AT516832A4 - COOLING CIRCUIT - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf (1) mit einer Brennkraftmaschine (11), einem Kühlmittelkühler (33), einem ersten Thermostatventil (13), einer ersten Pumpe (12), einem Kondensator (21), einem zweiten Thermostatventil (23) und einer zweiten Pumpe (22) eines Abwärmerückgewinnungssystems (WHR), wobei die Brennkraftmaschine (11), die erste Pumpe (12), der Kühlmittelkühler (33) und das erste Thermostatventil (13) in einem ersten Kühlkreis (10) angeordnet sind, und der Kondensator (21), das zweite Thermostatventil (23) und die zweite Pumpe (22) in einem zweiten Kühlkreis (20) angeordnet sind, und wobei der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) miteinander strömungsverbunden sind und sich stromabwärts des Kühlmittelkühlers (33) in einem Verzweigungsbereich (32) von einem den Kühlmittelkühler (33) aufweisenden gemeinsamen Kühlabschnitt (30) verzweigen. Um eine einfache und effiziente Kühlung der Brennkraftmaschine (11) und des Abwärmerückgewinnungssystems (WHR) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der erste Kühlkreis (10) und der zweite Kühlkreis (20) unmittelbar stromaufwärts des Kühlmittelkühlers (33) in einem Sammelbereich (31) zu dem gemeinsamen Kühlabschnitt (30) zusammengeführt sind.The invention relates to a coolant circuit (1) with an internal combustion engine (11), a coolant radiator (33), a first thermostatic valve (13), a first pump (12), a condenser (21), a second thermostatic valve (23) and a second Pump (22) of a waste heat recovery system (WHR), wherein the internal combustion engine (11), the first pump (12), the coolant cooler (33) and the first thermostatic valve (13) in a first cooling circuit (10) are arranged, and the capacitor ( 21), the second thermostatic valve (23) and the second pump (22) are arranged in a second cooling circuit (20), and wherein the first cooling circuit (10) and the second cooling circuit (20) are fluidly connected to each other and downstream of the coolant radiator ( 33) in a branching region (32) branch off from a common cooling section (30) having the coolant cooler (33). In order to enable a simple and efficient cooling of the internal combustion engine (11) and the waste heat recovery system (WHR), it is provided that the first cooling circuit (10) and the second cooling circuit (20) immediately upstream of the coolant cooler (33) in a collecting area (31) are merged to the common cooling section (30).
Description
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf mit einer Brennkraftmaschine, einem Kühlmittelkühler, einem ersten Thermostatventil, einer ersten Pumpe, einem Kondensator, einem zweiten Thermostatventil und einer zweiten Pumpe eines Abwärmerückgewinnungssystems, wobei die Brennkraftmaschine, die erste Pumpe, der Kühlmittelkühler und das erste Thermostatventil in einem ersten Kühlkreis angeordnet sind, und der Kondensator, das zweite Thermostatventil und die zweite Pumpe in einem zweiten Kühlkreis angeordnet sind, und wobei der erste Kühlkreislauf und der zweite Kühlkreis miteinander strömungsverbunden sind und sich stromabwärts des Kühlmittelkühlers in einem Verzweigungsbereich von einem den Kühlmittelkühler aufweisenden gemeinsamen Kühlabschnitt verzweigen.The invention relates to a coolant circuit with an internal combustion engine, a coolant radiator, a first thermostatic valve, a first pump, a condenser, a second thermostatic valve and a second pump of a waste heat recovery system, wherein the internal combustion engine, the first pump, the coolant radiator and the first thermostatic valve in a first Cooling circuit are arranged, and the condenser, the second thermostatic valve and the second pump are arranged in a second cooling circuit, and wherein the first cooling circuit and the second cooling circuit are fluidly connected to each other and branch downstream of the coolant radiator in a branch region of the coolant radiator having a common cooling section ,
Die Kühlung eines Abwärmerückgewinnungssystems (WHR-System, WHR: Waste Heat Recovery) erfolgt häufig mittels eines einen eigenen Kühlmittelkühler aufweisenden Kühlmittelkreislaufes, welcher vom Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine getrennt ist. Solche Kühlsysteme sind mit relativ hohem Kostenaufwand verbunden.The cooling of a waste heat recovery system (WHR system, WHR: Waste Heat Recovery) is often carried out by means of a separate coolant radiator having coolant circuit, which is separated from the coolant circuit of the internal combustion engine. Such cooling systems are associated with relatively high costs.
Auch ist eine direkte Kühlung des Kondensators des WHR Systems mit Umgebungsluft bekannt, was aber im Fall von Ethanol als Arbeitsmedium aus Sicherheitsaspekten problematisch ist, wenn der Kondensator gemeinsam mit dem Kühlpaket in der Crashzone des Fahrzeugs angeordnet ist.Also, a direct cooling of the condenser of the WHR system with ambient air is known, but this is problematic in the case of ethanol as a working medium for safety reasons, when the condenser is arranged together with the cooling package in the crash zone of the vehicle.
Weiters ist es bekannt, die Kühlung eines Abwärmerückgewinnungssystems in den Kühlkreis der Brennkraftmaschine einzubinden. Die hohe Temperatur des Kühlmittels des Kühlkreises der Brennkraftmaschine wirkt sich allerdings nachteilig auf den Wirkungsgrad des WHR-Systems aus.Furthermore, it is known to incorporate the cooling of a waste heat recovery system in the cooling circuit of the internal combustion engine. The high temperature of the coolant of the cooling circuit of the internal combustion engine, however, adversely affects the efficiency of the WHR system.
Die WO 2014/177513 Al offenbart einen Kühlkreislauf, welcher einen ersten Kühlkreis mit einer Brennkraftmaschine, einer ersten Pumpe, einem ersten Thermostat und einen Kühlmittelkühler, und einen zweiten Kühlkreis eines Abwärmerückgewinnungssystems mit einem Kondensator, einer zweiten Pumpe und einem zweiten Thermostat aufweist. Der Kühlmittelkühler kann dabei vom Kühlmittel des ersten Kühlkreises und/oder des zweiten Kühlkreises durchströmt werden. Somit wird der Kühlkreislauf sowohl zur Kühlung der Brennkraftmaschine, als auch zur Kühlung des WHR-Systems verwendet. Nachteilig ist, dass der Kühlkreislaufeine große Anzahl an einzelnen Komponenten aufweist und dass das WHR-System relativ großen Einfluss auf den Durchfluss des Motorkühlsystem hat.WO 2014/177513 A1 discloses a refrigeration cycle having a first refrigeration cycle with an internal combustion engine, a first pump, a first thermostat and a coolant radiator, and a second refrigeration cycle of a waste heat recovery system with a condenser, a second pump and a second thermostat. The coolant cooler can be flowed through by the coolant of the first cooling circuit and / or the second cooling circuit. Thus, the cooling circuit is used both for cooling the internal combustion engine, as well as for cooling the WHR system. The disadvantage is that the cooling circuit has a large number of individual components and that the WHR system has a relatively large influence on the flow of the engine cooling system.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine einfache und effiziente Kühlung der Brennkraftmaschine und des Abwärmerückgewinnungssystems zu ermöglichen.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to allow a simple and efficient cooling of the internal combustion engine and the waste heat recovery system.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der erste Kühlkreis und der zweite Kühlkreis unmittelbar stromaufwärts des Kühlmittelkühlers in einem Sammelbereich zu dem gemeinsamen Kühlabschnitt zusammengeführt sind.According to the invention this is achieved in that the first cooling circuit and the second cooling circuit are merged immediately upstream of the coolant radiator in a collecting area to the common cooling section.
Der Ausdruck „unmittelbar" ist hier so zu verstehen, dass zwischen dem Sammelbereich und dem Kühlmittelkühler keine weiteren Armaturen, Aggregate oder Einrichtungen, wie Pumpen, Ventile oder Brennkraftmaschine angeordnet sind. Das Kühlmittel strömt somit von dem ersten und zweiten Kühlkreis, gegebenenfalls übereine gemeinsame Sammelleitung, direkt in den Kühlmittelkühler, ohne dass weitere Elemente durchströmt werden.The term "immediately" is to be understood here as meaning that no further fittings, units or devices, such as pumps, valves or internal combustion engine, are arranged between the collecting area and the coolant radiator The coolant thus flows from the first and second cooling circuits, possibly via a common manifold , directly into the coolant cooler, without passing through other elements.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der erste Kühlkreis und der zweite Kühlkreis unmittelbar stromabwärts des ersten und/oder zweiten Thermostatventils zum gemeinsamen Kühlabschnitt zusammengeführt sind, wobei der erste und der zweite Kühlkreis stromaufwärts der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe vom gemeinsamen Kühlabschnitt verzweigt sein können. Zwischen den Thermostatventilen und dem gemeinsamen Kühlabschnitt sind auch hier keine weiteren Armaturen, Aggregate oder Einrichtungen angeordnet, welche vor dem Eintritt in den Sammelbereich vom Kühlmittel durchströmt werden.Preferably, it is provided that the first cooling circuit and the second cooling circuit are merged immediately downstream of the first and / or second thermostatic valve to the common cooling section, wherein the first and the second cooling circuit upstream of the first pump and / or the second pump branched from the common cooling section can. Between the thermostatic valves and the common cooling section no further valves, units or devices are arranged here, which are flowed through by the coolant before entering the collection area.
Der gemeinsame Kühlkreisabschnitt weist bevorzugt ausschließlich den Kühlmittelkühler, vorzugsweise samt Anschlussleitungen und/oder Sammelbereich und/oder Verzweigungsbereich, auf. Somit wird nur der Kühler sowohl vom Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreis, als auch vom Kühlmittel aus dem zweiten Kühlkreis durchströmt.The common cooling circuit section preferably has exclusively the coolant radiator, preferably together with connecting lines and / or collecting area and / or branching area. Thus, only the radiator flows through both the coolant from the first cooling circuit, as well as the coolant from the second cooling circuit.
Um eine temperaturabhängige selektive Kühlung der Brennkraftmaschine und des Abwärmerückgewinnungssystems zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kühlmittelkühler über eine sich zwischen einer ersten Abzweigung und einer ersten Mündung erstreckende erste Bypass-Leitung des ersten Kühlkreises und über eine sich zwischen einer zweiten Abzweigung und einer zweiten Mündung erstreckende zweite Bypass-Leitung des zweiten Kühlkreises umgehbar ist, wobei der Durchfluss durch die erste Bypass-Leitung mittels des ersten Thermostatventils und der Durchfluss durch die zweite Bypass-Leitung mittels des zweiten Thermostatventils steuerbar ist. Die erste Abzweigung oder die erste Mündung kann durch das erste Thermostatventil gebildet sein. Die zweite Abzweigung oder die zweite Mündung kann durch das zweite Thermostatventil gebildet sein.In order to enable a temperature-dependent selective cooling of the internal combustion engine and the waste heat recovery system, it is particularly advantageous if the coolant radiator via a first bypass line extending between a first branch and a first first bypass line of the first cooling circuit and a between a second branch and a second orifice extending second bypass line of the second cooling circuit is bypassable, wherein the flow through the first bypass line by means of the first thermostatic valve and the flow through the second bypass line by means of the second thermostatic valve is controllable. The first branch or the first orifice may be formed by the first thermostatic valve. The second branch or the second orifice may be formed by the second thermostatic valve.
Vorzugsweise ist die erste Mündung der ersten Bypass-Leitung zwischen dem Verzweigungsbereich und der ersten Pumpe, und die zweite Mündung der zweiten Bypass-Leitung zwischen dem Verzweigungsbereich und der zweiten Pumpe angeordnet. Weiters kann die erste Abzweigung der ersten Bypass-Leitung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Sammelbereich, und die zweite Abzweigung der zweiten Bypass-Leitung zwischen dem Kondensator und dem Sammelbereich angeordnet sein.Preferably, the first orifice of the first bypass conduit is disposed between the branching region and the first pump, and the second orifice of the second bypass conduit is disposed between the branching region and the second pump. Furthermore, the first branch of the first bypass line can be arranged between the internal combustion engine and the collecting region, and the second branch of the second bypass line can be arranged between the condenser and the collecting region.
Um die gegenseitige Beeinflussung der beiden Kühlkreisläufe möglichst gering zu halten, kann die zweite Pumpe vorteilhaft als Verdrängerpumpe ausgeführt sein.In order to keep the mutual influence of the two cooling circuits as low as possible, the second pump can be advantageously designed as a positive displacement pump.
Der kleinere Kühlmittelstrom des zweiten Kühlkreises des WHR-Systems bleibt damit vom größeren Kühlmittelstrom des ersten Kühlkreises der Brennkraftmaschine weitgehend unbeeinflusst.The smaller coolant flow of the second cooling circuit of the WHR system thus remains largely unaffected by the larger coolant flow of the first cooling circuit of the internal combustion engine.
Die Kühlung des Abwärmerückgewinnungssystems erfolgt mit demselben Kühlmittel wie die Kühlung der Brennkraftmaschine. Im Vergleich zur direkten Luft-Kühlung eines Ethanol-durchströmten Kondensators ergibt sich damit eine höhere Betriebssicherheit. Im Vergleich zu einem WHR-System, dessen Kühlung in den Kühlkreis der Brennkraftmaschine eingebunden ist, kann ein höherer Wirkungsgrad des WHR-Systems erzielt werden.The cooling of the waste heat recovery system is carried out with the same coolant as the cooling of the internal combustion engine. Compared to the direct air cooling of an ethanol-flowed condenser, this results in a higher reliability. Compared to a WHR system, whose cooling is integrated into the cooling circuit of the internal combustion engine, a higher efficiency of the WHR system can be achieved.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the non-limiting figures.
Es zeigen schematisch Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf in einer ersten Ausführungsvariante und Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf in einer zweiten Ausführungsvariante.1 shows a cooling circuit according to the invention in a first embodiment and FIG. 2 shows a cooling circuit according to the invention in a second embodiment variant.
Funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Functionally identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.
Der in den Fig. 1 und 2 jeweils dargestellte Kühlmittelkreislauf 1 weist einen ersten Kühlkreis 10 zur Kühlung einer Brennkraftmaschine 11 und einen zweiten Kühlkreis 20 für ein Abwärmerückgewinnungssystem WHR (WHR-System, Waste Heat Recovery-System) auf. Im ersten Kühlkreis 10 sind die Kühlräume der Brennkraftmaschine 11 eine erste Pumpe 12 sowie ein erstes Thermostatventil 13 angeordnet. Der zweite Kühlkreis 20 weist einen Kondensator 21 des Abwärmerückgewinnungssystems, eine zweite Pumpe 22, sowie ein zweites Thermostatventil 23 auf. Wird die zweite Pumpe 22 als Verdrängerpumpe ausgeführt, so kann eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Kühlkreisläufe 10, 20 sehr gering gehalten werden.The coolant circuit 1 respectively shown in FIGS. 1 and 2 has a first cooling circuit 10 for cooling an internal combustion engine 11 and a second cooling circuit 20 for a waste heat recovery system WHR (WHR system, Waste Heat Recovery System). In the first cooling circuit 10, the cooling chambers of the internal combustion engine 11, a first pump 12 and a first thermostatic valve 13 are arranged. The second cooling circuit 20 has a condenser 21 of the waste heat recovery system, a second pump 22, and a second thermostatic valve 23. If the second pump 22 is designed as a positive displacement pump, a mutual influence of the two cooling circuits 10, 20 can be kept very low.
Der erste Kühlkreis 10 und der zweite Kühlkreis 20 weisen eine gemeinsam durchflossene Kühlabschnitt 30 zwischen einem Sammelbereich 31 und einem Verzweigungsbereich 32 auf, wobei im gemeinsamen Kühlabschnitt 30 ein gemeinsame genutzter Kühlmittelkühler 33, beispielsweise ein Wasser/Luft-Wärmetauscher, angeordnet ist. Im Sammelbereich 31 sind erste Teilstränge 16 und zweite Teilstränge 26 des ersten bzw. zweiten Kühlkreises 10, 20 zum gemeinsamen Kühlabschnitt 30 zusammengeführt. Im Verzweigungsbereich 32 verzweigt sich der gemeinsame Kühlabschnitt 30 in erste und zweite Äste 17, 27. Der Kühlmittekühler 33 kann durch eine sich zwischen einer ersten Abzweigung 18 und einer ersten Mündung 19 sich erstreckende erste Bypass Leitung 14 des ersten Kühlkreises 10, sowie eine sich zwischen einer zweiten Abzweigung 28 und einer zweiten Mündung 29 sich erstreckende zweite Bypass Leitung 24 des zweiten Kühlkreises 20 umgangen werden, wobei der Durchfluss durch die erste Bypass Leitung 14 und den gemeinsamen Kühlabschnitt 30 durch das erste Thermostatventil 13, und der Durchfluss durch die zweite Bypass Leitung 24 und den gemeinsame Kühlabschnitt 30 durch das zweite Thermostatventil 23 gesteuert wird. Im ersten und/oder zweiten Kühlkreis 10, 20 können, falls notwendig, Rückschlagventile 25 (Fig. 2) angeordnet sein, um eine ungewollte Umkehr der Strömungsrichtung sicher zu vermeiden. Solche Rückschlagventile werden bevorzugt in den Strömungsabschnitten 16, 26 in der Nähe des Sammelbereiches angeordnet.The first cooling circuit 10 and the second cooling circuit 20 have a common cooling section 30 between a collecting region 31 and a branching region 32, wherein in the common cooling section 30, a shared coolant radiator 33, for example a water / air heat exchanger, is arranged. In the collecting region 31, first sub-strands 16 and second sub-strands 26 of the first and second cooling circuits 10, 20 are brought together to form the common cooling section 30. In the branching region 32, the common cooling section 30 branches into first and second branches 17, 27. The cooling-medium radiator 33 can be formed by a first bypass line 14 of the first cooling circuit 10 extending between a first branch 18 and a first orifice 19, as well as between a second branch 28 and a second orifice 29 extending second bypass line 24 of the second cooling circuit 20 are bypassed, wherein the flow through the first bypass line 14 and the common cooling section 30 through the first thermostatic valve 13, and the flow through the second bypass line 24 and the common cooling section 30 is controlled by the second thermostatic valve 23. If necessary, non-return valves 25 (FIG. 2) can be arranged in the first and / or second cooling circuit 10, 20 in order to reliably avoid an unintentional reversal of the flow direction. Such check valves are preferably arranged in the flow sections 16, 26 in the vicinity of the collection area.
Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante sind sowohl das erste, als auch das zweite Thermostatventil 13, 23 unmittelbar stromaufwärts des Sammelbereich 31 und des Kühlmittelkühlers 33 angeordnet.In the first embodiment variant shown in FIG. 1, both the first and the second thermostatic valves 13, 23 are arranged immediately upstream of the collecting region 31 and the coolant cooler 33.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich von dieser dadurch, dass das zweite Thermostatventil 23 stromabwärts des Kühlmittelkühlers 33 und des Verzweigungsbereichs 32 angeordnet ist. Zwischen dem Eintritt in die zweite Bypass Leitung 24 und dem Sammelbereich 31 ist ein Rückschlagventil 25 vorgesehen.The embodiment variant shown in FIG. 2 differs therefrom in that the second thermostatic valve 23 is arranged downstream of the coolant cooler 33 and the branching region 32. Between the entry into the second bypass line 24 and the collecting region 31, a check valve 25 is provided.
Die Kühlung des Abwärmerückgewinnungssystems WHR erfolgt mit demselben Kühlmittel wie die Kühlung der Brennkraftmaschine 11. Im Vergleich zur direkten Luft-Kühlung eines Ethanol-durchströmten Kondensators ergibt sich damit eine höhere Betriebssicherheit. Im Vergleich zu einem WHR-System, dessen Kühlung in den Kühlkreis der Brennkraftmaschine eingebunden ist, kann ein höherer Wirkungsgrad des Abwärmerückgewinnungssystems WHR erzielt werden.The cooling of the waste heat recovery system WHR is carried out with the same coolant as the cooling of the engine 11. Compared to the direct air cooling of an ethanol-flowed condenser, this results in a higher reliability. Compared to a WHR system, the cooling of which is integrated in the cooling circuit of the internal combustion engine, a higher efficiency of the waste heat recovery system WHR can be achieved.
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