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Die
Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf
einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen
Kühlkreislaufs.
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Aus
der Praxis sind Kühlkreisläufe von Brennkraftmaschinen
bekannt. In solchen Kühlkreisläufen sind
im Allgemeinen ein Fahrzeugkühler
und ein Getriebeölkühler miteinander
und mit einer Kühlwasserpumpe
sowie der Brennkraftmaschine verschaltet. Dabei ist ferner eine
Thermostatregelung vorgesehen, mit welcher das Getriebeöl aus dem kleinen
Kühlkreislauf über einen
Ausgleichsbehälter schnell
erwärmt
werden soll.
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Ebenfalls
bekannt sind Kühlkreisläufe in denen
primär
der Getriebeölkühler in
den Kühlkreislauf derart
integriert ist, dass lediglich im Kühlerbetrieb (Thermostatstellung
offen) oder unter Zuhilfenahme einer zusätzlichen elektrischen Wasserpumpe
das Getriebeöl
gekühlt
werden kann. Ein Intergieren des Getriebeölkühlers in den Wasserkreislauf
im Motorkursschluss (Thermostat geschlossen), hat ein schnelleres
Erwärmen
des Kühlmittels
zur Folge.
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Aus
der Praxis ist es ferner bekannt, an einen Kühlkreislauf einen Wärmetauscher
anzuschließen,
um eine Beheizung eines Fahrzeuginnenraumes zu ermöglichen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen energetisch verbesserten
Kühlkreislauf
für eine Brennkraftmaschine
und ein Verfahren zu einem energetisch verbesserten Betrieb eines
Kühlkreislaufs einer
Brennkraftmaschine zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw.
5.
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Gemäß der Erfindung
ist bei dem Kühlkreislauf
neben dem Fahrzeugkühler,
dem Getriebeölkühler – der über eine
erste Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung
an den Fahrzeugkühler
angeschlossen ist – und
der Kühlwasserpumpe
eine zweite Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung
vorgesehen, die stromab der Brennkraftmaschine parallel zu dem Fahrzeugkühler geschaltet
ist. Die stromab der Brennkraftmaschine zu dem Fahrzeugkühler parallel geschaltete
zweite Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung
erlaubt es, auf den Kühlwasserstrom, der
dem Getriebeölkühler zufließt, gezielt
Einfluss zu nehmen, womit der Kühlkreislauf
energetisch verbessert betrieben werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der zweiten Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung
ein schaltbares, insbesondere ein elektrisch betätigbares Absperrventil vorgesehen.
Ein schaltbares, insbesondere ein elektrisch betätigbares Absperrventil hat
gegenüber
einem Thermostatventil den Vorteil, je nach Betriebszustand der
Brennkraftmaschine und etwaig weiteren Einflussgrößen, wie
beispielsweise Heizenergieanforderungen einer Fahrzeugheizung betätigbar zu sein,
womit nicht mehr eine aktuelle Temperatur im Getriebeölkühler die
Kühlwasserströme bestimmt, sondern
eine energetisch optimale Steuerung durchführbar ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Kühlkreislauf
ein Wärmetauscher
einer Fahrzeugheizung vorgesehen, der zu dem Fahrzeugkühler parallel
geschaltet ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es, den Verbrauch einer Fahrzeugzusatzheizung
zu minimieren, indem die in dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine
vorhandene Wärme
optimal ausgenutzt wird. Dies gilt insbesondere wenn für den Wärmetauscher
ein schaltbares, insbesondere ein elektrisch betätigbares Heizungsventil vorgesehen
ist. Dieses Ventil hat den Vorteil, dass das Wasser der Fahrzeugheizung
nicht unnötig
aufgeheizt werden muss, auch wenn gar keine Fahrzeugheizung angefordert
wird. Sobald der Fahrer ein Aufheizen der Fahrgastzelle anfordert,
bekommt die Fahrzeugheizung heißes
Wasser. Solange die Anforderung nach Aufheizen der Fahrgastzelle
nicht vorliegt, steht diese Wärme
zur Erwärmung des
Getriebeöls
zur Verfügung.
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Der
grundlegende Vorteil eines solchen elektrisch betätigbares
Heizungsventils liegt dabei im Temperieren des Getriebeöls.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerung
vorgesehen, mit welcher das Absperrventil und/oder das Heizungsventil
insbesondere intermittierend betätgbar sind,
wobei die Steuerung die Verteilung der Kühlwasserströme, insbesondere unter dem
Gesichtpunkt eines minimierten Energieverbrauchs steuert. Zwar ist
es grundsätzlich
möglich,
mit Thermostatventilen einen energetisch verbesserten Kühlkreislauf
aufzubauen, eine Steuerung, mit welcher mindestens das Absperrventil
und/oder das Heizungsventil insbesondere intermittierend betätigbar sind, hat
jedoch den Vorteil, für
eine Vielzahl verschiedener Betriebszustände der Brennkraftmaschine
und Anforderungsszenarien weiterer Energieverbraucher eine energetisch
optimierte Verteilung der Kühlwasserströme zu bewirken.
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Die
Vorteile der Erfindung zeigen sich auch bei einem Verfahren zum
Betrieb eines Kühlkreislaufes
einer Brennkraftmaschine, bei welchem die Verteilung der Kühlwasserströme unter
dem Gesichtspunkt eines minimierten Energieverbrauches erfolgt. Daher
wird für
ein solches Verfahren auch selbstständig Schutz beansprucht.
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Die
Erfindung stellt eine wirtschaftliche und technisch einfache Möglichkeit
dar, die Getriebeöltemperatur
energetisch günstig
dem jeweiligen Betriebszustand des Fahrgerätes anzupassen. Damit ist eine
Kühlmittelkreislaufanordnung
darstellbar, mit der gezieltes Aufheizen und Abkühlen des Getriebeöls möglich ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
eines Brennkraftmaschinen-Kühlkreislaufs
in schematischer Darstellung.
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Der
in 1 gezeigte Kühlkreislauf 100 einer Brennkraftmaschine 102 gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist einen Fahrzeugkühler 104, einen Getriebeölkühler 106 sowie
einen Wärmetauscher 108 einer
Fahrzeugheizung auf. Der Fahrzeugkühler 104 ist als Querstromkühler mit
einem Kühlwassereingang 110 und
einem ersten sowie einem zweiten Kühlwasserausgang 112, 114 ausgebildet.
Der Getriebeölkühler 106 ist
als Wasser-Getriebeölkühler ausgebildet
und weist einen Eingang 116 sowie einen Ausgang 118 auf.
Der Wärmetauscher 108 weist
einen Heizwassereingang 120 sowie einen Heizwasserausgang 122 auf.
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Die
Verschaltung (Verrohrung) des Kühlkreislaufs 100 umfasst
eine Kühlwasserversorgungsleitung 124,
welche stromab einer Wasserpumpe 126 angeordnet ist und
die Brennkraftmaschine 102 mit Kühlwasser versorgt. Die Brennkraftmaschine 102 ist über eine
erste Fahrzeugkühlerleitung 128 mit
einem Thermostatventil 130 verbunden. Das Thermostatventil 130 ist über eine
zweite Fahrzeugkühlerleitung 132 mit
dem Kühlwassereingang 110 und über eine Fahrzeugkühler-Umgehungsleitung 134 mit
einer Wasserpumpeneingangsleitung 136 verbunden. Die Wasserpumpeneingangsleitung 136 ist
ferner über eine
erste Fahrzeugskühler-Ausgangsleitung 138 mit dem
ersten Kühlwasserausgang 112 verbunden.
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Zur
Einbindung des Getriebeölkühlers 106 in den
Kühlkreislauf 100 ist
eine erste Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung 140 vorgesehen,
welche an den zweiten Kühlwasserausgang 114 des Fahrzeugkühlers 104 angeschlossen
ist. In dieser ersten Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung 140 ist
ein Durchfluss-Richtungsventil 142 nach Art eines Rückschlagventils
vorgesehen, welches einen Rückfluss
von Kühlwasser
zu dem Fahrzeugkühler 104 verhindert.
Bei entsprechender Federauslegung des Durchfluss-Richtungsventil 142 verhindert
dieses zudem ein Fliessen des Kühlmittels
vom Fahrzeugkühler 104 zum
Getriebeölkühler 106 (bei
offenen Thermostaten), wenn dieses energetisch nicht gewünscht ist.
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Ferner
ist eine zweite Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung 144 vorgesehen,
welche parallel zu der ersten Fahrzeugkühlerleitung 128 an
der Brennkraftmaschine 102 angeschlossen ist und gemeinsam
mit der ersten Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung 140 in
den Eingang 116 des Getriebeölkühlers 106 mündet. In
der zweiten Getriebeölkühler-Wasserversorgungsleitung 144 ist
ein elektrisch betätigbares
Absperrventil 146 vorgesehen. Der Rückfluss von Kühlwasser
aus dem Getriebeölkühler 106 in
den Kühlkreislauf
erfolgt über
eine Rückführleitung 148,
welche einerseits an den Ausgang 118 des Getriebeölkühlers 106 und
andererseits an die Wasserpumpeneingangsleitung 136 angeschlossen
ist.
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Die
Versorgung des Wärmetauschers 108 erfolgt über eine
Wärmetauschereingangsleitung 150,
in welcher ein elektrisch betätigbares
Heizungsventil 152 vorgesehen ist. Die Wärmetauschereingangsleitung
ist parallel zu der ersten Fahrzeugkühlerleitung 128 an
der Brennkraftmaschine 102 angeschlossen und mündet in
den Heizwassereingang 120 des Wärmetauschers 108.
Die Rückführung von Kühlwasser
aus dem Wärmetauscher 108 erfolgt über eine
Wärmetauscherausgangsleitung 154,
welche einerseits an dem Heizwasserausgang 122 und anderseits
an der Wasserpumpeneingangsleitung 136 angeschlossen ist.
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In
der zuvor beschriebenen Weise ist der Getriebeölkühler 106 energetisch
optimal in den Kühlkreislauf 100 eingebunden.
Mit dieser Einbindung kann in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine
und den Anforderungen seitens des Wärmetauschers 108 der
Fahrzeugheizung sowie des Getriebeölkühlers 106 entsprechend
eine energetisch optimale Wärmeverteilung
vorgenommen werden, wobei die Wasserpumpe 126 sowohl den
Getriebeölkühler 106 als
auch den Wärmetauscher 108 unabhängig von
der Stellung des Thermostatventils 130 mit Kühlwasser
versorgen kann.
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Bei
dem beschriebenen Kühlkreislauf 100 wird
der Getriebeölkühler 106 aus
der Brennkraftmaschine 102 mit heißem Wasser und aus dem Fahrzeugkühler 104 mit
kaltem Wasser versorgt. Ist die Brennkraftmaschine 102 kalt
und besteht eine Heizanforderung der Fahrzeugheizung an den Wärmetauscher 108,
wird mit dem Absperrventil 146 der Zufluss von Kühlwasser
von der Brennkraftmaschine 102 zu dem Getriebeölkühler 106 unterbrochen,
womit die gesamte Energie, die in dem Kühlwasser zur Verfügung steht,
dem Wärmetauscher 108 zugeführt werden
kann, um die Heizanforderung zu erfüllen.
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Ist
der Wärmetauscher 108 ausreichend
mit Energie (Wärme)
versorgt, öffnet
das Absperrventil 146 und die Kühlmittelwärme heizt dann das Getriebeöl auf.
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Soll
das Getriebeöl
gekühlt
werden, schließt das
Absperrventil 146, und es fließt kaltes Wasser aus dem Fahrzeugkühler 104 in
den Getriebeölkühler 106.
Um dies besonders sicher zu gewährleisten,
ist das Thermostatventil 130 ein elektrisch betätigtes Thermostatventil.
Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf 100,
insbesondere in seiner besonders bevorzugten Ausführungsform
erlaubt es, das Getriebeöl durch
ein intermittierendes (getaktetes) Öffnen und Schließen des
Absperrventils 146 zu temperieren.
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Mit
der Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
Die Wärmeverteilung
ist in allen Betriebszuständen von
Motor und Getriebe optimal.
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Bei
einer Heizanforderung der Fahrzeugheizung (des Wärmetauschers 108)
kann zugunsten der Fahrzeugheizung (Komfort) die Durchströmung des Getriebeölkühlers (106)
unterbrochen werden.
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Das
Getriebeöl
lässt sich
durch das Kühlwasser
gezielt aufheizen und definiert temperieren. Der Kühlkreislauf 100 erlaubt
es, die gesamte Kühlleistung
des Fahrzeugkühlers 104 zum
Schutz des Getriebeöls
dem Getriebeölkühler 106 zur
Verfügung zu
stellen.
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Mit
dem beschriebenen Kühlkreislauf 100 ist das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betrieb eines Kühlkreislaufs 100 einer
Brennkraftmaschine 102 durchführbar, bei dem die Verteilung
der Kühlwasserströme unter
dem Gesichtspunkt eines minimierten Energieverbrauchs gesteuert
wird. Bei diesem Verfahren erfolgen vorzugsweise die folgenden Verteilungen
der Kühlwasserströme:
Bei
einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 102 werden das Absperrventil 146 und
das Thermostatventil 130 geschlossen. Dadurch wird die
Durchströmung des
Getriebeölkühlers 106 mit
Kühlwasser
bei Heizanforderung unterbrochen und es erfolgt eine gezielte Wärmeverteilung
zugunsten der Fahrzeugheizung.
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Im
Niedriglastbereich ist das Absperrventil 146 offen, und
das Thermostatventil 130 ist geschlossen. Dadurch heizt
das Kühlwasser
das Getriebeöl auf.
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Bei
Hochlast (Mischbetrieb) wird das Absperrventil 146 getaktet,
wobei das Thermostatventil 130 je nach Temperatur öffnet. Dadurch
erfolgt eine gezielte Getriebeöltemperierung.
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Bei
Hochlast ist das Absperrventil 146 geschlossen, sodass
eine optimale Getriebeölkühlung erfolgt.
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Bei
entsprechender Federauslegung des Durchfluss-Richtungsventil 142 verhindert
dieses zudem ein Fliessen des Kühlmittels
vom Fahrzeugkühler 104 zum
Getriebeölkühler 106 (bei
offenen Thermostaten), wenn dieses energetisch nicht gewünscht ist.