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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem in einem Kraftfahrzeug
mit einem Kühlkreislauf,
in welchem zumindest ein Verbrennungsmotor, eine Pumpe und eine
Kühleinrichtung
angeordnet sind.
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Aufgrund
stetig steigender Energiepreise und zunehmend schärfer werdender
Emissionswerte, versuchen Fahrzeughersteller zunehmend den Energieverbrauch
ihrer Kraftfahrzeuge zu reduzieren, insbesondere denjenigen Energieverbrauch,
der nicht direkt dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Hierzu zählen insbesondere
ein Energieverbrauch im Leerlauf sowie der Energieverbrauch von
diversen elektrischen Verbrauchern innerhalb des Kraftfahrzeugs.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, ein Kühlsystem
in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welches im Vergleich zu bisher
bekannten Kühlsystemen
einen deutlich geringeren Energiebedarf aufweist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem
Kühlsystem
mit einem Kühlkreislauf,
in welchem zumindest ein zu kühlender
Verbraucher, bspw. ein Verbrennungsmotor, eine Pumpe und eine Kühleinrichtung
angeordnet sind, eine Druckseite und eine Saugseite der Pumpe über eine
Kurzschlussleitung, dass heißt über eine Bypassleitung
zu verbinden, welche im Falle einer nicht erforderlichen Kühlung geöffnet wird
und dadurch einen zumindest überwiegenden
Teil eines Kühlmittelstroms
nicht mehr durch den Verbrennungsmotor und den gesamten Kühlkreislauf
leitet, sondern in einen deutlich widerstandsärmeren Kurzschlusskreislauf
umlenkt. Zur Umlenkung bzw. zur Aufteilung des Kühlmittelstroms auf den Verbrennungsmotor
bzw. auf die die Pumpe umgehende Kurzschlussleitung wird dabei eine
Ventileinrichtung verwendet, die aufgrund der nun vorhandenen Kurzschlussleitung
deutlich reduzierte Stellkräfte
benötigt und
dadurch sowohl kleiner als auch sparsamer hinsichtlich eines Energieverbrauchs
ausgebildet werden kann. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung ist dabei
im Bereich der Kurzschlussleitung angeordnet, bspw. im Bereich einer
Abzweigung der Kurzschlussleitung aus dem Kühlkreislauf bzw. im Bereich
einer Einmündung
der Kurzschlussleitung in den Kühlkreislauf.
Darüber
hinaus ist die erfindungsgemäße Ventileinrichtung
zwischen zumindest zwei Stellungen verstellbar, wobei in der ersten
Stellung zumindest ein Großteil
des Kühlmittelstroms
durch die Kurzschlussleitung und in der zweiten Stellung zumindest
ein Großteil
des Kühlmittelstroms
durch den Verbrennungsmotor und nicht durch die Kurzschlussleitung
strömt.
Denkbar sind hierbei selbstverständlich
auch beliebige Zwischenstellungen, welche eine beliebige Aufteilung
des Kühlmittelstroms zwischen
dem eigentlichen Kühlkreislauf
und dem Kurzschlusskreislauf ermöglichen.
Wird bspw. keine Kühlwirkung
im Verbrennungsmotor oder einem anderen zu kühlenden Verbraucher benötigt, so
kann die Ventileinrichtung in ihre erste Stellung überführt werden
und dadurch das Kühlmedium
vergleichsweise widerstandsarm durch den Kurzschlusskreislauf gepumpt
werden. Mit der erfindungsgemäßen und
im Bereich der Kurzschlussleitung angeordneten Ventileinrichtung,
ist es somit möglich,
relativ flexibel den Kühlbedarf
im Verbrennungsmotor und damit auch die Leistung der Kühlmittelpumpe
zu steuern. Benötigt
der Verbrennungsmotor keine Kühlleistung,
so wird die Ventileinrichtung einfach in ihre erste Stellung verstellt,
so dass zumindest ein überwiegender Teil
des Kühlmittelstroms
durch die Kurzschlussleitung und nicht mehr durch den Verbrennungsmotor bzw.
die Kühleinrichtung
strömt.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist
die Ventileinrichtung als Proportionalventil ausgebildet. Im Vergleich
zu einer lediglich zwischen zwei Stellungen hin- und herschaltbaren
Ventileinrichtung, weist ein derartiges Proportionalventil den großen Vorteil
auf, dass es in beliebige Zwischenstellungen schaltbar ist, wodurch eine
nahezu frei wählbare
Aufteilung des durch den Verbrennungsmotor und die Kurzschlussleitung
strömenden
Kühlmittelstroms
möglich
ist. Hierdurch lässt sich
eine besonders exakte Steuerung ermöglichen, welche insbesondere
die für
ein lediglich zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbares
Ventil typischen Druckspitzen beim Umschalten zwischen den zwei
Schaltstellungen verhindert. Eine Ansteuerung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung
kann bspw. mittels eines ohnehin vorhandenen Motorsteuergeräts erfolgen,
welches neben dem jeweils auftretenden Betriebszustand des Verbrennungsmotors, beispielsweise
Volllast oder Teillast auch eine Temperatur des Kühlmediums
erfasst.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich
gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche
Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch:
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1 bis 5 unterschiedliche
Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
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Entsprechend
den 1 bis 5, weist ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1,
welches bspw. in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, einen Kühlkreislauf
auf, in welchem zumindest ein Verbrennungsmotor 2, eine
Pumpe 3 und eine Kühleinrichtung 4 angeordnet
sind. Erfindungsgemäß ist nun eine
die Pumpe 3 umgehende Kurzschlussleitung 5 vorgesehen,
die eine Druckseite der Pumpe 3 mit einer Saugseite derselben
verbindet. Darüber
hinaus ist im Bereich der Kurzschlussleitung 5, dass heißt genauer
im Bereich der Abzweigung derselben aus dem Kühlkreislauf bzw. im Bereich
der Einmündung derselben
in den Kühlkreislauf
oder in eine Bypassleitung, eine Ventileinrichtung 6 vorgesehen,
welche zumindest zwischen zwei Stellungen verstellbar ist. Die Ventileinrichtung 6 kann
dabei als so genanntes Mehrwegeventil, insbesondere als 3-2-Wegeventil, ausgebildet
sein und in der ersten Stellung, wie diese gemäß den 1 und 4 gezeigt
ist, zumindest einen überwiegenden
Teil des Kühlmittelstroms,
vorzugsweise den gesamten Kühlmittelstrom
durch die Kurzschlussleitung 5 leiten, während sie
in der zweiten Stellung, wie dies gemäß den 2 und 3 dargestellt
ist, zumindest einen überwiegenden
Teil des Kühlmittelstroms,
vorzugsweise den gesamten Kühlmittelstrom
durch den Verbrennungsmotor 2 und nicht durch die Kurzschlussleitung 5 leitet.
Gemäß den 1 bis 5 ist
der jeweilige Kühlmittelstrom durch
entsprechende Strömungspfeile
dargestellt.
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Generell
kann in dem erfindungsgemäßen Kühlsystem 1 vorzugsweise
eine die Kühleinrichtung 4 umgehende
Bypassleitung 7 vorgesehen sein, wobei denkbar ist, dass
die Kurzschlussleitung 5, wie dies in 1 gezeigt
ist, auch in die Bypassleitung 7 mündet. Mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 6 ist
insbesondere für
den Fall, bei welchem der Verbrennungsmotor 2 keine oder
lediglich eine geringere Kühlung
benötigt,
ein Umschalten derselben möglich,
wodurch der Kühlmittelstrom
ausschließlich oder
zumindest teilweise durch den deutlich widerstandärmeren Kurzschlusskreislauf,
wie dies gemäß der 1 gezeigt
ist, gepumpt werden muss, so dass in diesem Fall die Pumpe 3 mit
einer deutlich geringeren Leistung betrieben werden kann. Der gemäß der 1 dargestellte
Zustand ist bspw. bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 2 denkbar,
bei welchem dieser nicht gekühlt
werden muss und soll, da eine Kühlung
desselben weder für
den Fahrkomfort noch für
eine Schadstoffemission von Vorteil wären. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Kurzschlussleitung 5 benötigt die
Ventileinrichtung 6 deutlich reduzierte Stellkräfte und
kann dadurch sowohl kleiner als auch sparsamer hinsichtlich eines Energieverbrauchs
ausgebildet werden. Ohne das Vorhandensein der Kurzschlussleitung 5 wären deutlich
größere Stellkräfte zum
Verstellen der Ventileinrichtung 6 erforderlich, was einen
höheren
Energiebedarf bedeutet. Zugleich müsste auch die Ventileinrichtung 6 selbst
größer und
damit schwerer ausgelegt werden, was ebenfalls einen erhöhten Energiebedarf
bedeutet.
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Gemäß den 1 und 3-5 ist
die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 stromab
der Pumpe 3 im Kühlkreislauf
angeordnet, während
diese gemäß der 2 stromauf
derselben im Kühlkreislauf
angeordnet ist. Die Ventileinrichtung 6 kann bspw. als
Drosseleinrichtung ausgebildet sein und/oder pneumatisch, elektrisch
oder hydraulisch angesteuert werden. Zur Ansteuerung kann hierbei insbesondere
ein Motorsteuergerät 8 verwendet
werden, welches bspw. einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2,
insbesondere einen Teillast- oder Volllastbetrieb, und/oder eine
Temperatur des Kühlmediums
erfasst. Dieses ist der Übersicht
halber lediglich in 1 dargestellt, kann gleichfalls
jedoch auch bei den Kühlsystemen 1 gemäß den 2 und 3 vorhanden
sein. Hierzu kann bspw. im Einmündungsbereich
der Bypassleitung 7 in den Kühlkreislauf ein Thermostat 9 vorgesehen
sein. Selbstverständlich
ist auch denkbar, dass die Ventileinrichtung 6 als Tellerventil
oder als Ringschieberventil ausgebildet ist, wobei aufgrund eines
so genannten „Fail
Save”-Pinzips
die Ventileinrichtung 6 stets so ausgebildet ist, dass
sie in unbetätigtem,
dass heißt in
nicht angesteuertem Zustand, in ihrer zweiten Stellung verbleibt
und dadurch auf jeden Fall eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors 2 gewährleistet.
Selbstverständlich
ist auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 als
Proportionalventil ausgebildet ist, wodurch eine beliebige Aufteilung
des Kühlmittelstroms
durch den Verbrennungsmotor 2 und die Kurzschlussleitung 5 bewirkt werden
kann.
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Gemäß der 4 ist
die Ventileinrichtung 6 im Einmündungsbereich der Kurzschlussleitung 5 in die
Bypassleitung 7 angeordnet, wobei auch in diesem Fall bei
einem Überführen der
Ventileinrichtung 6 in deren erste Stellung ein zumindest überwiegender
Teil des Kühlmittelstroms
durch die Kurzschlussleitung 5 strömt, da diese im Vergleich zu
dem durch den Verbrennungsmotor 2 und die Kühleinrichtung 4 führenden
Kühlkreislauf
einen deutlich geringeren Strömungswiderstand
aufweist. Selbstverständlich ist
die Bypassleitung 7 rein optional, so dass diese – wie in 5 gezeigt
ist – auch
entfallen kann.
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Generell
ermöglicht
die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 die
Regelung eines Volumenstroms im Kühlkreislauf durch den Verbrennungsmotor 2 mit
der Möglichkeit,
diesen Volumenstrom – falls erforderlich – auf Null
zu reduzieren. Wird die Ventileinrichtung 6 betätigt, so
fördert
die Pumpe 3 das Kühlmedium
im widerstandsarmen Kurzschlusskreislauf und nicht durch weitere
zu kühlende Verbraucher,
wie bspw. den Verbrennungsmotor 2. Wird dagegen eine geringe
Kühlleistung
im Verbrennungsmotor 2 benötigt, so kann der Thermostat 9 bzw.
eine damit gekoppelte Ventileinrichtung 10 einen Kühlmittelstrom
durch die Kühleinrichtung 4 unterbinden
und diesen durch die Bypassleitung 7 leiten (vgl. 3). Wird
dagegen die Kühlwirkung
der Kühleinrichtung 4 benötigt, was
bspw. durch eine entsprechend erhöhte Kühlmitteltemperatur am Thermostat 9 ermittelt werden
kann, so kann die mit dem Thermostat 9 gekoppelte Ventileinrichtung 10 so
umgeschaltet werden, dass der Kühlmittelstrom
nicht mehr durch die Bypassleitung 7, sondern vielmehr
durch die Kühleinrichtung 4 strömt (vgl. 2).
Die mit dem Thermostat 9 gekoppelte Ventileinrichtung 10 kann
dabei in gleicher Weise ausgeführt
sein, wie die Ventileinrichtung 6.
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Generell
können
mit den beiden Ventileinrichtungen 6 und 10 zumindest
drei unterschiedliche Kühlstufen,
nämlich
keine Kühlung
(1), geringe Kühlung
(3) und höhere
Kühlung
(2) eingestellt werden. Durch die Ausbildung der
Ventileinrichtungen 6 bzw. 10 als Proportionalventile
können
darüber
hinaus beliebige Zwischenkühlstufen
eingestellt werden. Durch die jeweilige Verbindung der Kurzschlussleitung 5 von
der Druckseite zur Saugseite der Pumpe 3 ist darüber hinaus
eine geringe Betätigungskraft
zumindest der Ventileinrichtung 6 möglich. Ein Eingriff in den
Hauptkühlmittelstrom
des Verbrennungsmotors 2 ist ebenfalls nicht erforderlich. Zusätzlich besteht
hier auch die Möglichkeit
der Druckbegrenzung des Kühlmittelkreislaufs
innerhalb der Ventileinrichtung 6.
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Das
erfindungsgemäße Kühlsystem 1 bietet prinzipiell
folgende Vorteile:
- – Unterbindung einer Kavitationsgefahr
in der Pumpe 3 beim Eingriff in den Kühlmittelstrom,
- – geringe
Schaltkraft zumindest der Ventileinrichtung 6,
- – schnelles
Ansprechen,
- – integrierte
parallel liegende Überdruckfunktion,
- – „Fail Save”-Funktion
- – Einbindung
in einen Kühlkreislauf
an beliebiger Stelle,
- – geringer
Energiebedarf,
- – schnelle
Motorerwärmung
durch ein entsprechendes Schalten der Ventileinrichtung 6 in
deren zweite Stellung.