DE10023508A1

DE10023508A1 - Kühlanlage eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10023508A1
Application number: DE2000123508
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler; Marcus Hafkemeyer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2000-05-13
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2020-05-14
Also published as: DE10023508B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage eines flüssigkeits-, insbesondere wassergekühlten Verbrennungsmotors. Um eine verbesserte Kühlanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass zur Ankupplung der Antriebswelle (24) an den Antrieb des Verbrennungsmotors eine Kupplung (32) vorgesehen ist, wobei die Kühlanlage eine Antriebswelle (24) aufweisende Kühlflüssigkeitspumpe (20) aufweist, auf der deren Antriebswelle (24) oder mit der starr gekoppelt eine E-Maschine (28) angeordnet ist, welche zum Antrieb der Kühlflüssigkeitspumpe (20) geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage eines flüssig keits-, insbesondere wassergekühlten Verbrennungsmotors.

Aus der Praxis sind Kühlanlagen für wassergekühlte Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen eine Wasserpumpe für einen Zwangsumlauf der Kühlflüssigkeit sorgt. Solche Kühlanlagen werden daher auch als Zwangsumlaufkühlanlagen oder Pumpenumlaufkühlanlagen bezeichnet. Bei diesen Kühl anlagen wird die Wasserpumpe über einen Keil- oder Zahn riemenantrieb von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Die Steuerung der Kühlwassertemperatur er folgt über ein Thermostatventil, welches in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur das von dem Verbrennungsmo tor zurückfließende erwärmte Kühlwasser entweder durch einen Kühler leitet oder wieder direkt in Flüssigkeits kammern des Verbrennungsmotors. Auch eine Aufteilung des Volumenstromes ist mit dem Thermostatventil möglich.

Bei den bekannten Kühlanlagen besteht das Problem, dass eine präzise Einstellung der Kühlflüssigkeitstemperatur nicht möglich ist und dass die Kühlflüssigkeitspumpe groß dimensioniert sein muss, um unabhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle eine hohe Förderleistung zur Verfügung stellen zu können.

Ein weiteres Problem bei bekannten Kühlanlagen ist ihre mangelnde Eignung bei stehendem Verbrennungsmotor zur Eignung zur Fahrzeugklimatisierung.

Neben Kühlanlagen für Verbrennungsmotoren sind aus der Praxis auch Klimaanlagen bekannt, bei welchen über die Kühlanlage Abwärme des Verbrennungsmotors zu Heizzwecken verwendet wird. Dies gilt insbesondere für Kraftfahrzeug klimaanlagen.

Eine Kraftfahrzeugklimaanlage, beider bereits eine elek trische Wasserpumpe für einen wassergekühlten Verbren nungsmotor vorgesehen ist, ist aus DE-197 38 250 A1 be kannt.

Darüber hinaus offenbart DE-197 48 423 A1 verschiedene Schaltungsanordnungen eines Verbrennungsmotors und seiner Nebenaggregate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesser te Kühlanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge zur Verfü gung zu stellen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 7.

Gemäß der Erfindung ist bei einer Kühlanlage eines flüs sigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors mit einer Kühlflüs sigkeitspumpe vorgesehen, dass zur Ankupplung der An triebswelle an den Antrieb des Verbrennungsmotors eine Kupplung vorgesehen ist, wobei auf der Antriebswelle der Kühlflüssigkeitspumpe oder mit dieser starr gekoppelt auch eine E-Maschine angeordnet ist, welche zum Antrieb der Kühlflüssigkeitspumpe geeignet ist. Dadurch ist es möglich, den Flüssigkeitsumlauf präzise vorzugeben und eine sehr genaue Einstellung der Flüssigkeitstemperatur und damit der Motortemperatur zu erreichen. Die Anordnung hat ferner den Vorteil, dass die Kühlflüssigkeitspumpe relativ klein dimensioniert werden kann, da die Kühlleis tung über die Drehzahl der E-Maschine steuerbar ist und somit nicht schon bei kleinen Drehzahlen, wie beispiels weise bei langsamer Bergauffahrt eines Kfz schon hohe Förderleistungen der Kühlflüssigkeitspumpe zur Verfügung stehen müssen.

Vorzugsweise ist die E-Maschine als Motor/Generator maschine ausgebildet, so dass bei eingekuppelter Kupplung die E-Maschine im Generatorbetrieb laufen kann und zur Stromerzeugung zur Verfügung steht.

Vorzugsweise ist zur Steuerung der Drehzahl der E- Maschine im Motorbetrieb zum Antrieb der Kühlflüssig keitspumpe eine Steuerung oder Regelung vorgesehen. Wenn diese einen Temperaturfühler aufweist, ist eine sehr ge naue Temperatureinstellung der Kühlflüssigkeit möglich. Insbesondere ist es auch möglich, die Kühlflüssigkeits pumpe durch Ausschalten der Kupplung und Ausschalten der E-Maschine gänzlich auszuschalten, wodurch der Verbren nungsmotor in kürzester Zeit in einen umweltschonenden Betriebszustand warm gefahren werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steue rung der Kühlanlage einen Betriebszustandserfassungsmodul auf, welches den Belastungszustand des Verbrennungsmotors erfasst und die E-Maschine nur dann in einen Generatorbe trieb schaltet, wenn die Leistungsreserven des Verbren nungsmotors nicht ausgeschöpft sind. Dadurch kann sicher gestellt werden, dass der Verbrennungsmotor zunächst zur Erfüllung seiner Hauptaufgaben herangezogen werden kann. Wenn die Kühlanlage in einem Kraftfahrzeug eingesetzt ist, ist es vorteilhaft, wenn das Betriebszustandserfas sungsmodul neben dem Belastungszustand des Verbrennungs motors die Fahrsituation des Kfz und insbesondere eine Beschleunigungssituation erfasst. Dazu kann beispiels weise die Stellung des Gaspedals herangezogen werden.

Wenn die Kühlanlage in einem Kfz Verwendung findet und einen Wärmetauscher zur Erwärmung der durch ein Lüftungs system des Kfz geführten Luft aufweist, ist es möglich, bei abgestelltem Verbrennungsmotor und im Motorbetrieb laufender E-Maschine die Restwärme des Verbrennungsmotors zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes zu verwenden. Wenn die Kühlanlage darüber hinaus über ein elektrisch betrie benes Motorvorwärmsystem verfügt, kann dieses zugeschal tet und zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes verwendet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.

In der beigefügten Figur ist eine erfindungsgemäße Kühl anlage für einen Vierzylinder-Pkw-Verbrennungsmotor ge zeigt.

Die in der Figur gezeigte Kühlanlage 10 weist einen Küh ler 12 auf, welcher über eine erste Kühlwasserleitung 14 mit einem Motorblock 16 und über eine zweite Kühlwasser leitung 18 mit einer Kühlflüssigkeitspumpe 20 verbunden ist. Die Kühlflüssigkeitspumpe 20 ihrerseits ist über ei ne dritte Kühlwasserleitung 22 mit dem Motorblock 16 ver bunden.

Die Kühlflüssigkeitspumpe 20 weist eine Antriebswelle 24 auf, welche starr mit einer Welle 26 einer E-Maschine 28 gekoppelt ist. Die Welle 26 ihrerseits ist starr mit der Abtriebsseite 30 einer Kupplung 32 gekoppelt, wobei die Antriebsseite 34 der Kupplung 32 über einen Riemenantrieb 36 mit der Kurbelwelle 38 des Verbrennungsmotors gekop pelt ist.

Zur Beeinflussung des Schaltzustandes der Kupplung 32 und zur Beeinflussung der Drehzahl der E-Maschine 28 im Mo torbetrieb ist eine Steuerung 40 vorgesehen, welche über einen Temperaturfühler 42 die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors erfasst.

Wenn die gezeigte Kühlanlage 10 mit einem Verbrennungsmo tor mit einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, wird bei ei nem Motorstart zunächst die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors erfasst. Ist der Verbrennungsmotor kalt, wird die Kupplung 32 geöffnet und die E-Maschine 28 stromlos gehalten. Dadurch bleibt die Kühlflüssigkeits pumpe 20 antriebslos und das in dem Kühlkreislauf befindliche Kühlwasser zirkuliert allenfalls aufgrund einer sich allmählich einstellenden unterschiedlichen Dichte des Wassers im Motorblock 16 und außerhalb desselben. In diesem Betriebszustand der Kupplung 32 und der E-Maschine 28 läuft der Verbrennungsmotor schnell warm.

Hat der Verbrennungsmotor eine minimale Betriebstempera tur erreicht, wird je nach Fahrsituation entweder die Kupplung 32 geschlossen oder die E-Maschine 28 einge schaltet. Bei hoher Drehzahl des Verbrennungsmotors und hoher benötigter Kühlleistung wird die Kupplung 32 ge schlossen. Bei hohem Kühlflüssigkeitsbedarf und niedriger Drehzahl des Verbrennungsmotors wird die Kupplung 32 ge öffnet und ein Antrieb der Kühlflüssigkeitspumpe 20 er folgt aufgrund eines Motorbetriebes der E-Maschine 28. Bei einer mittleren Drehzahl und einem mittleren Kühlwas serbedarf wird die E-Maschine 28 in einen Generator betrieb geschaltet und speist in diesem Zustand die Fahr zeugbatterie.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich im Gegen satz zum Stand der Technik wahlweise folgende Betriebszu stände im Rahmen eines Verfahrens zum Betrieb eines Mo tors mit Kühlanlage realisieren:

a) der Motor kann ohne Nebenaggregate laufen, wobei die Kupplung 32 offen und die E-Maschine 28 stromlos ist;
b) der Motor kann mit Nebenaggregaten laufen, wobei die Kupplung 32 geschlossen und die E-Maschine 28 stromlos ist;
c) der Motor kann mit Nebenaggregaten laufen, wobei die Kupplung 32 geschlossen ist und die E-Maschine 28 als Generator läuft;
d) Standklimatisierung oder -kühlung, wobei die Kupplung 32 offen ist und die E-Maschine 28 als Motor läuft.

Claims

1. Kühlanlage eines flüssigkeits-, insbesondere wasserge kühlten Verbrennungsmotors, mit einer eine Antriebswel le (24) aufweisenden Kühlflüssigkeitspumpe (20), wobei auf der Antriebswelle (24) der Kühlflüssigkeitspumpe (20) oder mit dieser starr gekoppelt eine E-Maschine (28) angeordnet ist, welche zum Antrieb der Kühlflüs sigkeitspumpe (20) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ankupplung der Antriebswelle (24) an den Ab trieb des Verbrennungsmotors eine Kupplung (32) vorge sehen ist.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschine (28) als Motor/Generatormaschine ausgebildet ist.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass zur Steuerung der Drehzahl der E-Maschine (28) im Motorbetrieb eine Steuerung (40) oder Regelung vorgesehen ist.

4. Kühlanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (40) bzw. Regelung einen Temperatur fühler (42) aufweist, welcher Temperaturdaten des Verbrennungsmotors ermittelt, die zur Drehzahleinstellung der Kühlflüssigkeitspumpe (20) herangezogen wer den.

5. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltzustand der Kupplung (32) von der Steuerung (40) bzw. Regelung in Abhängig keit von den Temperaturdaten des Verbrennungsmotors eingestellt wird.

6. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (40) ein Betriebzu standserfassungsmodul aufweist, welches den Belastungs zustand des Verbrennungsmotors erfasst und die E- Maschine (28) in einen Generatorbetrieb schaltet, so fern die Leistungsreserven des Verbrennungsmotors nicht ausgeschöpft sind.

7. Kühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn zeichnet durch eine Ausgestaltung als Kfz-Kühlanlage.

8. Kühlanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandserfassungsmodul neben dem Be lastungszustand des Verbrennungsmotors die Fahrsituati on des Kfz und insbesondere eine Beschleunigungssitua tion erfasst.

9. Kühlanlage nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher zur Erwärmung der durch ein Luft system des Kfz geführten Luft.