CN102575564A - 冷却系统、特别是机动车的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却系统、特别是机动车的冷却系统：具有冷却循环回路，在该冷却循环回路中，冷却介质借助于冷却介质泵进行循环；其中冷却介质泵或另一个做功机械借助于驱动装置通过液力耦合器进行驱动，液力耦合器包括由驱动装置驱动的泵叶轮和驱动冷却介质泵的涡轮，泵叶轮和涡轮共同构成圆环面状的、能选择性地填充工作介质的工作腔；其中工作介质是冷却介质；具有补偿容器，包括填充有冷却介质的腔和填充有冷却介质的腔中的冷却介质液面上方的空气室。本发明的特征在于，液力耦合器的工作腔通过引导空气的连接线路始终和空气室连接或能选择性地和该空气室连接。

Description

冷却系统、特别是机动车的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种详细来说是根据权利要求1的前序部分中的特征所述的冷却系统。
背景技术
这种冷却系统用于冷却驱动发动机和/或其它组合单元、特别是机动车的传动系。该冷却系统包括冷却循环回路，其中冷却介质借助于冷却介质泵进行循环。冷却介质例如是水或水的混合物。通过在冷却循环回路中的循环，冷却介质被输送至待冷却的组合单元、特别是驱动发动机，在那里吸收需要释放的热量，并且然后继续流向在冷却循环回路中设置的传热器，特别是水-空气-传热器，传热器在那里把所吸收的热量释放到周围环境。原则上，由冷却介质吸收的热量也不能简单地排出到周围环境，而是应用在传动系或车辆中，或作为能量被回收。本发明可以应用在各个前述类型的冷却系统中。
冷却介质泵在机动车冷却系统中与车辆的驱动发动机持久地驱动连接，并因此根据驱动发动机的转数而被驱动，最近也提出了借助于电动机被驱动的冷却介质泵，或这种装置，其中在驱动发动机和冷却介质泵之间的驱动连接中布置可切换的磁铁耦合器。此外在还没有公开的德国专利申请1020080034973.9中提出，使得冷却介质泵的叶轮抗扭地和液力耦合器的次级轮耦合，并且同时将冷却介质用作为液力耦合器的工作介质。
尽管最后提到的实施方式实现了通过冷却介质泵所吸收的功率和当前机动车中所需的冷却功率的匹配，并因此引起燃料节省，并且此外还在于，液力耦合器的工作介质和冷却循环回路的冷却介质相同，并且在驱动装置冷启动时，通过减少冷却介质泵的冷却功率可以缩短热循环阶段，但是在驱动装置和冷却介质泵之间的传动线路上使用传统的液力耦合器时，会在清空液力耦合器的工作腔，以便部分或完全断开冷却介质泵时出现问题。由于冷却系统通常设计为相对于周围环境封闭的系统，在其中可以形成一个过压，所以工作介质不总是在所希望的范围内从液力耦合器的工作腔中溢出。
发明内容
本发明的目的在于，进一步改进开头所述类型的冷却系统，即液力耦合器的工作腔的清空在任何时间都以期望的程度进行。
根据本发明的目的通过一种具有权力要求1所述特征的冷却系统来实现。在从属权利要求中给出本发明的特别有利的设计方案。
根据本发明的、特别是机动车的冷却系统的形式的冷却系统具有冷却循环回路，在冷却循环回路中，冷却介质借助于冷却介质泵进行循环。冷却介质泵借助于驱动装置通过液力耦合器来驱动，该驱动装置特别地同时是用于驱动车辆的驱动装置。然而根据本发明可替换地或附加地也可能的是，即通过相应的液力耦合器驱动作为冷却介质泵的另一个做功机械，并且同时利用根据本发明的在下面还会详细描述的设计方案，实现一种可靠清空液力耦合器的工作腔的方法，以便降低液力耦合器的次级轮的转数，特别是使液力耦合器的次级轮停止运转。
根据本发明，液力耦合器的工作介质和冷却循环回路的冷却介质相同。此外设有补偿容器，该补偿容器具有填充有冷却介质的腔和填充有冷却介质的腔中的冷却介质液面上方的空气室。根据冷却系统中的压力状态或在总的冷却循环回路中的冷却介质的温度，使冷却介质液面在补偿容器中上升或降低，并且冷却介质液面上方的空气室将相应地减小或扩大。
根据本发明，液力耦合器的工作腔通过引导空气的连接线路始终和补偿容器中的空气室连接或能选择性地和补偿容器中的空气室连接。因此这种情况是可能的，即“气垫”、也就是说补偿容器的空气室中的气体，当在预期时，将流入液力耦合器的工作腔中并且代替被从液力耦合器的工作腔中流出的工作介质。随着从工作腔中流出的工作介质的增多和由此引起的工作腔填充度的降低，提高了液力耦合器的泵叶轮和涡轮之间的转差率和进而是在驱动装置和通过液力耦合器驱动的做功机械、特别是冷却介质泵的速度之间的转差率。
特别的是，冷却系统设计为相对于周围环境压力密封地封闭的系统，在该系统中固定不变地或者根据特定的边界条件、例如冷却介质的温度来控制相对于外界环境的过压。
工作腔和补偿容器中的空气室通过引导空气的连接线路连接，在该引导空气的连接线路中，根据本发明的一个实施方式设有特别是换向阀、例如换向滑阀的形式的截止阀，以便有选择地断开和开启该引导空气的连接线路。
根据本发明的一个有利的实施方式，液力耦合器的工作腔通过另一个、引导工作介质的连接线路和冷却介质泵的吸入侧始终连接或能选择性地连接。当设有能选择性地连接的引导工作介质的连接线路时，也可以在其中设置一个阀、特别是换向阀，目的是使该连接在第一个连接状态中开启而在第二个连接状态中断开。
附加的或可替换的，液力耦合器的工作腔可以通过另一个、引导工作介质的连接线路和冷却介质泵的压力侧能选择性地连接，其中该连接线路，特别是再次借助于阀、例如换向阀，能选择性地断开，目的是断开液力耦合器或通过部分清空工作腔来提高液力耦合器的转差率。
此外可替换的或附加的，液力耦合器的工作腔通过另一个、引导工作介质的连接线路和补偿容器的填充有冷却介质的腔能选择性地连接，其中随后该连接线路，特别是借助于阀、例如换向阀，也能选择性地断开。
根据一个有利的实施方式，可以具有一个或者多个前述的引导工作介质的连接线路，液力耦合器的工作腔具有入口和出口，其中至少是入口，特别能借助于阀、例如换向阀截断，并且出口和入口通过引导工作介质的连接线路相连接，因此通过出口从工作腔中排出的工作介质通过入口被至少部分地或完全地再次输送至工作腔，当然其前提条件是，即入口未截断。
在引导空气的连接线路中设置的阀和/或在前述的引导工作介质的连接线路中设置的阀能定时地被操纵，以便调节工作腔的填充度，工作腔具有变化的工作介质和包括部分填充物。这样的调节可能性意味着，工作腔不仅能简单地填充和清空，而是在最小的填充度和最大的填充度之间能调节其它的不同的填充度。压力调节阀门可以附加的或可替换的应用，以便通过强度不同地抑制工作介质流入和/或流出工作腔来改变填充度。例如可以在朝向液力耦合器的入口上布置打开-/关闭-阀，并且在液力耦合器的出口上布置控制-或调节阀。
液力耦合器的出口可以连接在与工作腔径向外部范围有一段距离的位置上，即在工作腔中总是保持一定的剩余工作介质量。
在引导空气的连接线路中设置的阀和在至少一个前述的引导工作介质的连接线路中设置的阀可以组合成一个共同的阀，特别是将带有相应数量接口的换向阀。
液力耦合器的涡轮可以和冷却介质泵的叶轮设计成一体和/或支撑冷却介质泵的叶轮。
接下来将根据实施例示范性地描述本发明。
附图所示为：
附图说明
图1示出第一个实施例的示意图；
图2示出第二个实施例的示意图；
图3示出第三个实施例的示意图；
图4示出第四个实施例的示意图；
图5示出第五个实施例的示意图；
图6示出第六个实施例的示意图。
具体实施方式
在图1到图6所有的图中，示意性示出了具有冷却循环回路1的冷却系统，在该冷却系统中，冷却介质泵2借助于驱动装置3通过液力耦合器4来驱动，其中液力耦合器4的涡轮5液力地通过在工作腔6中的工作介质循环回路流并通过泵叶轮19被驱动，该涡轮和冷却介质泵2的叶轮设计成一体。驱动装置3借助冷却介质冷却，并且来自冷却介质的热量借助于热交换器20导出到周围环境。冷却介质同时也是液力耦合器4的工作介质。
冷却介质泵2把吸入侧21的冷却介质抽到压力侧22。根据图1到4中的实施方式，补偿容器7以引导冷却介质的方式/以引导工作介质的方式连接到吸入侧21上。相反的在图5和图6中的实施方式中，补偿容器7以引导工作介质的方式连接在压力侧22上。这种连接类型不是强制的，并且可以相应地互相调换。此外也可以考虑其他的连接点。
补偿容器7具有空气室9和填充有冷却介质的空间8，例如通过符号显示冷却介质液面。当前，补偿容器7上的过压阀还显示在空气室9的区域中。
在所有显示的实施例中，空气室9现在通过引导空气的连接线路10始终或选择性地和液力耦合器4的工作腔6连接。在根据图1的实施例中例如设有一个稳定的连接线路，其中通过虚线表明，这里也可能设有阀11以用于截断引导空气的连接线路10。这也符合于图2。
在根据图3到图6的实施例中相反地，在引导空气的连接线路10中设有2/2-换向阀(图4)或3/2-换向阀(图3，5，6)，后者的目的是使液力耦合器4的工作腔6选择性地和补偿容器7中的气体连接，或和补偿容器7中或冷却介质泵2的吸入侧21中的冷却介质连接。尽管没有示出，但是可替换的，和冷却介质泵2的压力侧22的连接也是可能的，例如取代根据图5的通过补偿容器7和压力侧22的间接的连接。
在显示的实施例中用于截断引导空气的连接线路10的所有阀都用标号11表示。如果所有的阀附加地还用于断开引导工作介质的连接线路，则根据情况，如果其和工作腔6布置在冷却介质泵2的吸入侧21的引导工作介质的连接线路12里-则其附加地用标号23表示(见图3和6)-或如果其和工作腔6布置在补偿容器7的填充有冷却介质的空间8的引导工作介质的连接线路14里-则用标号18表示(见图5)。
在每个显示的实施例中，液力耦合器4的工作腔6具有入口15和出口16。在运行液力耦合器4以用于驱动冷却介质泵2时，和/或在清空工作腔6以用于增大泵叶轮19和涡轮5之间的转差率时，或在断开液力耦合器4时，出口16用于排出工作腔6的工作介质。在运行液力耦合器4时，和/或在接通液力耦合器4时，或在减小所述的转差率时，入口15相应地用于将工作介质输送到工作腔6中。
在出口16中可以布置止回阀，该止回阀阻止在液力耦合器4的工作腔6中通过出口16的工作介质的回流，例如在图2，5和6中显示。然而这种止回阀只是一种选择。
入口15可以和冷却介质泵2的压力侧22以引导工作介质的方式连接，见图1，其中该引导工作介质的连接线路13借助于设计为2/2-换向阀的阀17能选择性地由于先前所述的目的而断开，或者入口可以通过引导工作介质的连接线路14和补偿容器7的填充有冷却介质的空间8以引导工作介质的方式连接，其中该连接通过阀18能选择性地由于先前所述的目的而断开。根据在图2中示出的实施例，该阀18同样设计为2/2-换向阀，同样在根据图4的实施例中。如人们所看到的，此外根据图4，引导空气的连接线路10和引导工作介质的连接线路14在引导工作介质的连接线路14的的区域后面(在其中布置了阀18)作为共同的线路引导。为了阻止空气进入线路的这个共同的引导部分，引导空气的连接线路10的阀11平行于阀18，并布置在共同的线路中的引导空气的连接线路10的开口的前方。
如图所示，根据图3和6，通向工作腔6的入口15通过引导工作介质的连接线路12和冷却介质泵2的吸入侧21连接，其中该引导工作介质的连接线路12可以通过阀23选择性地断开。尽管现在阀23作为共同的阀和阀11在引导空气的连接线路10中设计，但是也可以设计两个彼此分离设置的阀。
液力耦合器4的工作腔6的出口16可以如在图1，5和6中例如显示地和如在图4中作为可能的替换方式通过虚线表明地，通过引导工作介质的连接线路和冷却介质泵2的吸入侧21连接。相应的在所述图中，该引导工作介质的连接线路也用标号12标出。根据图6的实施方式，相应地设有工作腔6的两个引导工作介质的连接线路12以及冷却介质泵2的吸入侧21，和通过这两个引导工作介质的连接线路12实现的入口15和出口16之间的连接。
在根据图2的实施例中入口15和工作腔6的出口16也相互连接。在连接线路14中的、从出口16通到阀18前方的相应设置的引导工作介质的连接线路用24标记。
现在在下面简短地描述图1到6中所示的冷却系统的工作方式：
根据图1，阀17可以在工作腔6的入口15和冷却介质泵2的压力侧22之间，在引导工作介质的连接线路13中选择性地打开或者关闭，特别也是定时运行，目的是控制和/或调节流入到工作腔6中的工作介质。在这种情况中，阀17断开了引导工作介质的连接线路13，工作介质经过出口16从工作腔6中朝向于工作介质泵2的吸入侧21的方向向外流出，其中工作腔6中的相应的体积被补偿容器7中的空气代替，并因此实现工作介质无问题地从工作腔6中流出，或无问题地清空工作腔6中的工作介质。在液力耦合器4运行期间，特别是在通过引导工作介质的连接线路13填充工作腔6时，为了避免工作介质的副流通过引导空气的连接线路10从工作腔6中以不期望的方式流出到补偿容器7中，可以在那里设置所说明的阀11并相应地关闭。
根据图2的实施方式和图1中的实施方式在作用上是相同的。在这里的不同之处仅仅是工作介质从补偿容器7进入液力耦合器4中，参见补偿容器7中的填充有工作介质的空间8和通向工作腔6的入口15之间的引导工作介质的连接线路14。阀18相应地根据图1中的阀17工作。此外不同之处在于，即出口16借助于引导工作介质的连接线路24连接在阀18前的引导工作介质的连接线路14上并且因此在阀18打开时能实现从出口16到入口15的工作介质流的短路。
根据图3中的实施方式，通向工作腔6的入口15选择性地通过阀11，23的调节的连接点，加载来自空气室9的空气或加载来自吸入侧21的工作介质。为了控制或调节工作腔6的填充度，也可以在这里设置阀11，23定时的控制。
根据图4，或者打开阀门18，以便把来自补偿容器7的工作介质输送到通向工作腔6的入口15，或者打开阀门11，以便把来自空气室9的空气输送到入口15。相应地分别关闭其它阀门。
出口16在这里借助于引导工作介质的连接线路25和补偿容器7，换句话说现在和空气室9连接。然而可替换地也有可能和吸入侧21形成连接，如虚线所示，或者也和补偿容器7的填充有工作介质的空间8连接。
根据图5，实现阀11，18的转换，目的是使补偿容器7的空气室9和通向工作腔6的入口15连接，或者和补偿容器7的填充有工作介质的腔8连接。如果是期望的话，这种阀可以像前面描述的阀一样同样可以定时地运行。
根据图6的实施方式和根据图5的实施方式在工作原理方面相似，只是这里工作介质不是来自补偿容器7，而是从工作介质泵2的吸入侧21相应地输送到入口15。
特别有利的是，阀的控制在所示的实施方式中这样选择，即为了驱动冷却介质泵2，在发生控制故障时，为液力耦合器4的工作腔6填充工作介质。

Claims (9)

1.一种冷却系统、特别是机动车的冷却系统：
1.1具有冷却循环回路(1)，在所述冷却循环回路中，冷却介质借助于冷却介质泵(2)进行循环；其中
1.2所述冷却介质泵(2)或另一个做功机械借助于驱动装置(3)通过液力耦合器(4)来驱动，所述液力耦合器包括由所述驱动装置(3)驱动的泵叶轮(19)和驱动所述冷却介质泵(2)的涡轮(5)，所述泵叶轮和涡轮共同构成圆环面状的、能选择性地填充工作介质的工作腔(6)；其中
1.3所述工作介质是所述冷却介质；
1.4具有补偿容器(7)，包括填充有所述冷却介质的腔(8)和所述填充有所述冷却介质的腔(8)中的冷却介质液面上方的空气室(9)；其特征在于，
1.5所述液力耦合器(4)的所述工作腔(6)通过引导空气的连接线路(10)始终和所述空气室(9)连接或能选择性地和所述空气室连接。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统设计为相对于周围环境压力密封地封闭的系统，特别是具有相对于周围环境的过压。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的冷却系统，其特征在于，为了选择性地断开和开启所述引导空气的连接线路(10)，在所述引导空气的连接线路(10)中设有特别是换向阀的形式的截止阀(11)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述液力耦合器(4)的所述工作腔(6)通过另一个、引导工作介质的连接线路(12)和所述冷却介质泵(2)的吸入侧(21)始终连接或能选择性地连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述液力耦合器(4)的所述工作腔(6)通过另一个、引导工作介质的连接线路(13)和所述冷却介质泵(2)的压力侧(22)能选择性地连接，其中所述连接线路、特别是借助于阀(17)，能选择性地断开。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述液力耦合器(4)的所述工作腔(6)通过另一个、引导工作介质的连接线路(14)和所述补偿容器(7)的所述填充有所述冷却介质的腔(8)能选择性地连接，其中所述连接线路、特别是借助于阀(8)，能选择性地断开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述液力耦合器(4)的所述工作腔(6)具有入口(15)和出口(16)，其中所述入口(15)特别能借助于阀(17，18)截断，并且所述出口(16)和所述入口(15)通过引导工作介质的连接线路(12，24)相连接，因此通过所述出口(16)从所述工作腔(6)中排出的工作介质通过所述入口(15)被至少部分地或完全地再次输送至所述工作腔(6)。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于，在所述引导空气的连接线路(10)中设置的所述阀(11)和/或在引导工作介质的、连接在所述工作腔(6)上的连接线路(12，13，14)中设置的阀(17，18)能定时地被操纵，以便调节所述工作腔(6)的填充度，所述工作腔具有变化的工作介质和包括部分填充物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述液力耦合器(4)的所述涡轮(5)和所述冷却介质泵(2)的叶轮设计成一体和/或支撑所述叶轮，并且特别是相对地安放在所述泵叶轮(19)上或驱动所述泵叶轮的轴上。
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