DE102006032852A1

DE102006032852A1 - Fahrzeug mit einem Kühlsystem mit mehreren Fluidkreisläufen und einer gemeinsamen Steuer/Regeleinrichtung und einem Ausgleichsbehälter mit Wärmetauschspeichereinrichtung

Info

Publication number: DE102006032852A1
Application number: DE102006032852A
Authority: DE
Inventors: Uwe Ohlendorf; Tobias Oswald
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-17

Abstract

Es wird ein Fahrzeug vorgeschlagen mit einem Kühlfluidsystem mit merheren Fluidkreisläufen, die mittels einer baulich gemeinsamen Steuer- und/oder Regeleinrichtung (8) betätigbar sind und das Kühlfluidsystem (1) einen Ausgleichsbehälter (7) mit Entlüftungsfunktion sowie eine Wärmespeichereinrichtung besitzt, wobei der Ausgleichsbehälter (7) eine integrierte Wärmetauschspeichereinrichtung aufweist, mittels der eine speicherstoffaustauschfreie Wärmeübertragung von der Wärmetauschspeichereinrichtung zu mindestens einem Fluidkreislauf durchführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Kühlfluidsystem mit mehreren Fluidkreisläufen, die mittels einer baulich gemeinsamen Steuer- und/oder Regeleinrichtung betätigbar sind und das Kühlfluidsystem einen Ausgleichsbehälter mit Entlüftungsfunktion sowie eine Wärmespeichereinrichtung besitzt.
Kühlfluidsysteme von Fahrzeugen sind bereits in vielfacher Form bekannt geworden. Aufgrund zunehmender Komfort- und Leistungswünsche an solche Fahrzeuge nimmt die Zahl der Fluidkreisläufe zum Kühlen und/oder Erwärmen von Bauteilen im Fahrzeug mit hoher Leistungsdichte ständig zu. So ist es beispielsweise erforderlich, je nach Betriebszustand des Fahrzeugs beziehungsweise seiner einzelnen Bestandteile, wie zum Beispiel des Motors und des Getriebes, wahlweise die Möglichkeit der Vorwärmung beziehungsweise des Heizens einzelner Komponenten und des Kühlens einzelner Komponenten vorzusehen.
Um nun den Komfortansprüchen der Benutzer solcher Fahrzeuge gerecht zu werden, ist es auch bereits bekannt geworden, in das Kühlfluidsystem eine Wärmespeichereinrichtung zu integrieren, die es nach einem Kaltstart des Motors beziehungsweise der Brennkraftmaschine ermöglicht, beispielsweise den Heizkreislauf mit Restwärme aus dem letzten Motorlauf zu versorgen, um den Fahrzeuginnenraum zu temperieren.
Das Kühlfluidsystem eines solchen Fahrzeugs benötigt auch aufgrund der temperaturbedingten Ausdehnung des zirkulierenden Kühlfluids einen Ausgleichsbehälter mit Entlüftungsfunktion.
Anhand der EP 1 041 268 B1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt geworden, die ein Kühlfluidsystem besitzt mit einem Kühlwasser-Wärmespeicher und einem Abgas-Wärmetauscher, bei dem zur Bauraumeinsparung der Kühlwasser-Wärmespeicher und Ausgleichsbehälter integriert sind. Vor dem Kühlwasser-Wärmespeicher des Speicher-Wärmetauschers ist ein Ventil angeordnet, welches dafür sorgt, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine das in dem Kühlwasser-Wärmespeicher befindliche heiße Kühlwasser des letzten Motorlaufes in den inneren Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine umgepumpt wird, wonach das kalte Kühlwasser aus dem Motorblock so lange im Kühlwasser-Wärmespeicher zwischengelagert wird, bis eine Mindestbetriebstemperatur der Brennkraftmaschine erreicht wird. Bei dieser Brennkraftmaschine beziehungsweise dem Kühlkreislauf findet also eine speicherstoffaustauschgebundene Wärmeübertragung mit Austausch des Speicherfluids vom Wärmespeicher zum Kühlkreislauf des Motors statt.
Anhand der nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 2006 010 053.0 ist ein Fahrzeug mit einem Kühlsystem und einer zentralen Steuer-/Regeleinrichtung bekannt geworden, mit deren Hilfe es ermöglicht ist, die zur Regelung eines komplexen Kühlfluidsystems erforderliche Vielzahl von Steuer- beziehungsweise Regelorganen zu reduzieren und somit den Aufwand an erforderlichen Schlauchleitungen und dergleichen zu verringern.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrund, das beschriebene Fahrzeug mit einem Kühlfluidsystem mit mehreren Fluidkreisläufen derart weiterzubilden, dass zum Wärmeaustausch zwischen dem Wärmespeicher und dem Kühlfluidsystem des Fahrzeugs kein Speicherfluid aus der Wärmespeichereinrichtung abgepumpt werden muss und bedarfsgerecht unterschiedliche Fluidkreisläufe des Kühlfluidsystems mit Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung versorgt werden können.
Die Erfindung schafft nunmehr zur Lösung dieser Aufgabe ein Fahrzeug mit einem Kühlfluidsystem mit mehreren Fluidkreisläufen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung sieht nunmehr ein Fahrzeug vor mit einem Kühlfluidsystem mit mehreren Fluidkreisläufen, die mittels einer baulich gemeinsamen Steuer- und/oder Regeleinrichtung betätigbar sind und das Kühlfluidsystem einen Ausgleichsbehälter mit Entlüftungsfunktion sowie eine Wärmespeichereinrichtung besitzt, wobei der Ausgleichsbehälter eine integrierte Wärmetauschspeichereinrichtung aufweist, mittels der eine speicherstoffaustauschfreie Wärmeübertragung von der Wärmetauschspeichereinrichtung zu mindestens einem Fluidkreislauf durchführbar ist.
Die Erfindung schafft daher ein Kühlfluidsystem mit mehreren Fluidkreisläufen, das einen Ausgleichsbehälter mit integrierter Wärmetauschspeichereinrichtung aufweist, bei der die Wärmeübertragung nicht mittels einer speicherstoffaustauschgebundenen Wärmeübertragung vom Wärmespeicher zum Kühlkreislauf stattfindet, sondern diese Wärmeübertragung speicherstoffaustauschfrei stattfindet, also nicht das der Wärmespeicherung im Wärmespeicher dienende Speicherfluid aus diesem heraus gepumpt wird. Zu diesem Zweck kann die Wärmetauschspeichereinrichtung eine Einrichtung zur Wärmespeicherung und eine Einrichtung zur Wärmeübertragung an einem Fluidkreislauf des Kühlfluidsystems besitzen.
Wird bei der bekannten, vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschine eine Wärmeübertragung vom Wärmespeicher zur Brennkraftmaschine durchgeführt, so findet ein Fluidaustausch zwischen dem Wärmespeicher und dem kleinen Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine statt, so dass das erwärmte Restwasser aus dem Wärmespeicher in das Kurbelhaus der Brennkraftmaschine umgepumpt wird und im Gegensatz hierzu das kalte Kühlwasser aus dem Kurbelhaus der Brennkraftmaschine in den Wärmespeicher umgepumpt wird und sich somit der Wärmespeicher schnell abkühlt, da kein Wärmespeichermedium mehr vorhanden ist.
Wird nun dieses bekannte System beispielsweise dazu eingesetzt, den Innenraum eines Fahrzeugs zu temperieren und zu diesem Zweck das heiße Restwasser aus dem bekannten Wärmespeicher in den Fluidkreislauf mit dem Heizungswärmetauscher gepumpt, so führt dies dazu, dass kurzfristig Heizleistung zur Verfügung steht, diese aber schnell abnimmt, da aus dem dann kalten Wärmespeicher keine weitere Wärmeübertragung in den Fluidkreislauf mit dem Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs mehr stattfinden kann.
Im Gegensatz hierzu ist es nach der Erfindung aufgrund der speicherstoffaustauschfreien Wärmeübertragung zwischen der Wärmetauschspeichereinrichtung und mindestens einen Fluidkreislauf im Kühlfluidsystem des Fahrzeugs möglich, einen mittels der gemeinsamen Steuer- und/oder Regeleinrichtung kontinuierlichen Wärmeübergang aus der in den Ausgleichsbehälter integrierten Wärmetauschspeichereinrichtung in beispielsweise den Fluidkreislauf mit dem Heizungswärmetauscher des Fahrzeugs volumenstromgesteuert zu realisieren, so dass eine gleichmäßige Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs auch beim morgendlichen Kaltstart ermöglicht ist, ohne dass zunächst warme, dann aber zunehmend kälter werdende Luft in den Innenraum des Fahrzeugs gelangt.
Bei dieser speicherstoffaustauschfreien Wärmeübertragung in beispielsweise den Heizkreislauf des Fahrzeugs handelt es sich aber nur um eine der unterschiedlichen Möglichkeiten der Wärmeübertragung aus der Wärmetauschspeichereinrichtung in einen der unterschiedlichen Fluidkreisläufe des Fahrzeugs.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es nämlich vorgesehen, dass die gemeinsame Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Wärmeübertragung von der Wärmetauschspeichereinrichtung zu mindestens einen Fluidkreislauf des Kühlfluidsystems in Abhängigkeit von der Temperatur im Heizkreislauf des Fahrzeugs und/oder einem Fluidkreislauf für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine und/oder einem Fluidkreislauf für mindestens einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine und/oder einem Fluidkreislauf durch einen kombinierten Kühlfluid/Ölwärmetauscher der Brennkraftmaschine und/oder einem Fluidkreislauf durch einen kombinierten Kühlfluid/Getriebeölwärmetauscher des Fahrzeugs steuert und/oder regelt.
Das Fahrzeug besitzt also erfindungsgemäß ein Kühlfluidsystem, bei dem es je nach beispielsweise der vom Benutzer vorgewählten Soll-Temperatur im Fahrzeuginnenraum zu einer Wärmeübertragung zum Heizkreislauf des Fahrzeugs beim morgendlichen Kaltstart kommt. Besitzt aber das Fahrzeug beim morgendlichen Kaltstart bereits die vom Benutzer vorgewählte Soll-Temperatur, so ist eine Wärmeübertragung aus der Wärmetauschspeichereinrichtung in den Heizkreislauf des Fahrzeugs nicht erforderlich und statt dessen kann eine Wärmeübertragung beispielsweise in den Fluidkreislauf des kombinierten Kühlfluid/Ölwärmetauschers der Brennkraftmaschine stattfinden, um eine rasche Vorwärmung des Motoröls der Brennkraftmaschine zu erreichen. Sollte es beispielsweise aufgrund von Wirkungsgradverbesserungen wünschenswert sein, das Getriebeöl des Getriebes des Fahrzeugs schnell zu erwärmen, so kann mittels der gemeinsamen Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch die Wärmeübertragung aus der Wärmetauschspeichereinrichtung zu einem Fluidkreislauf des kombinierten Kühlfluid/Getriebeölwärmetauschers des Fahrzeugs durchgeführt werden.
Der nach der Erfindung vorgesehene Ausgleichsbehälter besitzt ein Gehäuse, in das die Wärmetauschspeichereinrichtung derart integriert ist, dass ein Teilvolumen des Gehäusegesamtvolumens als Ausgleichsvolumen für das Kühlfluid erhalten bleibt. Darüber hinaus ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse gegen eine Wärmeübertragung an die Umgebung isoliert ausgebildet ist und somit eine unerwünschte Wärmeübertragung an die Umgebung reduziert wird. Schließlich ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, dass die Einrichtung zur Wärmespeicherung ein Latentwärmespeicher oder ein sensibler Wärmespeicher ist.
Die Erfindung wird nunmehr im Folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlfluidsystems eines Fahrzeugs mit mehreren Fluidkreisläufen nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der Zeichnung handelt es sich um eine schematische Darstellung eines Kühlfluidsystems 1, bei dem mit dem Bezugszeichen 2 eine Brennkraftmaschine bezeichnet ist, die einen Fluidkreislauf für ein nicht näher dargestelltes Kurbelgehäuse und auch einen Fluidkreislauf für einen nicht näher dargestellten Zylinderkopf besitzen kann.
Darüber hinaus weist bei der dargestellten Ausführungsform das Kühlfluidsystem 1 einen Fluidkreislauf für einen kombinierten Kühlfluid/Ölwärmetauscher 3 der Brennkraftmaschine 2 auf, mit dem das Motoröl der Brennkraftmaschine erwärmt und auch gekühlt werden kann. Zudem besitzt das Kühlfluidsystem 1 einen Fluidkreislauf für einen kombinierten Kühlfluid/Getriebeölwärmetauscher 4, mit dem das Öl des im Triebstrang des Fahrzeugs angeordneten Getriebes erwärmt oder gekühlt werden kann. Neben diesen Teilkreisläufen weist das Kühlfluidsystem 1 auch einen Fluidkreislauf für die Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs auf, wobei zu diesem Zweck ein Heizwärmetauscher 5 vorgesehen ist.
Das im Kühlfluidsystem 1 zirkulierende Kühlfluid kann mit einem Kühlfluidwärmetauscher 6 gekühlt werden. Zudem besitzt das Kühlfluidsystem 1 einen Ausgleichsbehälter 7 mit integrierter Wärmetauschspeichereinrichtung, die nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
Um nun die mehreren Fluidkreisläufe des Kühlfluidsystems 1 den jeweiligen Anforderungen nach steuern und/oder regeln zu können, besitzt das Kühlfluidsystem eine in einem Gehäuse baulich integrierte Steuer- und/oder Regeleinrichtung 8, mit der alle Fluidkreisläufe beispielsweise temperaturgeregelt betätigt, also angesteuert werden können.
Der Ausgleichsbehälter 8 mit integrierter Wärmetauschspeichereinrichtung besitzt eine Entlüftungsfunktion und sorgt zusammen mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 8 dafür, dass beispielsweise bei einem morgendlichen Kaltstart der Heizwärmetauscher 5 mit Restwärme aus dem vorangegangenen Lauf der Brennkraftmaschine 2 versorgt werden kann. Zu diesem Zweck kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung den Ausgleichsbehälter derart ansteuern, dass das Kühlfluid durch die Wärmetauschspeichereinrichtung des Ausgleichsbehälters 7 zu einer gleichmäßigen Temperierung des Innenraums des Fahrzeugs geleitet wird, ohne dass es zu einem vollständigen Austausch eines Wärmespeicherfluids in der Wärmetauschspeichereinrichtung des Ausgleichsbehälters 8 kommen würde, da dies zu einem kurzfristigen und schnellen Ansteigen der Temperatur im Heizwärmetauscher 5 führen würde, gefolgt von dann aber einem Temperaturgradienten mit negativer Steigung und infolge dessen einer schnellen Wiederabkühlung des Innenraums des Fahrzeugs.
Statt dessen kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Wärmetauschspeichereinrichtung derart ansteuern, dass es zu einer kontinuierlichen, gleichmäßigen Wärmeübertragung zu dem Heizwärmetauscher 5 kommt und zu diesem Zweck keine speicherstoffaustauschgebundene Wärmeübertragung von der Wärmetauschspeichereinrichtung zu dem Heizwärmetauscher 5 stattfindet, also nicht das kalte Kühlfluid in dem Heizwärmetauscher gegen das warme Wärmespeicherkühlfluid in der Wärmetauschspeichereinrichtung ausgetauscht wird, sondern Kühlfluid aus dem Heizwärmetauscher 5 geregelt durch die Wärmetauschspeichereinrichtung des Ausgleichsbehälters geführt wird und nach einer entsprechenden Temperaturerhöhung wieder in den Heizwärmetauscher 5 zurückgeführt wird und somit das Wärme speichernde Medium – bei dem es sich um ein Fluid oder ein Salz oder dergleichen handeln kann – in der Wärmetauschspeichereinrichtung des Ausgleichsbehälters 7 verbleibt.
Auf diese Weise kann eine Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs mit einem Temperaturgradienten erreicht werden, der zu einer gleichmäßigen Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs führt, die vom Fahrer als angenehm empfunden wird und es kommt so nicht zu einer anfänglich starken Erwärmung, wie dies bei einer speicherstoffaustauschgebundenen Wärmeübertragung vom Wärmespeicher zum Heizkreislauf des Fahrzeugs stattfindet und einem anschließenden spürbar raschen Nachlassen der Heizleistung. Die in den Ausgleichsbehälter 7 nach der vorliegenden Erfindung integrierte Wärmetauschspeichereinrichtung sorgt also dafür, dass ein konstant bleibender Wärmestrom beispielsweise zur Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs zur Verfügung steht.
Über die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann aber auch eine Wärmeübertragung von dem Ausgleichsbehälter mit Wärmetauschspeichereinrichtung zum Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine oder zum Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder zum Kühlfluid/Ölwärmetauscher 3 oder zum Kühlfluid/Getriebeölwärmetauscher 4 durchgeführt werden, wobei hierzu beispielsweise Kennfeldregelungen hinterlegt werden können, mit denen die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Fluidkreisläufe des Kühlfluidsystems betätigt werden kann.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

1: Kühlfluidsystem
2: Brennkraftmaschine
3: Kühlfluid/Ölwärmetauscher
4: Kühlfluid/Getriebeölwärmetauscher
5: Heizwärmetauscher
6: Kühlfluidwärmetauscher
7: Ausgleichsbehälter
8: Steuer- und/oder Regeleinrichtung

Claims

Fahrzeug mit einem Kühlfluidsystem mit mehreren Fluidkreisläufen, die mittels einer baulich gemeinsamen Steuer- und/oder Regeleinrichtung (8) betätigbar sind und das Kühlfluidsystem (1) einen Ausgleichsbehälter (7) mit Entlüftungsfunktion sowie eine Wärmespeichereinrichtung besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (7) eine integrierte Wärmetauschspeichereinrichtung aufweist, mittels der eine speicherstoffaustauschfreie Wärmeübertragung von der Wärmetauschspeichereinrichtung zu mindestens einem Fluidkreislauf durchführbar ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Steuer- und/oder Regeleinrichtung (8) die Wärmeübertragung von der Wärmetauschspeichereinrichtung zu mindestens einem Fluidkreislauf in Abhängigkeit von der Temperatur in einem Heizkreislauf des Fahrzeugs und/oder einem Fluidkreislauf für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine (2) und/oder einem Fluidkreislauf für mindestens einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine (2) und/oder einem Fluidkreislauf durch einen kombinierten Kühlfluid/Ölwärmetauscher (3) der Brennkraftmaschine (2) und/oder einem Fluidkreislauf durch einen kombinierten Kühlfluid/Getriebeölwärmetauscher (4) des Fahrzeugs steuert und/oder regelt.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (7) ein Gehäuse besitzt, in das die Wärmetauschspeichereinrichtung integriert ist derart, dass ein Teilvolumen des Gehäusegesamtvolumens als Ausgleichsvolumen für das Kühlfluid erhalten bleibt.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse gegen Wärmeübertragung an die Umgebung isoliert ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschspeichereinrichtung eine Einrichtung zur Wärmespeicherung und eine Einrichtung zur Wärmeübertragung an einen Fluidkreislauf besitzt.
Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Wärmespeicherung ein Latentwärmespeicher oder ein sensibler Wärmespeicher ist.