Daimler AG

Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine ist zum Beispiel aus der DE 196 37 817 Al bekannt. Dieser herkömmliche Kühlmittelkreislauf weist einen Kühlmittel/Luft-Kühler mit einem ersten Kühlmittelkasten und einem zweiten Kühlmittelkasten sowie einem als Hauptstrecke dienenden ersten Wärmetauschabschnitt und einen als Niedertemperaturstrecke dienenden zweiten Wärmetauschabschnitt zum Kühlen eines Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit Luft zwischen den beiden Kühlmittelkästen; ein Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine; einen Kühlmittelzulauf, über den das im ersten Wärmetauschabschnitt des Kühlmittel/Luft-Kühlers gekühlte Kühlmittel dem Kurbelgehäuse zugeführt wird; einen Kühlmittelablauf, über den das im Kurbelgehäuse erwärmte Kühlmittel dem ersten Kühlmittelkasten des Kühlmittel/Luft- Kühlers zugeführt wird; eine Bypassleitung zum Umgehen des Kühlmittel/Luft-Kühlers, die den Kühlmittelablauf und den Kühlmittelzulauf des Kurbelgehäuses miteinander verbindet; ein Thermostatventil zum öffnen und Schließen der Bypassleitung; eine Kühlmittelpumpe im Kühlmittelzulauf zum Zirkulieren des Kühlmittels; und einen öl/Kühlmittel-Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Getriebeöl der Brennkraftmaschine und dem Kühlmittel auf. Darüber hinaus

kann auch dieser Kühlmittelkreislauf mit einem Klimakreis einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein. Der Kühlmitteleinlass des öl/Kühlmittel-Wärmetauschers ist über eine Ventilvorrichtung wahlweise mit einem Kühlmittelauslass der einflutigen Niedertemperaturstrecke, in der das Kühlmittel gegenparallel zur Hauptstrecke strömt, und/oder einem Ausgleichsbehälter, dem Kühlmittel vom Kühlmittelablauf des Kurbelgehäuses zugeführt wird, verbunden und sein Kühlmittelauslass ist mit dem Kühlmittelzulauf zum Kurbelgehäuse verbunden.

Ein weiterer Kühlmittelkreislauf der eingangs genannten Art ist in der DE 103 01 564 Al beschrieben. Dieser herkömmliche Kühlmittelkreislauf weist einen Kühlmittel/Luft-Kühler mit einem ersten Kühlmittelkasten und einem zweiten Kühlmittelkasten sowie einer Hauptstrecke und einer einflutigen Niedertemperaturstrecke parallel zur Hauptstrecke zum Kühlen des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit Luft zwischen den beiden Kühlmittelkästen; die Brennkraftmaschine; einen Kühlmittelzulauf, über den das in der Hauptstrecke des Kühlmittel/Luft- Kühlers gekühlte Kühlmittel der Brennkraftmaschine zugeführt wird; einen Kühlmittelablauf, über den das in der Brennkraftmaschine erwärmte Kühlmittel dem ersten Kühlmittelkasten des Kühlmittel/Luft-Kühlers zugeführt wird; eine Bypassleitung zum Umgehen des Kühlmittel/Luft-Kühlers, die den Kühlmittelablauf und den Kühlmittelzulauf der Brennkraftmaschine miteinander verbindet; ein Thermostatventil zum öffnen und Schließen der Bypassleitung; eine Kühlmittelpumpe im Kühlmittelzulauf zum Zirkulieren des Kühlmittels; und einen Getriebeölkühler zum Wärmeaustausch zwischen dem Getriebeöl der Brennkraftmaschine und dem Kühlmittel auf. Darüber hinaus kann auch dieser Kühlmittelkreislauf mit einem Klimakreis einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein. Der Kühlmitteleinlass des Getriebeölkühlers ist über eine Ventil-

Vorrichtung wahlweise mit dem Kühlmittelauslass der Niedertemperaturstrecke des Kühlmittel/Luft-Kühlers und/oder dem Kühlmittelablauf der Brennkraftmaschine verbunden und sein Kühlmittelauslass ist mit dem Kühlmittelzulauf zur Brennkraftmaschine verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine effiziente Temperierung eines Betriebsöls der Brennkraftmaschine vorsieht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine weist einen Kühlmittel/Luft-Kühler, der einen ersten Kühlmittelkasten und einen zweiten Kühlmittelkasten sowie einen als Hauptstrecke dienenden ersten Wärmetauschabschnitt und einen als Niedertemperaturstrecke dienenden zweiten Wärmetauschabschnitt zum Kühlen eines Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit Luft zwischen den beiden Kühlmittelkästen aufweist; ein Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine; einen Kühlmittelzulauf, über den das im ersten Wärmetauschabschnitt des Kühlmittel/ Luft-Kühlers gekühlte Kühlmittel dem Kurbelgehäuse zugeführt wird; einen Kühlmittelablauf, über den das im Kurbelgehäuse erwärmte Kühlmittel dem ersten Kühlmittelkasten des Kühlmittel/Luft-Kühlers zugeführt wird; eine Kühlmittelpumpe im Kühlmittelzulauf oder Kühlmittelablauf zum Zirkulieren des Kühlmittels durch das Kurbelgehäuse und den Kühlmittel/Luft- Kühler; einen öl/Kühlmittel-Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen einem Betriebsöl der Brennkraftmaschine und dem Kühlmittel; und einen Klimakreis, der von dem Kühlmittel-

ablauf aus dem Kurbelgehäuse abzweigt und in den Kühlmittelzulauf zum Kurbelgehäuse mündet. Erfindungsgemäß ist dieser Kühlmittelkreislauf dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühl- mitteleinlass des öl/Kühlmittel-Wärmetauschers mit einem Kühlmittelauslass des zweiten Wärmetauschabschnitts des Kühlmittel/Luft-Kühlers und mit einer Zweigleitung des Klimakreises verbunden ist; dass ein Kühlmittelauslass des öl/ Kühlmittel-Wärmetauschers mit dem Kühlmittelzulauf zum Kurbelgehäuse verbunden ist; und dass ferner eine Ventilvorrichtung zum Steuern der Strömungsmengen des im zweiten Wärmetauschabschnitt des Kühlmittel/Luft-Kühlers gekühlten Kühlmittels und des im Klimakreis erwärmten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel-Wärmetauscher vorgesehen ist.

Im Kühlmittelkreislauf der Erfindung erfolgt eine effiziente Temperierung des Betriebsöls im öl/Kühlmittel-Wärmetauscher durch ein geeignetes Strömungsmengenverhältnis des in der Niedertemperaturstrecke gekühlten Kühlmittels und des im Klimakreis erwärmten Kühlmittels.

Der zweite Wärmetauschabschnitt des Kühlmittel/Luft-Kühlers kann in Abhängigkeit von den Anschlüssen des Kühlmittel/Luft- Kühlers zu den übrigen Komponenten des Kühlmittelkreislaufes wahlweise einflutig oder mehrflutig ausgebildet sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist stromauf des öl/ Kühlmittel-Wärmetauschers eine weitere Kühlmittelpumpe vorgesehen, um die Druckverluste in der Ventilvorrichtung zum Steuern der Kühlmittelströmungsmengen in den öl/Kühlmittel- Wärmetauscher auszugleichen.

In einer Ausführungsform enthält die Ventilvorrichtung zum Steuern der Kühlmittelströmungsmengen in den öl/Kühlmittel- Wärmetauscher ein erstes Ventil zum Steuern der Strömungs-

menge des im zweiten Wärmetauschabschnitt des Kühlmittel/ Luft-Kühlers gekühlten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel- Wärmetauscher und ein zweites Ventil zum Steuern der Strömungsmenge des im Klimakreis erwärmten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel-Wärmetauscher. In einer alternativen Ausführungsform enthält diese Ventilvorrichtung ein Thermostatventil zum Steuern sowohl der Strömungsmenge des im zweiten Wärmetauschabschnitt des Kühlmittel/Luft-Kühlers gekühlten Kühlmittels als auch der Strömungsmenge des im Klimakreis erwärmten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel-Wärmetauscher.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Ventilvorrichtung zum Steuern der Kühlmittelströmungsmengen in den öl/Kühlmittel-Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels und der Temperatur des Betriebsöls gesteuert werden.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind ferner eine Bypassleitung zum Umgehen des Kühlmittel/Luft- Kühlers, die den Kühlmittelablauf und den Kühlmittelzulauf des Kurbelgehäuses miteinander verbindet, und eine weitere Ventilvorrichtung zum öffnen und Schließen der Bypassleitung vorgesehen.

Ferner ist der öl/Kühlmittel-Wärmetauscher des obigen Kühlmittelkreislaufs zum Beispiel ein Getriebeölkühler der Brennkraftmaschine .

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kühlmittelkreislaufs für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kühlmittelkreislaufs für eine Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Bezug nehmend auf Fig. 1 wird nun ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der Kühlmittelkreislauf enthält einen Kühlmittel/Luft-Kühler 10 zum Kühlen eines Kühlmittels (zum Beispiel Wasser) durch Wärmeaustausch mit Luft, mit einem ersten Kühlmittekasten 12 und einem zweiten Kühlmittelkasten 14. Dabei ist im ersten und im zweiten Kühlmittelkasten 12, 14 jeweils eine Trennwand vorgesehen, um die beiden Kühlmittelkästen jeweils in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt zu unterteilen. Der erste Abschnitt des ersten Kühlmittelkastens 12 ist mit einem Kühlmitteleinlass 16 versehen, der erste Abschnitt des zweiten Kühlmittelkastens 14 ist mit einem ersten Kühlmittel- auslass 20 versehen, und der zweite Abschnitt des ersten Kühlmittelkastens 12 ist mit einem zweiten Kühlmittelauslass 26 versehen. Im Kühlmittel/Luft-Kühler 10 sind ein erster Wärmetauschabschnitt 18, durch den das Kühlmittel vom ersten Abschnitt des ersten Kühlmittelkastens 12 zum ersten Abschnitt des zweiten Kühlmittelkastens 20 strömt (einflutige Hauptstrecke), und ein zweiter Wärmetauschabschnitt 24, durch den das Kühlmittel vom ersten Abschnitt des ersten Kühlmittelkastens 12 über den zweiten Abschnitt des zweiten Kühl-

mittelkastens 14 zurück zum zweiten Abschnitt des ersten Kühlmittelkastens 12 strömt (zweiflutige Niedertemperaturstrecke), ausgebildet.

Während in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ein Kühlmittel/ Luft-Kühler 10 mit einer zweiflutigen Niedertemperaturstrecke 24 vorgesehen ist, ist es in Abhängigkeit von den Raumverhältnissen und den Verbindungsleitungen des Kühlmittel/ Luft-Kühlers 10 mit den später beschriebenen weiteren Komponenten des Kühlmittelkreislaufs auch möglich, eine einflutige Niedertemperaturstrecke 24, die parallel zur Hauptstrecke 18 vom ersten Abschnitt des ersten Kühlmittelkastens 12 zum zweiten Abschnitt des zweiten Kühlmittelkastens 14 verläuft (Verzicht auf Trennwand im ersten Kühlmittelkasten 12), oder eine Niedertemperaturstrecke mit mehr als zwei Fluten vorzusehen.

Der erste Kühlmittelauslass 20 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 ist über einen Kühlmittelzulauf 28 mit einem Kurbelgehäuse 30 der Brennkraftmaschine verbunden. Das Kurbelgehäuse 30 um- fasst insbesondere Zylinder, Kühlmantel und Triebwerksgehäuse der Brennkraftmaschine und wird häufig auch als Motorblock bezeichnet. Das im Kurbelgehäuse 30 erwärmte Kühlmittel wird über einen Kühlmittelablauf 32 dem Kühlmitteleinlass 16 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 zugeführt, um in diesem wieder durch Wärmeaustausch mit der Luft gekühlt zu werden. Im Kühlmittelzulauf 28 zum Kurbelgehäuse 30 (wahlweise auch in dessen Kühlmittelablauf 32) ist eine Kühlmittelpumpe (z.B. elektrische Wasserpumpe) 34 zum Zirkulieren des Kühlmittels vorgesehen.

Der Kühlmittelkreislauf enthält ferner eine Bypassleitung 36, die den Kühlmittelablauf 32 unter Umgehung des Kühlmittel/ Luft-Kühlers 10 direkt mit dem Kühlmittelzulauf 28 verbindet.

Die Bypassleitung 36 mündet vorzugsweise stromauf der Kühlmittelpumpe 34 in den Kühlmittelzulauf 28 zum Kurbelgehäuse 30. Zum Steuern des Strömungsratenverhältnisses des Kühlmittels durch den ersten Kühlmittel/Luft-Kühler 10 und des Kühlmittels durch die Bypassleitung 36 ist eine Ventilvorrichtung 38 vorgesehen, die zum Beispiel als ein Thermostatventil am Verzweigungspunkt der Bypassleitung 36 vom Kühlmittelablauf 32 ausgebildet ist. Nach dem Start der Brennkraftmaschine wird die Bypassleitung 36 üblicherweise durch die Ventilvorrichtung 38 geöffnet, um die Brennkraftmaschine möglichst schnell auf Betriebstemperatur zu bringen.

Von dem Kühlmittelablauf 32 des Kurbelgehäuses 30 zweigt stromauf der Bypassleitung 36 ferner ein Klimakreis 54 ab, der das im Kurbelgehäuse 30 erwärmte Kühlmittel zunächst durch einen AGR-Kühler 56 und dann durch einen Heizungswärmetauscher 58 leitet. Parallel zum Heizungswärmetauscher 58 kann das warme Kühlmittel auch durch eine Wischwasserheizung 60 geleitet werden. Das im Heizungswärmetauscher 58 oder in der Wischwasserheizung 60 abgekühlte Kühlmittel wird dann stromauf der Kühlmittelpumpe 34 wieder dem Kühlmittelzulauf 28 zum Kurbelgehäuse 30 zurückgeführt.

Im Kühlmittelkreislauf ist ferner ein öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 zum Wärmeaustausch zwischen einem Betriebsöl der Brennkraftmaschine und dem Kühlmittel vorgesehen. Dabei handelt es sich bei dem öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 zum Beispiel um einen Getriebeölkühler der Brennkraftmaschine.

Der Kühlmitteleinlass des öl/Kühlmittel-Wärmetauschers 40, dessen ölkreislauf in Fig. 1 nicht dargestellt ist, ist einerseits an den zweiten Kühlmittelauslass 26 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 angeschlossen und andererseits mit einer Zweigleitung 66 vom Klimakreis 54 stromauf des Kühl-

mittelzulaufs 28 zum Kurbelgehäuse 30 verbunden. In der Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Kühlmittelauslass 26 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 und dem Kühlmitteleinlass des öl/Kühlmittel-Wärmetauschers 40 ist ein erstes Ventil (z.B. elektrisches Sperrventil) 70 zum Steuern der Strömungsmenge des in der Niedertemperaturstrecke 24 des Kühlmittel/Luft- Kühlers 10 gekühlten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel- Wärmetauscher 40 angeordnet, und in der Zweigleitung 66 zwischen dem Klimakreis 54 und dem Kühlmitteleinlass des öl/Kühlmittel-Wärmetauschers 40 ist ein zweites Ventil (z.B. elektrisches Zweiwegeventil) 72 zum Steuern der Strömungsmenge des im Klimakreis 54 erwärmten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 angeordnet. Zum Ausgleichen der Druckverluste durch das erste und das zweite Ventil 70, 72 ist außerdem stromauf des öl/Kühlmittel-Wärmetauschers 40 eine weitere Kühlmittelpumpe 68 vorgesehen.

Bei einem derart aufgebauten Kühlmittelkreislauf strömt ein Hauptstrom des Kühlmittels zum Abkühlen durch den ersten Wärmetauschabschnitt 18 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10, wird dann über den Kühlmittelzulauf 28 dem Kurbelgehäuse 30 zugeführt und wird dann nach seiner Erwärmung über den Kühlmittelablauf 32 wird zum Kühlmittel/Luft-Kühler 10 zurückgeleitet. Andererseits wird dem öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 ein temperiertes Kühlmittel zur Verfügung gestellt, dessen Temperatur über das Strömungsmengenverhältnis zwischen dem in der Niedertemperaturstrecke 24 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 gekühlten Kühlmittel und dem im Klimakreis 54 erwärmten Kühlmittel mittels der beiden Ventile 70, 72 geregelt wird. Das im öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 im Allgemeinen erwärmte Kühlmittel wird dann dem Kühlmittelzulauf 28 zum Kurbelgehäuse 28 der Brennkraftmaschine zugeführt.

Die Ansteuerung des ersten und des zweiten Ventils 70, 72 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels (im Kurbelgehäuse 30) und der Temperatur des jeweiligen Betriebsöls (z.B. Getriebeöl) . Auf diese Weise wird eine effiziente Temperierung des Betriebsöls der Brennkraftmaschine im öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 dieses Kühlmittelkreislaufs erzielt.

Der Vollständigkeit halber sind in Fig. 1 noch weitere Komponenten des Kühlmittelkreislaufs dargestellt, die üblicherweise vorhanden und dem Fachmann bekannt sind. Sie werden daher im Rahmen dieser Erfindung nachfolgend nur kurz erwähnt .

Der Kühlmittelkreislauf enthält beispielsweise einen Motoröl/ Kühlmittel-Wärmetauscher 46, dessen Kühlmittelauslass in die Bypassleitung 36 mündet. Er weist ferner einen Ausgleichsbehälter 48 auf, dessen Kühlmitteleinlass über ein Rückschlagventil 50 mit dem zweiten Abschnitt des zweiten Kühlmittelkastens 14 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 und auch über eine Zweigleitung 78 mit einer Drossel 76 mit dem Kühlmittelablauf 32 aus dem Kurbelgehäuse 30 (vorzugsweise stromauf des Thermostatventils 38 für die Bypassleitung 36) verbunden ist und dessen Kühlmittelauslass mit einem weiteren Kühlmitteleinlass 52 am ersten Abschnitt des zweiten Kühlmittelkastens 14 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 verbunden ist.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Bezug nehmend auf Fig. 2 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislaufs näher erläutert. In Fig. 2 sind dabei gleiche Komponenten jeweils mit den gleichen Bezugsziffern wie im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.

Der in Fig. 2 dargestellte Kühlmittelkreislauf unterscheidet sich von dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel nur in der Konstruktion der Ventilvorrichtung zum Steuern der Strömungsmengen des im zweiten Wärmetauschabschnitt 24 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 gekühlten Kühlmittels und des im Klimakreis 54 erwärmten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel- Wärmetauscher 40.

Im zweiten Ausführungsbeispiel enthält diese Ventilvorrichtung stromauf des öl/Kühlmittel-Wärmetauschers 40 und seiner vorgeschalteten Kühlmittelpumpe 68 ein Thermostatventil 74, über das sowohl die Strömungsmenge des im zweiten Wärmetauschabschnitt 24 des Kühlmittel/Luft-Kühlers 10 (Niedertemperaturstrecke) gekühlten Kühlmittels als auch die Strömungsmenge des im Klimakreis 54 erwärmten und über die Zweigleitung 66 abgezweigten Kühlmittels in den öl/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 gesteuert werden können. Die Strömungsmengen bzw. das Strömungsmengenverhältnis wird dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels (im Kurbelgehäuse 30) und der Temperatur des Betriebsöls geregelt.

Die weiteren Komponenten des Kühlmittelkreislaufs von Fig. 2 und ihre Funktionsweisen entsprechen jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels und auf ihre näheren Erläuterungen wird deshalb verzichtet. Außerdem werden mit dem Kühlmittelkreislauf des zweiten Ausführungsbeispiels natürlich die gleichen Vorteile wie mit dem in Fig. 1 dargestellten Kühlmittelkreislauf erzielt.