DE102007058575B4 - Motor vehicle with compressed air based cooling system - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeug mit einem Motor, wobei der Motor ein Flüssigkeits-Kühlsystem (2) zur Kühlung des Motors aufweist und die Kühlflüssigkeit dieses Flüssigkeits-Kühlsystems (2) während des Betriebs des Motors unter einem vorgegebenen Überdruck steht, und mit wenigstens einem Sensor, welcher wenigstens einen Betriebszustand des Motors erfasst und welcher ein für diesen Betriebszustand charakteristisches Signal ausgibt, wobei das Kraftfahrzeug ein Druckluftsystem (10) aufweist, und zwischen dem Druckluftsystem (10) und dem Kühlsystem eine Verbindungsleitung (12) vorgesehen ist, welche das Kühlsystem (2) wenigstens zeitweise mit Druckluft versorgt, wobei eine Steuerungseinrichtung (30) vorgesehen ist, welche die Versorgung des Kühlsystems (2) mit Druckluft in Abhängigkeit von dem von dem Sensor (14) ausgegebenen Signal steuert, und wobei zwischen dem Druckluftsystem (10) und dem Kühlsystem (2) eine Druckminderungseinrichtung (20) vorgesehen ist mittels der der von dem Druckluftsystem (10) an das Kühlsystem (2) gelangende Druck so verringerbar ist, dass ein je nach Betriebszustand bedarfsgerechter Überdruck im Kühlsystem (2) zur Verfügung gestelltwird, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (20) zwei Druckminderventile (24, 25) aufweist, denen ein steuerbares Ventil (22, 23) vorgeschaltet ist.Motor vehicle with an engine, the engine having a liquid cooling system (2) for cooling the engine and the cooling liquid of this liquid cooling system (2) during operation of the engine is under a predetermined pressure, and at least one sensor, which at least one Operating state of the engine detected and which outputs a characteristic of this operating condition signal, the motor vehicle having a compressed air system (10), and between the compressed air system (10) and the cooling system, a connecting line (12) is provided which the cooling system (2) at least temporarily supplied with compressed air, wherein a control device (30) is provided, which controls the supply of the cooling system (2) with compressed air in response to the signal output from the sensor (14), and wherein between the compressed air system (10) and the cooling system (2 ) a pressure reduction device (20) is provided by means of the of the Druckluftsyy Stem (10) to the cooling system (2) reaching pressure can be reduced so that a depending on the operating condition according to demand overpressure in the cooling system (2) is provided, characterized in that the pressure reducing means (20) comprises two pressure reducing valves (24, 25), where a controllable valve (22, 23) is connected upstream.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, welches wenigstens auch von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Derartige Motoren weisen üblicherweise Flüssigkeitskühlsysteme auf, wobei eine Kühlflüssigkeit in einem Kreislauf geführt wird, um die sich erwärmenden Teile des Motors zu kühlen.The present invention relates to a motor vehicle and more particularly to a road vehicle which is at least powered by an internal combustion engine. Such engines typically include liquid cooling systems wherein a cooling fluid is circulated to cool the heating parts of the engine.
In derartigen Fahrzeugkühlsystemen wird zur Vermeidung von Sieden und Kavitation des üblicherweise flüssigen Kühlmittels ein Überdruck benötigt. Dieser Überdruck wird durch die Erwärmung des Kühlmittels im laufenden Betrieb des Fahrzeuges erzeugt. Dabei bestimmt die Größe eines Ausgleichsvolumens und die Kühlmitteltemperatur den sich einstellenden Überdruck. Beim Start des Motors ist das Kühlmittel üblicherweise kalt und daher ist kein Überdruck vorhanden, weshalb unter Umständen auf der Wasserpumpensaugseite Kavitation auftreten kann. Mit zunehmender Erwärmung des Kühlmittels dehnt sich dieses aus, und erzeugt im System einen Überdruck, der bei einem bestimmten Niveau die Kavitationserscheinung abstellt, da ab diesem Druck keine Unterschreitung des Dampfdruckes mehr auftritt.Such vehicle cooling systems require overpressure to prevent boiling and cavitation of the usually liquid coolant. This overpressure is generated by the heating of the coolant during operation of the vehicle. The size of a compensation volume and the coolant temperature determines the resulting overpressure. When starting the engine, the coolant is usually cold and therefore there is no overpressure, which may cause cavitation on the Wasserpumpensaugseite may occur. With increasing warming of the coolant, this expands, and generates in the system an overpressure, which shuts off the cavitation phenomenon at a certain level, as from this pressure no shortfall of the vapor pressure occurs.
Damit besteht im Stand der Technik das Problem, dass nicht stets ein ausreichender Überdruck im Kühlsystem zur Verfügung steht, sondern dieser von der Kühlmitteltemperatur abhängig ist.This is the problem in the prior art that not always sufficient overpressure in the cooling system is available, but this is dependent on the coolant temperature.
Wird weiterhin nach Betrieb des Motors dieser abgestellt, können innerhalb des Motors örtlich heiße Teile auftreten und an diesen wiederum kann es wegen der nun fehlenden Strömung zu einem Aufkochen des Kühlmittels kommen. Dabei verdrängt die entstehende Dampfblase Kühlmittel in den Ausgleichsbehälter. Falls das Ausgleichsvolumen des Ausgleichsbehältnisses zu klein ist, kann es auf diese Weise zu Kühlmittelverlust kommen. Ein weiteres Problem im Stand der Technik ist daher darin zu sehen, dass es bei Motorstillstand zu einem Sieden des Kühlmittels kommen kann.If, after operation of the engine, this is switched off, locally hot parts can occur within the engine and, in turn, due to the now lacking flow, the coolant can boil up. The resulting vapor bubble displaces coolant into the expansion tank. If the equalization volume of the surge tank is too small, coolant loss can occur in this way. Another problem in the prior art is therefore to be seen in that it can come to a boiling of the coolant at engine standstill.
Weiterhin werden in Kraftfahrzeugen üblicherweise Überdruckventile verwendet. Diese können durch Schmutzpartikel, die beispielsweise durch das Ventilieren bei Überschreitung des Öffnungsdrucks eindringen zu einem Abfall der Dichtheit führen. Auch ist es möglich, dass es in Folge von Alterung der Dichtungen zu Undichtigkeiten kommt, wobei hier zu beachten ist, dass die Dichtungen aus Elastomeren hergestellt sind.Furthermore, pressure relief valves are usually used in motor vehicles. These can lead to a drop in tightness due to dirt particles which, for example, due to ventilation when the opening pressure is exceeded. It is also possible that leaks occur as a result of aging of the seals, it being noted here that the seals are made of elastomers.
Bei Vorliegen derart undichter Überdruckventile kann es vorkommen, dass sich kein oder nur ein zu geringer Überdruck aufbaut, sodass Kavitation dauernd stattfinden kann, was wiederum zu verminderter Wasserpumpenfördermenge und zu Kühlmittelverlust führt. Auch kann es permanent zu Kühlmittelverlust beim Heißabstellen kommen da kein ausreichender Überdruck zur Anhebung der Siedetemperatur zur Verfügung steht.In the presence of such leaking pressure relief valves, it may happen that no or only too low excess pressure builds up, so that cavitation can take place permanently, which in turn leads to reduced water pump delivery and coolant loss. Also, it can permanently lead to loss of coolant when hot shut off as there is no sufficient pressure to increase the boiling temperature is available.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche einerseits einen ausreichenden Überdruck im Kühlsystem unabhängig von der Kühlmitteltemperatur gewährleitstet andererseits auch einen ausreichenden bzw. erhöhten Überdruck bei einem Motorstillstand zur Verfügung stellt um Sieden zu unterdrücken und schließlich auch ein Nachführen eines durch eine Undichtigkeit verlorenen Überdrucks ermöglicht.The present invention has for its object to provide a device available, on the one hand ensures sufficient overpressure in the cooling system regardless of the coolant temperature on the other hand, a sufficient or increased overpressure in a motor standstill provides to suppress boiling and finally a tracking a lost by a leak overpressure allows.
Genauer gesagt sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln des Überdrucks in Kühlsystemen zur Verfügung gestellt werden, welche zur Vermeidung von Sieden und Kavitation dermaßen gestaltet ist, dass in den beim Fahrzeugbetrieb auftretenden Betriebszuständen der jeweils erforderliche Überdruck eingestellt wird.More specifically, an apparatus and a method for controlling the overpressure in cooling systems are to be provided, which is designed to avoid boiling and cavitation to such an extent that in the operating conditions occurring during vehicle operation, the respectively required overpressure is set.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This is achieved according to the invention by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß dem Patentanspruch 1 weist ein Kraftfahrzeug einen Motor auf, wobei der Motor ein Flüssigkeitskühlsystem zur Kühlung des Motors aufweist und die Kühlflüssigkeit dieses Flüssigkeitskühlsystems während des Betriebs des Motors unter einem vorgegebenen Überdruck steht. Daneben weist das Kraftfahrzeug und bevorzugt der Motor wenigstens einen Sensor auf, der wenigstens einen Betriebszustand des Motors erfasst und der ein für diesen Betriebszustand charakteristisches Signal ausgibt.According to claim 1, a motor vehicle on an engine, wherein the engine has a liquid cooling system for cooling the engine and the cooling liquid of this liquid cooling system is during operation of the engine under a predetermined pressure. In addition, the motor vehicle and preferably the motor has at least one sensor which detects at least one operating state of the motor and which outputs a signal characteristic of this operating state.
Ferner weist das Kraftfahrzeug ein Druckluftsystem auf und zwischen diesem Druckluftsystem und dem Kühlsystem ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, welche das Kühlsystem wenigstens zeitweise mit Druckluft versorgt. Weiterhin ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche die Versorgung des Kühlsystems mit Druckluft in Abhängigkeit von dem von dem Sensor ausgegebenen Signal steuert.Furthermore, the motor vehicle has a compressed air system and between this compressed air system and the cooling system, a connecting line is provided which supplies the cooling system at least temporarily with compressed air. Furthermore, a control device is provided, which controls the supply of the cooling system with compressed air as a function of the signal output by the sensor.
Damit wird durch Zufuhr von Druckluft in das Kühlsystem erreicht, dass der Zeitraum eines ungenügenden Überdrucks im Kühlsystem verkürzt bzw. beseitigt wird und auf diese Weise der Zeitraum verkürzt wird, in dem Kavitation auf der Wasserpumpen-Saugseite auftreten kann. Genauer gesagt wird durch diese Zufuhr von Druckluft in das Kühlsystem ein für einen üblichen Motorbetrieb verträglicher Überdruck eingestellt.This is achieved by supplying compressed air into the cooling system that the period of insufficient excess pressure in the cooling system is shortened or eliminated and in this way the period is shortened, in which cavitation can occur on the water pump suction side. More specifically, this supply of compressed air in the cooling system is set to a tolerable for a normal engine operation pressure.
Durch die Verwendung des Sensors wird sichergestellt, dass die Druckluft nur bei bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeuges, beispielsweise bei einer bestimmten Temperatur des Kühlmittels, einem bestimmten Druck desselben oder nach dem Abstellen zugeführt wird.The use of the sensor ensures that the compressed air is supplied only in certain operating conditions of the vehicle, for example at a certain temperature of the coolant, a certain pressure thereof or after shutdown.
Die heute üblicherweise verwendeten Kühlsysteme sind so ausgelegt, dass der Überdruck in den Kühlsystemen mittels eines Überdruckventils auf 0,6–1,1 bar begrenzt wird. Mit dem erwähnten zusätzlichen durch die Wasserpumpe erzeugten dynamischen Druck ergeben sich örtlich im Kühlsystem Überdrücke, auf die die jeweiligen Komponenten wie der Wasserkühler, der Heizungswärmertauscher und die Schläuche festigkeitsmäßig ausgelegt werden.The cooling systems commonly used today are designed so that the overpressure in the cooling systems is limited to 0.6-1.1 bar by means of a pressure relief valve. With the mentioned additional dynamic pressure generated by the water pump, overpressures occur locally in the cooling system, to which the respective components such as the water cooler, the heating heat exchanger and the hoses are designed in terms of strength.
Die Belastbarkeit dieser Bauteile begrenzt gleichzeitig den verwendbaren Kühlwasserüberdruck.The load capacity of these components simultaneously limits the usable cooling water overpressure.
Beim Heißabstellen eines Motors entfällt üblicherweise der Kühlmittelumlauf. Dadurch entfällt auch der dynamische Überdruck durch die Wasserpumpe sodass nur noch ein Kühlsystemüberdruck, der zwischen 0,6 und 1,1 bar liegt, zur Verfügung steht, sodass, wie oben erwähnt, an heißen Stellen Sieden auftritt. Um dieses Sieden sicher zu unterdrücken, ist hoher Überdruck – erheblich über 1 bar – erforderlich bzw. ein entsprechend großes Ausgleichsvolumen, in dem die durch die Dampfblase verdrängte Kühlmittelmenge aufgefangen wird. Damit kann durch die vorliegende Erfindung auch erreicht werden, dass dieses Ausgleichsvolumen verkleinert bzw. ein bestehendes Ausgleichsvolumen im Kühlsystem mit höheren Kühlmitteltemperaturen betrieben wird.When hot shutdown of an engine usually eliminates the coolant circulation. This eliminates the dynamic overpressure by the water pump so that only a cooling system overpressure, which is between 0.6 and 1.1 bar is available, so that, as mentioned above, boiling occurs in hot spots. To safely suppress this boiling, high overpressure - considerably more than 1 bar - is required or a correspondingly large compensating volume in which the amount of coolant displaced by the vapor bubble is absorbed. This can also be achieved by the present invention that this compensating volume is reduced or an existing compensating volume is operated in the cooling system with higher coolant temperatures.
Weiter ist zwischen dem Druckluftsystem und dem Kühlsystem eine Druckminderungseinrichtung vorgesehen, mittels der der von dem Druckluftsystem an das Kühlsystem gelangende Druck so verringerbar ist, dass ein je nach Betriebszustand bedarfsgerechter Überdruck im Kühlsystem zur Verfügung gestellt wird.Further, a pressure reducing device is provided between the compressed air system and the cooling system, by means of which the reaching of the compressed air system to the cooling system pressure can be reduced so that depending on the operating condition needs adequate pressure in the cooling system is provided.
Da das Druckniveau dieses Druckluftsystems üblicherweise oberhalb 8 bar liegt, ist es zu hoch für den Kühlmittelkreislauf, sodass der Druck durch die Druckminderungseinrichtung abgesenkt wird.Since the pressure level of this compressed air system is usually above 8 bar, it is too high for the coolant circuit, so that the pressure is lowered by the pressure reducing device.
Erfindungsgemäß weist die Druckminderungseinrichtung zwei Druckminderventile auf, denen ein steuerbares Ventil vorgeschaltet ist. Genauer gesagt ist es möglich, diesen beiden Druckminderventilen ein Magnetventil vorzuschalten, wobei diese Druckminderventile je nach Betriebszustand mit diesem jeweils einem Magnetventil umgeschaltet werden können. Vorzugsweise weisen dabei diese beiden Druckminderventile unterschiedliche Arbeitsdrücke auf. So kann das eine Druckminderventil einen Arbeitsdruck zwischen 0,6 und 1, 1 bar aufweisen und das zweite Druckminderventil einen Arbeitsdruck zwischen 1 und 2 bar. Damit wird das erst genannte Druckminderventil im normalen Fahrzeugbetrieb eingesetzt und das zweite Druckminderventil beispielsweise nach einem Abstellen des Motors, um Sieden zu verhindern.According to the invention, the pressure reducing device on two pressure reducing valves, which is preceded by a controllable valve. More specifically, it is possible to connect these two pressure reducing valves a solenoid valve, these pressure reducing valves can be switched depending on the operating condition with this one solenoid valve. Preferably, these two pressure reducing valves have different working pressures. Thus, the one pressure reducing valve can have a working pressure between 0.6 and 1, 1 bar and the second pressure reducing valve a working pressure between 1 and 2 bar. Thus, the first mentioned pressure reducing valve is used in normal vehicle operation and the second pressure reducing valve, for example, after stopping the engine to prevent boiling.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Flüssigkeitskühlsystem einen Augleichsbehälter auf und die Verbindungsleitung mündet in diesen Ausgleichsbehälter. Der Ausgleichsbehälter ist besonders geeignet zum Abbau von Überdruck, da er, wie oben erwähnt, ein Ausgleichsvolumen aufweist, in welches direkt der Überdruck eingespeist werden kann.In a further advantageous embodiment, the liquid cooling system has an auxiliary container and the connection line opens into this expansion tank. Of the Expansion tank is particularly suitable for reducing excess pressure, since, as mentioned above, it has a compensation volume, in which directly the overpressure can be fed.
Bei dem steuerbaren Ventil kann es sich dabei um ein Druckregelventil handeln, das je nach Betriebszustand eingeregelt wird.The controllable valve may be a pressure regulating valve, which is regulated depending on the operating state.
Die Steuerungseinrichtung kann die Versorgung des Kühlsystems mit Druckluft in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors steuern. Dabei kann es sich bei diesen Betriebszuständen beispielsweise um einen ein- oder ausgeschalteten Zustand das heißt die Entscheidung danach, ob der Motor läuft oder nicht, handeln. Auch kann sich bei einem Betriebszustand um eine Kühlwassertemperatur handeln oder auch einen zeitlichen Abstand nach dem Abstellen des Motors. Weiterhin kommt als Betriebszustand auch ein Druck des Kühlmittels in dem Kühlsystem in Betracht.The controller may control the supply of the cooling system with compressed air in response to an operating condition of the engine. These operating states can be, for example, an on or off state, ie the decision as to whether the engine is running or not. Also, in an operating state may be a cooling water temperature or a time interval after stopping the engine. Furthermore comes as operating condition and a pressure of the coolant in the cooling system into consideration.
Vorzugsweise weist die Druckminderungseinrichtung ein Druckregelventil auf, welches den Druck in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors regelt. Damit können die im Betriebszustand erforderlichen zwei unterschiedlichen Druckniveaus auf unterschiedliche Weise erreicht werden.The pressure reduction device preferably has a pressure regulating valve which regulates the pressure as a function of an operating state of the engine. Thus, the two different pressure levels required in the operating state can be achieved in different ways.
Vorteilhaft weist das Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Sensoren auf, welche Betriebszustände des Motors erfassen wobei die Sensoren derart gestaltet sind, dass sie für die Betriebszustände charakteristische Signale an die Steuerungseinrichtung weiterleiten. Bei diesen Zuständen kann es sich, wie oben erwähnt, um Betriebstemperaturen, Zeiten und dergleichen handeln.Advantageously, the motor vehicle has a large number of sensors which detect operating states of the engine, wherein the sensors are designed such that they forward signals characteristic of the operating states to the control device. As mentioned above, these conditions may be operating temperatures, times and the like.
Weiterhin weist besonders bevorzugt die Steuerungseinrichtung eine Prozesseinrichtung auf, welche die charakteristischen Signale logisch verknüpft. So ist es möglich, ein bestimmtes Ventil nur dann zu schalten, wenn einerseits nach dem Abstellen des Motors nicht mehr als 15 min vergangen sind und andererseits die Kühlmitteltemperatur über 100° liegt. Auch wären entsprechende logische ODER-Verknüpfungen denkbar.Furthermore, the control device particularly preferably has a process device which logically combines the characteristic signals. It is thus possible to switch a specific valve only if, on the one hand, no more than 15 minutes have passed after the engine has been switched off and, on the other hand, the coolant temperature is above 100 °. Also, corresponding logical OR operations would be conceivable.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugmotors und insbesondere eines Verbrennungsmotors gerichtet.The present invention is further directed to a method of operating an automotive engine, and more particularly an internal combustion engine.
Insbesondere handelt es sich bei dem Druckluftsystem um das Druckluftsystem, welches für die Bremsanlage des Fahrzeugs verwendet wird. Der in diesem Druckluftsystem bestehende Druck besteht üblicherweise auch nach dem Abschalten des Motors noch fort und kann daher verwendet werden, um das Kühlsystem mit Druckluft zu versorgen. Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle von Druckluft auch andere gasförmige Medien zum Einsatz kommen können.In particular, the compressed air system is the compressed air system which is used for the brake system of the vehicle. The existing in this compressed air system pressure usually continues even after the engine is switched off and can therefore be used to supply the cooling system with compressed air. It should be noted that instead of compressed air, other gaseous media can be used.
Die sich hierdurch ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor ausführlich dargestellt.The resulting advantages have already been presented in detail before.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung:
In der einzigen Figur bezieht sich das Bezugszeichen
In the single figure, the reference numeral refers
Das Bezugszeichen
Auf diese Weise kann der Druck in dem Raum
Das Bezugszeichen
Bei der in
Das Druckminderventil
In Abhängigkeit von den von den Sensoren
Falls beispielsweise über die Sensoren erkannt wird, dass der Motor läuft, ist es möglich, das Magnetventil
Weiterhin ist es möglich, die Zeit zu bestimmen, nach der der Motor abgeschaltet wurde und beispielsweise in einen Zeitraum von 15 min einen Druck zwischen 1,1 und 2 bar zuzulassen, indem das Magnetventil
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Fahrzeug-KühlsystemVehicle Cooling System
- 44
- Ausgleichsbehältersurge tank
- 55
- Kühlflüssigkeitcoolant
- 66
- Leitungmanagement
- 77
- Raumroom
- 88th
- Austrittexit
- 1010
- DruckluftsystemCompressed air system
- 1111
- DruckluftbehälterAir receiver
- 1212
- Verbindungsleitungconnecting line
- 1414
- Sensorensensors
- 2020
- Druckregelungpressure control
- 22, 2322, 23
- Magnetventilmagnetic valve
- 24, 2524, 25
- DruckminderventilePressure Reducing Valves
- 2626
- DruckregelventilPressure control valve
- 3030
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- NN
- Füllstandsniveaufilling level
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MAN TRUCK & BUS AG, DE Free format text: FORMER OWNER: MAN NUTZFAHRZEUGE AG, 80995 MUENCHEN, DE Effective date: 20110518 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20131105 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MAN TRUCK & BUS SE, DE Free format text: FORMER OWNER: MAN TRUCK & BUS AG, 80995 MUENCHEN, DE |