den Zylinderkopf mit T_block,up > T_head,up.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Rückführleitung stromaufwärts des Wärmetauschers ein selbsttätig steuerndes Ventil vorgesehen ist, welches ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist und die Rückführleitung in Richtung Schließstellung und eine den Wärmetauscher umgehende Bypaßleitung in Richtung Offenstellung überführt, falls die Kühlmitteltemperatur T_{coolant,valve} kleiner ist als eine vorgebbare Kühlmitteltemperatur T_threshold.
Das Thermostatventil sorgt dafür, dass das Kühlmittel nur dann den Wärmetauscher passiert und gekühlt wird, falls dies erforderlich ist, d. h. falls die Kühlmitteltemperatur T_{coolant,valve} eine vorgebbare Kühlmitteltemperatur T_threshold übersteigt. Zu berücksichtigen ist dabei insbesondere, dass es im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine grundsätzlich vorteilhaft ist, der Brennkraftmaschine bzw. dem Kühlmittel so wenig Wärme wie möglich zu entziehen. Das Thermostatventil verstellt sich mit stetig ändernder Temperatur stufenlos, so dass die Strömungsquerschnitte der Rückführleitung und der Bypaßleitung zwischen der Schließstellung und der Offenstellung ebenfalls stufenlos variiert werden.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in der Rückführleitung stromaufwärts des Wärmetauschers ein mittels Motorsteuerung gesteuertes Proportionalventil vorgesehen ist, welches den Strömungsquerschnitt der Rückführleitung und den Strömungsquerschnitt einer den Wärmetauscher umgehenden Bypaßleitung in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, beispielsweise der Kühlmitteltemperatur T_{coolant,valve}, verstellt bzw. variiert. Je niedriger die Kühlmitteltemperatur T_{coolant,valve} ist, desto mehr Kühlmittel wird via Bypaßleitung an dem Wärmetauscher vorbei geführt.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen ein Heizungskreislauf vorgesehen ist, der eine Versorgungsleitung umfaßt, die stromaufwärts des selbsttätig steuernden Ventils aus der Rückführleitung abzweigt, in die Bypaßleitung einmündet und in der eine kühlmittelbetriebene Heizung angeordnet ist.
Dem Kühlmittel kann nach Durchströmen des Zylinderkopfes bzw. Zylinderblocks Wärme nicht nur in einem als Kühler dienenden Wärmetauscher, sondern auch durch eine weitere Verwendung entzogen werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine kühlmittelbetriebene Heizung vorgesehen, welche das aufgeheizte Kühlmittel nutzt, um die dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführte Luft zu erwärmen, wodurch die Temperatur des Kühlmittels gesenkt wird. In der Versorgungsleitung kann ein Absperrelement vorgesehen werden, das der Aktivierung bzw. Deaktivierung der Heizung dient.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Steuereinheit und die Pumpe in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Die Unterbringung in einem gemeinsamen Gehäuse dient unter anderem dem effektiven Packaging im Motorraum. Die Anzahl der Bauteile reduziert sich, wodurch sich grundsätzlich die Bereitstellungskosten und die Montagekosten vermindern. Zusätzlich verringert sich das Gewicht. Insofern unterstützt die vorliegende Ausführungsform das Lösen der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe in vorteilhafter Weise.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der in der Rückführleitung vorgesehene Wärmetauscher mit einem Lüfter ausgestattet ist.
Um dem Wärmetauscher unter sämtlichen Betriebszuständen, insbesondere bei stehendem Kraftfahrzeug und bei nur geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, einen ausreichend hohen Luftmassenstrom bereitzustellen und den Wärmeübergang grundsätzlich zu unterstützen, ist es vorteilhaft, den Wärmetauscher mit einem Lüftermotor auszustatten, der ein Lüfterrad antreibt, d. h. in Drehung versetzt. Der Lüftermotor wird in der Regel elektrisch betrieben und ist vorzugsweise stufenlos steuerbar mit verschiedenen Lasten bzw. Drehzahlen.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem das Stellelement temperaturabhängig gesteuert wird.
Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt in analoger Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Es wird Bezug genommen auf die Beschreibung der Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, insbesondere auf die in diesem Zusammenhang erläuterten verfahrenstechnischen Merkmale und Vorgehensweisen.
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen das Stellelement in Abhängigkeit von einer ermittelten Kühlmitteltemperatur T_coolant gesteuert wird.
Vorteilhaft sind insbesondere Verfahrensvarianten, bei denen das Stellelement in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head und/oder in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block gesteuert wird.
Vorteilhaft sind dabei Verfahrensvarianten, bei denen das Stellelement ausgehend von der ersten Arbeitsposition in die zweite Arbeitsposition überführt wird, sobald die Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block eine vorgebbare Temperatur T_block,up übersteigt.
Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen das Stellelement ausgehend von einer Ruheposition, in der die zwei Ausgänge der Steuereinheit versperrt sind, in die erste Arbeitsposition überführt wird, sobald die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head eine vorgebbare Temperatur T_head,up übersteigt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinderkopf 1a und einem Zylinderblock 1b. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet, wobei der Zylinderkopf 1a über einen ersten integrierten Kühlmittelmantel verfügt, der zur Versorgung mit Kühlmittel einlaßseitig eine erste Zufuhröffnung 2a und zum Abführen des Kühlmittels auslaßseitig eine erste Abführöffnung 3a aufweist. Der Zylinderblock 1b weist ebenfalls einen integrierten Kühlmittelmantel auf. Dieser zweite Kühlmittelmantel verfügt zur Versorgung mit Kühlmittel einlaßseitig über eine zweite Zufuhröffnung 2b und auslaßseitig zum Abführen des Kühlmittels über eine zweite Abführöffnung 3b.
Zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs sind die auslaßseitigen Abführöffnungen 3a, 3b via Rückführleitung 5 mit den einlaßseitigen Zuführöffnungen 2a, 2b verbindbar, wobei in der Rückführleitung 5 ein Wärmetauscher 6 angeordnet ist. Einlaßseitig ist eine Pumpe 17 zur Förderung des Kühlmittels vorgesehen.
Zur Steuerung der Kühlmittelströme durch den Zylinderkopf 1a und den Zylinderblock 1b ist einlaßseitig eine mit Kühlmittel beaufschlagte Steuereinheit 7 mit einem einzelnen Stellelement 7a in Gestalt eines Schiebers 7a vorgesehen. Die Steuereinheit 7 weist zwei Ausgänge 8a, 8b auf, wobei ein erster Ausgang 8a via Leitungsabschnitt 4a mit der ersten Zuführöffnung 2a des ersten Kühlmittelmantels und ein zweiter Ausgang 8b via Leitungsabschnitt 4b mit der zweiten Zuführöffnung 2b des zweiten Kühlmittelmantels verbunden ist.
Der als Stellelement 7a dienende Schieber ist translatorisch verschiebbar und wird mittels Elektromotor 7b angetrieben und mittels Motorsteuerung 18 betätigt, d. h. gesteuert, so dass der Durchfluß durch den Zylinderkopf 1a und der Durchfluß durch den Zylinderblock 1b einstellbar bzw. variabel sind.
In einer Ruheposition versperrt das Stellelement 7a die zwei Ausgänge 8a, 8b der Steuereinheit 7, so dass der Kühlmittelstrom sowohl durch den Zylinderkopf 1a als auch durch den Zylinderblock 1b unterbrochen ist. Durch Überführen des Schiebers 7a in eine erste Arbeitsposition wird der erste Ausgang 8a, der via Leitungsabschnitt 4a mit dem Kühlmittelmantel des Zylinderkopfes 1a verbunden ist, freigegeben, wobei der zweite Ausgang 8b versperrt bleibt. Damit ist der Kühlmittelkreislauf durch den Zylinderkopf 1a aktiviert, während der Kühlmittelkreislauf durch den Zylinderblock 1b weiterhin deaktiviert bleibt. Ein weiteres Verschieben des Stellelements 7a in eine zweite Arbeitsposition gibt auch den zweiten Ausgang 8b frei, so dass zusätzlich der Kühlmittelkreislauf durch den Zylinderblock 1b aktiviert wird bzw. ist.
In der Rückführleitung 5 ist stromaufwärts des Wärmetauschers 6 ein selbsttätig steuerndes Ventil 10 angeordnet, das ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist. Dieses Thermostatventil 10 versperrt die Rückführleitung 5 und gibt eine den Wärmetauscher 6 umgehende Bypaßleitung 11 frei, falls die Kühlmitteltemperatur T_{coolant,valve} kleiner ist als eine vorgebbare Kühlmitteltemperatur T_threshold und es nicht erforderlich ist, dem Kühlmittel im Wärmetauscher 6 zusätzlich Wärme zu entziehen. Wird die vorgegebene Kühlmitteltemperatur T_threshold überschritten, öffnet das Thermostatventil 10 hingegen die Rückführleitung 5. Einlaßseitig mündet die Bypaßleitung 11, in der zusätzlich ein Überdruckventil 12 angeordnet ist, wieder in die Rückführleitung 5.
Zur Ausbildung eines Heizungskreislaufs zweigt auslaßseitig eine Versorgungsleitung 13 von der Rückführleitung 5 stromaufwärts des Thermostatventils 10 ab, welche stromabwärts wieder in die Bypaßleitung 11 mündet. In der Versorgungsleitung 13 ist eine kühlmittelbetriebene Heizung 14 angeordnet, mit der die dem Fahrgastraum eines Fahrzeugs zugeführte Luft erwärmt werden kann. Mittels Ventil 20 kann die Heizung 14 deaktiviert, d. h. abgeschaltet werden.
Entlüftungsleitungen 15 verbinden die Rückführleitung 5 und den Wärmetauscher 6 mit einem Entlüftungsbehälter 16. Der Entlüftungsbehälter 16 selbst ist via Rücklauf 19 einlaßseitig mit der Rückführleitung 5 verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
1a: Zylinderkopf
1b: Zylinderblock
2a: erste Zufuhröffnung
2b: zweite Zufuhröffnung
3a: erste Abführöffnung
3b: zweite Abführöffnung
4a: Leitungsabschnitt
4b: Leitungsabschnitt
5: Rückführleitung
6: Wärmetauscher
7: Steuereinheit
7a: Stellelement, Schieber
7b: Antrieb, Elektromotor
8a: erster Ausgang
8b: zweiter Ausgang
10: Thermostatventil, selbsttätig steuerndes Ventil
11: Bypaßleitung
12: Überdruckventil
13: Versorgungsleitung
14: kühlmittelbetriebene Heizung
15: Entlüftungsleitung
16: Entlüftungsbehälter
17: Pumpe
18: Motorsteuerung
19: Rücklauf
20: Ventil
T_coolant: Kühlmitteltemperatur
T_{coolant,valve}: Kühlmitteltemperatur am Thermostatventil
T_cyl.-block: Zylinderblocktemperatur
T_cyl.-head: Zylinderkopftemperatur
T_block,up: vorgebbare Zylinderblocktemperatur
T_head,up: vorgebbare Zylinderkopftemperatur
T_threshold: vorgebbare Kühlmitteltemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10061546 A1 [0017, 0018]

Claims

Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) mit mindestens einem Zylinderkopf (1a) und einem Zylinderblock (1b), bei der – der mindestens eine Zylinderkopf (1a) mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser erste Kühlmittelmantel einlaßseitig eine erste Zufuhröffnung (2a) zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine erste Abführöffnung (3a) zum Abführen des Kühlmittels aufweist, – der Zylinderblock (1b) mit mindestens einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist, wobei dieser zweite Kühlmittelmantel einlaßseitig eine zweite Zufuhröffnung (2b) zur Versorgung mit Kühlmittel und auslaßseitig eine zweite Abführöffnung (3b) zum Abführen des Kühlmittels aufweist, – zur Ausbildung eines Kühlmittelkreislaufs die Abführöffnungen (3a, 3b) via Rückführleitung (5) mit den Zuführöffnungen (2a, 2b) verbindbar sind, wobei in der Rückführleitung (5) ein Wärmetauscher (6) vorgesehen ist, und – einlaßseitig eine Pumpe (17) zur Förderung von Kühlmittel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – einlaßseitig eine mit Kühlmittel beaufschlagte Steuereinheit (7) vorgesehen ist, die zwei Ausgänge (8a, 8b) aufweist, von denen ein erster Ausgang (8a) mit der ersten Zuführöffnung (2a) und ein zweiter Ausgang (8b) mit der zweiten Zuführöffnung (2b) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (7) ein einzelnes Stellelement (7a) umfaßt, welches in einer ersten Arbeitsposition den ersten Ausgang (8a) freigibt und den zweiten Ausgang (8b) versperrt, so dass der Kühlmittelkreislauf durch den Zylinderkopf (1a) aktiviert und durch den Zylinderblock (1b) deaktiviert ist, und welches in einer zweiten Arbeitsposition sowohl den ersten Ausgang (8a) als auch den zweiten Ausgang (8b) freigibt, so dass der Kühlmittelkreislauf sowohl durch den Zylinderkopf (1a) als auch durch den Zylinderblock (1b) aktiviert ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) in einer Ruheposition die zwei Ausgänge (8a, 8b) der Steuereinheit (7) versperrt, so dass der Kühlmittelkreislauf sowohl durch den Zylinderkopf (1a) als auch durch den Zylinderblock (1b) deaktiviert ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) stufenlos verstellbar ist, in der Art, dass in der ersten Arbeitsposition der Durchfluß durch den Zylinderkopf (1a) und/oder in der zweiten Arbeitsposition der Durchfluß durch den Zylinderblock (1b) einstellbar ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) ein mittels Motorsteuerung (18) gesteuertes Stellelement (7a) ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) ein Schieber ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head verstellbar ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block verstellbar ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (5) stromaufwärts des Wärmetauschers (6) ein selbsttätig steuerndes Ventil (10) vorgesehen ist, welches ein mit Kühlmittel beaufschlagtes temperatur-reaktives Element aufweist und die Rückführleitung (5) in Richtung Schließstellung und eine den Wärmetauscher (6) umgehende Bypaßleitung (11) in Richtung Offenstellung überführt, falls die Kühlmitteltemperatur T_{coolant,valve} kleiner ist als eine vorgebbare Kühlmitteltemperatur T_threshold.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (5) stromaufwärts des Wärmetauschers (6) ein mittels Motorsteuerung gesteuertes Proportionalventil vorgesehen ist, welches den Strömungsquerschnitt der Rückführleitung (5) und den Strömungsquerschnitt einer den Wärmetauscher (6) umgehenden Bypaßleitung (11) in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (1) verstellt.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizungskreislauf vorgesehen ist, der eine Versorgungsleitung (13) umfaßt, die stromaufwärts des selbsttätig steuernden Ventils (10) aus der Rückführleitung (5) abzweigt, in die Bypaßleitung (11) einmündet und in der eine kühlmittelbetriebene Heizung (14) angeordnet ist.
Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) und die Pumpe (17) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Verfahren zum Betreiben einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) temperaturabhängig gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) in Abhängigkeit von einer ermittelten Kühlmitteltemperatur T_coolant gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head und/oder in Abhängigkeit von einer ermittelten Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) ausgehend von der ersten Arbeitsposition in die zweite Arbeitsposition überführt wird, sobald die Zylinderblocktemperatur T_cyl.-block eine vorgebbare Temperatur T_block,up übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (7a) ausgehend von einer Ruheposition, in der die zwei Ausgänge (8a, 8b) der Steuereinheit (7) versperrt sind, in die erste Arbeitsposition überführt wird, sobald die Zylinderkopftemperatur T_cyl.-head eine vorgebbare Temperatur T_head,up übersteigt.