DE102004061428A1

DE102004061428A1 - Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug und Steuerungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102004061428A1
Application number: DE200410061428
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Steffens (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-06-29
Also published as: WO2006066711A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (10); einer Pumpvorrichtung (12) zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor (10); einem Kühler (14) zum Kühlen des Kühlmittels; einem in Reihe mit dem Verbrennungsmotor (10) angeordneten Retarder (22), wobei das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders dient; einer Retarder-Bypassleitung (26), durch welche das Kühlmittel an dem Retarder (22) vorbei strömt; und einer Schalteinrichtung (24), die dem Retarder (22) in Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgeschaltet ist, um den Gesamtstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf in einen ersten Kühlmittelanteil, der durch die Retarder-Bypassleitung (26) an dem Retarder (22) vorbei strömt, und einen zweiten Kühlmittelanteil, der durch den Retarder (22) strömt, aufzuteilen. Im Betriebszustand einer hohen Kühllast des Verbrennungsmotors (10) wird der zweite Kühlmittelanteil durch den Retarder (22) vergrößert und gleichzeitig eine Bremsleistung des Retarders (22) verringert, sodass der Retarder (22) die Pumpvorrichtung (12) unterstützt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Steuern eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4.

Ein herkömmlicher Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug, auf dem der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 basiert, ist zum Beispiel aus der EP 0 885 351 B1 bekannt. Der Kühlkreislauf dient insbesondere dem Kühlen eines Verbrennungsmotors – und je nach Ausführungsart des Kraftfahrzeugs weiterer Komponenten – mit einem Kühlmittel wie beispielsweise Kühlwasser. Das Kühlmittel wird mittels einer Pumpe durch den Verbrennungsmotor und damit auch durch den gesamten Kühlkreislauf gepumpt. Dem Verbrennungsmotors in Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgeschaltet ist ein hydrodynamischer Retarder vorgesehen, der bei Bedarf ein zusätzliches Bremsmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausübt. Dabei dient das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders. Ferner existiert wenigstens eine Retarder-Bypassleitung, durch welche das Kühlmittel an dem Retarder vorbei geführt wird.

Der Kühlkreislauf enthält ferner ein dem Retarder in Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgeschaltetes Ventil, das den Gesamtstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf in einen ersten Kühlmittelanteil, der durch die Retarder-Bypassleitung an dem Retarder vorbei strömt, und einen zweiten Kühlmittelanteil, der durch den Retarder strömt, aufspaltet. Im Motorbetrieb bzw. Nicht-Bremsbetrieb wird das Kühlmittel durch die Retarder-Bypassleitung an dem Retarder vorbei geleitet und dient allein als Kühlmedium. Im Bremsbetrieb wird dagegen das Kühlmittel auch durch den Retarder geleitet und dient dabei sowohl als Kühlmedium als auch als Arbeitsmedium des Retarders.

Bei einem derartig aufgebauten Kühlkreislauf ist es erforderlich, die Pumpe so auszulegen, dass ihre Kühlmittelpumpleistung auch im Motorbetrieb bei extremen Betriebsbedingungen zur Kühlung des Verbrennungsmotors ausreichend ist.

Des weiteren ist zum Beispiel aus den Druckschriften DE 37 13 580 C1 , DE 44 08 349 C2 und DE 44 08 350 C2 ein Kühlkreislauf bekannt, in dem die Kühlmittelpumpleistung ausschließlich durch einen dem Verbrennungsmotor in Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgeschalteten Retarder erzielt, d.h. auf eine Pumpe verzichtet wird. Hierzu ist dem Retarder eine spezielle Ventilanordnung zugeordnet, um den Betrieb des Retarders zwischen Bremsbetrieb und Motorbetrieb umzuschalten.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug sowie ein Steuerungsverfahren dafür vorzusehen, der bzw. das auch bei extremen Betriebsbedingungen im Motorbetrieb eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Steuern eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Der Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor; eine Pumpvorrichtung zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor; einen Kühler zum Kühlen des Kühlmittels; einen in Reihe mit dem Verbrennungsmotor angeordneten Retarder, wobei das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders dient; eine Retarder-Bypassleitung, durch welche das Kühlmittel an dem Retarder vorbei strömt; und eine Schalteinrichtung, die dem Retarder in Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgeschaltet ist, um den Gesamtstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf in einen ersten Kühlmittelanteil, der durch die Retarder-Bypassleitung an dem Retarder vorbei strömt, und einen zweiten Kühlmittelanteil, der durch den Retarder strömt, aufzuteilen, auf. Im Betriebszustand einer hohen Kühllast des Verbrennungsmotors wird der zweite Kühlmittelanteil durch den Retarder vergrößert und gleichzeitig eine Bremsleistung des Retarders verringert.

Der Retarder kann dabei in Strömungsrichtung des Kühlmittels dem Verbrennungsmotor wahlweise entweder nachgeschaltet oder vorgeschaltet sein.

Durch einen solchen Aufbau und eine solche Steuerung des Kühlkreislaufs unterstützt der Retarder bei extremen Betriebsbedingungen im Motorbetrieb, die eine hohe Kühllast des Verbrennungsmotors bewirken, die Kühlmittelpumpleistung der Pumpvorrichtung. Es ist daher möglich, eine Pumpvorrichtung einzusetzen, die nur für einen Standardbetrieb des Kraftfahrzeugs ausgelegt und daher kleiner und kostengünstiger ist, aber dennoch selbst bei extremen Betriebsbedingungen im Motorbetrieb eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Es ist in diesem Fall auch von einer Kraftstoffeinsparung auszugehen, da die extremen Betriebsbedingungen nur selten auftreten.

Obige sowie weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der in 1 dargestellte Kühlkreislauf dient dem Kühlen eines Verbrennungsmotors 10 eines Kraftfahrzeugs mit Retarderfunktion sowie ggf. weiterer (nicht dargestellter) Kraftfahrzeugkomponenten. Der Einfachheit halber sind in der schematischen Darstellung nur die Komponenten des Kühlkreislaufs dargestellt, die für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind, der Fachmann wird anhand der Anmeldungsunterlagen jedoch problemlos einen für seine Zwecke geeigneten vollständigen Kühlkreislauf mit den erfindungsgemäßen Vorteilen aufbauen können.
Der Kühlkreislauf enthält einen Hauptkreis, in dem der Verbrennungsmotor 10, ein Retarder 22, ein durch einen Lüfter 16 gekühlter Kühler 14 und eine Pumpvorrichtung 12 in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung des Kühlmittels angeordnet sind. Die genannten Komponenten sind dabei durch eine Kühlmittelleitung miteinander verbunden, durch welche das Kühlmittel mittels der Pumpvorrichtung 12 zirkuliert wird. Mit der Kühlmittelleitung ist in bekannter Weise ferner ein Ausgleichsbehälter (nicht dargestellt) verbunden.
Um zum Beispiel bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 diesen möglichst schnell auf seine optimale Betriebstemperatur zu erwärmen, ist in dem Kühlkreislauf außerdem eine Kühler-Bypassleitung 20 vorgesehen, welche die Auslassseite des Retarders 22 unter Umgehung des Kühlers 14 direkt mit der Einlassseite der Pumpvorrichtung 12 bzw. des Verbrennungsmotors 10 verbindet. Zum Beispiel an dem Verbindungspunkt der Kühler-Bypassleitung 20 und der Verbindungsleitung zwischen der Auslassseite des Kühlers 14 und der Einlassseite der Pumpvorrichtung 12 ist ein erstes Schaltventil 18 in Form eines Thermostatventils angeordnet, das in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels z.B. an der Auslassseite des Verbrennungsmotors 10 öffnet und schließt. Bei geschlossenem Thermostatventil 13 ist die Kühler-Bypassleitung 20 gesperrt, d.h. das gesamte Kühlmittel strömt durch den Kühler 14 und wird in diesem gekühlt bevor es dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Bei geöffnetem Thermostatventil 18 hingegen ist die Kühler-Bypassleitung 20 geöffnet, d.h. je nach Öffnungsgrad des Thermostatventils 18 strömt wenigstens ein Teil des Kühlmittels an dem Kühler 14 vorbei, sodass die Temperatur des dem Verbrennungsmotor 10 zugeführten Kühlmittels, die sich aus einem Vermischen des durch den Kühler 14 gekühlten Kühlmittels und des an dem Kühler 14 vorbei geströmten Kühlmittels ergibt, entsprechend dem Öffnungsgrad des Thermostatventils 18 eingestellt werden kann.
Das Kühlmittel für den Verbrennungsmotor 10 dient in bekannter Weise gleichzeitig als Arbeitsmedium des hydrodynamischen Retarders 22, der bei Bedarf ein zusätzliches Bremsmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 ausübt.
Der Kühlkreislauf enthält ferner eine Retarder-Bypassleitung 26, durch welche das Kühlmittel an dem Retarder 22 vorbei strömt. Zudem ist dem Retarder 22 in Strömungsrichtung des Kühlmittels ein zweites Schaltventil 24 vorgeschaltet, das eine Schalteinrichtung der Erfindung ist, die den Gesamtstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf in einen ersten Kühlmittelanteil, der durch die Retarder-Bypassleitung 26 an dem Retarder 22 vorbei strömt, und einen zweiten Kühlmittelanteil, der durch den Retarder 22 strömt, entsprechend einem von einer Steuereinheit (nicht dargestellt) zugeführten Steuersignal aufzuteilen.
Im Motorbetrieb, d.h. insbesondere wenn keine zusätzliche Bremsleistung des Retarders 22 erforderlich ist, ist die Retarder-Bypassleitung 26 durch das zweite Schaltventil 24 im Wesentlichen vollständig geöffnet und der Kühlmittelstrom durch den Retarder 22 gesperrt. In diesem Fall strömt das gesamte Kühlmittel an dem Retarder 22 vorbei, d.h. der erste Kühlmittelanteil ist maximiert, um eine möglichst geringe Verlustleistung des Kühlmittels durch den Kühlkreislauf zu erreichen.
Die Pumpvorrichtung 12 kann bei dem erfindungsgemäßen Kühlkreislauf nur für Standardbedingungen ausgelegt sein, d.h. insbesondere kleiner, leichter und kostengünstiger als Pumpvorrichtungen für herkömmliche Kühlkreisläuse ausgebildet sein. Im Fall von extremen Betriebsbedingungen im Motorbetrieb, die eine hohe Kühllast des Verbrennungsmotors 10 bewirken, ist daher die Pumpleistung dieser Pumpvorrichtung 12 nicht mehr ausreichend, um den Verbrennungsmotor 10 genügend zu kühlen.
Bei extremen Betriebsbedingungen kann daher gemäß der Erfindung durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) das zweite Schaltventil 24 so angesteuert werden, dass zumindest ein Teil des Kühlmittels durch den Retarder strömt. Mit anderen Worten wird der zweite Kühlmittelanteil durch den Retarder 22 vergrößert. Gleichzeitig wird durch die Steuereinheit die Bremsleistung des Retarders 22 verringert, sodass der Retarder insbesondere seine bekanntermaßen vorhandene Pumpwirkung zeigt. Auf diese Weise unterstützt der Retarder 22 die Pumpvorrichtung 12 und es kann eine ausreichende Strömungsrate des Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor 10 sichergestellt werden. Im Extremfall wird das gesamte Kühlmittel durch den Retarder 22 geleitet und die Bremsleistung des Retarders 22 minimiert.
Das Öffnungsverhältnis des zweiten Schaltventils 24, d.h. das Mengenverhältnis des ersten Kühlmittelanteils durch die Retarder-Bypassleitung 26 zu dem zweiten Kühlmittelanteil durch den Retarder 22 und auch die Pumpwirkung des Retarders 22 können dabei je nach der Kühllast des Verbrennungsmotors 10 optimal eingestellt werden.
Da die extremen Betriebsbedingungen, die ein Zuschalten der Pumpwirkung des Retarders 22 zu der Pumpvorrichtung 12 erfordern, ist außerdem mit einer Kraftstoffeinsparung für den Kühlkreislauf zu rechnen.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Der in 2 dargestellte Kühlkreislauf unterscheidet sich von dem Kühlkreislauf des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels nur dahingehend, dass der Retarder 22 dem Verbrennungsmotor 10 in Strömungsrichtung des Kühlmittels nicht nachgeschaltet, sondern vorgeschaltet ist. Der übrige Aufbau des Kühlkreislaufs ist analog jenem des Kühlkreislaufs von 1.
Wie für den Fachmann leicht ersichtlich, können mit dem Kühlkreislauf, wie er in 2 veranschaulicht ist, die gleichen Vorteile wie bei dem Kühlkreislauf des ersten Ausführungsbeispiels erzielt werden, falls die Ansteuerung des zweiten Schaltventils 24 und des Retarders 22 durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) in entsprechender Weise erfolgt .

Claims

Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (10); einer Pumpvorrichtung (12) zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor (10); einem Kühler (14) zum Kühlen des Kühlmittels; einem in Reihe mit dem Verbrennungsmotor (10) angeordneten Retarder (22), wobei das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders dient; einer Retarder-Bypassleitung (26), durch welche das Kühlmittel an dem Retarder (22) vorbei strömt; und einer Schalteinrichtung (24), die dem Retarder (22) in Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgeschaltet ist, um den Gesamtstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf in einen ersten Kühlmittelanteil, der durch die Retarder-Bypassleitung (26) an dem Retarder (22) vorbei strömt, und einen zweiten Kühlmittelanteil, der durch den Retarder (22) strömt, aufzuteilen, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebszustand einer hohen Kühllast des Verbrennungsmotors (10) der zweite Kühlmittelanteil durch den Retarder (22) vergrößert und gleichzeitig eine Bremsleistung des Retarders (22) verringert wird.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Retarder (22) in Strömungsrichtung des Kühlmittels dem Verbrennungsmotor (10) nachgeschaltet ist.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Retarder (22) in Strömungsrichtung des Kühlmittels dem Verbrennungsmotor (10) vorgeschaltet ist.
Verfahren zum Steuern eines Kühlkreislaufs für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (10); einer Pumpvorrichtung (12) zum Pumpen eines Kühlmittels durch den Verbrennungsmotor (10); einem Kühler (14) zum Kühlen des Kühlmittels; einem in Reihe mit dem Verbrennungsmotor (10) angeordneten Retarder (22), wobei das Kühlmittel des Verbrennungsmotors gleichzeitig als Arbeitsmedium des Retarders dient; einer Retarder-Bypassleitung (26), durch welche das Kühlmittel an dem Retarder (22) vorbei strömt; und einer Schalteinrichtung (24), die dem Retarder (22) in Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgeschaltet ist, um den Gesamtstrom des Kühlmittels im Kühlkreislauf in einen ersten Kühlmittelanteil, der durch die Retarder-Bypassleitung (26) an dem Retarder (22) vorbei strömt, und einen zweiten Kühlmittelanteil, der durch den Retarder (22) strömt, aufzuteilen, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebszustand einer hohen Kühllast des Verbrennungsmotors (10) der zweite Kühlmittelanteil durch den Retarder (22) vergrößert und gleichzeitig eine Bremsleistung des Retarders (22) verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Retarder (22) in Strömungsrichtung des Kühlmittels dem Verbrennungsmotor (10) nachgeschaltet oder vorgeschaltet ist.