WO2010015294A1 - Cooling device for a motor vehicle internal combustion engine, and method for operating the same - Google Patents

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WO2010015294A1
WO2010015294A1 PCT/EP2009/004317 EP2009004317W WO2010015294A1 WO 2010015294 A1 WO2010015294 A1 WO 2010015294A1 EP 2009004317 W EP2009004317 W EP 2009004317W WO 2010015294 A1 WO2010015294 A1 WO 2010015294A1
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WO
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coolant
internal combustion
combustion engine
heat exchanger
subcircuit
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PCT/EP2009/004317
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German (de)
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Inventor
Werner Mietschnig
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • Cooling device for a motor vehicle internal combustion engine and method for operating the same
  • the invention relates to a device for cooling a motor vehicle 'internal combustion engine in a cooling circuit with a coolant pump, an engine housing, a AbgasmckzhouA / Värme (2004), a coolant thermostatic valve and a coolant heat exchanger and a method for operating such a cooling device ,
  • the coolant is circulated by means of the coolant pump and flows through even in a startup phase or at low load of the internal combustion engine not only the exhaust gas recirculation heat exchanger, but also the BrennkraftTnaschinen housing.
  • the coolant thermostatic valve switches on the coolant heat exchanger. This prevents excessive thermal load on the internal combustion engine, especially at high load.
  • ademitteid urchströmung the internal combustion engine is often not even required in the starting phase or low load of the engine in terms of their thermal load and the registered by the internal combustion engine in the coolant heat contributes to a reduced cooling capacity in the exhaust gas recirculation heat exchanger.
  • the invention is therefore based on the object to provide an aforementioned device for cooling a motor vehicle internal combustion engine, in which a cooling of the internal combustion engine takes place only if this is necessary in particular from a thermal point of view and otherwise to keep a heat input into the coolant low in order to achieve the most efficient possible cooling of the recirculated exhaust gas by means of the coolant-flowed exhaust gas recirculation heat exchanger.
  • the object is achieved with a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine with the features of claim 1, by the coolant pump and the exhaust gas recirculation heat exchanger from a first coolant subcircuit and the coolant pump and the engine housing of a second Coolant subcircuit are included.
  • a separate regulation of the flow, in particular of the internal combustion engine housing on the one hand and on the other hand, in particular the exhaust gas recirculation heat exchanger allows, so that a flow through the engine housing and thus a heat input into the coolant can be substantially prevented and still allows a flow through the exhaust gas recirculation heat exchanger is.
  • the invention is achieved by a method having the features of claim 5, wherein at a temperature of the internal combustion engine below a predetermined first value, a first shut-off valve is closed and a coolant circulation in the second coolant subcircuit is substantially prevented, so that the coolant circulates substantially in the first refrigerant subcircuit.
  • a first shut-off valve is closed and a coolant circulation in the second coolant subcircuit is substantially prevented, so that the coolant circulates substantially in the first refrigerant subcircuit.
  • a first shut-off valve for opening or closing the second coolant subcircuit is provided.
  • a flow through the second coolant subcircuit, in particular of the internal combustion engine housing, can be substantially prevented.
  • the coolant thermostatic valve regulates a coolant flow of the coolant heat exchanger, so that cooling of the coolant takes place only if this is due in particular the thermal load of the internal combustion engine and / or the requirements for the cooling of the recirculated exhaust gas is required.
  • a cooling device with a heating heat exchanger this is comprised of a third coolant subcircuit and a second shutoff valve is provided for opening or closing the third coolant subcircuit.
  • the heating heat exchanger can be switched on or off as required by the first and / or second coolant subcircuit.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that at a temperature of the internal combustion engine above a predetermined first value, the first shut-off valve is open and the coolant circulates both in the first and in the second coolant subcircuit. In this operating state, the cooling of the internal combustion engine has priority over the requirement to cool the recirculated exhaust gas.
  • the coolant thermostatic valve prevents a flow through the coolant heat exchanger and enables it at a temperature of the internal combustion engine above the predetermined second value.
  • the regulation of the coolant thermostatic valve is basically independent of the predetermined first value, after which the first shut-off valve is regulated, but the first and second predetermined values may also be at least approximately equal.
  • the second shut-off valve opens or closes depending on the temperature of the internal combustion engine, the outside temperature, a driver-side Schuanograph and / or other parameters, so that a coolant circulation in the third coolant subcircuit is substantially prevented or the coolant in both the first and / or second as well circulates in the third coolant subcircuit.
  • FIG. 1 shows a device for cooling a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a device for cooling a motor vehicle
  • FIG. 3 shows a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit in an operating state in which a cooling of the internal combustion engine is required
  • FIG. 4 shows a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit in an operating state in which a cooling of the internal combustion engine and additionally cooling of the coolant is required.
  • FIG. 1 shows in part a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine with a first coolant subcircuit 100 with coolant pump 102 and exhaust gas recirculation heat exchanger 104 and a second coolant subcircuit 200 with coolant pump 102 and engine housing 209.
  • a shut-off valve 204 is provided for opening or closing the second coolant subcircuit 200.
  • Figure 1 illustrates the general inventive idea, which is explained in the figures 2-4 on the basis of specific embodiments, the following description, where applicable, is also to be read on Figure 1.
  • FIG 2 shows a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit in an operating condition in which a Cooling of the internal combustion engine is not required
  • this device is in an operating condition in which a cooling of the internal combustion engine and in Figure 4 in an operating condition in which a cooling of the coolant is additionally required shown.
  • the figures show a motor vehicle internal combustion engine with cooling circuit.
  • the motor vehicle is preferably a truck or a car
  • the internal combustion engine is in particular a hydrocarbon-powered reciprocating internal combustion engine
  • the coolant is expediently water-based with additives for improving the anticorrosion effect and lowering the freezing point.
  • the internal combustion engine includes an engine housing with crankcase 208 and cylinder head 210 having channels for coolant flow. For coolant inflow and outflow several coolant inlets and outlets are provided on the engine casing.
  • a coolant pump 102 serves to circulate the coolant.
  • a first coolant inlet is provided in the region of the crankcase 208 on the coolant pump side.
  • a first coolant outlet is also provided in the region of the crankcase 208 and leads to an exhaust gas recirculation heat exchanger 104.
  • the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 on the one hand coolant and on the other hand exhaust gas flows through, so that between the coolant and exhaust gas for cooling the exhaust gas, a heat transfer can take place. Downstream of the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 ademittehThermostatventil 106 is arranged in the cooling circuit, from which starting a coolant line leads back to the coolant pump 102.
  • a second coolant outlet is provided, starting from which a coolant line branch via a Coolant surge tank 214 to the coolant pump 102 and another coolant line branch via a coolant heat exchanger 216 to the coolant thermostatic valve 106 leads.
  • the coolant heat exchanger 216 on the one hand coolant and on the other hand flows through air, so that between the coolant and air to cool the coolant, a heat transfer can take place.
  • a third coolant outlet in the region of the crankcase 208 is connected via an oil cooler 212 to a second coolant inlet in the cylinder head region.
  • the oil cooler 212 on the one hand cool medium dog on the other hand flows through oil, so that between the coolant and oil to cool the oil, a heat transfer can take place.
  • the oil is used for example for lubrication and cooling of the internal combustion engine.
  • Downstream of the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 branches off a coolant line, which initially leads to a first shut-off valve 402 and, starting there, branching out, on the one hand into the coolant line coming from the second coolant outlet in the region of the cylinder head 210 and on the other a second shut-off valve 404 and a heating heat exchanger 318 leads and opens into the line leading to the coolant pump 102 line.
  • the heating heat exchanger 318 on the one hand flows through the coolant and on the other hand flows through a heating means for heating the motor vehicle interior, so that a heat transfer can take place between the coolant and the heating heating means.
  • a further pump 320 is arranged in the line leading to the heating heat exchanger 318.
  • the shut-off valves 402 and 404 are presently designed together as a 3/2-way valve.
  • FIG. 1 which shows an operating state in which cooling of the internal combustion engine is not required, but the recirculated exhaust gas is cooled
  • a first coolant subcircuit 100 is shown with a solid line Line shown, the remaining areas of the coolant circuit are shown dotted.
  • FIG. 2 which shows an operating state in which cooling of the internal combustion engine is required
  • a second coolant subcircuit 200 with dashed line is shown in addition to the first coolant subcircuit 100 shown by a solid line.
  • a third coolant subcircuit 300 is shown in dots.
  • the first coolant subcircuit 100 includes the coolant pump 102, the exhaust gas recirculation heat exchanger 104, and the coolant thermostat valve 106
  • the second coolant subcycle 200 includes the coolant pump 102, the engine housing 208, 210, and the coolant thermostatic valve 106th
  • the first shut-off valve 402 is closed, so that a coolant circulation in the second coolant subcircuit 200 is substantially suppressed.
  • the coolant is therefore conveyed in the first coolant subcircuit 100 from the coolant pump 102 to the crankcase 208, but flows through this only very short path to flow to the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 without significant heat absorption. Further, the coolant flows to the coolant thermostatic valve 106 and back to the coolant pump 102. Coolant flow through the crankcase 208, the cylinder head 210, and the coolant heat exchanger 216 is inhibited. Also prevented is a flow through the heating heat exchanger 318 by the second shut-off valve 404 is closed.
  • the first shut-off valve 402 is opened so that the coolant is in both the first coolant subcircuit 100 and in the first second coolant subcircuit 200 rotates.
  • a flow through the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 in the first coolant subcircuit 100 takes place as described above.
  • the second coolant subcircuit 200 is flowed through.
  • the coolant temperature thermostat valve 106 blocks a flow through the coolant heat exchanger 216, so that the coolant flows in from the cylinder head 210 between the shut-off valves 404 and 402 and subsequently flows through the thermostatic valve 106 to the coolant pump 102.
  • the thermostatic valve 106 allows flow through the coolant heat exchanger 216, so that the coolant from the cylinder head 210 flows through the coolant heat exchanger 216 and below through the thermostatic valve 106 to the coolant pump 102 flows.
  • the second shut-off valve 404 a flow through the heating heat exchanger 318 is controlled.
  • MVEG cycle European driving cycle for emission and consumption measurements on chassis dynamometers

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Abstract

The invention relates to a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit comprising a coolant pump, an internal combustion engine housing, an exhaust gas recirculation heat exchanger, a coolant thermostatic valve, and a coolant heat exchanger, wherein the coolant pump and the exhaust gas recirculation heat exchanger comprise a first partial coolant circuit and the coolant pump and the internal combustion engine housing comprise a second partial coolant circuit, and to a method for operating such a cooling device, wherein at a temperature of the internal combustion engine below a predetermined first value, a first shut-off valve is closed and a coolant circulation in the second partial coolant circuit is substantially prevented so that the coolant circulates substantially in the first partial coolant circuit.

Description

Beschreibung description
Kühleinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben derselbenCooling device for a motor vehicle internal combustion engine and method for operating the same
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-'Brennkraftmaschine in einem Kühl-Kreislauf mit einer Kühlmittel-Pumpe, einem Brennkraftmaschinen-Gehäuse, einem AbgasmckführA/Värmetauscher, einem Kühlmittel-Thermostatventil und einem Kühlmittel-Wärmetauscher sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Kühleinrichtung.The invention relates to a device for cooling a motor vehicle 'internal combustion engine in a cooling circuit with a coolant pump, an engine housing, a AbgasmckführA / Värmetauscher, a coolant thermostatic valve and a coolant heat exchanger and a method for operating such a cooling device ,
Bei brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugen mit einer derartigen bekannten Einrichtung zur Kühlung der Brennkraftmaschine wird das Kühlmittel mittels der Kühlmittel-Pumpe umgewälzt und durchströmt auch in einer Startphase oder bei geringer Last der Brennkraftmaschine nicht nur den Abgasrückführ-Wärmetauscher, sondern auch das BrennkraftTnaschinen-Gehäuse. Bei erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur schaltet das Kühlmittel-Thermostatventil den Kühlmittel- Wärmetauscher zu. Damit wird eine übermäßige thermische Belastung der Brennkraftmaschine insbesondere bei hoher Last verhindert. Allerdings ist eine Kühlmitteid urchströmung der Brennkraftmaschine bereits in der Startphase oder bei geringer Last der Brennkraftmaschine hinsichtlich ihrer thermischen Belastung oft gar nicht erforderlich und die von der Brennkraftmaschine in das Kühlmittel eingetragen Wärme trägt zu einer verringerten Kühlleistung im Abgasrückführ-Wärmetauscher bei.In internal combustion engine-powered vehicles with such a known device for cooling the internal combustion engine, the coolant is circulated by means of the coolant pump and flows through even in a startup phase or at low load of the internal combustion engine not only the exhaust gas recirculation heat exchanger, but also the BrennkraftTnaschinen housing. When a predetermined limit temperature is reached, the coolant thermostatic valve switches on the coolant heat exchanger. This prevents excessive thermal load on the internal combustion engine, especially at high load. However, a Kühlmitteid urchströmung the internal combustion engine is often not even required in the starting phase or low load of the engine in terms of their thermal load and the registered by the internal combustion engine in the coolant heat contributes to a reduced cooling capacity in the exhaust gas recirculation heat exchanger.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine bereit zu stellen, bei der einen Kühlung der Brennkraftmaschine nur dann erfolgt, wenn dies insbesondere unter thermischen Gesichtspunkten erforderlich ist und ansonsten einen Wärmeeintrag in das Kühlmittel gering zu halten, um eine möglichst effiziente Kühlung des rückgeführten Abgases mittels des kühlmitteldurchströmten Abgasrückführ-Wärmetauschers zu erzielen.The invention is therefore based on the object to provide an aforementioned device for cooling a motor vehicle internal combustion engine, in which a cooling of the internal combustion engine takes place only if this is necessary in particular from a thermal point of view and otherwise to keep a heat input into the coolant low in order to achieve the most efficient possible cooling of the recirculated exhaust gas by means of the coolant-flowed exhaust gas recirculation heat exchanger.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , indem die Kühlmittel-Pumpe und der Abgasrückführ-Wärmetauscher von einem ersten Kühlmittel-Teilkreislauf und die Kühlmittel-Pumpe und das Brennkraftmaschinen-Gehäuse von einem zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf umfasst sind. Dadurch ist eine gesonderte Regelung der Durchströmung insbesondere des Brennkraftmaschinen-Gehäuses einerseits und andererseits insbesondere des Abgasrückführ-Wärmetauschers ermöglicht, sodass eine Durchströmung des Brennkraftmaschinen-Gehäuses und damit ein Wärmeeintrag in das Kühlmittel im Wesentlichen unterbunden werden kann und dennoch eine Durchströmung des Abgasrückführ-Wärmetauscher möglich ist.The object is achieved with a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine with the features of claim 1, by the coolant pump and the exhaust gas recirculation heat exchanger from a first coolant subcircuit and the coolant pump and the engine housing of a second Coolant subcircuit are included. As a result, a separate regulation of the flow, in particular of the internal combustion engine housing on the one hand and on the other hand, in particular the exhaust gas recirculation heat exchanger allows, so that a flow through the engine housing and thus a heat input into the coolant can be substantially prevented and still allows a flow through the exhaust gas recirculation heat exchanger is.
Außerdem wird die Erfindung mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst, indem bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten ersten Wertes ein erstes Absperrventil geschlossen ist und ein Kühlmittelumlauf im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf im Wesentlichen unterbunden ist, sodass das Kühlmittel im Wesentlichen im ersten Kühlmittel-Teilkreislauf umläuft. In einer Warmlauf-Phase der Brennkraftmaschine kann so eine rasche Erwärmung erreicht werden bei gleichzeitig aktiver Kühlung des rückgeführten Abgases.In addition, the invention is achieved by a method having the features of claim 5, wherein at a temperature of the internal combustion engine below a predetermined first value, a first shut-off valve is closed and a coolant circulation in the second coolant subcircuit is substantially prevented, so that the coolant circulates substantially in the first refrigerant subcircuit. In a warm-up phase of the internal combustion engine so rapid heating can be achieved with simultaneous active cooling of the recirculated exhaust gas.
Besonders bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Particularly preferred embodiments and developments of the cooling device according to the invention and the method according to the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einer sehr vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein erstes Absperrventil zum Öffnen oder Schließen des zweiten Kühlmittel- Teilkreislaufs vorgesehen. Damit kann eine Durchströmung des zweiten Kühlmittel-Teilkreislaufs, insbesondere des Brennkraftmaschinen-Gehäuses, im Wesentlichen unterbunden werden.In a very advantageous embodiment of the invention, a first shut-off valve for opening or closing the second coolant subcircuit is provided. Thus, a flow through the second coolant subcircuit, in particular of the internal combustion engine housing, can be substantially prevented.
Als zweckmäßig wird es angesehen, wenn bei einer Kühleinrichtung mit einem Kühlmittel-Wärmetauscher im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf und einem Kühlmittel-Thermostatventil das Kühlmittel-Thermostatventil eine Kühlmitteldurchströmung des Kühlmittel-Wärmetauscher regelt, sodass eine Kühlung des Kühlmittels nur dann erfolgt, wenn dies insbesondere aufgrund der thermischen Belastung der Brennkraftmaschine und/oder der Anforderungen an die Kühlung des rückgeführten Abgases erforderlich ist.It is considered appropriate if, at a cooling device with a coolant heat exchanger in the second coolant subcircuit and a coolant thermostatic valve, the coolant thermostatic valve regulates a coolant flow of the coolant heat exchanger, so that cooling of the coolant takes place only if this is due in particular the thermal load of the internal combustion engine and / or the requirements for the cooling of the recirculated exhaust gas is required.
Vorzugsweise ist bei einer Kühleinrichtung mit einem Heizungs- Wärmetauscher dieser von einem dritten Kühlmittel-Teilkreislauf umfasst und es ist ein zweites Absperrventil zum Öffnen oder Schließen des dritten Kühlmittel-Teilkreislaufs vorgesehen. Damit kann der Heizungs- Wärmetauscher dem ersten und/oder zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf bedarfsweise zugeschaltet oder davon abgeschaltet werden. Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine oberhalb eines vorbestimmten ersten Wertes das erste Absperrventil geöffnet ist und das Kühlmittel sowohl im ersten und als auch im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf umläuft. Bei diesem Betriebszustand hat die Kühlung der Brennkraftmaschine Vorrang vor der Anforderung, das rückgeführte Abgas zu kühlen.Preferably, in a cooling device with a heating heat exchanger, this is comprised of a third coolant subcircuit and a second shutoff valve is provided for opening or closing the third coolant subcircuit. Thus, the heating heat exchanger can be switched on or off as required by the first and / or second coolant subcircuit. A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that at a temperature of the internal combustion engine above a predetermined first value, the first shut-off valve is open and the coolant circulates both in the first and in the second coolant subcircuit. In this operating state, the cooling of the internal combustion engine has priority over the requirement to cool the recirculated exhaust gas.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Kühlmittel-Thermostatventil bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten zweiten Wertes eine Durchströmung des Kühlmittel-Wärmetauschers unterbindet und diese bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine oberhalb des vorbestimmten zweiten Wertes ermöglicht. Damit ist die Regelung des Kühlmittel-Thermostatventils grundsätzlich von dem vorbestimmten ersten Wert, nach dem das erste Absperrventil geregelt ist, unabhängig, jedoch können der erste und der zweite vorbestimmte Wert auch zumindest annähernd gleich sein.It is very advantageous if, at a temperature of the internal combustion engine below a predetermined second value, the coolant thermostatic valve prevents a flow through the coolant heat exchanger and enables it at a temperature of the internal combustion engine above the predetermined second value. Thus, the regulation of the coolant thermostatic valve is basically independent of the predetermined first value, after which the first shut-off valve is regulated, but the first and second predetermined values may also be at least approximately equal.
Zweckmäßigerweise öffnet oder schließt das zweite Absperrventil abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine, der Außentemperatur, einer fahrerseitigen Heizanforderung und/oder anderer Parameter, sodass ein Kühlmittelumlauf im dritten Kühlmittel-Teilkreislauf im Wesentlichen unterbunden ist oder das Kühlmittel sowohl im ersten und/oder zweiten als auch im dritten Kühlmittel-Teilkreislauf umläuft.Conveniently, the second shut-off valve opens or closes depending on the temperature of the internal combustion engine, the outside temperature, a driver-side Heizanforderung and / or other parameters, so that a coolant circulation in the third coolant subcircuit is substantially prevented or the coolant in both the first and / or second as well circulates in the third coolant subcircuit.
Nachfolgen wird ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaftA particularly preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to figures, in which show schematically and by way of example
Figur 1 eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-FIG. 1 shows a device for cooling a motor vehicle
Brennkraft-rnaschine mit einem ersten Kühlmittel-Teilkreislauf mit Kühlmittel-Pumpe und Abgasrückführ-Wärmetauscher sowie einem zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf mit Kühlmittel-Pumpe und Brennkraftmaschinen-Gehäuse,Internal combustion engine with a first coolant subcircuit with Coolant pump and exhaust gas recirculation heat exchanger and a second coolant subcircuit with coolant pump and engine housing,
Figur 2 eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-FIG. 2 shows a device for cooling a motor vehicle
Brennkraft-'maschine in einem Kühl-Kreislauf in einem Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine nicht erforderlich ist,Internal combustion engine in a cooling circuit in an operating state in which a cooling of the internal combustion engine is not required,
Figur 3 eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine in einem Kühl-Kreislauf in einem Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine erforderlich ist und3 shows a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit in an operating state in which a cooling of the internal combustion engine is required and
Figur 4 eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine in einem Kühl-Kreislauf in einem Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine und zusätzlich eine Kühlung des Kühlmittels erforderlich ist.4 shows a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit in an operating state in which a cooling of the internal combustion engine and additionally cooling of the coolant is required.
Figur 1 zeigt auszugsweise eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraft-'maschine mit einem ersten Kühlmittel-Teilkreislauf 100 mit Kühlmittel-Pumpe 102 und Abgasrückführ-Wärmetauscher 104 sowie einem zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf 200 mit Kühlmittel-Pumpe 102 und Brennkraftmaschinen-Gehäuse 209. Im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf 200 ist ein Absperrventil 204 zum Öffnen oder Schließen des zweiten Kühlmittel-Teilkreislaufs 200 vorgesehen. Figur 1 verdeutlicht die allgemeine erfinderische Idee, die in den Figuren 2-4 anhand spezifischer Ausführungen erläutert wird, deren nachfolgende Beschreibung, soweit zutreffend, auch auf Figur 1 zu lesen ist.1 shows in part a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine with a first coolant subcircuit 100 with coolant pump 102 and exhaust gas recirculation heat exchanger 104 and a second coolant subcircuit 200 with coolant pump 102 and engine housing 209. In the second coolant subcircuit 200, a shut-off valve 204 is provided for opening or closing the second coolant subcircuit 200. Figure 1 illustrates the general inventive idea, which is explained in the figures 2-4 on the basis of specific embodiments, the following description, where applicable, is also to be read on Figure 1.
Figur 2 zeigt eine Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine in einem Kühl-Kreislauf in einem Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine nicht erforderlich ist, in Figur 3 ist diese Einrichtung in einem Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine und in Figur 4 in einem Betriebszustand, in dem zusätzlich eine Kühlung des Kühlmittels erforderlich ist, dargestellt.Figure 2 shows a device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit in an operating condition in which a Cooling of the internal combustion engine is not required, in Figure 3, this device is in an operating condition in which a cooling of the internal combustion engine and in Figure 4 in an operating condition in which a cooling of the coolant is additionally required shown.
Die Figuren zeigen eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit Kühl- Kreislauf. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein LKW oder PKW, die Brennkraftmaschine ist insbesondere eine kohlenwasserstoffbetriebene Hubkolben-Brennkraftmaschine und das Kühlmittel ist zweckmäßigerweise wasserbasiert mit Additiven zur Verbesserung der Korrosionsschutzwirkung und Senkung des Gefrierpunktes.The figures show a motor vehicle internal combustion engine with cooling circuit. The motor vehicle is preferably a truck or a car, the internal combustion engine is in particular a hydrocarbon-powered reciprocating internal combustion engine and the coolant is expediently water-based with additives for improving the anticorrosion effect and lowering the freezing point.
Die Brennkraftmaschine umfasst ein Brennkraftmaschinen-Gehäuse mit Kurbelgehäuse 208 und Zylinderkopf 210, das Kanäle zur Kühlmitteldurchströmung aufweist. Zur Kühlmittel Zu- und Abströmung sind am Brennkraftmaschinen-Gehäuse mehrere Kühlmittel-Ein- und Auslässe vorgesehen. Eine Kühlmittel-Pumpe 102 dient zur Umwälzung des Kühlmittels. Vorliegend ist im Bereich des Kurbelgehäuses 208 kühlmittelpumpenseitig ein erster Kühlmittel-Einlass vorgesehen. Ein erster Kühlmittel-Auslass ist ebenfalls im Bereich des Kurbelgehäuses 208 vorgesehen und führt zu einem Abgasrückführ-Wärmetauscher 104.The internal combustion engine includes an engine housing with crankcase 208 and cylinder head 210 having channels for coolant flow. For coolant inflow and outflow several coolant inlets and outlets are provided on the engine casing. A coolant pump 102 serves to circulate the coolant. In the present case, a first coolant inlet is provided in the region of the crankcase 208 on the coolant pump side. A first coolant outlet is also provided in the region of the crankcase 208 and leads to an exhaust gas recirculation heat exchanger 104.
Der Abgasrückführ-Wärmetauscher 104 ist einerseits kühlmittel- und andererseits abgasdurchströmt, sodass zwischen Kühlmittel und Abgas zur Kühlung des Abgases ein Wärmeübergang statt finden kann. Stromab des Abgasrückführ-Wärmetauschers 104 ist im Kühlkreislauf ein KühlmittehThermostatventil 106 angeordnet, von dem ausgehend eine Kühlmittel-Leitung wieder zur Kühlmittel-Pumpe 102 führt.The exhaust gas recirculation heat exchanger 104 on the one hand coolant and on the other hand exhaust gas flows through, so that between the coolant and exhaust gas for cooling the exhaust gas, a heat transfer can take place. Downstream of the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 a KühlmittehThermostatventil 106 is arranged in the cooling circuit, from which starting a coolant line leads back to the coolant pump 102.
Im Bereich des Zylinderkopfes 210 ist ein zweiter Kühlmittel-Auslass vorgesehen, von dem ausgehend ein Kühlmittel-Leitungszweig über einen Kühlmittel-Ausgleichsbehälter 214 zur Kühlmittel-Pumpe 102 und ein anderer Kühlmittel-Leitungszweig über einen Kühlmittel-Wärmetauscher 216 zum Kühlmittel-Thermostatventil 106 führt. Der Kühlmittel-Wärmetauscher 216 ist einerseits kühlmittel- und andererseits luftdurchströmt, sodass zwischen Kühlmittel und Luft zur Kühlung des Kühlmittels ein Wärmeübergang statt finden kann.In the region of the cylinder head 210, a second coolant outlet is provided, starting from which a coolant line branch via a Coolant surge tank 214 to the coolant pump 102 and another coolant line branch via a coolant heat exchanger 216 to the coolant thermostatic valve 106 leads. The coolant heat exchanger 216 on the one hand coolant and on the other hand flows through air, so that between the coolant and air to cool the coolant, a heat transfer can take place.
Ein dritter Kühlmittel-Auslass im Bereich des Kurbelgehäuses 208 ist über einen Ölkühler 212 mit einem zweiten Kühlmittel-Einlass im Zylinderkopfbereich verbunden. Der Ölkühler 212 ist einerseits kühlmittehund andererseits öldurchströmt, sodass zwischen Kühlmittel und Öl zur Kühlung des Öls ein Wärmeübergang statt finden kann. Das Öl dient beispielsweise zur Schmierung und Kühlung der Brennkraftmaschine.A third coolant outlet in the region of the crankcase 208 is connected via an oil cooler 212 to a second coolant inlet in the cylinder head region. The oil cooler 212 on the one hand cool medium dog on the other hand flows through oil, so that between the coolant and oil to cool the oil, a heat transfer can take place. The oil is used for example for lubrication and cooling of the internal combustion engine.
Stromab des Abgasrückführ-Wärmetauschers 104 zweigt eine Kühlmittel- Leitung ab, die zunächst zu einem ersten Absperrventil 402 führt und von dort ausgehend, sich verzweigend, einerseits in die vom zweiten Kühlmittel- Auslass im Bereich des Zylinderkopfes 210 kommenden Kühlmittel-Leitung mündet und andererseits über ein zweites Absperrventil 404 und einen Heizungs-Wärmetauscher 318 führt und in die zur Kühlmittel-Pumpe 102 führende Leitung mündet. Der Heizungs-Wärmetauscher 318 ist einerseits kühlmitteldurchströmt und andererseits von einem Heizmittel zur Heizung des Kraftfahrzeug-Innenraumes durchströmt, sodass zwischen Kühlmittel und Heizungs-Heizmittel ein Wärmeübergang statt finden kann. In der zum Heizungs-Wärmetauscher 318 führenden Leitung ist eine weitere Pumpe 320 angeordnet. Die Absperrventile 402 und 404 sind vorliegend gemeinsam als 3/2-Wege-Ventil ausgeführt.Downstream of the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 branches off a coolant line, which initially leads to a first shut-off valve 402 and, starting there, branching out, on the one hand into the coolant line coming from the second coolant outlet in the region of the cylinder head 210 and on the other a second shut-off valve 404 and a heating heat exchanger 318 leads and opens into the line leading to the coolant pump 102 line. The heating heat exchanger 318 on the one hand flows through the coolant and on the other hand flows through a heating means for heating the motor vehicle interior, so that a heat transfer can take place between the coolant and the heating heating means. In the line leading to the heating heat exchanger 318, a further pump 320 is arranged. The shut-off valves 402 and 404 are presently designed together as a 3/2-way valve.
In Figur 1 , die einen Betriebszustand zeigt, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine nicht erforderlich ist, das rückgeführte Abgas jedoch gekühlt wird, ist ein erster Kühlmittel-Teilkreislauf 100 mit durchgezogener Linie dargestellt, die übrigen Bereiche des Kühlmittel-Kreislaufs sind punktiert dargestellt. In Figur 2, die einen Betriebszustand zeigt, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, ist neben dem ersten, mit durchgezogener Linie dargestellten Kühlmittel-Teilkreislauf 100 ein zweiter Kühlmittel-Teilkreislauf 200 mit gestrichelter Linie dargestellt. In Figur 3 ist punktier ein dritter Kühlmittel-Teilkreislauf 300 dargestellt.In FIG. 1, which shows an operating state in which cooling of the internal combustion engine is not required, but the recirculated exhaust gas is cooled, a first coolant subcircuit 100 is shown with a solid line Line shown, the remaining areas of the coolant circuit are shown dotted. In FIG. 2, which shows an operating state in which cooling of the internal combustion engine is required, a second coolant subcircuit 200 with dashed line is shown in addition to the first coolant subcircuit 100 shown by a solid line. In FIG. 3, a third coolant subcircuit 300 is shown in dots.
Der erste Kühlmittel-Teilkreislauf 100 umfasst die Kühlmittel-Pumpe 102, den Abgasrückführ-Wärmetauscher 104 und das Kühlmittel-Thermostatventil 106, der zweite Kühlmittel-Teilkreislauf 200 umfasst die Kühlmittel-Pumpe 102, das Brennkraftmaschinen-Gehäuse 208, 210 und das Kühlmittel- Thermostatventil 106.The first coolant subcircuit 100 includes the coolant pump 102, the exhaust gas recirculation heat exchanger 104, and the coolant thermostat valve 106, the second coolant subcycle 200 includes the coolant pump 102, the engine housing 208, 210, and the coolant thermostatic valve 106th
In einem Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine nicht erforderlich ist, das rückgeführte Abgas jedoch gekühlt wird (Figur 1), ist das erste Absperrventil 402 geschlossen, sodass eine ein Kühlmittelumlauf im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf 200 im Wesentlichen unterbunden ist. Das Kühlmittel wird daher im ersten Kühlmittel-Teilkreislauf 100 von der Kühlmittel-Pumpe 102 zum Kurbelgehäuse 208 gefördert, durchströmt dieses jedoch nur auf sehr kurzem Weg, um ohne wesentliche Wärmeaufnahme zum Abgasrückführ-Wärmetauscher 104 zu strömen. Weiter strömt das Kühlmittel zum Kühlmittel-Thermostatventil 106 und zurück zur Kühlmittel-Pumpe 102. Eine Kühlmittelströmung durch das Kurbelgehäuse 208, den Zylinderkopf 210 und den Kühlmittel- Wärmetauscher 216 ist unterbunden. Ebenfalls unterbunden ist eine Durchströmung des Heizungs-Wärmetauschers 318, indem das zweite Absperrventil 404 geschlossen ist.In an operating state in which a cooling of the internal combustion engine is not required, but the recirculated exhaust gas is cooled (Figure 1), the first shut-off valve 402 is closed, so that a coolant circulation in the second coolant subcircuit 200 is substantially suppressed. The coolant is therefore conveyed in the first coolant subcircuit 100 from the coolant pump 102 to the crankcase 208, but flows through this only very short path to flow to the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 without significant heat absorption. Further, the coolant flows to the coolant thermostatic valve 106 and back to the coolant pump 102. Coolant flow through the crankcase 208, the cylinder head 210, and the coolant heat exchanger 216 is inhibited. Also prevented is a flow through the heating heat exchanger 318 by the second shut-off valve 404 is closed.
In einem Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine erforderlich ist (Figur 2), ist das erste Absperrventil 402 geöffnet, sodass das Kühlmittel sowohl im ersten Kühlmittel-Teilkreislauf 100 und als auch im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf 200 umläuft. Eine Durchströmung des Abgasrückführ-Wärmetauscher 104 im ersten Kühlmittel-Teilkreislauf 100 erfolgt wie oben beschrieben. Zusätzlich wird der zweite Kühlmittel- Teilkreislauf 200 durchströmt. Dabei sperrt gemäß Figur 2 das KühlmittehThermostatventil 106 eine Durchströmung des Kühlmittel- Wärmetauschers 216, sodass das Kühlmittel ausgehend vom Zylinderkopf 210 zwischen den Absperrventilen 404 und 402 einströmt und nachfolgend durch das Thermostatventil 106 zur Kühlmittel-Pumpe 102 strömt.In an operating state in which cooling of the internal combustion engine is required (FIG. 2), the first shut-off valve 402 is opened so that the coolant is in both the first coolant subcircuit 100 and in the first second coolant subcircuit 200 rotates. A flow through the exhaust gas recirculation heat exchanger 104 in the first coolant subcircuit 100 takes place as described above. In addition, the second coolant subcircuit 200 is flowed through. In this case, according to FIG. 2, the coolant temperature thermostat valve 106 blocks a flow through the coolant heat exchanger 216, so that the coolant flows in from the cylinder head 210 between the shut-off valves 404 and 402 and subsequently flows through the thermostatic valve 106 to the coolant pump 102.
In dem in Figur 3 dargestellten Betriebszustand, in dem eine Kühlung der Brennkraftmaschine und zusätzlich eine Kühlung des Kühlmittels erforderlich ist, ermöglicht das Thermostatventil 106 eine Durchströmung des Kühlmittel- Wärmetauschers 216, sodass das Kühlmittel ausgehend vom Zylinderkopf 210 den Kühlmittel-Wärmetauscher 216 durchströmt und nachfolgend durch das Thermostatventil 106 zur Kühlmittel-Pumpe 102 strömt. Mittels des zweiten Absperrventils 404 wird eine Durchströmung des Heizungs-'Wärmetauschers 318 geregelt.In the operating state shown in Figure 3, in which a cooling of the internal combustion engine and cooling of the coolant is required, the thermostatic valve 106 allows flow through the coolant heat exchanger 216, so that the coolant from the cylinder head 210 flows through the coolant heat exchanger 216 and below through the thermostatic valve 106 to the coolant pump 102 flows. By means of the second shut-off valve 404, a flow through the heating heat exchanger 318 is controlled.
Mit der Erfindung kann eine Verbrauchsabsenkung insbesondere auch in besonderen Fahrzyklen für Emissions- und Verbrauchsmessungen, wie dem Europäischer Fahrzyklus für Emissions- und Verbrauchsmessungen auf Rollenprüfständen (MVEG-Zyklus) erzielt werden. With the invention, a reduction in consumption especially in special driving cycles for emission and consumption measurements, such as the European driving cycle for emission and consumption measurements on chassis dynamometers (MVEG cycle) can be achieved.

Claims

PatentansprücheKühleinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben derselben Cooling device for an automotive internal combustion engine and method for operating the same
1. Einrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine in einem Kühl-Kreislauf mit einer Kühlmittel-Pumpe (102), einem Brennkraftmaschinen-Gehäuse (208, 209, 210), einem Abgasrückführ- Wärmetauscher (104) und einem Kühlmittel-Wärmetauscher (216), dadurch gekennzeichnet, dass1. A device for cooling a motor vehicle internal combustion engine in a cooling circuit with a coolant pump (102), an internal combustion engine housing (208, 209, 210), an exhaust gas recirculation heat exchanger (104) and a coolant heat exchanger (216) , characterized in that
- die Kühlmittel-Pumpe (102) und der Abgasrückführ-Wärmetauscher (104) von einem ersten Kühlmittel-Teilkreislauf (100) und- The coolant pump (102) and the exhaust gas recirculation heat exchanger (104) of a first coolant subcircuit (100) and
- die Kühlmittel-Pumpe (102) und das Brennkraftmaschinen-Gehäuse (208, 210) von einem zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf (200) umfasst sind.- The coolant pump (102) and the engine housing (208, 210) from a second coolant subcircuit (200) are included.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch ein erstes Absperrventil (204, 402) zum Öffnen oder Schließen des zweiten Kühlmittel-Teilkreislaufs (200).2. Cooling device according to claim 1, characterized by a first shut-off valve (204, 402) for opening or closing the second coolant subcircuit (200).
3. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Kühlmittel-Wärmetauscher (216) im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf (200) und ein Kühlmittel-Thermostatventil (106), dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel-Thermostatventil (106) eine Kühlmitteldurchströmung des Kühlmittel-Wärmetauscher (216) regelt.3. Cooling device according to one of the preceding claims, comprising a coolant heat exchanger (216) in the second coolant subcircuit (200) and a coolant thermostatic valve (106), characterized in that the coolant thermostatic valve (106) controls a coolant flow through the coolant heat exchanger (216).
4. Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Heizungs-Wärmetauscher (318), dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungs-Wärmetauscher (318) von einem dritten Kühlmittel- Teilkreislauf (300) umfasst ist und ein zweites Absperrventil (404) zum Öffnen oder Schließen des dritten Kühlmittel-Teilkreislaufs (300) vorgesehen ist.4. Cooling device according to one of the preceding claims, comprising a heating heat exchanger (318), characterized in that the heating heat exchanger (318) from a third coolant subcircuit (300) is included and a second shut-off valve (404) for opening or Closing the third coolant subcircuit (300) is provided.
5. Verfahren zum Betreiben einer Kühleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten ersten Wertes das erste Absperrventil (402) geschlossen ist und ein Kühlmittelumlauf im zweiten Kühlmittel-Teilkreislauf (200) im Wesentlichen unterbunden ist, sodass das Kühlmittel im Wesentlichen im ersten Kühlmittel-Teilkreislauf (100) umläuft.5. A method for operating a cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that at a temperature of the internal combustion engine below a predetermined first value, the first shut-off valve (402) is closed and a coolant circulation in the second coolant subcircuit (200) is substantially suppressed such that the coolant circulates substantially in the first coolant subcircuit (100).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine oberhalb eines vorbestimmten ersten Wertes das erste Absperrventil (402) geöffnet ist und das Kühlmittel sowohl im ersten (100) und als auch im zweiten Kühlmittel- Teilkreislauf (200) umläuft.6. The method according to claim 5, characterized in that at a temperature of the internal combustion engine above a predetermined first value, the first shut-off valve (402) is open and the coolant circulates both in the first (100) and in the second coolant subcircuit (200) ,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel-Thermostatventil (106) bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorbestimmten zweiten Wertes eine Durchströmung des Kühlmittel-Wärmetauschers (216) unterbindet und bei einer Temperatur der Brennkraftmaschine oberhalb eines vorbestimmten zweiten Wertes eine Durchströmung des Kühlmittel-Wärmetauschers (216) ermöglicht.7. The method according to any one of claims 5-6, characterized in that the coolant thermostatic valve (106) at a temperature of the internal combustion engine below a predetermined second value, a flow through the coolant heat exchanger (216) prevents and at a temperature of the internal combustion engine above a predetermined second value allows a flow through the coolant heat exchanger (216).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Absperrventil (404) abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine, der Außentemperatur, einer fahrerseitigen Heizanforderung und/oder anderer Parameter öffnet oder schließt, sodass ein Kühlmittelumlauf im dritten Kühlmittel-Teilkreislauf (300) im Wesentlichen unterbunden ist oder das Kühlmittel sowohl im ersten (100) und/oder zweiten (200) als auch im dritten Kühlmittel-Teilkreislauf (300) umläuft. 8. The method according to any one of claims 5-7, characterized in that the second shut-off valve (404) depending on the temperature of the internal combustion engine, the outside temperature, a driver-side Heizanforderung and / or other parameters opens or closes, so that a coolant circulation in the third coolant Partial circulation (300) is substantially prevented or the coolant circulates in both the first (100) and / or second (200) and in the third coolant subcircuit (300).
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