DE10113652A1

DE10113652A1 - heat exchangers

Info

Publication number: DE10113652A1
Application number: DE2001113652
Authority: DE
Inventors: Roland Schmidt; Gerta Rocklage; Dirk Vollmer; Nizar Taghouti; Claude Berling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-10-02
Also published as: WO2002077426A1

Abstract

The invention relates to a heat exchanger (20, 22, 36) in a cooling liquid circuit (16) of a motor vehicle, comprising electrically controllable control valves (42, 44, 46). According to the invention, a control valve (42, 44, 46) is arranged at the flow (54) or return (56) of said heat exchanger, said control valve and the heat exchanger forming together one constructional unit.

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einem Wärmetauscher nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 aus.The invention is based on a Oberbe heat exchanger reached out of claim 1.

Das Wärmemanagement einer Brennkraftmaschine und eines Fahr zeugs, d. h. das Kühlen und Erwärmen von Aggregaten und Ein richtungen auf eine optimale Betriebstemperatur, ist für den Wirkungsgrad und damit für die Wirtschaftlichkeit des Sy stems "Fahrzeug" von entscheidender Bedeutung. Es ist daher wünschenswert, dass die Einrichtungen und Aggregate, z. B. die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs, die Heizung des Fahr gastraums, möglichst schnell ihre optimale Betriebstempera tur erreichen und diese möglichst während des gesamten Be triebs beibehalten, auch in Betriebsbereichen, in denen der Wärmeanfall in der Brennkraftmaschine gering ist.Thermal management of an internal combustion engine and a vehicle stuff, d. H. the cooling and heating of aggregates and on directions to an optimal operating temperature is for the Efficiency and thus for the economy of the Sy stems "vehicle" vital. It is therefore desirable that the facilities and units, e.g. B. the vehicle's internal combustion engine, the driver's heating your optimal operating temperature as quickly as possible reach and this if possible during the entire loading Maintain drive, even in operating areas where the Heat generation in the internal combustion engine is low.

Aus der EP 0 499 071 A1 ist eine Kühlanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bekannt. Die Kühlanlage umfasst mehrere Kreisläufe mit zugeordneten Wärmetauschern. Die Tem peraturen unterschiedlicher Kühlmedien werden gemessen und in einer zentralen Auswerteeinrichtung zu Ausgangssignalen verarbeitet, durch die elektrisch ansteuerbare Einrichtungen wie drehzahlgeregelte Pumpen, drehzahlgeregelte Lüfter, elektrisch ansteuerbare Ventile und eine im Luftströmungsweg angeordnete Jalousie ansteuerbar sind. Die Wärmetauscherlei stung bzw. die Lüfterdrehzahl wird für alle Kühlkreisläufe stets nach dem höchsten Bedarf eines der Kühlkreisläufe aus gerichtet. Durch das zentrale Wärmemanagement wird erreicht, dass für die Kühlung und Erwärmung des Systems wenig An triebsenergie für Pumpen und Lüfter aufzuwenden ist und dem System nicht zu viel Wärmeenergie entzogen wird. Infolgedes sen werden beim Start schnell die erforderlichen Betriebs temperaturen erreicht. Derartige Kühlsysteme sind sehr kom plex und werden aus sehr vielen einzelnen Bauteilen zusam mengesetzt, die am Fahrzeug befestigt werden müssen. Dies ist wegen des beengten Bauraums oft sehr schwierig.EP 0 499 071 A1 describes a cooling system for a vehicle known with an internal combustion engine. The cooling system includes several circuits with assigned heat exchangers. The tem temperatures of different cooling media are measured and in a central evaluation device for output signals processed by the electrically controllable devices such as speed-controlled pumps, speed-controlled fans, electrically controllable valves and one in the air flow path arranged blinds can be controlled. The heat exchanger or the fan speed for all cooling circuits always one of the cooling circuits according to the highest demand directed. Central heat management ensures that that little is needed for cooling and heating the system drive energy for pumps and fans and the System is not deprived of too much thermal energy. Infolgedes At the start, the required operating quickly temperatures reached. Such cooling systems are very com plex and are made up of very many individual components that must be attached to the vehicle. This is often very difficult due to the cramped installation space.

Advantages of the invention

Nach der Erfindung ist an einem Vorlauf oder einem Rücklauf eines Wärmetauschers, beispielsweise eines Kühlers, Hei zungswärmetauschers oder Ölkühlers, ein elektrisch ansteuer bares Regelventil angeordnet und mit diesem zu einer Bauein heit zusammengefasst. Durch das Zusammenfassen funktional zusammenwirkender Komponenten wie des Wärmetauschers mit dem elektrisch angetriebenen Regelventil und gegebenenfalls der Sensorik entsteht eine vormontierte Wärmetauschereinheit, die mit geringem Aufwand ins Kraftfahrzeug montiert werden kann und keine eigene Anbauvorrichtung für das Regelventil erfordert. Ferner verringert sich der logistische Aufwand für den Fahrzeughersteller. According to the invention is on a forward or a return a heat exchanger, for example a cooler, Hei heat exchanger or oil cooler, an electrical control cash control valve arranged and with this to a building summarized. Functional by summarizing interacting components such as the heat exchanger with the electrically driven control valve and possibly the Sensors a pre-assembled heat exchanger unit is created, which can be installed in the motor vehicle with little effort can and no separate attachment for the control valve requires. The logistical effort is also reduced for the vehicle manufacturer.

Die Regelventile werden nach den Vorgaben eines Wärmemanage ments einer Brennkraftmaschine und eines Fahrzeugs von einer zentralen Steuereinheit in Abhängigkeit der Betriebs- und Umgebungsparameter der Brennkraftmaschine und des Kühlkreis laufs angesteuert. Sie bestimmen sehr direkt den Durchfluss durch den Wärmetauscher, so dass die an den einzelnen Wärme quellen, z. B. an der Brennkraftmaschine, einer Klimaanlage, einem Getriebe, einem Turbolader usw., anfallende Wärme be darfsgerecht nach den bestehenden Prioritäten optimal ver teilt und überschüssige Wärme abgeführt werden kann. Aus den vorgefertigten Standardkomponenten lassen sich je nach An wendungsfall mehr oder weniger komplexe Kühlflüssigkeits kreisläufe zusammenstellen.The control valves are made according to the specifications of a heat management elements of an internal combustion engine and a vehicle of one central control unit depending on the operating and Environmental parameters of the internal combustion engine and the cooling circuit controlled. You determine the flow very directly through the heat exchanger so that the individual heat swell, e.g. B. on the internal combustion engine, an air conditioning system, a transmission, a turbocharger, etc., heat generated according to existing priorities divides and excess heat can be dissipated. From the Prefabricated standard components can be made depending on the type application more or less complex coolant put together circuits.

Das Regelventil kann in vorteilhafter Weise in den Wärmetau scher integriert sein, z. B. indem es in einem Sammelraum an geordnet ist, der zum Verteilen der Kühlflüssigkeit auf die Kühlkanäle des Wärmetauschers oder zum Sammeln der Kühlflüs sigkeit nach dem Durchlauf durch die Kühlkanäle dient. Gege benenfalls können Sensoren, z. B. Temperatursensoren und/oder Drucksensoren, ebenfalls integriert werden, um die Betriebs parameter in der Nähe des Regelventils zu erfassen.The control valve can advantageously in the heat accumulation be integrated shear z. B. by putting it in a collection room is ordered to distribute the coolant to the Cooling channels of the heat exchanger or for collecting the cooling flows liquid after passing through the cooling channels. Gege also sensors, e.g. B. temperature sensors and / or Pressure sensors, also be integrated to the operating parameters in the vicinity of the control valve.

Die bedarfsgerechte Regelung der Kühlmittelströme ist beson ders bei modernen Brennkraftmaschinen mit weiter verbesser ten Wirkungsgraden sinnvoll, da bei diesen Maschinen weniger Wärmeleistung anfällt, so dass in einigen Betriebsbereichen eine sehr geringe Wärmemenge zur Verfügung steht, die zum Heizen des Fahrgastraums, Enteisen der Scheiben, zum Vorwär men von Aggregaten und zu ähnlichen Zwecken genutzt werden kann. Die Regelung des Kühlmittelkreislaufs neuer Hubkolbenbrennkraftmaschinen wandelt sich deshalb immer mehr von der reinen Wärmeabfuhr zu einer gezielten Wärmeverteilung und entspricht gleichzeitig den neuen Komfort-, Verbrauchs- und Emissionsanforderungen.The need-based control of the coolant flows is special with modern internal combustion engines with further improvements Efficiency levels make sense, since these machines use less Heat output arises, so in some operating areas a very small amount of heat is available for Heating the passenger compartment, defrosting the windows, for preheating of aggregates and for similar purposes can. The control of the coolant circuit of new reciprocating piston internal combustion engines is therefore changing more and more from pure heat dissipation for a targeted heat distribution and corresponds to the new comfort, consumption and Emission requirements.

Außerdem ist es bei einem intelligenten Wärmemanagement wichtig, dass die Regelventile eine kontinuierliche Verstel lung zulassen, damit das Kühlmittel genau dosiert zu den Wärmetauschern gelangt. Nach einer Ausgestaltung der Erfin dung sind deshalb als Regelventile elektrisch angetriebene Proportionalventile vorgesehen. Diese Ventile verstellen ei ne hydraulische Ausgangsgröße stetig in Abhängigkeit einer elektrischen Eingangsgröße. Durch den Einsatz von Proportio nalventilen in einem Kühlkreislauf wird die Durchflussmenge des Kühlmittels durch den Wärmetauscher stetig verstellt.It is also an intelligent heat management It is important that the control valves have a continuous adjustment Allow so that the coolant is dosed precisely to the Heat exchangers. After an embodiment of the Erfin are therefore electrically operated as control valves Proportional valves provided. These valves adjust ne hydraulic output variable depending on one electrical input variable. By using Proportio Valves in a cooling circuit is the flow rate of the coolant is constantly adjusted by the heat exchanger.

drawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungs beschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch ein zeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zu sammenfassen. Further advantages result from the following drawing description. In the drawing, embodiments of the Invention shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently include the features consider individual and to other meaningful combinations summarized.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kühl kreislaufs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, Fig. 1 is a schematic representation of a cooling circuit of an internal combustion piston engine,

Fig. 2 einen Wärmetauscher mit einem Regelventil als Baueinheit schematisch dargestellt und Fig. 2 schematically shows a heat exchanger with a control valve as a structural unit and

Fig. 3 eine Variante zu Fig. 2. Fig. 3 shows a variant of FIG. 2.

Description of the embodiments

Ein beispielhaft dargestellter Kühlflüssigkeitskreislauf 16 umfasst einen Kühler 20, der über eine Saugleitung 30 mit einer Wasserpumpe 18 verbunden ist. Diese fördert durch eine Einlassleitung 34 Kühlflüssigkeit in einen Zylinderblock 14 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 10. Die Kühlflüssigkeit gelangt vom Zylinderblock 14 in den Zylinderkopf 12 und strömt von dort über eine Rückströmleitung 26 in den Kühler 20 zurück. Der Kühler 20 wird durch Fahrtwind gekühlt. Im Bedarfsfall wird ein Lüfter 24 aktiv, um den Kühler 20 mit Kühlluft zu versorgen.An exemplary coolant circuit 16 comprises a cooler 20 , which is connected to a water pump 18 via a suction line 30 . This conveys cooling liquid through an inlet line 34 into a cylinder block 14 of a reciprocating piston internal combustion engine 10 . The coolant flows from the cylinder block 14 into the cylinder head 12 and from there flows back into the cooler 20 via a return flow line 26 . The cooler 20 is cooled by airflow. If necessary, a fan 24 becomes active in order to supply the cooler 20 with cooling air.

Von der Rückstromleitung 26 zweigt eine Heizleitung 32 ab, in der ein Heizwärmetauscher 22 angeordnet ist. Dieser sorgt mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Gebläses für die Erwärmung eines nicht dargestellten Fahrgastraums sowie zum Belüften und Enteisen von Fahrzeugscheiben. Vom Heizwärme tauscher 22 strömt die Kühlflüssigkeit zur Saugleitung 30 zurück. From the return flow line 26 branches off a heating line 32 , in which a heating heat exchanger 22 is arranged. With the help of a blower, not shown, this heats up a passenger compartment (not shown) and ventilates and defrosts vehicle windows. From the heat exchanger 22 , the coolant flows back to the suction line 30 .

Vom Zylinderblock 14 wird ein Teil des Kühlmittelstroms ab gezweigt und über eine Ölkühlerleitung 38, in der ein Ölküh ler 36 angeordnet ist, zur Saugleitung 30 zurückgeführt. Der Ölkühler 36 ist an einen Ölkreislauf 40 der Brennkraftma schine 10 angeschlossen. Schließlich ist eine Bypassleitung 28 parallel zum Kühler 20 vorgesehen, die die Rückströmlei tung 26 mit der Saugleitung 30 verbindet. Der Durchfluss der Kühlflüssigkeit durch den Kühler 20 wird von einem ersten Regelventil 42 bestimmt. Ein zweites Regelventil 44 steuert den Kühlflüssigkeitsdurchfluss durch den Heizwärmetauscher 22, ein drittes Regelventil 46 den Kühlmitteldurchfluss durch den Ölkühler 36 und ein viertes Regelventil 48 den Kühlflüssigkeitsdurchfluss durch die Bypassleitung 28. Die Regelventile 42, 44, 46 und 48, die zweckmäßigerweise als elektrisch angetriebene Proportionalventile ausgebildet sind, werden von einer elektronischen Steuereinheit 50, die in der Regel einen Mikroprozessor aufweist, in Abhängigkeit von Betriebsparametern, Fahrzeugparametern und Umgebungspa rametern sowie deren Ableitungen nach der Zeit im Sinne ei nes Wärmemanagements über Signalleitungen 52 angesteuert. Die Regelventile 42, 44 und 46 sind entweder an einem Vor lauf 54 oder an einem Rücklauf 56 des zugeordneten Wärmetau schers 20, 22, 36 angebracht, und zwar das erste Regelventil 42 am Kühler 20, das zweite Regelventil 44 am Heizwärmetau scher 22 und das dritte Regelventil 46 am Ölkühler 36. Die Regelventile 42, 44, 46 bilden mit den zugehörigen Wärmetau schern 20, 22, 36 eine Baueinheit, so dass sie keine zusätz lichen Haltevorrichtungen benötigen. Ferner wird dadurch die Teilevielfalt und der logistische Aufwand verringert. Die Regelventile 42, 44, 46 können auch in vorteilhafter Weise in den Wärmetauscher 20, 22, 36 integriert werden, z. B. indem sie in einem Sammelraum 58 der Wärmetauscher 20, 22, 36 innerhalb der Kontur der Wärmetauscher 20, 22, 36 unterge bracht sind und somit keinen zusätzlichen Bauraum und keine zusätzlichen Haltemittel beanspruchen.From the cylinder block 14 , part of the coolant flow is branched off and returned to the suction line 30 via an oil cooler line 38 , in which an oil cooler 36 is arranged. The oil cooler 36 is connected to an oil circuit 40 of the internal combustion engine 10 . Finally, a bypass line 28 is provided parallel to the cooler 20 , the device 26 connects the Rückströmlei with the suction line 30 . The flow of the coolant through the cooler 20 is determined by a first control valve 42 . A second control valve 44 controls the coolant flow through the heat exchanger 22 , a third control valve 46 controls the coolant flow through the oil cooler 36, and a fourth control valve 48 controls the coolant flow through the bypass line 28 . The control valves 42 , 44 , 46 and 48 , which are expediently designed as electrically driven proportional valves, are controlled by an electronic control unit 50 , which as a rule has a microprocessor, as a function of operating parameters, vehicle parameters and environmental parameters, and their derivatives after the time in Controlled sense of a heat management via signal lines 52 . The control valves 42 , 44 and 46 are attached either to a before run 54 or to a return 56 of the associated heat exchanger 20 , 22 , 36 , namely the first control valve 42 on the cooler 20 , the second control valve 44 on the heating heat exchanger 22 and that third control valve 46 on the oil cooler 36 . The control valves 42 , 44 , 46 form with the associated Wärmetau shears 20 , 22 , 36 a structural unit, so that they do not require additional holding devices. This also reduces the number of parts and the logistical effort. The control valves 42 , 44 , 46 can also be advantageously integrated into the heat exchanger 20 , 22 , 36 , e.g. B. in a collecting space 58 of the heat exchangers 20 , 22 , 36 are placed within the contour of the heat exchangers 20 , 22 , 36 and thus require no additional installation space and no additional holding means.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den Kühler 20 mit dem ersten Re gelventil 42, das am Vorlauf 54 untergebracht ist. Fig. 3 zeigt eine Variante, bei der in dem Sammelraum 58 des Küh lers 20 das erste Regelventil 42 untergebracht ist und somit von außen kaum erkennbar ist. Fig. 2 shows an example of the cooler 20 with the first re gel valve 42 , which is housed on the flow 54 . Fig. 3 shows a variant in which the first control valve 42 is housed in the collecting chamber 58 of the cooler 20 and is therefore hardly recognizable from the outside.

Claims

1. Heat exchanger ( 20 , 22 , 36 ) in a coolant circuit of a motor vehicle with electrically controllable control valves ( 42 , 46 , 48 ), characterized in that on its flow ( 54 ) or return ( 56 ) a control valve ( 42 , 46 , 48 ) is arranged and combined with it to form a structural unit.

2. Heat exchanger ( 20 , 22 , 36 ) according to claim 1, characterized in that the control valve ( 42 , 46 , 48 ) is an elec trically driven proportional valve.

3. Heat exchanger ( 20 , 22 , 36 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve ( 42 , 46 , 48 ) is integrated in the heat exchanger ( 20 , 22 , 36 ).

4. Heat exchanger ( 20 , 22 , 36 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve ( 42 , 46 , 48 ) is designed as a three-way valve and a bypass line ( 28 ) integrated in the heat exchanger ( 20 , 22 , 36 ) controls.