DE10241228B4

DE10241228B4 - Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10241228B4
Application number: DE2002141228
Authority: DE
Inventors: Rainer Mayer; Isabelle Gentil-Kreienkamp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2022-09-07
Also published as: DE10241228A1

Abstract

Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit:
– einem Kühler (30; 3), der dazu vorgesehen ist, von aus einem mit Öl geschmierten Antriebsmotor (10; 1) des Kraftfahrzeuges austretendem Kühlmittel durchströmt zu werden, und
– einem parallel zu dem Kühler (30; 3) vorgesehenen Leitungszweig (90; 9), durch den Kühlmittel an dem Kühler (30; 3) vorbeigeleitet werden kann, wobei die durch den Leitungszweig (90; 9) an dem Kühler (30; 3) vorbeigeleitete Kühlmittelmenge durch eine Ventileinrichtung (50; 5, 7; 5', 7; 5, 7; 10; 5, 7, 10'; 5, 7, 10'') variierbar ist, und
– wobei der parallele Leitungszweig (9) zumindest während einer Warmlaufphase des Antriebsmotors mit einer variierbaren Kühlmittelmenge beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungszweig (9) der einzige parallele Leitungszweig ist, in den die Ventileinrichtung (5) die Kühlmittelmenge, die zur Einregelung der Temperatur des zum Antriebsmotor zurückfließenden Kühlmittels notwendig ist, am Kühler vorbeileitet und dass in diesem Leitungszweig ein...

Description

Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Kühler, der dazu vorgesehen ist, von aus einem mit Öl geschmierten Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges austretendem Kühlmittel durchströmt zu werden, und mit einem parallel zu dem Kühler vorgesehenen Leitungszweig, durch den Kühlmittel an dem Kühler vorbeigeleitet werden kann, wobei die durch den Leitungszweig an dem Kühler vorbeigeleitete Kühlmittelmenge durch eine Ventileinrichtung variierbar ist, und wobei der parallele Leitungszweig zumindest während einer Warmlaufphase des Antriebsmotors mit einer variierbaren Kühlmittelmenge beaufschlagt wird.

Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise ein Kühlsystem auf, das sich in einen Kühlkreis und einen Heißkreis untergliedern lässt. Ein derartiges Kühlsystem ist in 4 dargestellt. Das dargestellte Kühlsystem dient dazu, von einem Antriebsmotor 10 erzeugte Wärme abzuführen. Die Wärme kann dabei entweder über einen Kühler 30, dem ein Gebläse 40 zugeordnet ist, oder einen Heizungswärmetauscher 60 abgeführt werden. Der Kühler 30 und der Heizungswärmetauscher 60 sind in an sich bekannter Weise über Leitungen derart mit in dem Antriebsmotor 10 vorgesehenen Kühlkanälen verbunden, dass Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe 20 in dem Kühlsystem umgewälzt werden kann. Dem Heizungswärmetauscher 60 ist ein Ventil 70 zugeordnet, mit dem die durch den Heizungswärmetauscher 60 strömende Kühlmittelmenge variiert werden kann. Parallel zum Kühler 30 ist eine Bypass-Leitung 90 vorgesehen, die zwischen dem Auslass des Kühlers 30 und der Saugseite der Kühlmittelpumpe 20 über ein druckgesteuertes Thermostatventil 50 angeschlossen ist. Die Bypass-Leitung 90 dient in bekannter Weise dazu, durch den Antriebsmotor 10 und/oder den Heizungswärmetauscher 60 zirkulierendes Kühlmittel an dem Kühler 30 vorbeizuleiten, wobei die durch das Thermostatventil 50 an dem Kühler 30 vorbeigeleitete Kühlmittelmenge in der Regel von der Kühlmitteltemperatur abhängt. Der über den Kühler 30 geschlossene Kreislauf wird auch als großer Kühlkreislauf bezeichnet, während der über die Bypass-Leitung 90 geschlossene Kreislauf auch als kleiner Kühlkreis bezeichnet wird. Gegebenenfalls können weitere (kleine) Kreisläufe zur Erwärmung oder Kühlung von Bauteilen und/oder Medien (beispielsweise Drosselklappe, Getriebeöl, Kraftstoff usw.) oder für eine Entlüftung vorgesehen sein. Unabhängig von der spezifischen Ausführungsform verbindet das derzeit üblicherweise eingesetzte Thermostatventil 50 den großen und den kleinen Kühlkreislauf und legt das Mischverhältnis zwischen diesen beiden Kreisläufen fest.

Insbesondere zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs werden zunehmend elektrisch steuer- und/oder regelbare Komponenten eingesetzt, die insbesondere während der Warmlaufphase des Antriebsmotors die aufzuwärmende Kühl mittelmenge reduzieren sollen. Im Normalbetrieb des Antriebsmotors sollen diese Komponenten häufig einen Betrieb bei einer vergleichsweise hohen Temperatur des Antriebsmotors ermöglichen. Ein Problem bei den gattungsgemäßen Kühlsystemen besteht darin, dass die Temperatur des Motoröls in der Warmlaufphase des Antriebsmotors nur relativ langsam auf die gewünschte Betriebstemperatur steigt, wodurch beispielsweise Reibungsverluste auftreten können, die den Kraftstoffverbrauch nachteilig beeinflussen.

Aus der DE 196 06 202 A1 ist ein Kühlsystem der Eingangs genannten Art bekannt. Das Kühlsystem weist ein flüssiges Kühlmittel für die Kühlung eines Verbrennungsmotors auf, der in einem Kreislauf mit einem Kühlmittelkühler steht, wobei der Kreislauf an wenigstens einen Wärmetauscher mittels eines Schaltventils angeschlossen ist. Mittels eines parallel zum Kühler liegenden Leitungszweigs kann Kühlmittel -insbesondere während einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors- an dem Kühler vorbeigeleitet werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem der Eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das Öl des Verbrennungsmotors mittels eines Wärmetauschers während der Warmlaufphase schneller aufgeheizt werden kann, ohne dass dabei die Anzahl der Kühlmittelzweige erhöht werden muss.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kühlsystem baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Leitungszweig der einzige parallele Leitungszweig ist, in den die Ventileinrichtung die Kühlmittelmenge, die zur Einregelung der Temperatur des zum Antriebsmotor zurückfließenden Kühlmittels notwendig ist, am Kühler vorbeileitet und dass in diesem Leitungszweig ein Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher vorgesehen ist, über den Wärme von dem Kühlmittel auf das Öl übertragen wird. Zumindest während der Warmlaufphase des Antriebsmotors wird über den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher Wärme von dem Kühlmittel auf das Öl übertragen. Durch diese Lösung kann auf die beim Stand der Technik vorgesehene Bypass-Leitung verzichtet werden, wodurch die Anzahl der insgesamt erforderlichen Kühlmittelzweige und somit die gesamte Menge des Kühlmittels minimiert wird. Durch die erfindungsgemäß mögliche schnellere Erwärmung des Motoröls können die Reibungsverluste verringert werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch sinkt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist in Anspruch 2 angegeben. Bei dieser Lösung wird das Motoröl so schnell wie möglich erwärmt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist in Anspruch 3 angegeben. Bei dem Heizungswärmetauscher kann es sich insbesondere um einen Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher mit zugeordnetem Gebläse handeln. Das erste Ventil kann im einfachsten Fall durch ein 2/2-Wegeventil gebildet sein. Dabei ermöglicht es das erste Ventil, eine Kühlmittelströmung durch den Heizungswärmetauscher zumindest während der Warmlaufphase des Antriebsmotors zu unterbinden.

In ähnlicher Weise ermöglicht es die im Anspruch 4 angegebene Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems, eine Kühlmittelströmung durch den Kühler während der Warmlaufphase des Antriebsmotors zu unterbinden. Auch das zweite Ventil kann im einfachsten Fall durch ein 2/2-Wegeventil gebildet sein.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist in Anspruch 5 angegeben. Elektrisch steuer- und/oder regelbare Ventile im Kühlsystem ermöglichen es, die Betriebstemperatur des Antriebsmotors in Abhängigkeit von den jeweiligen Umgebungsbedingungen und Leistungsanforderungen in einem großen Bereich zu variieren. Sofern im Heizkreis ein oder mehrere steuer- und/oder regelbare Ventile vorgesehen sind, ergeben sich auch für die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums entsprechende Vorteile.

Die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems gemäße Anspruch 6 ermöglicht es beispielsweise, dass das Verhältnis der Volumenströme im großen Kühlkreislauf und im Ölkreislauf frei eingestellt werden kann. Dadurch wird nicht nur die erfindungsgemäße vorgesehene schnelle Erwärmung des Motoröls in besonders vorteilhafter Weiser möglich, sondern die Motoreintrittstemperatur des Kühlmittels kann auch während des Normalbetriebs, das heißt nach dem Abschluss der Warmlaufphase des Antriebsmotors, an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

Anspruch 7 betrifft eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems. Das dritte Ventil kann dabei durch ein 2-Wegeventil gebildet sein, dass in dem Leitungszweig angeordnet ist. Alternativ ist es jedoch ebenfalls möglich, das dritte Ventil direkt am Kühlmittelauslass des Antriebsmotors oder im Kühlkreislauf vorzusehen.

Die Verwendung von kurzen Schlauchstücken gemäß Anspruch 8 reduziert die Kühlmittelmenge, die während der Warmlaufphase des Antriebsmotors ausschließlich durch den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher und den Antriebsmotor gepumpt werden muss und trägt somit ebenfalls zu einer schnelleren Erwärmung des Motoröls bei.

Die im Anspruch 9 angegebene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kommt insbesondere in Betracht, wenn 2/2-Wegeventile eingesetzt werden. In diesem Fall kann die während der Warmlaufphase des Antriebsmotors durch den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher gepumpte Kühlmittelmenge unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors eingestellt werden.

Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, anstelle einer herkömmlichen Bypass-Leitung im Kühlkreis einen einen Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher enthaltenden Leitungszweig vorzusehen, der bei bevorzugten Ausführungsformen über elektrisch steuer- und/oder regelbare Ventile in das Kühlsystem eingebunden ist.

Zeichnungen
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems, bei der die Ventileinrichtung durch zwei 2/2-Wegeventile gebildet ist;
2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems, bei der die Ventileinrichtung durch ein elektrisch steuer- und/oder regelbares 3-Wegeventil und ein 2/2-Wegeventil gebildet ist;
3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems, bei dem die Ventileinrichtung durch ein 2/2-Wegeventil im Heizkreislauf und ein elektrisch steuer- und/oder regelbares Ventil gebildet ist, das dazu vorgesehen ist, die durch den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher strömende Kühlmittelmenge zu variieren, wobei das elektrisch steuer- und/oder regelbare Ventil an un terschiedlichen Positionen angeordnet sein kann; und
4 ein gattungsgemäßes Kühlsystem gemäß dem Stand der Technik, das bereits erläutert wurde.
In den 1 bis 3 ist jeweils ein Antriebsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs angedeutet, dem ein erfindungsgemäßes Kühlsystem zugeordnet ist. Bei allen dargestellten Ausführungsformen umfasst das Kühlsystem einen Kühler 3, dem in bekannter Weise eine Gebläse 4 zugeordnet ist. Anstelle einer gemäß dem Stand der Technik vorgesehenen Bypass-Leitung ist jeweils ein Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher 8 parallel zum Kühler 3 angeordnet. Der Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher 8 ist über nicht dargestellte Ölleitungen mit dem Antriebsmotor 1 verbunden. Das Kühlmittel wird durch eine Kühlmittelpumpe 2 in der durch den Pfeil kenntlich gemachten Richtung im Kühlsystem umgewälzt. Ein Heizungswärmetauscher 6 steht mit der Saugseite der Kühlmittelpumpe 2 und dem Kühlmittelauslass des Antriebsmotors 1 in Verbindung. Dem Heizungswärmetauscher 6 ist jeweils ein erstes Ventil 7 zugeordnet, das im einfachsten Fall durch ein 2/2-Wegeventil gebildet sein kann.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist dem Kühler 3 ein zweites 2/2-Wegeventil 5 zugeordnet. Durch das Schließen des ersten Ventils 7 und des zweiten Ventils 5 während der Warmlaufphase des Antriebsmotors 1 wird das Kühlmittel ausschließlich durch den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher 8 gepumpt. Der Volumenstrom des Kühlmittels ist, sofern es sich um 2/2-Wegeventile handelt, nicht steuerbeziehungsweise regelbar, sondern hängt zumindest dann nur von der Drehzahl des Antriebsmotors 1 ab, wenn die Kühlmittelpumpe 2 (direkt) vom Antriebsmotor 1 angetrieben wird. Um dieses Problem beispielsweise bei der Verwendung von einfachen 2/2-Wegeventilen zu umgehen, kann die Kühlmittelpumpe 2 gegebenenfalls durch eine Kühlmittelpumpe ersetzt werden, deren Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors variierbar ist, beispielsweise durch eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe.
Bei der Ausführungsform von 2 ist ein elektrisch steuer- und/oder regelbares 3-Wegeventil 5' vorgesehen, das (auch) die Funktion des herkömmlichen Thermostatventils übernehmen kann, insbesondere im Normalbetrieb des Antriebsmotors 1. Durch das elektrisch steuer- und/oder regelbare Ventil 5' kann das Verhältnis der Kühlmittelvolumenströme im großen Kreislauf und im Ölkreislauf frei eingestellt werden. Dies ermöglicht auch nach dem Abschluss der Warmlaufphase des Antriebesmotors eine bessere Anpassung der Kühlmittel-Motoreintrittstemperatur.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems handelt es sich um eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß 1. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist ein weiteres elektrisch steuer- und/oder regelbares Ventil 10, 10' oder 10'' vorgesehen, das in dem Leitungszweig 9 (Ventil 10) direkt am Kühlmittelauslass des Antriebsmotors 1 (Ventil 10') oder im Kühlkreislauf (Ventil 10'') angeordnet sein kann. Neben der erfindungsgemäß vorgesehenen schnellen Erwärmung des Motoröls in der Warmlaufphase des Antriebsmotors 1 ermöglicht es die Erfindung auch, den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher 8 im Leitungszweig 9 im Normalbetrieb des Antriebsmotors als Wärmequelle für das Kühlmittel zu verwenden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Motoreintrittstemperatur des Kühlmittels aus Gründen der Wirkungsgradverbesserung erhöht werden soll.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich.

Claims

Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit: – einem Kühler (30; 3), der dazu vorgesehen ist, von aus einem mit Öl geschmierten Antriebsmotor (10; 1) des Kraftfahrzeuges austretendem Kühlmittel durchströmt zu werden, und – einem parallel zu dem Kühler (30; 3) vorgesehenen Leitungszweig (90; 9), durch den Kühlmittel an dem Kühler (30; 3) vorbeigeleitet werden kann, wobei die durch den Leitungszweig (90; 9) an dem Kühler (30; 3) vorbeigeleitete Kühlmittelmenge durch eine Ventileinrichtung (50; 5, 7; 5', 7; 5, 7; 10; 5, 7, 10'; 5, 7, 10'') variierbar ist, und – wobei der parallele Leitungszweig (9) zumindest während einer Warmlaufphase des Antriebsmotors mit einer variierbaren Kühlmittelmenge beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungszweig (9) der einzige parallele Leitungszweig ist, in den die Ventileinrichtung (5) die Kühlmittelmenge, die zur Einregelung der Temperatur des zum Antriebsmotor zurückfließenden Kühlmittels notwendig ist, am Kühler vorbeileitet und dass in diesem Leitungszweig ein Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher (8) vorgesehen ist, über den Wärme von dem Kühlmittel auf das Öl übertragen wird.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel zumindest während der Warmlaufphase des Antriebsmotors (1) ausschließlich durch den Antriebsmotormotor (1) und den Öl-Kühlmittel-Wärmetauscher (8) gepumpt wird.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihm ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Heizkreis zugeordnet ist, der einen Heizungswärmetauscher (6) enthält, über den dem Innenraum des Kraftfahrzeugs Wärme zugeführt werden kann, wobei die Ventileinrichtung (5, 7; 5', 7; 5, 7, 10; 5, 7, 10'; 5, 7, 10'') ein erstes Ventil (7) umfasst, das dem Heizkreis zugeordnet ist.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Ventileinrichtung (5, 7; 5', 7; 5, 7, 10; 5, 7, 10'; 5, 7, 10'') ein zweites Ventil (5) umfasst, das dem Kühler (3) zugeordnet ist.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5, 7; 5', 7; 5, 7, 10; 5, 7, 10'; 5, 7, 10'') zumindest ein elektrisch steuer- und/oder regelbares Ventil (5'; 10; 10', 10'') umfasst.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5, 7; 5', 7; 5, 7, 10; 5, 7, 10'; 5, 7, 10'') zumindest ein elektrisch steuer- und/oder regelbares Ventil (5') umfasst, das die Funktion eines Thermostatventils erfüllt.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (5, 7; 5', 7; 5, 7, 10; 5, 7, 10'; 5, 7, 10'') zumindest ein elektrisch steuer- und/oder regelbares drittes Ventil (10; 10'; 10'') umfasst, mit dem die durch den Öl-Wasser-Wärmetauscher (8) strömende Kühlmittelmenge variierbar ist.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öl-Kühlmittel-Wärmetauschers (8) über kurze Schlauchstücke angeschlossen ist.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umwälzen des Kühlmittels zumindest eine Kühlmittelpumpe vorgesehen ist, deren Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors (1) variierbar ist.