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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung eines Kühlmittelausgleichsbehälters in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs, wobei innerhalb des Motorraums ein V-Motor untergebracht ist, der zwei Zylinderbänke aufweist, die so angeordnet sind, dass sie in einem Winkel zueinander orientiert sind, der eine V-Form des V-Motors definiert, und wobei zwischen den beiden Zylinderbänken ein Zwischenraum ausgebildet ist.
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In Kraftfahrzeugen können unterschiedliche Bauformen von Verbrennungsmotoren, die als Hubkolbenmotoren ausgeführt sind, zum Einsatz kommen. Eine häufig anzutreffende Bauform ist ein so genannter Reihenmotor, der eine einzige Zylinderbank aufweist, in der die einzelnen Zylinder in Reihe angeordnet sind. Ferner existieren Bauformen, bei denen der Hubkolbenmotor mindestens zwei Zylinderbänke aufweist. Zu nennen sind hier zum Beispiel Boxermotoren, die zwei Zylinderbänke mit mehreren Zylindern aufweisen, wobei die Zylinderbänke einen Winkel von 180° miteinander einschließen. Eine weitere Bauform eines Hubkolbenmotors mit zwei Zylinderbänken ist ein V-Motor, bei dem die beiden Zylinderbänke in V-Form angeordnet sind. Der Winkel zwischen den beiden Zylinderbänken, in denen die Zylinder jeweils in Reihe angeordnet sind und der häufig auch als Bankwinkel bezeichnet wird, kann zum Beispiel 60° oder 90° betragen.
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Um einen Verbrennungsmotor, der innerhalb des Motorraums untergebracht ist, während des Betriebs wirksam kühlen zu können, weist das Kraftfahrzeug einen Kühlkreislauf auf, durch den ein flüssiges Kühlmittel strömen kann. Dieses Kühlmittel ist dazu in der Lage, zumindest einen Teil der Abwärme des Verbrennungsmotors aufzunehmen und wird mittels einer Kühlmittelpumpe durch den Kühlkreislauf gefördert. Der Kühlkreislauf weist ferner einen Wärmetauscher auf, innerhalb dessen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft erfolgt. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors erfährt das Kühlmittel innerhalb des Kühlkreislaufs aufgrund der Erwärmung eine Volumenausdehnung. Um bei einer derartigen Volumenausdehnung überschüssiges Kühlmittel aufzunehmen, weist der Kühlkreislauf einen Kühlmittelausgleichsbehälter auf, der luftdicht verschlossen ist. Der Kühlmittelausgleichsbehälter umfasst ferner einen verschließbaren Kühlmitteleinfüllstutzen, über den bei Bedarf Kühlmittel in den Kühlkreislauf eingefüllt werden kann, sowie ein Überdruckventil, welches ein Entweichen des Kühlmittels bei Erreichen eines kritischen Betriebsdrucks des Kühlmittels innerhalb des Kühlkreislaufs ermöglicht. Der Kühlmittelausgleichsbehälter ist typischerweise in einem Randbereich des Motorraums positioniert, in dem relativ geringe Umgebungstemperaturen herrschen und nur geringe thermische Strahlungen auf den Kühlmittelausgleichsbehälter einwirken.
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Aus der
DE 10 2005 020 268 A1 ist ein Kühlmittelausgleichsbehälter bekannt, der direkt am Verbrennungsmotor angebracht ist. Dieser Kühlmittelausgleichsbehälter zeichnet sich insbesondere durch eine verbesserte Zugänglichkeit innerhalb des Motorraums aus.
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Die
DE 10 2006 051 770 B4 offenbart ein Luftabscheidungssystem für Kraftfahrzeugkühlsysteme, welches eine effiziente Entfernung von Luftblasen ermöglicht, die sich im Kühlmittel einer Brennkraftmaschine bilden und somit die Wärmeübertragung und den Motorbetrieb beeinträchtigen können. Das aktive Luftabscheidungssystem umfasst eine Luftabscheidungsprallplatte und eine Entlüftungsleitung, die das mit Luft angereicherte Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf des Motors separiert. Eine Pumpe saugt das mit Luft angereicherte Kühlmittel durch die Entlüftungsleitung und zwingt es durch die Luftabscheidungsprallplatte, die das Kühlmittel entlüftet, während es wieder in den Kühlkreislauf eingeführt wird.
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Die
DE 198 14 029 A1 beschreibt einen Wärmetauscher mit integriertem Ausgleichsbehälter, welcher zur Kühlung von Schiffsverbrennungsmotoren eingesetzt werden kann. Ein Wärmetauscherkern weist mindestens einen geraden Meerwasserdurchlass auf. Ein Gehäuse bildet eine obere Ausgleichskammer, eine untere Sammelkammer und einen diese verbindenden Kühlmittelkanal. Dampfblasen in dem Kühlmittelkanal werden nach oben geleitet, um in dem Ausgleichsbehälter aus dem Kühlmittel entlüftet zu werden.
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Die
DE 100 21 525 A1 befasst sich mit einem Kühlkreislauf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine. Es wird beschrieben, wie die Kühlung sowohl des Zylinderkühlraums als auch des Zylinderkopfes ausgeführt werden kann, um eine bedarfsgerechte Kühlung zu erreichen. Darüber hinaus können durch die Ausgestaltung des Kühlkreislaufs der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen reduziert werden.
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Die
DE 10 2011 018 170 A1 zeigt einen Verbrennungsmotor, der als Hubkolbenmotor mit Flüssigkeitskühlung ausgebildet ist. Kühlkammern im Zylinderkopf und im Zylindermantel sind mit einem Ausdehnungsbehälter verbunden und kommunizieren mittels einer Kühlwasserpumpe mit einem Wärmetauscher.
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Weitere Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren sind auch aus der
US 6 216 646 B1 und aus der
GB 2 348 485 A bekannt.
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Bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen spielen Maßnahmen für eine Steigerung der Effizienz des Verbrennungsmotors eine immer wichtigere Rolle, um den Kraftstoffverbrauch zu senken und die Schadstoffemissionen zu verringern. Dabei erweist sich der Kaltstart des Verbrennungsmotors als besonders verbrauchskritisch. Um das Verhalten des Verbrennungsmotors während der Kaltstartphase zu verbessern, sind aus dem Stand der Technik bereits unterschiedliche Maßnahmen bekannt, um eine möglichst rasche Erwärmung des Verbrennungsmotors auf dessen Soll-Betriebstemperatur zu erreichen. Zu diesen Maßnahmen zählen unter anderem Thermostate oder spezielle Kühlerjalousien. Nach dem Ende des Fahrbetriebs und dem Abschalten des Verbrennungsmotors kühlen der Verbrennungsmotor sowie das innerhalb des Kühlkreislaufs enthaltene Kühlmittel mit immer länger werdender Standzeit des Kraftfahrzeugs zunehmend ab. Je länger das Zeitintervall zwischen dem Abschalten und dem erneuten Start des Verbrennungsmotors andauert, desto eher ähnelt das Verhalten des Verbrennungsmotors beim erneuten Start wieder einem Kaltstart mit einer entsprechend langen Warmlaufzeit bis zum Erreichen der Soll-Betriebstemperatur.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Anordnung eines Kühlmittelausgleichsbehälters in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche die Effizienz des V-Motors weiter erhöhen kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine gattungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter innerhalb des Zwischenraums zwischen den beiden Zylinderbänken angeordnet ist. Die Erfindung geht von der Idee aus, den Kühlmittelausgleichsbehälter als thermischen Speicher zu nutzen und die innerhalb des Kühlmittelausgleichsbehälters gespeicherte thermische Energie bei einem erneuten Start des V-Motors zu nutzen, um dadurch die Warmlaufzeit des V-Motors zu verringern und dessen Effizienz zu steigern. Der Kühlmittelausgleichsbehälter wird somit - anders als im Stand der Technik häufig anzutreffen - nicht in einem äußeren Randbereich des Motorraums, sondern innerhalb des Zwischenraums zwischen den beiden Zylinderbänken des V-Motors positioniert. Der Kühlmittelausgleichsbehälter ist somit während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs erhöhten Umgebungstemperaturen sowie einer entsprechenden Wärmestrahlung des V-Motors ausgesetzt. Auch nach dem Ende des Fahrbetriebs und dem Abschalten des V-Motors bleibt der Kühlmittelausgleichsbehälter für einen gewissen Zeitraum weiterhin der Wärmestrahlung der thermischen Masse des V-Motors ausgesetzt. Dieses sorgt dafür, dass der in der erfindungsgemäßen Weise angeordnete Kühlmittelausgleichsbehälter für einen längeren Zeitraum höheren Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist als bei einer Anordnung in einem Randbereich des Motorraums. Bei einem erneuten Start des V-Motors kann das noch warme Kühlmittel durch den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs und somit auch in den V-Motor strömen und dadurch dessen Effizienz erhöhen, da die Warmlaufzeit des V-Motors verkürzt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter eine thermische Kapselung aufweist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass sich der Kühlmittelausgleichsbehälter langsamer abkühlt.
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Der Kühlmittelausgleichsbehälter kann in ganz unterschiedlicher Weise innerhalb des Zwischenraums zwischen den beiden Zylinderbänken positioniert sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter derart innerhalb des Zwischenraums angeordnet ist, dass in Querrichtung, in der die Zylinderbänke voneinander beabstandet sind, ein erster Abstand des Kühlmittelausgleichsbehälters zur ersten Zylinderbank und ein zweiter Abstand des Kühlmittelausgleichsbehälters zur zweiten Zylinderbank identisch sind. Dadurch wird ein relativ homogener Einfluss der Wärmestrahlung beider Zylinderbänke des V-Motors auf den Kühlmittelausgleichsbehälter erreicht. In einer alternativen Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter derart innerhalb des Zwischenraums angeordnet ist, dass in Querrichtung, in der die Zylinderbänke voneinander beabstandet sind, ein erster Abstand des Kühlmittelausgleichsbehälters zur ersten Zylinderbank und ein zweiter Abstand des Kühlmittelausgleichsbehälters zur zweiten Zylinderbank unterschiedlich sind.
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Vorzugsweise kann der Kühlmittelausgleichsbehälter für eine verbesserte Wärmeausnutzung derart innerhalb des Zwischenraums angeordnet sein, dass er in Längsrichtung in der Mitte zwischen zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten des V-Motors positioniert ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter derart innerhalb des Zwischenraums angeordnet ist, dass er in Hochrichtung näher am Kurbelgehäuse als an einem oberen Ende des V-Motors, das durch die freien Enden der beiden Zylinderbänke definiert ist, positioniert ist. Es ist somit zweckmäßig, den Kühlmittelausgleichsbehälter - sofern es die Bauraumverhältnisse zulassen sollten - möglichst nahe am Kurbelgehäuse anzuordnen, um die von diesem abgestrahlte Wärme optimal nutzen zu können. Ferner werden dadurch auch die Abstände des Kühlmittelausgleichsbehälters zu den beiden Zylinderbänken verringert, so dass die von diesen abgestrahlte Wärme ebenfalls optimal genutzt werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter derart innerhalb des Zwischenraums angeordnet ist, dass er in Hochrichtung mittig zwischen dem Kurbelgehäuse und einem oberen Ende des V-Motors, das durch die freien Enden der beiden Zylinderbänke definiert ist, positioniert ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende 1, die eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Anordnung 1 eines Kühlmittelausgleichsbehälters 2 in einem Motorraum 3 eines Kraftfahrzeugs zeigt, wobei innerhalb des Motorraums 3 ein V-Motor 4 untergebracht ist.
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Der V-Motor 4 weist zwei Zylinderbänke 5, 6 sowie ein Kurbelgehäuse 8 auf. Jede der beiden Zylinderbänke 5, 6 umfasst mindestens einen Zylinder. Bei Kraftfahrzeugen umfasst jede der beiden Zylinderbänke 5, 6 üblicherweise eine Mehrzahl von Zylindern, die in Reihe angeordnet sind. Häufige Konfigurationen von V-Motoren 4 im Kraftfahrzeugbau sind V6-Motoren mit insgesamt sechs Zylindern, V8-Motoren mit acht Zylindern und V12-Motoren mit zwölf Zylindern. Die beiden Zylinderbänke 5, 6 sind so angeordnet, dass sie in einem Winkel zueinander orientiert sind, der häufig auch als Bankwinkel bezeichnet wird und die V-Form des V-Motors 4 definiert. Typische Bankwinkel zwischen den beiden Zylinderbänken 5, 6 betragen 60° oder 90°. Aufgrund dieser V-Form ist zwischen den beiden Zylinderbänken 5, 6 ein Zwischenraum 7 ausgebildet.
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Um den V-Motor 4 während des Betriebs wirksam kühlen zu können, weist das Kraftfahrzeug in bekannter Weise einen Kühlkreislauf auf, durch den ein flüssiges Kühlmittel strömen kann. Dieses flüssige Kühlmittel, das mittels einer Kühlmittelpumpe durch den Kühlkreislauf gefördert wird, dient dabei dem Zweck, zumindest einen Teil der Abwärme des Verbrennungsmotors aufzunehmen. Der Kühlkreislauf weist ferner einen Wärmetauscher auf, innerhalb dessen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft erfolgt.
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Während des Betriebs des V-Motors 4 kommt es aufgrund der Erwärmung zu einer Volumenausdehnung des Kühlmittels innerhalb des Kühlkreislaufs. Um bei dieser Volumenausdehnung überschüssiges Kühlmittel aufnehmen zu können, weist der Kühlkreislauf einen Kühlmittelausgleichsbehälter 2 auf. Dieser Kühlmittelausgleichsbehälter 2 ist innerhalb des Zwischenraums 7 zwischen den beiden Zylinderbänken 5, 6 des V-Motors 4 angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 als thermischer Speicher genutzt werden kann. Der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 ist somit - anders als im Stand der Technik üblich - nicht in einem äußeren Randbereich des Motorraums 3, sondern innerhalb des Zwischenraums 7 zwischen den beiden Zylinderbänken 5, 6 des V-Motors 4 positioniert. Der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 ist somit während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs erhöhten Umgebungstemperaturen sowie einer entsprechenden Wärmestrahlung des V-Motors 4 ausgesetzt. Auch nach dem Ende des Fahrbetriebs und dem Abschalten des V-Motors 4 bleibt der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 für einen gewissen Zeitraum weiterhin der Wärmestrahlung der thermischen Masse des V-Motors 4 ausgesetzt. Dadurch wird erreicht, dass der in der hier beschriebenen Weise angeordnete Kühlmittelausgleichsbehälter 2 für einen längeren Zeitraum höheren Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist als bei einer Anordnung in einem Randbereich des Motorraums 3.
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Die innerhalb des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 gespeicherte thermische Energie kann bei einem erneuten Start des V-Motors 4 genutzt werden, um die Warmlaufzeit zu verringern und dadurch die Effizienz des V-Motors 4 zu steigern. Bei einem erneuten Start des V-Motors 4 kann das noch warme Kühlmittel durch den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs und somit auch in den V-Motor 4 strömen und diesen erwärmen, so dass dessen Warmlaufzeit bis zum Erreichen einer Soll-Betriebstemperatur verringert werden kann.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 eine thermische Kapselung 9 auf. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass sich der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 langsamer abkühlt und somit nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs die Restwärme innerhalb des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 so lange wie möglich erhalten bleibt.
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Der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 kann in ganz unterschiedlichen Positionen innerhalb des Zwischenraums 7 zwischen den beiden Zylinderbänken 5, 6 positioniert sein. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 derart innerhalb des Zwischenraums 7 angeordnet, dass in Querrichtung (x-Richtung), ein erster Abstand des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 zur ersten Zylinderbank 5 und ein zweiter Abstand des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 zur zweiten Zylinderbank 6 identisch beziehungsweise zumindest nahezu identisch sind.
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In Längsrichtung (y-Richtung), die sich in der Darstellung gemäß 1 orthogonal zur Querrichtung (x-Richtung) in die Zeichenebene erstreckt, kann der Kühlmittelausgleichsbehälter 2 vorzugsweise in der Mitte zwischen zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten des V-Motors 4 positioniert sein.
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In Hochrichtung (z-Richtung), die sich orthogonal zur Querrichtung und orthogonal zur Längsrichtung des V-Motors 4 erstreckt, kann es zweckmäßig sein, den Kühlmittelausgleichsbehälter 2 - sofern es die Bauraumverhältnisse innerhalb des Motorraums 2 zulassen sollten - möglichst nahe am Kurbelgehäuse 8 anzuordnen, um die von diesem abgestrahlte Wärme optimal zu nutzen. Ferner werden dadurch auch die Abstände des Kühlmittelausgleichsbehälters 2 zu den beiden Zylinderbänken 5, 6 verringert, so dass die von diesen abgestrahlte Wärme ebenfalls optimal genutzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Kühlmittelausgleichsbehälter
- 3
- Motorraum
- 4
- V-Motor
- 5
- Zylinderbank
- 6
- Zylinderbank
- 7
- Zwischenraum
- 8
- Kurbelgehäuse
- 9
- thermische Kapselung
