DE102017212549A1

DE102017212549A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017212549A1
Application number: DE102017212549.7A
Authority: DE
Inventors: Juergen Langthaler; Johannes Schagerl; Markus Schuhbauer; Gerald Steinwender
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-01-24

Abstract

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und zumindest einem Zylinderkopf, mit einer ersten Kühlmittelpumpe, mit der ein Kühlmittel durch eine Kühlmittelleitung zuerst durch die Brennkraftmaschine, anschließend durch einen Kühlmittelkühler und wieder durch die Kühlmittelpumpe zurück in die Brennkraftmaschine förderbar ist, wobei zwischen der ersten Kühlmittelpumpe und der Brennkraftmaschine ein Sperrventil in der Kühlmittelleitung vorgesehen ist und ein Heizungskreislauf aus dem Kühlmittelkreislauf im Zylinderkopf abzweigt in dem ein Heizungswärmetauscher und eine zweite Kühlmittelpumpe angeordnet sind und wieder in den Kühlmittelkreislauf im Zylinderkopf mündet.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufs kann die mechanische Antriebsleistung der ersten Kühlmittelpumpe verringert werden, bei gleichzeitiger Verbesserung der Klimatisierung der Fahrgastzelle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 205 001 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht ist ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Kurbelgehäuse und zumindest einem Zylinderkopf, mit einer von der Brennkraftmaschine antreibbaren ersten Kühlmittelpumpe, wobei der Kühlmittelkreislauf zumindest einen ersten Teil-Kühlmittelkreislauf und einen zweiten Teil-Kühlmittelkreislauf aufweist, wobei in dem Kühlmittelkreislauf von der ersten Kühlmittelpumpe Kühlmittel durch die Brennkraftmaschine und nach dieser einerseits durch den ersten Teil-Kühlmittelkreislauf durch einen Luft-Wärmetauscher und weiter zu einem Ventil und andererseits nach der Brennkraftmaschine durch den zweiten Kühlmittelkreislauf zu dem Ventil und nach dem Ventil das gesamte geförderte Kühlmittel zurück zur ersten Kühlmittelpumpe förderbar ist und wobei die erste Kühlmittelpumpe von der Brennkraftmaschine abkoppelbar ist und ein dritter Teil-Kühlmittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Brennkraftmaschine vom Kühlmittelkreislauf abzweigt, wobei im dritten Kühlmittelkreislauf ein Abgas-Wärmetauscher und eine zweite Kühlmittelpumpe angeordnet sind, mit der Kühlmittel zurück zur ersten Kühlmittelpumpe förderbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufs und dem erfindungsgemäßen Verfahrens werden Kraftstoffverbrauchsvorteile im Warmlauf der Brennkraftmaschine erzielt.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass ein Heizungskreislauf für eine Fahrgastzelle eines Fahrzeuges erst zeitlich verzögert funktioniert, wenn die gesamte Brennkraftmaschine weitgehend erwärmt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der die Fahrgastzelle eines Fahrzeuges schneller aufgewärmt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
In Verbindung mit einem Sperrventil, welches in geschlossenem Zustand die Kühlmittelströmung durch die Brennkraftmaschine (Zylinderkopf und Kurbelgehäuse) absperrt, soll der Heizungskreislauf einzig über den Zylinderkopf strömen. Die Heizungsanschlüsse am Zylinderkopf sind so zu wählen, dass die Kühlmittelströmung im Kurbelgehäuse nicht bzw. nur minimal durch die Strömung im Heizungskreislauf beeinflusst wird. Zylinderkopf und Kurbelgehäuse müssen kühlkreislaufseitig nicht getrennt sein, das Heißt, es ist kein „Split-Cooling“ notwendig. „Split-Cooling“ würde jedoch eine weitere Verbesserung bewirken.
Zum Erreichen der maximalen Heizleistung sollen die Heizungsanschlüsse am Zylinderkopf diagonal gegenüber angeordnet werden.
Durch die vorgeschlagene Maßnahme ist in vorteilhafter Weise nur eine kleine elektrische Kühlmittelpumpe im Heizungskreislauf nötig.
Im Warmlauf der Brennkraftmaschine mit Heizungsanforderung für die Fahrgastzelle wird nicht der gesamte Kühlmittelkreislauf durchströmt und dadurch die Aufheizzeit der Brennkraftmaschine und innere Reibleistung reduziert. Daraus ergibt sich eine entsprechende CO₂- bzw. Kraftstoffeinsparung. Auch im Heizkomfort der Fahrgastheizung werden Vorteile während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine erzielt. Die Fahrgastheizung bekommt früher wärmeres Kühlmittel.
Durch die notwendige elektrische Kühlmittelpumpe ergibt sich wieder der Vorteil, dass der Durchfluss im Heizungskreiskreislauf problemlos bedarfsgerecht geregelt werden kann.
Im Kühlleistungsfall der Brennkraftmaschine strömt kein Kühlmittel durch den Heizungskreislauf, das gesamte Kühlmittel wird über den Kühlmittelkühler geführt, was in vorteilhafter Weise zu einem besseren Thermostatregelungsverhalten führt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So können gemäß Patentanspruch 2 und 3 der zumindest eine Teilkühlmittelkreislauf insbesondere für einen Abgasrückführkühler und/oder einen Motorölkühler und/oder ein SCR (Selective-Catalytic-Reduction) vorgesehen werden.
Die Ausführungen gemäß Ptentanspruch 4 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 kann der Durchfluss im Heizungskreiskreislauf problemlos bedarfsgerecht geregelt werden.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 ist es möglich den Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse unabhängig voneinander zu kühlen und wird der erfindungsgemäße Effekt nochmals verstärkt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer Schemadarstellung in einer einzigen Figur näher erläutert.

1 zeigt in einer Schemadarstellung einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf.

1 zeigt in einer Schemadarstellung einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2 mit einer nicht dargestellten Heizung für eine Fahrgastzelle. Die Brennkraftmaschine 2 weist ein Kurbelgehäuse 3 und einen Zylinderkopf 4 auf. Das Kurbelgehäuse 3 ist in eine erste Längsseite 3a und eine zweite Längsseite 3b geteilt.
Weiter weist die Brennkraftmaschine 2 in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Kühlmittelpumpe 5 auf, mit der ein Kühlmittel durch eine nicht bezifferte Kühlmittelleitung zuerst durch die erste Längsseite 3a weiter durch den Zylinderkopf 4 und weiter durch die zweite Längsseite 3b und anschließend durch einen Kühlmittelkühler 6 und wieder durch die Kühlmittelpumpe 5 zurück in die Brennkraftmaschine 2 förderbar ist. Das Kühlmittel kann auch gleichzeitig durch das Kurbelgehäuse 3 und den Zylinderkopf 4 strömen, oder zuerst durch das Kurbelgehäuse 3 und dann durch den Zylinderkopf 4 oder nur durch den Zylinderkopf 4.
Weiter ist zwischen der Kühlmittelpumpe 5 und der Brennkraftmaschine 2 eine Kühlmittelabzweigung 7 vorgesehen für zumindest einen Teilkühlmittelkreislauf 8, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Teilkühlmittelkreisläufe 8, die wiederum in die Kühlmittelpumpe 5 münden.
Die erste Kühlmittelpumpe 5 kann eine elektromechanische oder elektrische oder mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe sein. Weiter ist zwischen der Kühlmittelabzweigung 7 und der Brennkraftmaschine 2 ein Sperrventil 9 in der Kühlmittelleitung vorgesehen.
Weiter ist in der Kühlmittelleitung zwischen dem Kühlmittelkühler 6 und der ersten Kühlmittelpumpe 5 ein Thermostatventil 17 angeordnet, welches von dem Kühlmittel durchströmt wird. Weiter ist eine Mischleitung 19 vorgesehen, die aus der zweiten Längsseite 3b des Kurbelgehäuses 3 abzweigt, die ebenfalls über ein nicht beziffertes Rückschlagventil mit dem Thermostatventil 17 strömungstechnisch in Verbindung steht.
Ferner ist zur Entlüftung des Kühlmittelkreislaufs 1 ein Ausgleichsbehälter 16 vorgesehen, der über Verbindungsleitungen 18 mit der Kühlmittelleitung vor dem Wärmetauscher 6 sowie mit dem Zylinderkopf 4 und mit der Kühlmittelleitung vor der ersten Kühlmittelpumpe 5 in Wirkverbindung steht.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Heizungskreislauf 13 vorgesehen, der aus dem Zylinderkopf 4 herauskommt, wobei in dem Heizungskreislauf 13 eine zweite Kühlmittelpumpe 14, die bevorzugt elektrisch betreibbar ist. Darüber hinaus ist in dem Heizungskreislauf 13 in Strömungsrichtung des Kühlmittels zwischen der Kühlmittelpumpe 14 und dem Zylinderkopf 4 ein Heizungswärmetauscher 15 angeordnet. Zum Erreichen der maximalen Heizleistung sollen die Heizungsanschlüsse des Heizungskreislaufes 13 am Zylinderkopf 4 bevorzugt diagonal gegenüber angeordnet werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Sperrventil 9 elektrisch betrieben, in anderen Ausführungsbeispielen kann es auch beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch betreibbar sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches figürlich nicht dargestellt ist, ist das Sperrventil 9 als ein Split-Cooling-Ventil ausgeführt. Dies bedeutet dass nach dem Split-Cooling-Ventil die Kühlmittelleitung auf das Kurbelgehäuse 3 und auf den Zylinderkopf 4 aufgeteilt wird, so dass eine vollkommen unabhängige Temperaturregelung von Kurbelgehäuse 3 und Zylinderkopf 4 durchgeführt werden kann.
Zusammengefasst ergeben sich folgende Vorteile:

- Durch die vorgeschlagene Maßnahme ist in vorteilhafter Weise nur eine kleine, vorzugsweise elektrische Kühlmittelpumpe 14 im Heizungskreislauf nötig.
- Im Warmlauf der Brennkraftmaschine 2 mit Heizungsanforderung für die Fahrgastzelle wird nicht der gesamte Kühlmittelkreislauf 1 durchströmt und dadurch die Aufheizzeit der Brennkraftmaschine 2 und die innere Reibleistung reduziert. Daraus ergibt sich eine entsprechende CO₂- bzw. Kraftstoffeinsparung. Auch im Heizkomfort der Fahrgastheizung werden Vorteile während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine 2 erzielt. Die Fahrgastheizung bekommt früher wärmeres Kühlmittel.
- Durch die notwendige elektrische Kühlmittelpumpe 14 ergibt sich wieder der Vorteil, dass der Durchfluss im Heizungskreiskreislauf 13 problemlos bedarfsgerecht geregelt werden kann.
- Im Kühlleistungsfall der Brennkraftmaschine 2 strömt kein Kühlmittel durch den Heizungskreislauf 13, das gesamte Kühlmittel wird über den Kühlmittelkühler 6 geführt, was in vorteilhafter Weise zu einem besseren Thermostatregelungsverhalten führt.

Bezugszeichenliste

1.: Kühlmittelkreislauf
2.: Brennkraftmaschine
3.: Kurbelgehäuse
3a: erste Längsseite
3b: zweite Längsseite
4.: Zylinderkopf
5.: erste Kühlmittelpumpe
6.: Kühlmittelkühler
7.: Kühlmittelabzweigung
8.: Teilkühlmittelkreislauf
9.: Sperrventil
10.: Abgasrückrührkühler
11.: Motorölkühler
12.: SCR-System
13.: Heizungskreislauf
14.: Kühlmittelpumpe
15.: Heizungswärmetauscher
16.: Ausgleichsbehälter
17.: Thermostat
18.: Verbindungsleitung
19.: Mischleitung

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 102012205001 A1 [0002]

Claims

Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Kurbelgehäuse (3) und zumindest einem Zylinderkopf (4), mit einer ersten Kühlmittelpumpe (5), mit der ein Kühlmittel durch eine Kühlmittelleitung zuerst durch die Brennkraftmaschine (2), anschließend durch einen Kühlmittelkühler (6) und wieder durch die Kühlmittelpumpe (5) zurück in die Brennkraftmaschine (2) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kühlmittelpumpe (5) und der Brennkraftmaschine (2) ein Sperrventil (9) in der Kühlmittelleitung vorgesehen ist und ein Heizungskreislauf (13) aus dem Kühlmittelkreislauf (1) im Zylinderkopf (4) abzweigt, in dem ein Heizungswärmetauscher (15) und eine zweite Kühlmittelpumpe (14) angeordnet sind und wieder in den Kühlmittelkreislauf (1) im Zylinderkopf (4) mündet.
Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kühlmittelpumpe (5) und dem Sperrventil (9) eine Kühlmittelabzweigung (7) für zumindest einen Teilkühlmittelkreislauf (8) vorgesehen ist, der wieder in die Kühlmittelpumpe (5) mündet.
Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkühlmittelkreislauf (8) für einen Abgasrückrührkühler (10) und/oder einen Motorölkühler (11) und/oder ein SCR-System (Selective Catalytic Reduction) (12) vorgesehen ist.
Kühlmittelkreislauf einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in der Brennkraftmaschine (2) zuerst durch eine erste Längsseite (3a), weiter durch den Zylinderkopf (4) und anschließend durch eine zweite Längsseite (3b) des Kurbelgehäuses (3) förderbar ist.
Kühlmittelkreislauf nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelpumpe (14) eine elektrisch betreibbare Kühlmittelpumpe ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (9) ein Split-Cooling-Ventil ist.