BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlsystem.

[0002] Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge weisen mindestens ein Kühlsystem auf, in dem ein Kühlmittels mittels einer oder mehrerer Pumpen in mindestens einem Kühlkreis gepumpt wird und dabei Wärmeenergie von in den Kühlkreis integrierten Komponenten, insbesondere dem Verbrennungsmotor sowie einem Ölkühler und/oder einem Ladeluftkühler, aufnimmt. Diese Wärmeenergie wird anschließend in einem Umgebungswärmetauscher, dem sogenannten Hauptwasserkühler, sowie zeitweise in einem Heizungswärmetauscher an die Umgebungsluft, im Fall des Heizungswärmetauschers an die zur Klimatisierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehene Umgebungsluft, angegeben.

[0003] Kühlsysteme moderner Kraftfahrzeuge weisen in der Regel mehrere Kühlkreise auf. Beispielsweise ist es bekannt, einen so genannten großen bzw. Hauptkühlkreis sowie einen kleinen Kühlkreis vorzusehen, die abschnittsweise integral ausgebildet sind, und wobei mittels eines thermostatgesteuerten Ventils das Kühlmittels entweder über den großen oder den kleinen Kühlkreis geführt wird. Dies erfolgt in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels, so dass beispielsweise in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, wenn das Kühlmittel noch nicht seinen Betriebstemperaturbereich erreicht hat, dieses in dem kleinen Kühlkreis gefördert wird, wodurch der Hauptwasserkühler, d.h. derjenige Umgebungswärmetauscher, in dem das Kühlmittel durch Wärmeübergang auf die Umgebungsluft hauptsächlich gekühlt wird, umgangen wird. Hat das Kühlmittel dagegen seinen Betriebstemperaturbereich erreicht, wird mittels des thermostatgesteuerten Ventils das Kühlmittel in dem großen Kundenkreis gefördert, so dass durch einen Wärmeübergang von dem Kühlmittels auf die Umgebungsluft einen Überhitzten des Kühlsystems vermieden wird. Der Heizungswärmetauscher als zweiter Umgebungswärmetauscher ist dagegen regelmäßig in den kleinen Kühlkreis integriert, wodurch auch schon in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine eine Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird.

[0004] Die (Haupt-)Pumpe des Kühlsystems wird regelmäßig mechanisch von dem Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine angetriebene. Ihre Förderleistung ist somit grundsätzlich proportional zu der Drehzahl, mit der eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors rotiert. Obwohl mit steigender Drehzahl des Verbrennungsmotors tendenziell auch der Kühlleistungsbedarf steigt, entspricht die durch den Betrieb der Pumpe theoretisch erzielbare Kühlleistung in vielen Betriebszuständen nicht dem tatsächlichen Kühlleistungsbedarf. Da in allen Betriebszuständen eine ausreichend hohe Kühlleistung zur Verfügung stehen soll, sind solche mechanisch angetriebenen Pumpen vielfach überdimensioniert. Die Bestrebungen, den Kraftstoffbedarf von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, hat daher zu der Entwicklung von mechanisch angetriebenen Kuhlmittelpumpen geführt, die in Grenzen hinsichtlich des Volumenförderstroms regelbar sind. Eine solche regelbare, mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe ist beispielsweise aus der DE 10 2010 044 167 A1 bekannt

[0005] Bei den Kühlsystemen moderner Kraftfahrzeuge erfolgt die Hauptregelung des Volumenstroms des Kühlmittels somit mittels regelbarer Kühlmittelpumpen während die Verteilung des Volumenstroms auf die einzelnen, jeweils einen unterschiedlichen Kühlbedarf aufweisenden Komponentenkühler mittels aktiv und insbesondere über Thermostate angesteuerte Ventile gesteuert wird. Beispielsweise offenbart die DE 103 42 935 A1 eine Brennkraftmaschine mit einem Kühlkreis, der eine von einem Verbrennungsmotor mechanisch angetriebene Pumpe umfasst. Der Fördervolumenstrom der Pumpe ist somit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig. Um für mehrere in den Kühlkreis integrierte Wärmetauscher, wie insbesondere Kühlkanäle eines Zylinderkurbelgehäuses und eines Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors sowie einen Heizungswärmetauscher für eine Innenraumheizung eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, individuell angepasste Volumenströme des Kühlmittel zu erreichen, sind eine Mehrzahl von jeweils individuell ansteuerbaren Regelventilen in den Kühlkreislauf integriert. Die DE 103 42 935 A1 offenbart weiterhin, dass die Kanäle des Zylinderkurbelgehäuses und des Zylinderkopfs parallel verschaltet sind, wodurch ermöglicht wird, die Kühlleistung für diese Komponenten individuell zu steuern. Das aus der DE 103 42 935 A1 bekannte Kühlsystem ist relativ aufwändig. Brennkraftmaschinen, die hinsichtlich der Ausgestaltung des jeweiligen Kühlsystems zu der Brennkraftmaschine gemäß der DE 103 42 935 A1 vergleichbar sind, sind auch in der DE 10332 947 A1, der DE 10 20008 048 373 A1 und der DE 198 31 901 A1 offenbart.

[0006] Aus der DE 199 06 523 A1 ist zudem ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das zwei Kühlkreise, nämlich einen den Hauptwasserkühler, eine Hauptkühlmittelpumpe und Kühlkanäle eines Verbrennungsmotors umfassenden Hauptkühlkreis sowie einen einen Heizungswärmetauscher für eine Innenraumheizung des Kraftfahrzeugs umfassenden Nebenkühlkreis aufweist. Der weiterhin eine Zusatzheizvorrichtung sowie eine separate, elektrisch betriebene Pumpe aufweisende Nebenkühlkreis ist als Kurzschlusskreis ausgeführt, d.h. mittels eines aktiv ansteuerbaren Ventils ist der Nebenkühlkreis unabhängig von dem Hauptkühlkreis betreibar.
Und schließlich ist in der US 2012/0103283 A1 ein Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine offenbart, bei der ein Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine, ein Gehäuse einer Abgasturbine, ein Heizungswärmetauscher und eine mechanisch angetriebene Hauptkühlmittelpumpe in einen ersten Kühlkreis integriert sind und ein Zylinderkurbelgehäuse sowie eine regelbare Zusatzkühlmittelpumpe in einen die Hauptkühlmittelpumpe umgehenden zweiten Kühlkreis integriert sind.
Für eine gute und insbesondere effizient Kühlleistung eines Kühlkreises ist es relevant, dass dieser möglichst vollständig entlüftet ist. Demnach muss zum einen während des Befüllvorgangs des Kühlkreises, insbesondere bei einer Erstbefüllung oder einer Neubefüllung im Rahmen einer Wartung, die im Kühlkreis enthaltene Luft, die von dem einströmenden Kühlmittel verdrängt wird, möglichst vollständig abgeführt werden. Zudem kann im Betrieb des Kraftfahrzeugs und damit des Kühlkreises Gas durch Verdampfungsprozesse entstehen, das sicher abgeführt werden sollte. Dies gilt insbesondere, wenn der Kühlkreis für eine Betriebstemperatur des Kühlmittels ausgelegt ist, die oberhalb der (druckabhängigen) Siedetemperatur von Wasser liegt. Wasser, das sich in dem Kühlkreislauf angesammelt oder abgesetzt hat, verdampft dann und sollte entsprechend abgeführt werden.
Eine Entlüftung eines Kühlkreises erfolgt regelmäßig über einen Ausgleichsbehälter des Kühlsystems. Ein solcher Ausgleichsbehälter hat zudem noch die Aufgabe, die unterschiedliche, thermische bedingte Ausdehnung des Kühlmittels zu kompensieren und ist dazu teilweise mit Luft gefüllt. Zur Entlüftung kann eine Entlüftungsleitung von in der Regel der höchsten Stelle des Kühlkreises zu dem noch höher angeordneten Ausgleichsbehälter führen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfach aufgebautes regelbares Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Verfahren zum Betrieb eines solchen Kühlsystem sind Gegenstand der Patentansprüche 8, 10 und 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kühlsystems und vorteilhafte Verfahren zum Betrieb einzelner dieser Ausführungsformen sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.

[0007] Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch den Verzicht auf möglichst alle temperaturgesteuerten Ventile ein möglichst einfach aufgebautes Kühlsystem zu erhalten. Dabei ist eine der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis, dass durch eine geeignete Integration von mindestens zwei regelbaren Kühlmittelpumpen auch ohne solche temperaturgesteuerten Ventilen eine individuelle Regelung des durch die einzelnen Komponentenkühler strömenden Volumenstroms des Kühlmittels und damit der Kuhlleistungsbedarf für diese Komponentenkühler erfolgen kann. Dabei ist von Bedeutung, dass die mindestens zwei regelbaren Pumpen in verschiedene Kühlkreise integriert sind, die jedoch abschnittsweise integral ausgebildet sind, so dass durch die gegenseitige Beeinflussung beziehungsweise Überlagerung des von den einzelnen Kühlmittelpumpen erzeugten Volumenstroms beziehungsweise Drucks des Kühlmittels eine individuelle Regelung des durch die einzelnen Komponentenkühler strömenden Volumenstroms erfolgen kann.

[0008] Demnach ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem einen Komponentenkühler, einen als Hauptwasserkühler ausgebildeten Umgebungswärmetauscher und eine erste Pumpe umfassenden ersten Kühlkreis und einem einen Komponentenkühler und eine zweite Pumpe umfassenden zweiten Kühlkreis, wobei die Kühlkreise in zumindest einem Abschnitt integral ausgebildet sind und in den Kühlkreisen ein Kühlmittel zur Förderung vorgesehen ist beziehungsweise gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen regelbar ausgebildet sind und eine Regelung der durch den oder die Komponentenkühler und den Umgebungswärmetauscher strömenden Volumenströme des Kühlmittels mittels eines (zueinander) angepassten Betriebs der mindestens zwei Pumpen erfolgen kann beziehungsweise erfolgt.

[0009] Unter dem Begriff "Kuhler" werden erfindungsgemäß Wärmetauscher verstanden, die einen Wärmeübergang in beide Richtungen, d.h. von einer Komponente auf das Kühlmittel sowie von dem Kühlmittel auf die Komponente, ermöglichen. Der Begriff "Kühler" ist gewählt, da im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, d.h. wenn diese ihren Betriebstemperaturbereich erreicht hat, ein Wärmeübergang von der Komponente auf das Kühlmittel vorgesehen ist und der Wärmetauscher eine Kühlung der Komponenten gewirkt. In einer anderen Betriebsphase der Brennkraftmaschine, insbesondere in einer Warmlaufphase oder bei einem Betrieb mit sehr geringer Leistung, kann jedoch auch ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel auf die jeweilige Komponente vorgesehen sein. Dadurch kann insbesondere ein schnelles Erwärmen der Komponente erzielt werden kann.

[0010] Das Kühlsystem der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine umfasst einen ersten Komponentenkühler, der in dem integralen Abschnitt der zwei Kühlkreise angeordnet ist. Dabei umfasst der erste Komponentenkühler einen ersten Teilkomponentenkühler und einen zweiten Teilkomponentenkühler, wobei die Teilkomponentenkühler parallel geschaltet sind. Bei dem ersten Teilkomponentenkühler handelt es sich um einen Kühler eines Zylinderkurbelgehäuses (insbesondere in Form von in das Zylinderkurbelgehäuse integrierten Kühlkanälen ausgebildet) und bei dem zweiten Teilkomponentenkühler um einen Kühler eines Zylinderkopfs (insbesondere in Form von in den Zylinderkopf integrierten Kühlkanälen ausgebildet) eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine.

[0011] Ein für die Ausbildung eines solchen Kühlsystems vorteilhaft einsetzbares Anschlusselement, das insbesondere außenseitig an einen Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine angeschlossen werden kann, weist mindestens ein zwei voneinander getrennte Strömungsräume ausbildendes (ein- oder mehrteiliges) Gehäuse auf, wobei ein erster der Strömungsräume mit mindestens zwei Einlassanschlüssen, die beide (insbesondere alternativ) mittels einer Vorrichtung zur Verhinderung eines Rückflusses absperrbar sind, und einem Auslassanschluss verbunden ist. Ein zweiter der Strömungsräume ist dagegen mit mindestens zwei Einlassanschlüssen, von denen einer mittels eines druckbetätigten Absperrelements absperrbar ist, und mindestens zwei Auslassanschlüssen verbunden.

[0012] Bei einem solchen Anschlusselement kann weiterhin bevorzugt in (oder zumindest in der Nähe von) zumindest einem der beiden mit dem zweiten Strömungsraum verbundenen Einlassanschlüsse ein Temperatursensor angeordnet sein. Hierbei kann es sich insbesondere um denjenigen Einlassanschluss handeln, der einen Kühlkanal des Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors mit dem zweiten Strömungsraum verbindet.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform des Kühlsystems der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Pumpen elektromotorisch angetrieben sind. Dadurch kann eine besonders einfache und genaue Regelung der einzelnen Pumpen und somit auch des angepassten Betriebs der mindestens zwei Pumpen erfolgen. Möglich ist aber auch, eine, mehrere oder alle der Pumpen mechanisch durch beispielsweise einen Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine angetriebenen auszuführen, wobei die Regelbarkeit der Förderleistungen dieser Pumpen durch andere Maßnahmen (vgl. beispielsweise DE 10 2010 044 167 A1) erreicht werden kann.

[0014] Bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorteithafterweise vorgesehen sein, dass in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine hauptsächlich oder ausschließlich die Pumpe des zweiten Kühlkreises betrieben wird, während die Pumpe des ersten Kühlkreises nicht oder nur mit geringer Leistung betrieben wird. Die dann eine erhebliche Dresselwirkung aufweisende Pumpe des ersten Kühlkreises verhindert weitgehend, dass ein relevanter Volumenstrom des Kühlmittels über den Umgebungswärmetauscher, bei dem es sich um den sogenannten Hauptwasserkühler handelt, geführt wird. Im Ergebnis kann so eine ungewollte Kühlung des Kühlmittels in dem Umgebungswärmetauscher während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine verhindert und ein schnelles Aufheizen des Kühlmittels unterstützt werden.

[0015] Insbesondere dann, wenn die Drossetwirkung von einer mit geringer Leistung oder überhaupt nicht betriebenen Pumpe nicht ausreichend ist, um ein Durchströmen des dazugehörigen Kühlkreises in ausreichendem Maße zu verhindern, können in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems Mittel zur Vermeidung eines Rückflusses des Kühlmittels aus dem integralen Abschnitt in einen oder beide Kühlkreise vorgesehen sein. Diese Mittel können beispielsweise in Form von in den oder die Kühlkreise integrierten Rückschlagventilen ausgebildet sein. Sofern die Mittel direkt in einen Mündungsabschnitt des integralen Abschnitts integriert sind, besteht auch die vorteilhafte Möglichkeit, diese in Form eines Klappenventils auszubilden, dass druckabhängig verschwenkbar ist und dabei entweder die Mündungsöffnung des ersten oder des zweiten Kühlkreises (zumindest teilweise) verschließt.

[0016] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass in den zweiten Kühlkreis des Kühlsystems ein Heizungswärmetauscher integriert ist. Somit kann sichergestellt werden, dass bedarfsweise auch während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine Wärmeenergie aus dem Kühlkreis an zur Klimatisierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehene Umgebungsluft übertragen werden kann.

[0017] Die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine kann weiterhin bevorzugt in eine erste Phase, in der die Pumpe des zweiten Kühlkreises mit einer relativ niedrigen Förderleistung und somit einem entsprechend niedrigen Fördervolumenstrom des Kühlmittels betrieben wird, und eine zweite Phase, in der die Pumpe des zweiten Kühlkreises mit einer relativ hohen Förderleistung und somit einem entsprechend hohen Fördervolumenstrom des Kühlmittels betrieben wird, unterteilt sein. Dadurch kann beispielsweise erzielt werden, dass in der ersten Phase, die vorzugsweise zeitlich vor der zweiten Phase liegt, durch eine nur sehr geringe Durchströmung von insbesondere einem Verbrennungsmotor und besonders bevorzugt einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors, ein schnelles Erwärmen dieser Komponente erreicht wird, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine auswirken kann. Dabei kann die Regelung der Förderleistung der Pumpe des zweiten Kühlkreises insbesondere auch in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur sowie einer Solltemperatur für den Innenraum des Kraftfahrzeugs erfolgen. Sofern in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Solltemperatur für den Innenraum eine Heizleistung für den Innenraum vorgesehen ist, kann die Pumpe des zweiten Kühlkreis in der genannten ersten Phase der Warmlaufphase mit einer höheren Leistung betrieben werden, als dies der Fall ist, wenn keine Heizleistung notwendig ist.

[0018] Die zweite Phase der Warmlaufphase mit einer anderen, relativ höheren Förderleistung der Pumpe des zweiten Kühlkreises und somit einem höheren Volumenstrom des Kühlmittels durch den zweiten Kühlkreis kann insbesondere dann gestartet werden, wenn eine (zunächst) ausreichende Erwärmung des Verbrennungsmotors und insbesondere des Zylinderkopfs erreicht wurde und/oder keine besonders hohe Heizleistung für die Innenraum des Kraftfahrzeugs mehr erforderlich ist. Dann kann die von dem Kühlmittel in dem Verbrennungsmotor aufgenommene Wärmeenergie vorzugsweise für eine schnelle Erwärmung einer weiteren Komponente, wie beispielsweise des Motoröls, genutzt werden. Dazu kann ein entsprechender weiterer Komponentenkühler, insbesondere ein Motorölkühler, in einen die zwei Kühlkreise verbindenden Verbindungsabschnitt integriert sein. Dabei erfolgt die Integration des Verbindungsabschnitts vorzugsweise derart, dass das über den weiteren Komponentenkühler strömende Kühlmittel zirkulieren kann, ohne über den Umgebungswärmetauscher des ersten Kühlkreises geführt zu werden.

[0019] Sofern das Kühlsystem der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, wie im Stand der Technik üblich, einen Ausgleichsbehälter aufweist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser in einen Abschnitt integriert ist, in dem in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine kein relevanter Volumenstrom des Kühlmittels vorgesehen ist. Insbesondere kann der Ausgleichsbehälter parallel zu dem Umgebungswärmetauscher in den ersten Kühlkreis integriert sein. Dadurch kann vermieden werden, dass während der Warmlaufphase das möglichst schnell zu erwärmende Kühlmittels in relevantem Ausmaß durch den Ausgleichsbehälter gefördert wird, was ansonsten mit einer nicht unerheblichen, in dieser Betriebsphase der Brennkraftmaschine unerwünschten Kühlung des Kühlmittels verbunden sein kann.

[0020] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlsystems einer Brennkraftmaschine hat bei einer solchen Positionierung des Ausgleichsbehälters noch den Vorteil einer einfach durchführbaren Entlüftung des Kühlsystems bei einer Neu- oder Wiederbefüllung. Insbesondere kann dazu vorgesehen sein, dass während oder nach dem Befüllen des Kühlkreises mit dem Kühlmittel die (nicht von dem Verbrennungsmotor und insbesondere elektrisch angetriebene) Pumpe des ersten Kühlkreises betrieben wird, ohne dass dabei der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine betrieben wird (Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors). Dies vereinfacht den Befüllvorgang. Bei Brennkraftmaschinen mit konventionellen Kühtsystemen muss dagegen in der Regel zur Entlüftung nach dem Neu- oder Wiederbefüllen des Kühlsystems der Verbrennungsmotor betrieben werden, um die (Haupt-)Pumpe des Kühlsystems zu betreiben, durch die dann das Kühlmittel und mittels des Kühlmittels in dem Kühlsystem enthaltene Luft in Richtung des Ausgleichsbehälters gefördert wird.
Bei dem Kühlsystem der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass der Volumenstrom des Kühlmittels durch den ersten Teilkomponentenkühler mittels eines druckgesteuerten Ventils in Abhängigkeit von dem Volumenstrom durch den zweiten Teilkomponentenkühler regelbar ist, so dass eine relevante Durchströmung des Kühlers des Zylinderkurbelgehäuses mit dem Kühlmittel erst erfolgt, wenn die Durchströmung des Kühlers des Zylinderkopfs einen definierten Grenzwert überschritten hat.
Mittels eines solchen Kühlsystems kann eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden, bei dem die Förderleistung der Pumpe des ersten Kühlkreises anhand der Temperatur des Kühlmittels am Ausgang der zweiten Teilkühlkomponente (wozu der oder die Kühlkreise mindestens einen entsprechend angeordneten Temperatursensor aufweisen) geregelt wird und ein Volumenstrom durch den ersten Teilkomponentenkühler mittels eines angepassten Betriebs der Pumpe des zweiten Kühlkreises geregelt wird. Somit kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Zylinderkopf, die sich in der Temperatur des Kühlmittels am Ausgang des Kühlers des Zylinderkopf widerspiegelt, als eine oder die relevante Regelgröße für die Pumpe des ersten Kühlkreises genutzt wird, wobei eine Regelung der Kühlleistung des Kühlers des Zylinderkopf und damit der Temperatur des Zylinderkopfs vorteilhaft über die Förderleistung dieser Pumpe geregelt werden kann. Um diese Regelung von der Regelung der Kühlleistung des Kühlers des Zylinderkurbelgehäuses zu entkoppeln, kann dann der Druck im integralen Abschnitt der Kühlkreise so mittels der Pumpe des zweiten Kühlkreises variiert werden, dass das druckgesteuerte Ventile in einem definierten Umfang öffnet oder schließt und damit die Durchströmung des Kühlers des Zylinderkurbelgehäuses regelt.

[0021] Die unbestimmten Artikel ("ein", "eine", "einer" und "eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.

[0022] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt jeweils schematisch:

Fig. 1:

eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2:

eine bauliche Umsetzung eines Teils des Kühlsystems der Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 3:

in isolierter Darstellung das Anschlusselement des Kühlsystems gemäß der Fig. 2;

Fig. 4:

eine Prinzipdarstellung eines ersten Strömungsraums des Anschlusselements gemäß der Fig. 3;

Fig. 5:

eine Prinzipdarstellung eines zweiten Strömungsraums des Anschlusselements gemäß der Fig. 3;

Fig. 6:

die Durchströmung eines Teils des Kühlsystems gemäß der Fig. 1 in einem ersten Betriebszustand der betriebswarmen Brennkraftmaschine;

Fig. 7:

die Durchströmung eines Teils des Kühlsystems gemäß der Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand der betriebswarmen Brennkraftmaschine;

Fig. 8:

die Durchströmung des Kühlsystems gemäß der Fig. 1 in dem ersten und zweiten Betriebszustand der betriebswarmen Brennkraftmaschine;

Fig. 9:

eine nicht erfolgende Durchströmung des Kühlsystems gemäß der Fig. 1 in einer ersten Phase einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine;

Fig. 10:

die Durchströmung des Kühlsystems gemäß der Fig. 1 in einer zweiten Phase der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine; und

Fig. 11:

die Durchströmung des Kühlsystems gemäß der Fig. 1 in einer dritten Phase der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine.

[0023] Die Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem, wobei neben dem Kühlsystem noch ein Verbrennungsmotor 10 der Brennkraftmaschine dargestellt ist Der Verbrennungsmotor 10 kann als herkömmlicher Hubkolben-Verbrennungsmotor ausgeführt sein und umfasst dann ein Zylinderkurbelgehäuses 12, in dem eine Mehrzahl von Zylindern (nicht dargestellt) ausgebildet sind, in denen jeweils ein Kolben (nicht dargestellt) beweglich geführt ist Ein Zylinderkopf 14 schließt das Zylinderkurbelgehäuses 12 und damit die Zylinder nach oben hin ab und umfasst weiterhin mindestens ein Einlass- sowie mindestens ein Auslassventil für jeden der Zylinder, durch die in bekannter Weise ein Gaswechsel in von den Zylindern und den Kolben ausgebildeten Brennräumen gesteuert wird.

[0024] Sowohl das Zylinderkurbelgehäuses 12 als auch der Zylinderkopf 14 werden mittels des Kühlsystems gekühlt, wozu diese Kühlkanäle 58, 60 aufweisen, die mit dem Kühlmittel des Kühlsystems gefüllt und von diesem zumindest temporär durchströmt werden. Die Kühlkanäle 58, 60 stellen demnach Kühler des Zylinderkurbelgehäuses 12 sowie des Zylinderkopfs 14 dar. Der (mindestens eine) Kühlkanal 60 des Zylinderkurbelgehauses 12 und der (mindestens eine) Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 sind parallel verlaufend ausgebildet und werden somit auch parallel von dem Kühlmittel durchströmt.

[0025] Das Kühlsystem bildet einen ersten Kühlkreis und einen zweiten Kühlkreis aus, die in einem Abschnitt, nämlich insbesondere in dem von den Kühlkanälen 58, 60 des Verbrennungsmotors 10 ausgebildeten Abschnitt, integral ausgebildet sind. Demnach werden im Betrieb des Kühlsystems die Kühlkanäle 58, 60 des Verbrennungsmotors 10 zumindest teilweise durchströmt, unabhängig davon ob nur der erste oder der zweite oder beide Kühlkreise genutzt werden.

[0026] Der erste Kühlkreis umfasst weiterhin einen Umgebungswärmetauscher, der als sogenannter Hauptwasserkühler 16 vorgesehen ist, sowie eine erste, elektrisch angetriebene und hinsichtlich ihrer Förderleistung regelbare Pumpe 18, die stromab des Hauptwasserkühlers 16 angeordnet ist. Weiterhin ist ein Ausgleichsbehälter 20 vorgesehenen, der in einer Parallelschaltung zu dem Hauptwasserkühler 16 in den ersten Kühlkreis integriert ist. Die einzelnen Komponenten des ersten Kühlkreises sind über entsprechende Verbindungleitungen fluidleitend verbunden.

[0027] Der zweite Kühlkreis umfasst noch einen Heizungswärmetauscher 22, der ebenfalls einen Umgebungswärmetauscher darstellt, wobei mit diesem bedarfsweise ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel auf Umgebungsluft, die für die Klimatisierung eines Innenraums eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, erfolgen kann. Weiterhin umfasst der zweite Kühlkreis eine zweite, elektrisch angetriebene und hinsichtlich ihrer Förderleistung regelbare Pumpe 24, die stromab des Heizungswärmetauschers 22 angeordnet ist. Auch die einzelnen Komponenten des zweiten Kühlkreises sind über entsprechende Verbindungsleitungen fluidleitend verbunden

[0028] Das Kühlsystem umfasst weiterhin noch einen Zwischenkühlkreis, der von dem integralen Abschnitt des ersten und zweiten Kühlkreis, einem weiteren Abschnitt des ersten Kühlkreises, einem weiteren Abschnitt des zweiten Kühlkreises sowie einem den ersten Kühlkreis und den zweiten Kühlkreis verbindenden Verbindungsabschnitt (mit entsprechenden Verbindungsleitungen) gebildet wird. Dabei geht, bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels, der Verbindungsabschnitt stromab des Verbrennungsmotors 10 und stromauf des Hauptwasserkühlers 16 sowie des Ausgleichsbehälters 20 aus dem ersten Kühlkreis ab. Die Mündung des Verbindungsabschnitts ist stromab des Heizungswärmetauschers 22 und stromauf der Pumpe 24 (und damit auch stromauf des Verbrennungsmotors 10) in den zweiten Kühlkreis integriert. In den Verbindungsabschnitt des Zwischenkühlkreises ist ein weiterer Komponentenkühler in Form eines Motorölkühlers 26 integriert. Der Motorölkühler 26 dient im Betrieb der Brennkraftmaschine nach dem Erreichen des Betriebstemperaturbereichs einer Kühlung des zur Schmierung des Verbrennungsmotors 10 genutzten Motoröls.

[0029] Zur Ausbildung des integralen Abschnitts des ersten und zweiten Kühlkreises ist ein Anschlusselement 28 vorgesehen, das in der Fig. 3 in isolierter Darstellung gezeigt ist. Von einem Gehäuse 30 des Anschlusselements 28, das für ein seitliches Anflanschen an den Verbrennungsmotor 10 vorgesehen ist, werden ein erster Strömungsraum 32 sowie ein zweiter Strömungsraum 34, die voneinander getrennt sind, ausgebildet.

[0030] Wie sich auch aus den Fig. 4 und 5 ergibt, ist der erste Strömungsraum 32 mit zwei Einlassanschlüssen 36, 38 verbunden, von denen ein erster, der Einlassanschluss 36, als Zuleitung von Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreis und der zweite, der Einlassanschluss 38, als Zuleitung von Kühlmittel aus dem zweiten Kühlkreis dient. Ein mit dem ersten Strömungsraum 32 verbundener Auslassanschluss 40 ist an einen Kühlkanal 62 des Verbrennungsmotors 10 abgeschlossen. Dieser Kühlkanal 62 des Verbrennungsmotors 10 ist stromauf einer Verzweigung 64 vorgesehen, die einer Aufteilung des Kühlmittels auf die parallel verlaufenden Kühlkanäle 58, 60 des Zylinderkurbelgehäuses 12 sowie des Zylinderkopfs 14 dient. Innerhalb des ersten Strömungsraums 32 ist weiterhin eine Ventilklappe 42 vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Druckdifferenz des aus dem ersten Kühlkreis sowie dem zweiten Kühlkreis in den ersten Strömungsraum 32 eintretenden Kühlmittels in Richtung des einen oder anderen Einlassanschlusses 36, 38 verschwenkt wird.

[0031] In den Fig. 1 und 6 bis 11 ist dargestellt, dass anstelle der Ventilklappe 42 auch zwei Rückschlagventile 44 eingesetzt werden können, von denen jeweils eines einem der zwei Einlassanschlüssen 36, 38 zugeordnet ist.

[0032] Der zweite Strömungsraum 34 ist ebenfalls mit zwei Einlassanschlüssen 46, 48 fluidleitend verbunden, wobei ein erster, der Einlassanschluss 46, fluidleitend mit dem Kühlkanal 28 des Zylinderkurbelgehäuses 12 und der zweite, der Einlassanschluss 48, fluidleitend mit dem Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 verbunden ist Dabei ist der mit dem Kühlkanal 60 des Zylinderkurbelgehäuses 12 verbundene Einlassanschluss 46 mittels eines druckbetätigten Ventils 50 verschließbar. Das Ventil 50 umfasst einen Ventilkörper, der mittels eines vorgespannten Federelements in Richtung einer Mündungsöffnung dieses Einlassanschlusses 46 beaufschlagt ist. Weiterhin ist der zweite Strömungsraum 34 mit drei Auslassanschlüssen 52, 54, 56 fluidleitend verbunden, von denen ein erster, der Auslassanschluss 52, der Ableitung von Kühlmittel aus dem zweiten Strömungsraum 34 in den ersten Kühlkreis, ein zweiter, der Auslassanschluss 54, zur Ableitung von Kühlmittel aus dem zweiten Strömungsraum 34 in den zweiten Kühlkreis und der dritte, der Auslassanschluss 56, zur Ableitung von Kühlmittel in den den Motorölkühler 26 umfassenden Verbindungsabschnitt des Zwischenkühlkreises dient.

[0033] Das in den Zeichnungen dargestellten Kühlsystem kommt vollständig ohne temperaturgesteuerte Ventile aus. Eine Regelung der über die einzelnen Komponentenkühler und Wärmetauscher geführten Volumenströme des Kühlmittels und damit die entsprechenden Kühl- bzw. Wärmetauschleistungen wird ausschließlich über eine angepasste Leistungsregelung der beiden Pumpen 18, 24 erreicht.

[0034] Die Fig. 6 und 7 zeigen Möglichkeiten zur Regelung der die Kühlleistung des Zylinderkurbelgehäuses 12 und des Zylinderkopfs 14 durchströmenden Volumenströme des Kühlmittels. Das druckbetätigte Ventil 50 in dem zweiten Strömungsraum 34 des Anschlusselements 28 öffnet den mit dem Kühlkanal 60 des Zylinderkurbelgehäuses 12 verbundenen Einlassanschluss 46 beispielsweise erst bei einer Druckdifferenz von ca. 200 mbar. Ein solcher Überdruck in dem Kühlkanal 60 des Zylinderkurbelgehäuses 12 kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn der Volumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 mindestens 15 l/min beträgt. In der Fig. 6 ist beispielsweise dargestellt, dass ein solcher Volumenstrom durch den Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 von bis zu 15 l/min durch einen kombinierten Betrieb beider Pumpen 18, 24 erreicht werden kann. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der größere Anteil des Volumenstroms durch die Förderleistung der Pumpe 18 des ersten Kühlkreises erreicht wird. Möglich kann aber auch sein, den gesamten Volumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 ausschließlich durch den Betrieb einer der beiden Pumpen 18, 24 zu erreichen. Wird dagegen ein Volumenstrom durch den Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 von 15 l/min überschritten, öffnet das druckbetätigte Ventil 50 und ermöglicht somit, dass auch der Kühlkanal 60 des Zylinderkurbeigehäuses 12 von dem Kühlmittel durchströmt wird. Dieser Volumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlkanal 60 des Zylinderkurbelgehäuses 12 kann insbesondere kleiner sein als der Volumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlkanat 58 des Zylinderkopfs 14. In der Fig. 7 ist dargestellt, dass der gesamte Volumenstrom durch den Verbrennungsmotor 10 in etwa zur Hälfte jeweils von den beiden Pumpen erzeugt wird. Eine beliebige andere Aufteilung ist durch eine entsprechende Ansteuerung der Pumpen 18, 24 möglich.

[0035] Insbesondere kann vorgesehen sein, eine Regelung der Pumpe 18 des ersten Kühlkreises in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 austretenden Kühlmittels vorzunehmen. Dazu ist in dem mit dem Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 verbundenen Einlassanschluss 48 des Anschlusselements 28 ein Temperatursensor (nicht dargestellt) integriert. Dessen Messsignal kann an eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise eine zentrale Motorsteuerung der Brennkraftmaschine, übertragen werden, die in Abhängigkeit von diesem Messsignal die Pumpe 18 des ersten Kühlkreises ansteuert. Die Förderleistung der Pumpe 18 des ersten Kühlkreises kann somit kontinuierlich derart angepasst werden, dass sich das aus dem Kühlkanal 58 des Zylinderkopfs 14 austretende Kühlmittel und damit auch der Zylinderkopf 14 selbst in einem definierten Betriebstemperaturbereich befindet, Ob gleichzeitig auch das Zylinderkurbeigehäuse 12 - und wenn ja, mit welchem Volumenstrom - von dem Kühlmittel durchströmt wird und somit eine Kühlung des Zylinderkurbelgehäuses 12 erfolgen soll, kann dann beispielsweise ausschließlich mittels einer entsprechenden, die Regelung der Pumpe 18 des ersten Kühlkreises überlagernden Regelung der Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises erfolgen. Dazu kann ein Temperatursensor (nicht dargestellt) in dem mit dem Kühlkanal 60 des Zylinderkurbelgehäuses 12 verbundenen Einlassanschluss 46 des Anschlusselements 28 vorgesehen sein, dessen Messsignal an eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), insbesondere die Motorsteuerung der Brennkraftmaschine, übertragen wird, die daraufhin eine entsprechende Ansteuerung der Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises vornimmt.

[0036] Eine solcher Betrieb des Kühlsystems ist insbesondere nach dem Erreichen eines definierten, für den Dauerbetrieb vorgesehenen Betriebstemperaturbereichs der Brennkraftmaschine sinnvoll. Die Fig. 8 verdeutlicht noch einmal die dann erfolgende Durchströmung des ersten und des zweiten Kühlkreises sowie des Zwischenkühlkreises,

[0037] Eine Regelung der Kühlleistung des Motorölkühlers 26 und damit der Temperatur des Motoröls bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine in ihrem Betriebstemperaturbereich kann infolge der gewählten Ausgestaltung des Zwischenkühlkreises insbesondere durch eine entsprechende Regelung der Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises erreicht werden. Beispielsweise können für den Betrieb der Brennkraftmaschine in ihrem Betriebstemperaturbereich Grenzvolumenströme für die Durchströmung des Motorölkühlers 26 von 1,5 l/min und 8 l/min vorgesehen sein.

[0038] Ein Betrieb des Kühlsystem, bei dem der erste und der zweite Kühlkreis sowie der Zwischenkühlkreis von dem Kühlmittel durchströmt werden, kann weiterhin auch zur Entlüftung nach einer Neu- oder Wiederbefüllung des Kühlsystems, die beispielsweise im Rahmen der Neuherstellung oder einer Wartung der Brennkraftmaschine erfolgt sein kann, genutzt werden, Durch das Umwälzen des Kühlmittels wird Luft, die sich noch innerhalb des Kühlsystems befindet, mitgenommen und nach und nach zu dem Ausgleichsbehälter 20 gefördert, in dem diese aus dem Kühlmittel abgeschieden wird. Da beide Pumpen 18, 24 des Kühlsystems elektrisch angetrieben und geregelt sind, kann das Umwälzen des Kühlmittels in dem Kühlsystem auch ohne einen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 erfolgen.

[0039] Die Fig. 9 bis 11 zeigen dagegen einen Betrieb des Kühlsystems in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, d.h. in einem Betrieb (insbesondere nach einem Kaltstart) mit noch nicht erreichtem Betriebstemperaturbereich. Vorgesehen ist, dass dann entweder keine oder lediglich die Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises betrieben wird. Dadurch ergibt sich ein im Kühlsystem ruhendes Kühlmittel beziehungsweise eine Zirkulation von Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreis sowie in dem Zwischenkühlkreis, nicht jedoch in dem ersten Kühlkreis. Der Nichtbetrieb der Pumpe 18 des ersten Kohlkreises in Verbindung mit dem daraus resultierenden Verschließen des den ersten Kühlkreis mit dem ersten Strömungsraum 32 des Anschlusselements 28 verbindenden Einlassanschluss 36 durch die Ventilklappe 42 (bzw. das entsprechende Rückschlagventil 44) verhindert bei einem Betrieb der Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises wirkungsvoll eine Durchströmung des Hauptwasserkühler 16 sowie des Ausgleichsbehälters 20 und damit eine innerhalb der Warmlaufphase unerwünschte Kühlung des Kühlmittels durch diese Komponenten.

[0040] Dabei ist die Warmlaufphase in mindestens zwei, vorzugsweise drei Phasen unterteilt. In einer ersten, sich direkt an den Kaltstart anschließenden Phase (vgl. Fig. 9) kann vorgesehen sein, keine der Pumpen 18, 24 zu betreiben, wodurch das Kühlmittel im gesamten Kühlsystem weitgehend ruht. Dadurch kann eine besonders schnelle Erwärmung des Zylinderkopfs 14 und auch des Zylinderkurbelgehäuses 12 durch die Abwärme der in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 ablaufenden Verbrennungsprozesse erreicht werden.

[0041] Kurz darauf kann in einer zweiten Phase (vgl. Fig. 10) die Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises mit einer relativ geringen Förderleistung in Betrieb genommen werden. Dadurch soll ein geringer Volumenstrom des Kühlmittels durch den Zylinderkopf 14 erreicht werden, wodurch lokale Überhitzungen des Zylinderkopfs 14 vermieden werden. Ein Volumenstrom des Kühlmittels durch das Zylinderkurbelgehäuse 12 ist in dieser Phase nicht vorgesehen.

[0042] Sobald für den Zylinderkopf 14 eine definierte minimale Grenztemperatur erreicht wurde, was durch die Messung der Temperatur des aus den Kühlkanälen des Zylinderkopfs 14 austretenden Kühlmittels bestimmt werden kann, kann die dritte Phase (vgl. Fig. 11) der Warmlaufphase eingeleitet werden, die sich von der zweiten Phase durch eine höhere Förderleistung der Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises unterscheidet. In dieser Phase kann insbesondere vorgesehen sein, nach dem Erreichen der minimalen Grenztemperatur für den Zylinderkopf 14 einen definierten Betriebstemperaturbereich für das Motoröl möglichst schnell zu erreichen. Dazu wird mit dem im Vergleich zur zweiten Phase dann größeren Volumenstrom des Kühlmittels zunehmend Wärmeenergie, die das Kühlmittel in dem Zylinderkopf 14 aufnimmt, in dem Motorölkühler 26 an das Motoröl abgegeben. Auch in dieser Phase kann vorgesehen sein, dass keine Durchströmung des Zylinderkurbelgehäuses 12 mit dem Kühlmittel erfolgt.

[0043] Ein Betrieb des Kühlsystems gemäß dieser dritten Phase kann auch nach dem Erreichen des Betriebstemperaturbereichs der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, wenn der Verbrennungsmotor 10 über einen längeren Zeitraum mit sehr niedriger Leistung betrieben wird. Dadurch kann ein zu starkes Absinken der Temperatur des Motoröls verhindert werden.

[0044] Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass Wärmeenergie, die in einem in den Zeichnungen nicht dargestellten, in das Kühlsystem und insbesondere in den zweiten Kühlkreis und/oder den Zwischenkühlkreis integrierten Wärmespeicher gespeichert ist (und die beispielsweise in oder kurz nach einem vorherigen Betrieb der Brennkraftmaschine in dem Wärmespeicher gespeichert wurde), an das Kühlmittel abgegeben wird. Um eine Verteilung dieser zuvor gespeicherten Wärmeenergie in dem zweiten Kühlkreis und dem Zwischenkühlkreises zu erreichen, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass ein solches Entladen des Wärmespeichers mit einem Betrieb der Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises mit zumindest relativ niedriger Förderleistung kombiniert wird. Somit kann insbesondere vorgesehen sein, ein Entladen eines Wärmespeichers in die zuvor beschriebene, zweite Phase der Warmlaufphase zu integrieren. Gegebenenfalls kann dann auf die zuvor beschriebene erste Phase verzichtet werden, wodurch die zweite Phase mit dem Entladen des Wärmespeichers zur ersten Phase der Warmlaufphase würde.

[0045] Sofern ein solcher Wärmespeicher in das Kühlsystem und insbesondere in den zweiten Kühlkreis und/oder den Zwischenkühlkreis integriert ist, kann vorgesehen sein, nach dem Beenden des Betriebs der Brennkraftmaschine (insbesondere wenn diese während des Betriebs ihren Betriebstemperaturbereich erreicht hatte) die Pumpen 18, 24 und insbesondere die Pumpe 24 des zweiten Kühlkreises noch einen definierten Zeitraum nachlaufen zu lassen, Dadurch wird ermöglicht, die in dem Kühlmittel und in den im Betrieb der Brennkraftmaschine von dem Kühlmittel gekühlten Komponenten noch vorhandene Wärmeenergie so weit wie möglich auf den Wärmespeicher zu übertragen, um diesen wieder aufzuladen.

[0046] Neben den gezeigten und beschriebenen Komponentenkühlem kann das Kühlsystem noch weitere Komponentenkühler umfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Getriebeölkühler, einen Kühler für einen Abgasturbolader, einen Ladeluftkühler und/oder einen Kühler für eine Abgasrückführung handeln.

Bezugszeichenliste

[0047] 

10

Verbrennungsmotor

12

Zylinderkurbelgehäuse

14

Zylinderkopf

16

Hauptwasserkühler

18

Pumpe des ersten Kühlkreises

20

Ausgleichsbehälter

22

Heizungswärmetauscher

24

Pumpe des zweiten Kühlkreises

26

Motorölkühler

28

Anschlusselement

30

Gehäuse

32

erster Strömungsraum des Anschlusselements

34

zweiter Strömungsraum des Anschlusselements

36

erster Auslassanschluss des ersten Strömungsraums

38

zweiter Auslassanschluss des ersten Strömungsraums

40

Einlassanschluss des ersten Strömungsraums

42

Ventilklappe

44

Rückschlagventile

46

erster Einlassanschluss des zweiten Strömungsraums

48

zweiter Einlassanschluss des zweiten Strömungsraums

50

Ventil

52

erster Auslassanschluss des zweiten Strömungsraums

54

zweiter Auslassanschlussdes zweiten Strömungsraums

56

dritter Auslassanschluss des zweiten Strömungsraums

58

Kühlkanal des Zylinderkopfs

60

Kühlkanal des Zylinderkurbelgehäuses

62

Kühlkanal des Verbrennungsmotors

64

Verzweigung

Ansprüche

1. Brennkraftmaschine mit einem Kühlsystem, das

- einen einen als Hauptwasserkühler ausgebildeten Umgebungswärmetauscher und eine erste Pumpe (18) umfassenden ersten Kühlkreis und

- einen eine zweite Pumpe (24) umfassenden zweiten Kühlkreis aufweist,

wobei die Kühlkreise, in zumindest einem Abschnitt integral ausgebildet sind, wobei ein Komponentenkühler mit

- einem ersten, einen Kühler eines Zylinderkurbelgehäuses (12) eines Verbrennungsmotors (10) der Brennkraftmaschine umfassenden Teilkomponentenkühler und

- einem zweiten, einen Kühler eines Zylinderkopfs(14) des Verbrennungsmotors (10) umfassenden und zu dem ersten Teilkomponentenkühler parallel geschalteten Teilkomponentenkühler

in dem integralen Abschnitt der Kühlkreise angeordnet ist, und
wobei in den Kühlkreisen ein zur Förderung durch die Pumpen (18, 24) vorgesehenes Kühlmittel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die in verschiedene der Kühlkreise integrierten Pumpen regelbar ausgebildet sind und eine Regelung der durch den Komponentenkühler und den Umgebungswärmetauscher strömenden Volumenströme des Kühlmittels, mittels eines angepassten Betriebs der Pumpen (18, 24) erfolgt, wobei der Volumenstrom durch den ersten Teilkomponentenkühler mittels eines druckgesteuerten Ventils (50) in Abhängigkeit von dem Volumenstrom durch den zweiten Teilkomponentenkühler regelbare ist, so dass eine relevante Durchströmung des Kühlers des Zylinderkurbelgehäuses mit dem Kühlmittel erst erfolgt, wenn die Durchströmung des Kühlers des Zylinderkopfs einen definierten Grenzwert überschritten hat.

2. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (18, 24) elektromotorisch antreibbar sind.

3. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Vermeidung eines Rückflusses des Kühlmittels aus dem integralen Abschnitt in die Kühlkreise.

4. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in den zweiten Kühlkreis integrierten Heizungswärmetauscher (22).

5. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die Kühlkreise verbindenden Verbindungsabschnitt mit einem Komponentenkühler,

6. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen parallel zu dem Umgebungswärmetauscher in den ersten Kühlkreis integrierten Ausgleichsbehälter (20).

7. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Anschlusselement (28) mit einem mindestens zwei voneinander getrennte Strömungsräume (32, 34) ausbildenden Gehäuse (30), wobei

- ein erster Strömungsraum (32) mit mindestens zwei Einlassanschlüssen (36, 38), die mittels einer Vorrichtung zur Verhinderung eines Rückflusses absperrbar sind, und einem Auslassanschluss (40) verbunden ist und

- ein zweiter Strömungsraum (34) mit mindestens zwei Einlassanschlüssen (46, 48), von denen mindestens einer mittels eines druckbetätigten Ventils (50) absperrbar ist, und mindestens zwei Auslassanschlüssen (52, 54) verbunden ist,

8. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ausschließlich die zweite Pumpe (24) des zweiten Kühlkreises betrieben wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase der Warmlaufphase die zweite Pumpe (24) des zweiten Kühlkreises mit einer relativ niedrigen Leistung und in einer zweiten Phase der Warmlaufphase mit einer relativ hohen Leistung betrieben wird.

10. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der ersten Pumpe (18) des ersten Kühlkreises anhand der Temperatur des Kühlmittels am Ausgang des zweiten Teilkomponentenkühlers geregelt wird und ein Volumenstrom durch den ersten Teilkomponentenkühler mittels eines angepassten Betriebs der zweiten Pumpe (24) des zweiten Kühlkreises geregelt wird.

11. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6 oder einem von Anspruch 6 abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach dem Befüllen des Kühlsystems mit dem Kühlmittel die erste Pumpe (18) des ersten Teilkühlkreises in Verbindung mit einem Nichtbetrieb eines Verbrennungsmotors (10) der Brennkraftmaschine betrieben wird.

Claims

1. Combustion machine having a cooling system which has

- a first cooling circuit, which comprises a surroundings heat exchanger in the form of a main water cooler and a first pump (18), and

- a second cooling circuit, which comprises a second pump (24),
wherein the cooling circuits are of integral form in at least one section, wherein a component cooler with

- a first component cooler part, which comprises a cooler of a cylinder crankcase (12) of an internal combustion engine (10) of the combustion machine, and

- a second component cooler part, which comprises a cooler of a cylinder head (14) of the internal combustion engine (10) and which is connected in parallel with respect to the first component cooler part,

is arranged in the integral section of the cooling circuits, and
wherein, in the cooling circuits, there is provided a coolant which is provided for being delivered by the pumps (18, 24), characterized in that the pumps that are integrated into different cooling circuits are designed to be regulable, and regulation of the volume flows of the coolant flowing through the component cooler and the surroundings heat exchanger is realized by way of adapted operation of the pumps (18, 24), wherein the volume flow through the first component cooler part is regulable by way of a pressure-controlled valve (50) in a manner dependent on the volume flow through the second component cooler part, such that a relevant flow of the coolant through the cooler of the cylinder crankcase occurs only when the flow through the cooler of the cylinder head has exceeded a defined threshold value.

2. Combustion machine according to Claim 1, characterized in that the pumps (18, 24) are driveable by electric motor.

3. Combustion machine according to one of the preceding claims, characterized by means for preventing a backflow of the coolant from the integral section into the cooling circuits.

4. Combustion machine according to one of the preceding claims, characterized by a heating heat exchanger (22) which is integrated into the second cooling circuit.

5. Combustion machine according to one of the preceding claims, characterized by a connecting section which connects the cooling circuits and which has a component cooler.

6. Combustion machine according to one of the preceding claims, characterized by an expansion tank (20) which is integrated into the first cooling circuit in parallel with respect to the surroundings heat exchanger.

7. Combustion machine according to one of the preceding claims, characterized by a connector element (28) with a housing (30) which forms at least two mutually separate flow chambers (32, 34), wherein

- a first flow chamber (32) is connected to at least two inlet connectors (36, 38), which can be shut off by way of a device for preventing a backflow, and to an outlet connector (40), and

- a second flow chamber (34) is connected to at least two inlet connectors (46, 48), of which at least one can be shut off by way of a pressure-actuated valve (50), and to at least two outlet connectors (52, 54).

8. Method for operating a combustion machine according to one of the preceding claims, characterized in that, in a warm-up phase of the combustion machine, only the second pump (24) of the second cooling circuit is operated.

9. Method according to Claim 8, characterized in that the second pump (24) of the second cooling circuit is operated with relatively low power in a first phase of the warm-up phase and is operated with relatively high power in a second phase of the warm-up phase.

10. Method for operating a combustion machine according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the delivery power of the first pump (18) of the first cooling circuit is regulated on the basis of the temperature of the coolant at the outlet of the second component cooler part, and a volume flow through the first component cooler part is regulated by way of adapted operation of the second pump (24) of the second cooling circuit.

11. Method for operating a combustion machine according to Claim 6 or according to a claim dependent on Claim 6, characterized in that, during or after the filling of the cooling system with the coolant, the first pump (18) of the first cooling circuit part is operated, with an internal combustion engine (10) of the combustion machine not being operated.

Revendications

1. Moteur à combustion interne comprenant un système de refroidissement qui

- présente un premier circuit de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur avec l'environnement, réalisé sous forme de radiateur d'eau principal, et une première pompe (18), et

- un deuxième circuit de refroidissement comprenant une deuxième pompe (24),

les circuits de refroidissement étant réalisés de manière intégrale dans au moins une portion,
dans lequel
un radiateur de composants, comprenant

- un premier radiateur de composants partiel comprenant un radiateur de carter de vilebrequin (12) d'un moteur à explosion (10) du moteur à combustion interne et

- un deuxième radiateur de composants partiel comprenant un radiateur d'une culasse (14) du moteur à explosion (10) et monté en parallèle avec le premier radiateur de composants partiel,

étant disposé dans la portion intégrale des circuits de refroidissement, et
un fluide de refroidissement, prévu pour être refoulé par les pompes (18, 24), étant prévu dans les circuits de refroidissement, caractérisé en ce que les pompes intégrées dans différents circuits des circuits de refroidissement, sont réalisées de manière réglable et une régulation des débits volumiques du fluide de refroidissement s'écoulant à travers le radiateur de composants et l'échangeur de chaleur avec l'environnement s'effectuant au moyen d'un fonctionnement adapté des pompes (18, 24), le débit volumique à travers le premier radiateur de composants partiel pouvant être régulé au moyen d'une soupape (50) commandée en pression en fonction du débit volumique à travers le deuxième radiateur de composants partiel, de telle sorte qu'un écoulement approprié de fluide de refroidissement à travers le radiateur du carter de vilebrequin se produise seulement lorsque l'écoulement à travers le radiateur de la culasse a dépassé une valeur limite définie.

2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pompes (18, 24) peuvent être entraînées par un moteur électrique.

3. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par des moyens pour réduire un reflux du fluide de refroidissement hors de la portion intégrale dans les circuits de refroidissement.

4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un échangeur de chaleur de chauffage (22) intégré dans le deuxième circuit de refroidissement.

5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une portion de liaison reliant les circuits de refroidissement à un radiateur de composants.

6. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un réservoir de compensation (22) intégré parallèlement à l'échangeur de chaleur avec l'environnement dans le premier circuit de refroidissement.

7. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un élément de raccordement (28) avec un boîtier (30) constituant au moins deux espaces d'écoulement (32, 34) séparés l'un de l'autre,

- un premier espace d'écoulement (32) étant connecté à au moins deux raccords d'entrée (36, 38) qui peuvent être bloqués au moyen d'un dispositif pour empêcher un reflux, et à un raccord de sortie (40) et

- un deuxième espace d'écoulement (34) étant connecté à au moins deux raccords d'entrée (46, 48) dont au moins l'un peut être bloqué au moyen d'une soupape de commande en pression (50), et à au moins deux raccords de sortie (52, 54).

8. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans une phase de fonctionnement à chaud du moteur à combustion interne, exclusivement la deuxième pompe (24) du deuxième circuit de refroidissement fonctionne.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans une première phase de la phase de fonctionnement à chaud, la deuxième pompe (24) du deuxième circuit de refroidissement fonctionne avec une puissance relativement faible et, dans une deuxième phase de la phase de fonctionnement à chaud, fonctionne avec une puissance relativement élevée.

10. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la puissance de refoulement de la première pompe (18) du premier circuit de refroidissement est régulée à l'aide de la température du fluide de refroidissement à la sortie du deuxième radiateur de composants partiel et un débit volumique à travers le premier radiateur de composants partiel est régulé au moyen d'un fonctionnement adapté de la deuxième pompe (24) du deuxième circuit de refroidissement.

11. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne selon la revendication 6 ou selon une revendication dépendant de la revendication 6, caractérisé en ce que pendant ou après le remplissage du système de refroidissement avec le fluide de refroidissement, la première pompe (18) du premier circuit de refroidissement partiel est entraînée en association avec un non-fonctionnement d'un moteur à explosion (10) du moteur à combustion interne.

Zeichnung