DE102008036277A1

DE102008036277A1 - Kühlanlage mit isolierten Kühlkreisläufen

Info

Publication number: DE102008036277A1
Application number: DE102008036277A
Authority: DE
Inventors: Robert West Bloomfield Hornblower Meyer; Roger New Baltimore Rose; Mark A. Saline Pellerin; Peter West Bloomfield Kanefsky; William Charles Farmington Hills Ruona
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2009-04-02
Also published as: CN101397929A; GB2453218A; US20090078220A1; CN101397929B; GB0816451D0

Abstract

Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor, welche umfasst: einen ersten Kühlkreislauf hoher Temperatur, der mit einem Motor zum Kühlen des Motors verbunden ist, wobei in dem ersten Kühlkreislauf ein erstes Kühlmittel umläuft; und einen zweiten Kühlkreislauf niedriger Temperatur, der mit mehreren Vorrichtungen zum Kühlen der mehreren Vorrichtungen verbunden ist, wobei in dem zweiten Kreislauf ein zweites Kühlmittel umläuft, der zweite Kühlkreislauf mehrere Radiatorsegmente umfasst, das in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufende Kühlmittel an unterschiedlichen Radiatorsegmenten der mehreren Radiatorsegmente austreten kann, was Kühlmittelströme unterschiedlicher Kühltemperaturen zum Kühlen verschiedener Vorrichtungen der mehreren Vorrichtungen erzeugt.

Description

Hintergrund und Kurzdarlegung
Verbrennungsmotoren, insbesondere Nutzfahrzeug- und turbogeladene Dieselmotoren, können unter manchen Bedingungen während der Verbrennung enorme Mengen an Wärme erzeugen. Um ein Überhitzen von Motoröl, Zylinderwänden, Kolben, Ventilen und anderen Komponenten anzugehen, werden verschiedene Kühlanlagen verwendet. Bei einer beispielhaften Anlage sieht WO 2005040574 eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor vor, die einen ersten Strömkreislauf, der bei einer höheren Temperatur und einem höheren Druckbereich arbeitet und zum Kühlen des Motors und des Fahrzeuginnenraums dient, und einen zweiten Kreislauf, der bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druckbereich arbeitet und vorrangig zum Kühlen verschiedener Komponenten, darunter Getriebe, AGR und Ladeluft, dient, umfasst. Die beiden Strömkreisläufe sind mittels Durchlässen miteinander verbunden, die mit verschiedenen Einwegventilen ausgestattet sind, die in die Richtung des ersten Stromkreislaufs öffnen. Die beiden Strömkreisläufe mindern angeblich die Wahrscheinlichkeit von Kavitation, die durch große Druckabfälle in dem Kühlkreislauf hervorgerufen wird.
Eine solche Anlage kann aber die individuellen Kühltemperaturforderungen für verschiedene Komponenten in dem zweiten Kühlkreislauf niedrigerer Temperatur eventuell nicht ausreichend angehen, da der Radiator des Stromkreislaufs niedriger Temperatur das in dem Stromkreislauf niedriger Temperatur umlaufende Kühlmittel auf nur eine einzige Temperatur senkt.
Zum Angehen des vorstehend erwähnten Problems kann eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor verwendet werden, wobei die Anlage umfasst: einen ersten Kühlkreislauf hoher Temperatur, der mit einem Motor zum Kühlen des Motors verbunden ist, wobei ein erstes Kühlmittel in dem ersten Kreislauf umläuft; und einen zweiten Kühlkreislauf niedriger Temperatur, der mit mehreren Vorrichtungen zum Kühlen der Vorrichtungen verbunden ist, wobei ein zweites Kühlmittel in dem zweiten Kreislauf umläuft und wobei der zweite Kühlkreislauf mehrere Radiatorsegmente umfasst, wobei das in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufende Kühlmitte an verschiedenen Radiatorsegmenten der mehreren Radiatorsegmente austritt, was Kühlmittelströme unterschiedlicher Kühltemperaturen zum Kühlen unterschiedlicher Vorrichtungen der mehreren Vorrichtungen erzeugt.
Auf diese Weise kann es möglich sein, zwei Kühlkreisläufe effizient zu nutzen, während auch das Kühlen von mehreren Vorrichtungen in dem Kreislauf niedriger Temperatur auf bestimmte Bedingungen jeder Vorrichtung zugeschnitten werden kann. Dabei können der Betrieb und der Wirkungsgrad der einzelnen Vorrichtungen verbessert werden. Zum Beispiel können Wärmetauscher auf minimale Größe optimiert werden, und die Gebläseleistung kann optimiert werden, um die erforderliche Wärmeabführung und die erforderlichen Kühlmitteltemperaturen zu erreichen.
In einem anderen Beispiel kann ein Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs verwendet werden. Das Verfahren kann umfassen: das Umwälzen von Kühlmittel durch einen ersten Kühlkreislauf, der mit Brennräumen des Motors thermisch verbunden ist, wobei der erste Kühlkreislauf mindestens einen Radiator umfasst; das Umwälzen von Kühlmittel durch einen zweiten Kühlkreislauf, der mit mehreren Vorrichtungen thermisch verbunden ist, wobei der zweite Kühlkreislauf mehrere Radiatorsegmente umfasst, wobei das Kühlmittel mittels einer stromaufwärts eines Radiators und stromabwärts der Vorrichtungen verbauten Pumpe gepumpt wird, wobei sich das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs nicht mit dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs mischt; Verteilen von Kühlmittel in dem zweiten Kreislauf zu den mehreren Vorrichtungen bei unterschiedlichen Temperaturen mittels der mehreren Radiatoren in dem zweiten Kreislauf; und Strömen eines gemeinsamen Stroms von Kühlluft über mindestens den Radiator in dem ersten Kühlkreislauf und mindestens eines der mehreren Radiatorsegmente in dem zweiten Kühlkreislauf.
Durch optionales Aufrechterhalten von zwei separaten Kühlkreisläufen, bei denen sich die Kühlmittelströme nicht mischen, kann es möglich sein, die Wärmeübertragung zwischen den beiden Kühlkreisläufen zu verringern. Ferner kann es wie vorstehend erwähnt durch Verteilen von Kühlmittelströmen unterschiedlicher Temperaturen möglich sein, die zum Kühlen einer bestimmten Vorrichtung genutzte Kühlmitteltemperatur zu individualisieren, wodurch der Kühlwirkungsgrad und die Leistung der Vorrichtung verbessert werden. Des Weiteren kann durch Nutzen eines gemeinsamen Stroms an Kühlluft über und zum Kühlen von Radiatoren in sowohl dem ersten als auch zweiten Kühlmittelkreislauf eine kompaktere Systemauslegung erreicht werden. Zudem kann es in dem Beispiel des Aufnehmens einer fortlaufenden Anordnung der mehreren Radiatorsegmente in dem zweiten Kühlkreislauf möglich sein, den Wirkungsgrad des zweiten Kühlkreislaufs weiter zu steigern. Schließlich kann es durch Pumpen von Kühlmittel in dem zweiten Kreislauf mittels einer stromaufwärts eines Radiators verbauten Pumpe (z. B. an der heißeren Seite und stromabwärts der verschiedenen Vorrichtungen) möglich sein, eine einzige Pumpe für den Kreislauf niedrigerer Temperatur zu verwenden, die mehreren Kühlmittelauslässen unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen liefern kann, um die verschiedenen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Temperaturanforderungen zu bedienen. Alternativ können auch mehrere Pumpen verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ausführungsform einer Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor.
Eingehende Beschreibung
1 zeigt eine Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor, die zwei Kühlkreisläufe umfasst, deren Kühlmittelströme voneinander isoliert sind: einen Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur zum vorrangigen Kühlen des Motors und einen Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur zum Kühlen mehrerer Vorrichtungen oder Komponenten.
Der Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur kann einen Motor 104, eine Hauptpumpe 106 zum Umwälzen von Kühlmittel in dem Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur, einen Hauptradiator 108 zum Abführen der Wärme in dem Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur umfassen. Der Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur kann weiterhin einen Abgasrückführungs(AGR)-Kühler 110 hoher Temperatur zum Kühlen der AGR umfassen.
Kühlmittelleitungen zum Umwälzen des Kühlmittels zwischen den verschiedenen Komponenten des Kühlkreislaufs 100 hoher Temperatur können vorgesehen werden. In diesem Beispiel ist das Kühlmittel gezeigt, wie es von dem Hauptradiator 108 zu der Hauptpumpe 106 mittels einer Kühlmittelleitung 112a, ferner zu dem Motor 104 mittels einer Kühlmittelleitung 112b, dann zurück zu einem Hauptradiator 108 mittels einer Kühlmittelleitung 112c umläuft. Ferner kann das Kühlmittel auch von der Hauptpumpe 106 zu dem AGR-Kühler 110 hoher Temperatur mittels einer Kühlmittelleitung 112d und ferner zu dem Hauptradiator 108 mittels einer Kühlmittelleitung 112e umlaufen.
Der Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur kann eine Hilfspumpe 114 zum Umwälzen von Kühlmittel in dem Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur, einen Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur zum Abführen der Wärme in dem Kühlkreislauf 100 niedriger Temperatur umfassen. Er kann ferner verschiedene Kühler oder Wärmetauscher zum Kühlen verschiedener Vorrichtungen umfassen, die in diesem Beispiel einen Getriebekühler 118 zum Kühlen des Getriebes, einen Ladeluftkühler (CAC, kurz vom engl. Charged Air Cooler) (z. B. einen Luft-zu-Kühlmittel-CAC) 120 zum Kühlen von Ladeluft, einen Kraftstoffkühler 122 zum Kühlen einer Kraftstoffzufuhr und einen AGR-Kühler 124 niedriger Temperatur zum Kühlen von AGR umfassen. In anderen Beispielen kann der Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur optional verschiedene andere Wärmetauscher umfassen, beispielsweise ein oder mehrere Servolenkungskühler, Kondensatoren, Zwischenkühler, Motorölkühler. Der Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur kann auch optional ein oder mehrere zusätzliche Kondensatoren umfassen, die außerhalb des Wärmetauschers 116 niedriger Temperatur positioniert sind.
Der Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur kann einen Kondensator 116d und eine Reihe von nacheinander angeordneten zwei oder mehr Radiatoren oder Radiatorsegmenten, in diesem Beispiel einen Radiator 116a warmer Temperatur, einen Radiator 116b mittlerer Temperatur und einen Radiator 116c niedriger Temperatur umfassen. Diese können als Quergegenstromsegmente ausgelegt sein, die jedem Radiator maximale Luftstromstirnfläche bieten oder können, wenn es der Platz zulässt, zwecks verringerter Kosten und verringerten Druckabfalls Seite an Seite für u-Strömen oder s-Strömen ausgelegt sein.
Der Kondensator 116d, der Radiator 116c niedriger Temperatur, der Radiator 116b mittlerer Temperatur und der Radiator 116a warmer Temperatur sind zusammen mit dem Hauptradiator 108 des Kühlkreislaufs 100 hoher Temperatur nacheinander in einem gemeinsamen Strom eines Luftstroms 126 positioniert, wobei der Hauptradiator 108 an dem am weitesten stromabwärts befindlichen Ende und der Kondensator 116d an dem am weitesten stromaufwärts befindlichen Ende angeordnet sind. Der Strom von Luftstrom 126 kann durch Bewegen eines Fahrzeugs und/oder ein Gebläse erzeugt werden.
Auf diese Weise kühlt der Luftstrom 126 den Kondensator 116d, den Radiator 116c niedriger Temperatur, den Radiator 116b mittlerer Temperatur, den Radiator 116a warmer Temperatur und den Hauptradiator 108 nacheinander in dieser Reihenfolge.
Die Temperatur des Luftstroms 126 kann steigen, wenn sie den Kondensator und die verschiedenen Radiatoren passiert. Zum Beispiel kann die Temperatur des Luftstroms 126 unmittelbar stromaufwärts des Kondensators 116d bei 100°F (37,78°C), unmittelbar stromabwärts des Kondensators 116b bei 105°F (40,56°C), unmittelbar stromabwärts des Radiators 116a warmer Temperatur bei 144°F (62,22°C) und unmittelbar stromabwärts des Hauptradiators 108 bei 211°F (99,44°C) liegen.
Es können verschiedene Kühlmittelleitungen zum Umwälzen des Kühlmittels in dem Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur vorgesehen sein. In diesem Beispiel tritt das Kühlmittel an dem Radiator 116a warmer Temperatur in den Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur und läuft dann mittels einer Kühlmittelleitung 116e zu dem Radiator 116b mittlerer Temperatur um. Weiterhin läuft das Kühlmittel mittels einer Kühlmittelleitung 116f zu dem Radiator 116c niedriger Temperatur um, bevor es aus dem Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur austritt.
Zum Umwälzen des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur können verschiedene Kühlmittelleitungen (z. B. 128a–j, 130, 132, 134a–c) vorgesehen werden. In diesem Beispiel läuft das Kühlmittel von der Hilfspumpe 114 zu dem Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur um, um gekühlt zu werden. Dann kann das gekühlte Kühlmittel zu verschiedenen Vorrichtungen 118–122 in dem Kühlkreislauf niedriger Temperatur umlaufen. Nach Aufnehmen von Wärme, die von den verschiedenen Vorrichtungen 118–122 abgegeben wird, kann das Kühlmittel dann mittels einer gemeinsamen Kühlmittelleitung 132 zurück zu der Hilfspumpe 114 umlaufen.
Im Einzelnen kann das Kühlmittel in diesem Beispiel mittels einer Kühlmittelleitung 128a von der Hilfspumpe 114 zu dem Wärmetaucher 116 niedriger Temperatur umlaufen. Dann kann das Kühlmittel an dem Radiator 116a warmer Temperatur in den Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur eindringen. Nach Kühlen durch einen oder mehrere Radiatoren in dem Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur kann das Kühlmittel an verschiedenen Radiatorsegmentstellen aus dem Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur austreten und kann dann weiterhin zum Kühlen verschiedener Vorrichtungen in dem Kühlkreislauf niedriger Temperatur umlaufen.
Insbesondere kann das Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur an dem Radiator 116c niedriger Temperatur austreten, nachdem es durch den Radiator 116c niedriger Temperatur gekühlt wurde. Es kann dann umlaufen, um den Ladeluftkühler (CAC) 120 mittels einer Kühlmittelleitung 128d zu kühlen, bevor es mittels einer Kühlmittelleitung 128e und dann der gemeinsamen Kühlmittelleitung 132 zurück zu der Hilfspumpe 114 umläuft; oder es kann zum Kühlen des Kraftstoffkühlers mittels einer Kühlmittelleitung 128b umlaufen, bevor es mittels einer Kühlmittelleitung 128c und dann der gemeinsamen Kühlmittelleitung 132 zurück zur Hilfspumpe 114 umläuft.
Das Kühlmittel kann zusätzlich an dem Radiator 116b mittlerer Temperatur austreten, nachdem es durch den Radiator 116b mittlerer Temperatur gekühlt wurde. Dann kann es mittels einer Kühlmittelleitung 128h zurück zum Kühlen der AGR 124 niedriger Temperatur umlaufen, bevor es mittels einer Kühlmittelleitung 128i zurück zu der Hilfspumpe 114 umläuft.
Das Kühlmittel kann ferner an dem Radiator 116a warmer Temperatur aus dem Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur austreten, nachdem es durch den Radiator 116a warmer Temperatur gekühlt wurde. Dann kann es mittels einer Kühlmittelleitung 128f zum Kühlen des Getriebes 118 umlaufen, bevor es mittels einer Kühlmittelleitung 128b und dann der gemeinsamen Kühlmittelleitung 132 zurück zur Hilfspumpe 114 umläuft.
Eine Umgehungskühlmittelleitung 128j mit verschiedenen Abzweigungen (z. B. 134a, 134b, 134c) kann ebenfalls unter bestimmten Betriebsbedingungen, zum Beispiel wenn die Temperatur des aus der Hilfspumpe austretenden Kühlmittels unter 59°F (15°C) liegt, zum Umgehen des Wärmetauschers 116 niedriger Temperatur vorgesehen werden. Wie in diesem Beispiel vorgesehen kann das Kühlmittel zum Beispiel direkt von der Hilfspumpe 114 umlaufen, um die verschiedenen Vorrichtungen 118, 120, 122, 124 des Kühlkreislaufs niedriger Temperatur zu kühlen, ohne durch den Wärmetauscher 116 niedriger Temperatur zu strömen. Insbesondere kann das Kühlmittel mittels der Kühlmittelleitung 128j von der Hilfspumpe und dann mittels einer Kühlmittelleitung 134a zu einer Kühlmittelleitung 128h umlaufen, die zu dem AGR-Kühler 124 niedriger Temperatur führt. Das Kühlmittel kann mittels der Kühlmittelleitung 128j von der Hilfspumpe 114 und dann mittels einer Kühlmittelleitung 134c zu der Kühlmittelleitung 128f umlaufen, die zu dem Getriebe 118 führt. Das Kühlmittel kann mittels der Kühlmittelleitung 128j von der Hilfspumpe 114 und dann der Kühlmittelleitung 134b zu der Kühlmittelleitung 130 umlaufen, die zu dem Kraftstoffkühler 122 und dem Ladeluftkühler 120 führt.
An den vorstehenden beispielhaften Anlagen können verschiedene Abwandlungen oder Anpassungen vorgenommen werden. Zum Beispiel kann die Kühlanlage kein Gebläse, ein Gebläse oder mehrere (nicht dargestellte) Gebläse zum Erzeugen von Luftstrom zum Kühlen der verschiedenen Radiatoren der Kühlanlage umfassen. Falls kein Gebläse vorhanden ist, kann die Kühlanlage allein auf Stauluft setzen, die erzeugt wird, wenn sich das Fahrzeug bewegt, um die verschiedenen Radiatoren der Kühlanlage zu kühlen.
Die Kühlanlage kann verschiedene (nicht dargestellte) Sensoren zum Erfassen verschiedener Betriebsparameter des Motors, Fahrzeugs und/oder der Kühlanlage umfassen, beispielsweise ein oder mehrere Temperatursensoren, Drucksensoren und Kühlmittelströmratensensoren. Diese Sensoren können an verschiedenen Stellen in der Kühlanlage angeordnet sein.
Die Kühlanlage kann auch verschiedene zusätzliche Pumpen, Filter, Umgehungen, Ventile, Messvorrichtungen, Steuerungen und Aktoren etc. umfassen. Zum Beispiel können zusätzliche Pumpen für den Kühlkreislauf hoher Temperatur und den Kühlkreislauf niedriger Temperatur vorgesehen sein. Die Kühlanlage kann auch Ventile zum Anpassen und/oder Steuern der Strömraten des Kühlmittels die verschiedenen Kühlmittelleitungen oder -rohre hinunter umfassen.
Die Kühlanlage kann weiterhin eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung umfassen. Die (nicht dargestellte) Steuereinrichtung kann ein Motorsteuergerät oder eine von dem Motorsteuergerät getrennte Einrichtung sein. Sie kann zum Senden und Empfangen von Informationen von verschiedenen Sensoren ausgelegt sein, beispielsweise Temperatursensoren und Drucksensoren. Sie kann auch mit verschiedenen Pumpen, beispielsweise Kühlmittelpumpen (z. B. 106 & 114) und verschiedenen Gebläsen, beispielsweise einem Motorkühlgebläse, verbunden sein und deren Betrieb steuern. Sie kann zum Empfangen von Informationen von verschiedenen anderen Sensoren, Pumpen, Aktoren und Ventilen etc. verwendet werden.
Auch wenn die Kühlanlage einen Hauptradiator 108 für den Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur umfasst, können die Radiatoren (z. B. die verschiedenen Radiatoren 116a–c des Wärmetauschers 116 niedriger Temperatur) und Kühler (z. B. Kraftstoffkühler, Ladeluftkühler, AGR-Kühler) jede geeignete Art von Wärmetauscher für Wärmeübertragung sein, beispielsweise Luft-zu-Kühlmittel-Wärmetauscher, die zum Tauschen von Wärme zwischen Luft und Kühlmittel dienen, und Kühlmittel-zu-Kühlmittel-Tauscher, die zum Tauschen von Wärme zwischen einem Kühlmittel und einem anderen dienen.
Die Kühlmittelströmraten in den verschiedenen Kühlmittelleitungen der Kühlanlage können entsprechend Motor- und/oder Fahrzeugspezifikationen angepasst werden. Zum Beispiel kann die Rate von Kühlmittelströmen und die Abmessung der Kühlmittelleitung vergrößert werden, um einem verstärkten Kühlbedarf zu entsprechen, oder gesenkt werden, um einem verminderten Kühlbedarf zu entsprechen. Die Rate an Kühlmittelströmen zum Kühlen des Motors, der den größten Kühlbedarf von allen Motor- und Fahrzeugkomponenten hat, (z. B. 100) kann zum Beispiel relativ groß sein (z. B. 150 gpm). Der AGR-Kühler hat verglichen mit dem Motor einen vergleichsweise geringeren Kühlbedarf. Daher kann die Kühlmittelströmrate zum Kühlen der AGR hohen Temperatur (z. B. 106) vergleichsweise kleiner sein (z. B. 20 gpm).
Die Abmessungen der verschiedenen Kühlmittelleitungen der Kühlanlage können gemäß Kühlmittelströmraten festgelegt werden. Zum Beispiel weist der CAC 120, der verglichen mit der des CAC eine kleinere Strömrate aufweisen kann, eine vergleichsweise kleinere Kühlmittelleitungsabmessung auf als der AGR-Kühler 124 niedriger Temperatur. Verschiedene zusätzliche Abmessungen und/oder Strömraten werden in den Figuren gezeigt.
Auch wenn in diesem Beispiel ein Kondensator vorgesehen ist, können in anderen Beispielen kein Kondensator oder viele Kondensatoren vorgesehen werden. Zum Beispiel kann ein zusätzlicher Kondensator an dem Kühlkreislauf niedriger Temperatur hinzugefügt werden, um die Kühlmitteltemperatur in dem Kühlkreislauf niedriger Temperatur weiter zu kühlen.
Auch wenn der Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur in diesem Beispiel nur zum Kühlen des Motors 104 und der AGR 110 hoher Temperatur dient, kann der Kühlkreislauf hoher Temperatur in anderen Beispielen zum Kühlen anderer Komponenten oder Vorrichtungen dienen.
Auch wenn der Motor und andere Komponenten und/oder Vorrichtungen in dem Kühlkreislauf 100 hoher Temperatur, beispielsweise der Motor 104 und der AGR-Kühler 110 hoher Temperatur, in diesem Beispiel zueinander parallel angeordnet sind, können sie in anderen Beispielen in Reihe oder in einem Kombination von parallel und Reihe angeordnet sein.
Auch wenn analog der Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur in diesem Beispiel nur zum Kühlen des Getriebes 118, des Ladeluftkühlers 120, des Kraftstoffkühlers 122 und des AGR-Kühlers 124 niedriger Temperatur dient, können in anderen Beispielen andere Komponenten oder Vorrichtungen, beispielsweise Zwischenkühler, Motorölkühler, Turbolader, elektronische Steuerungen oder ein Stromversorgungskühler durch den Kühlkreislauf niedriger Temperatur gekühlt werden.
Wie in 1 gezeigt sind die in dem Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur zu kühlenden verschiedenen Komponenten und/oder Vorrichtungen parallel zueinander angeordnet. Im Einzelnen sind in diesem Beispiel der Getriebekühler 118, der Ladeluftkühler (CAC) 120, der Kraftstoffkühler 122 und der AGR-Kühler 124 parallel zueinander angeordnet. In anderen Beispielen können die von dem Kühlkreislauf niedriger Temperatur zu kühlenden verschiedenen Komponenten und/oder Vorrichtungen in Reihe oder in einer Kombination von Reihe oder parallel angeordnet sein.
Die Kühlmittelleitungen, die den verschiedenen Komponenten und/oder Vorrichtungen dienen, die von dem Kühlkreislauf 102 niedriger Temperatur zu kühlen sind, können abhängig von dem Kühlbedarf der jeweiligen Komponente und/oder der jeweiligen Vorrichtungen, die zu kühlen sind, von einem oder mehreren der Radiatoren in dem Wärmetauscher niedriger Temperatur austreten. Zum Beispiel und wie teilweise bereits beschrieben müssen der Ladeluftkühler 120 und der Kraftstoffkühler 122 auf verhältnismäßig niedrigere Temperaturen gekühlt werden, die Kühlmittelleitung, die dem Kraftstoffkühler dient, kann aus dem Radiator 116c niedriger Temperatur austreten, der von allen Radiatoren des Wärmetauschers niedriger Temperatur das kühlste Kühlmittel vorsieht.
In anderen Beispielen kann es auch möglich sein, dass ein zum Kühlen einer bestimmten Vorrichtung dienendes Kühlmittel eine Mischung von Kühlmitteln ist, die aus einem oder mehreren Radiatoren austreten. Das Kühlmittelmischverhältnis und die Strömraten können abhängig vom Kühlbedarf der jeweiligen Vorrichtung angepasst werden. Die Strömraten des Kühlmittels können abhängig von der Temperatur des aus den verschiedenen Radiatoren austretenden Kühlmittels und dem Kühltemperaturbedarf der jeweiligen Vorrichtung bestimmt werden. Auch wenn es in diesem Beispiel nicht vorgesehen ist, kann das zum Kühlen des CAC 120 dienende Kühlmittel ein Gemisch aus Kühlmitteln sein, die aus dem Radiator 116c niedriger Temperatur und dem Radiator 116b mittlerer Temperatur austreten.
Durch Aufrechterhalten von zwei separaten Kühlkreisläufen, bei denen die Kühlmittelströme sich nicht mischen, kann es möglich sein, eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Kühlkreisläufen zu verringern. Im Einzelnen kann es die Motorwärme des Kühlkreislaufs hoher Temperatur besser von dem Kühlkreislauf niedriger Temperatur isolieren, was in dem Kühlkreislauf niedriger Temperatur niedrigere Kühlmitteltemperaturen erreicht, um eine optimalere Kühlung der verschiedenen Vorrichtungen in dem zweiten Kühlkreislauf zu erreichen.
Durch Vorsehen mindestens eines Kondensators in dem zweiten Kühlkreislauf kann es in manchen Situationen möglich sein, die Kühlmittelströme des zweiten Kühlkreislaufs auf eine niedrigere Temperatur zu kühlen, wenn dies für eine vermehrte Kühlleistung erforderlich ist.
Durch Anordnen der Radiatorsegmente in dem zweiten Kühlkreislauf nacheinander kann ein verstärktes Kühlen des umlaufenden Kühlmittels an einem stromabwärts in dem Pfad des umlaufenden Kühlmittels angeordneten Radiator erreicht werden.
Durch Austreten lassen von Kühlmittel an den verschiedenen nacheinander angeordneten Radiatorsegmenten kann es möglich sein, Kühlmittelströme unterschiedlicher Temperaturen zum Kühlen der verschiedenen Vorrichtungen in dem zweiten Kühlmittelkreislauf vorzusehen. In einem Beispiel hat der aus dem Radiator niedriger Temperatur, der das am weitesten stromabwärts befindliche Radiatorsegment ist, austretende Kühlmittelstrom die niedrigste Temperatur (z. B. 127°F (52,78°C)); der aus dem Radiator mittlerer Temperatur, der stromaufwärts des Radiators niedriger Temperatur positioniert ist, austretende Kühlmittelstrom hat die nächst niedrigste Temperatur (z. B. 150°F (65,56°C); und der aus dem Radiator warmer Temperatur, der stromaufwärts des Radiators mittlerer Temperatur positioniert ist, austretende Kühlmittelstrom hat die höchste Temperatur (z. B. 180°F (82,22°C)).
Durch Verteilen der Kühlmittelströme unterschiedlicher Temperaturen kann es möglich sein, die Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen einer bestimmten Vorrichtung zu individualisieren, wodurch der Kühlwirkungsgrad und die Leistung der Vorrichtung verbessert werden. In einem bestimmten Beispiel beträgt die Temperatur des zum Kühlen eines Getriebes verwenden Kühlmittels 180°F (82,22°C), die erreicht wird, indem man das zum Kühlen des Getriebes verwendete Kühlmittel aus einem Temperaturwärmetauscher austreten lässt, nachdem es nur von einem Radiator gekühlt wurde; die Temperatur des zum Kühlen eines AGR-Kühlers niedriger Temperatur verwendeten Kühlmittels beträgt 150°F (65,56°C), die erreicht wird, indem man das zum Kühlen des AGR-Kühlers niedriger Temperatur verwendete Kühlmittel an einem Wärmetauscher niedriger Temperatur austreten lässt, nachdem es von zwei Radiatoren gekühlt wurde; und die Temperatur des zum Kühlen eines Kraftstoffkühlers und eines Ladeluftkühlers verwendeten Kühlmittels beträgt 127°C, die erreicht wird, indem man das zum Kühlen des Kraftstoffkühlers und des Ladeluftkühlers verwendete Kühlmittel an einem Wärmetauscher niedriger Temperatur austreten lässt, nachdem es von drei Radiatoren gekühlt wurde.
Ein verbesserter Kühlwirkungsgrad kann kleinere Kühlmittelströme und kleinere Kühlmittelleitungsabmessungen zulassen, was zu einer kompakteren Auslegung der Kühlanlage führen kann.
Das Nutzen eines gemeinsamen Stroms an Kühlluft zum Kühlen von Radiatoren in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kühlmittelkreislauf kann weiterhin dazu beitragen, eine kompaktere Anlagenauslegung zu erreichen.
Durch Pumpen von Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf mittels einer stromaufwärts des Radiators verbauten Pumpe (z. B. an der heißeren Seite und stromabwärts der verschiedenen Vorrichtungen) kann es möglich sein, eine einzelne Pumpe für den Kreislauf niedrigerer Temperatur zu nutzen, die mehrere Kühlmittelauslässe mit unterschiedlichen Kühlmitteltemperaturen vorsehen kann, um den verschiedenen Vorrichtungen mit unterschiedlichem Temperaturbedarf zu dienen.
Weiterhin können die Abmessung der Kühlleitungen oder -rohre der beiden Kühlkreisläufe und die Kühlmittelströmraten individualisiert werden, um dem Kühlbedarf jeder Komponente gerecht zu werden und dadurch den Platzbedarf der Kühlanlage zu minimieren. Das Nutzen einer größeren Abmessung einer Kühlmittelleitung oder eines Kühlmittelrohrs kann zum Beispiel dazu beitragen, dem vermehrten Kühlbedarf des Motors zu entsprechen, der während Verbrennung eine enorme Wärmemenge erzeugt. Das Nutzen einer kleineren Kühlmittelleitungsabmessung in dem Kühlmittelkreislauf niedriger Temperatur, der Motor- und Fahrzeugkomponenten mit geringerem Kühlbedarf dient, kann dagegen dazu beitragen, den gesamten Platzbedarf der Kühlanlage zu minimieren.
Durch Vorsehen eines AGR-Kühlers hoher Temperatur und eines AGR-Kühlers niedriger Temperatur mit unterschiedlichen Betriebstemperaturen kann ein feineres Abstimmen der AGR-Temperatur möglich sein.
Ferner kann es durch Nutzen von zwei thermisch getrennten Kühlschleifen möglich sein, Kavitation zu mindern, selbst wenn eine Pumpe an der heißeren Seite eines Radiators der Temperaturschleife niedriger Temperatur verwendet wird.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2005040574 [0001]

Claims

Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor, welche umfasst: einen ersten Kühlkreislauf hoher Temperatur, der mit einem Motor zum Kühlen des Motors verbunden ist, wobei in dem ersten Kreislauf ein erstes Kühlmittel umläuft; und einen zweiten Kühlkreislauf niedriger Temperatur, der mit mehreren Vorrichtungen zum Kühlen der mehreren Vorrichtungen verbunden ist, wobei in dem zweiten Kreislauf ein zweites Kühlmittel umläuft und wobei der zweite Kühlkreislauf mehrere Radiatorsegmente umfasst, wobei das in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufende Kühlmittel an unterschiedlichen Radiatorsegmenten der mehreren Radiatorsegmente austritt, was Kühlmittelströme unterschiedlicher Kühltemperaturen zum Kühlen verschiedener Vorrichtungen der mehreren Vorrichtungen erzeugt.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Radiatorsegmente in einem Pfad eines gemeinsamen Stroms von Luftstrom positioniert sind.
Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs nicht mit dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs mischt.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf mindestens einen Radiator zum Kühlen des in dem ersten Kühlkreislauf umlaufenden Kühlmittels umfasst.
Kühlanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radiator des ersten Kühlkreislaufs in dem Pfad eines Luftstroms stromabwärts der mehreren Radiatorsegmente des zweiten Kühlkreislaufs positioniert ist.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Radiatorsegmente des zweiten Kühlkreislaufs mindestens zwei Radiatorsegmente umfassen, wobei das in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufende Kühlmittel an jedem der beiden Radiatorsegmente austritt, um Kühlmittelströme von zwei unterschiedlichen Temperaturen zu erzeugen.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Radiatorsegmente des zweiten Kühlkreislaufs mindestens drei Radiatorsegmente umfassen, wobei das in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufende Kühlmittel an jedem der drei Radiatorsegmente austritt, um Kühlmittelströme von drei unterschiedlichen Temperaturen zu erzeugen.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf mindestens eine Kühlmittelpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels in dem ersten Kühlkreislauf umfasst und wobei der zweite Kühlkreislauf mindestens eine Kühlmittelpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels in dem zweiten Kühlkreislauf umfasst.
Kühlanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe des zweiten Kühlkreislaufs stromabwärts der Vorrichtungen und stromaufwärts der Radiatorsegmente positioniert ist, wobei das aus der Kühlmittelpumpe austretende Kühlmittel zuerst zu den Radiatorsegmenten und dann zu den mehreren Vorrichtungen des zweiten Kühlkreislaufs strömt.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf eine Umgehung umfasst, um dem in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufenden Kühlmittel das Umgehen der mehreren Radiatorsegmente zu ermöglichen.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf einen AGR-Kühler hoher Temperatur kühlt und der zweite Kühlkreislauf einen AGR-Kühler niedriger Temperatur kühlt.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf einen in einem Luftstrompfad positionierten Kondensator umfasst.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanlage einen fern eines Luftstrompfads positionierten Kondensator umfasst.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelströmraten, die durch jede der mehreren Vorrichtungen des zweiten Kühlkreislaufs treten, kleiner oder gleich 15 Gramm pro Minute sind.
Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelströmraten des zweiten Kühlkreislaufs kleiner oder gleich 6 Gramm pro Minute sind.
Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor, welche umfasst: einen ersten Kühlkreislauf hoher Temperatur, der mit einem Motor und einem AGR-Kühler hoher Temperatur zum Kühlen des Motors und des AGR-Kühlers hoher Temperatur verbunden ist, wobei ein erstes Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf umläuft, der erste Kühlkreislauf eine Hauptkühlmittelpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels in dem ersten Kühlkreislauf und einen Hauptradiator zum Kühlen des in dem ersten Kühlkreislauf umlaufenden Kühlmittels umfasst, die Hauptkühlmittelpumpe stromabwärts des Hauptradiators und stromaufwärts des Motors und des AGR-Kühlers hoher Temperatur in dem Pfad des umlaufenden Kühlmittels positioniert ist, der Motor und die AGR hoher Temperatur zueinander parallel in dem Pfad des in dem ersten Kühlkreislauf umlaufenden Kühlmittels angeordnet sind; einen zweiten Kühlkreislauf niedriger Temperatur, der mit mehreren Vorrichtungen zum Kühlen der mehreren Vorrichtungen verbunden ist, wobei ein zweites Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf umläuft, wobei der zweite Kühlkreislauf eine Hilfskühlmittelpumpe und einen Kondensator umfasst, wobei der zweite Kühlkreislauf drei Radiatorsegmente umfasst: einen Radiator warmer Temperatur, einen Radiator mittlerer Temperatur und einen Radiator niedriger Temperatur, die nacheinander in dem Pfad des in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufenden Kühlmittels angeordnet sind, wobei sich der Radiator niedriger Temperatur stromabwärts des Radiators mittlerer Temperatur befindet und sich der Radiator mittlerer Temperatur stromabwärts des Radiators warmer Temperatur befindet, wobei das umlaufende Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs an dem Radiator warmer Temperatur austritt, um einen ersten Kühlmittelstrom mit einer ersten Kühlmitteltemperatur zu bilden, an dem Radiator mittlerer Temperatur austritt, um einen zweiten Kühlmittelstrom mit einer zweiten Kühlmitteltemperatur zu bilden, an dem Radiator niedriger Temperatur austritt, um einen dritten Kühlmittelstrom mit einer dritten Kühlmitteltemperatur zu bilden, wobei die Temperatur des ersten Kühlmittelstroms höher als die Temperatur des zweiten Kühlmittelstroms ist und die Temperatur des zweiten Kühlmittelstroms höher als die Temperatur des dritten Kühlmittelstroms ist, wobei der erste Kühlmittelstrom ferner zu einem Getriebekühler umläuft, um den Getriebekühler zu kühlen, der zweite Kühlmittelstrom weiterhin zu einem AGR-Kühler niedriger Temperatur umläuft, um den AGR-Kühler niedriger Temperatur zu kühlen, der dritte Kühlmittelstrom weiterhin zu einem Kraftstoffkühler und einem Ladeluftkühler umläuft, um den Kraftstoffkühler und den Ladeluftkühler zu kühlen, wobei aus jeder der mehreren Vorrichtung des zweiten Kühlkreislaufs austretendes Kühlmittel zu der Hilfskühlmittelpumpe umläuft, bevor es weiter zu den mehreren Radiatorsegmenten umläuft, und wobei der zweite Kühlmittelkreislauf eine Umgehung für das in dem zweiten Kühlkreislauf umlaufende Kühlmittel umfasst, um die mehreren Radiatorsegmente zu umgehen; wobei ein gemeinsamer Strom an Luftstrom an dem ersten Kondensator, den mehreren Radiatoren des zweiten Kühlkreislaufs und dem Radiator des ersten Kühlkreislaufs vorbei strömt, wobei sich der erste Kondensator stromaufwärts des Radiators niedriger Temperatur befindet, der Radiator niedriger Temperatur sich stromaufwärts des Radiators mittlerer Temperatur befindet, der Radiator mittlerer Temperatur sich stromaufwärts des Radiators warmer Temperatur befindet, der Radiator warmer Temperatur sich stromaufwärts des Hauptradiators des ersten Kühlkreislaufs befindet.
Verfahren zum Kühlen eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs, welches umfasst: Umwälzen von Kühlmittel durch einen ersten Kühlkreislauf, der mit Brennräumen des Motors thermisch verbunden ist, wobei der erste Kühlkreislauf mindestens einen Radiator umfasst; Umwälzen von Kühlmittel durch einen zweiten Kühlkreislauf, der mit mehreren Vorrichtungen thermisch verbunden ist, wobei der zweite Kühlkreislauf mehrere Radiatorsegmente umfasst, wobei das Kühlmittel mittels einer stromaufwärts eines Radiators und stromabwärts der Vorrichtungen verbauten Pumpe gepumpt wird, wobei sich das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs nicht mit dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs mischt; Verteilen von Kühlmittel in dem zweiten Kreislauf zu den mehreren Vorrichtungen bei unterschiedlichen Temperaturen mittels der mehreren Radiatoren in dem zweiten Kreislauf; und Strömen eines gemeinsamen Stroms von Kühlluft über mindestens den Radiator in dem ersten Kühlkreislauf und mindestens eines der mehreren Radiatorsegmente in dem zweiten Kühlkreislauf.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Radiator des ersten Kühlkreislaufs und die mehreren Radiatorsegmente des zweiten Kühlkreislaufs in einem gemeinsamen Strom von Kühlluft positioniert sind, wobei sich der Radiator des Radiators des ersten Kühlkreislaufs stromabwärts der mehreren Radiatoren befindet; und die mehreren Radiatorsegmente nacheinander in dem Pfad des gemeinsamen Stroms der Kühlluft positioniert sind.