DE102009020187A1

DE102009020187A1 - Kühlmittelkreislauf

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Publication number: DE102009020187A1
Application number: DE102009020187A
Authority: DE
Inventors: Steffen Triebe; Dieter Dr. Lachner; Stefan Rank; Stephan Dr. Adam
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: WO2010127826A1; US20120048217A1; KR101419104B1; EP2427638A1; JP5323255B2; DE102009020187B4; US8757110B2; CN102414415B; KR20120024535A; CN102414415A; JP2012526225A

Abstract

Kühlmittelkreislauf, insbesondere ein mehrere Teilkreisläufe 1, 2 und 3 aufweisender Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine 11 mit einem Hauptkühlkreislauf 1 und einem Heizungskreislauf 2, sowie einer an einem Drehsteller 4 angeordneten Kühlmittelförderpumpe 5, wobei der Drehsteller 4 ein Drehschiebergehäuse 20 mit mehreren von Kühlmittel durchströmbaren Anschlüssen 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, sowie einen ersten und mindestens einen zweiten drehbar in dem Drehschiebergehäuse 20 gelagerten Drehschieber 6 und 7 mit jeweils mindestens einer einen Strömungspfad bildenden Drehschieber-Durchströmöffnung 8, 9, 10 umfasst und wobei die Anschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b, 10a durch eine Drehbewegung des jeweiligen Drehschiebers 6 und/oder 7 in zumindest teilweiser Überschneidung mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9, 10 gebracht werden können, wobei ein von der Brennkraftmaschine 11 über einen Hauptkühler 12 zu einem Hauptkühleranschluss 8b des ersten Drehschiebers führender erster Zweig 1a des Hauptkühlkreislaufs 1 von dem ersten Drehschieber 6 schaltbar ist und dass ein von einem Auslass 21 der Kühlmittelförderpumpe 5 zur Brennkraftmaschine 11 führender zweiter Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs 1 vom dem zweiten Drehschieber 7 schaltbar ist.

Description

Mehrere Teilkreisläufe aufweisender Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Betreiben eines solchen Kühlmittelkreislaufs, insbesondere zur Steuerung des Kühlmittelstroms in den einzelnen Teilkreisläufen.
Derartige Kühlmittelkreisläufe werden vorzugsweise für das Thermomanagement einer Brennkraftmaschine eingesetzt, wobei der Kühlmittelstrom zwischen den Teilkreisläufen des Kühlmittelkreislaufs durch eine Vorrichtung zum Betreiben des Kühlmittelkreislaufs derart verteilt wird, dass sich möglichst rasch eine optimale Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine einstellt.
Die DE 602 09 019 T2 zeigt ein Steuerventil für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, wobei der Kreislauf von einem Kühlmittel durchlaufen wird und einen ersten Zweig mit einem Kühler des Motors, einen zweiten Zweig der eine Abzweigleitung des Kühlers bildet, sowie einen oder mehrere dritte Zweige mit jeweils mindestens einem Heißlufterzeuger zum Beheizen des Fahrgastraums aufweist. Das Steuerventil ist als Körper ausgebildet, der einen Fluideingang, einen mit dem zweiten Zweig verbundenen ersten Ausgang, einen mit dem ersten Zweig verbundenen zweiten Ausgang und mindestens einen mit dem dritten Zweig verbundenen zweiten Ausgang aufweist, wobei ein innerhalb des Körpers drehbar angeordnetes Regulierorgan der selektiven Steuerung der Ausgänge dient. Durch die Drehung des Regulierorgans in eine gegebene Richtung, kann eine definierte Sequenz von Stellungen durchlaufen werden. Dabei ist in einer ersten Stellung der mit der Abzweigleitung verbundene erste Ausgang geöffnet, in einer zweiten Stellung ist zusätzlich zum zweiten Ausgang der mit dem ersten Zweig verbundene zweite Ausgang geöffnet, in einer dritten Stellung ist nur der zweite Ausgang geöffnet, in einer vierten Stellung sind der zweite und der mit dem dritten Zweig verbundene dritte Ausgang geöffnet, in einer fünften Stellung sind alle Ausgänge geöffnet, in einer sechsten Stellung sind der erste und der dritte Ausgang geöffnet und in einer siebten Stellung ist der erste oder der dritte Ausgang geöffnet. Ferner kann das Regulierorgan auch eine Stellung einnehmen, bei der kein Ausgang geöffnet ist.
Nachteilig an einem solchen Steuerventil ist jedoch die starr vorgegebene Sequenz der möglichen Stellungen. So sind bei wechselnden Kühlmittelanforderungen in den einzelnen Kreisläufen häufige Stellungswechsel nötig, die ein ebenso häufiges Verdrehen des Regulierorgans bedingen. Dadurch, dass das Steuerventil viele Funktionen mit nur einem Regulierorgan realisiert, ist ein komplexer Aufbau des Steuerventils mit einer Vielzahl von Bauteilen nötig, welches Schwierigkeiten bei Verschleiß und Dichtigkeit mit sich bringt.
Die DE 103 06 094 A1 zeigt ein Verbrennungsmotorkühlsystem für ein Fahrzeug mit einer Kühlmittelpumpe, einem Motorkreislauf zum Leiten des Kühlmittels durch den Motor, einem Kühlerkreislauf zum Leiten des Kühlmittels durch den Kühler, einem Bypasskreislauf zum Rückführen des Kühlmittels zum Motorkreislauf ohne Durchströmen des Kühlerkreislaufs, sowie einen Heizerkreislauf zum Leiten des Kühlmittels durch den Heizerkern. Zur Umschaltung des Kühlmittels wird ein Drehventil beschrieben mit einem Ventilkörper, der einen Einlassanschluss und eine Vielzahl von Auslassanschlüssen aufweist, wobei die Auslassanschlüsse einen Kühleranschluss zum Leiten des Kühlmittels in einem Kühlerkreislauf, einen Bypassanschluss zum Leiten des Kühlmittels in einem Bypasskreislauf und einen Heizeranschluss zum Leiten des Kühlmittels in einem Heizerkreislauf umfassen. Der Ventilkörper enthält ferner einen drehbar gelagerten Stromverzweiger mit einer Vielzahl von Fluiddurchgängen, die in Abhängigkeit einer Drehstellung des Stromverzweigers für voreingestellte Strömungswege zwischen dem Einlassanschluss und den Auslassanschlüssen sorgen. Die voreingestellten Strömungswege umfassen dabei eine erste Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Kühleranschluss und an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Bypassanschlusses, eine zweite Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Kühleranschluss und vom Heizeranschluss, eine dritte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Heizeranschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Kühleranschluss und vom Bypassanschluss, sowie eine vierte Betriebsweise zur Verteilung des Kühlmittels an den Kühleranschluss und an den Bypassanschluss bei gleichzeitigem Blockieren des Kühlmittels vom Heizeranschluss.
Nachteilig an einem solchen Verbrennungsmotorkühlsystem ist die durch den Aufbau des Drehventils bedingte Begrenzung der schaltbaren Kreisläufe. Die Einbeziehung weiterer Kreisläufe würde zwangsweise zu einer schlechter werdenden Ansteuerung der Kreisläufe im Einzelnen führen. Dadurch kann die Kühlmitteltemperatur nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit und Geschwindigkeit auf den gewünschten Wert eingestellt werden, was zu einem schlechteren Erreichen der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kühlmittelkreislauf bereitzustellen, der mit einem einfachen Aufbau eine umfangreiche Steuerung einer Vielzahl von Teilkreisläufen des Kühlmittelkreislaufs erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Kühlmittelkreislauf, insbesondere ein mehrere Teilkreisläufe aufweisender Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Hauptkühlkreislauf und einem Heizungskreislauf, hat eine an einem Drehsteller angeordnete Kühlmittelförderpumpe, wobei der Drehsteller ein Drehschiebergehäuse mit mehreren von Kühlmittel durchströmbaren Anschlüssen, sowie einen ersten und mindestens einen zweiten drehbar in dem Drehschiebergehäuse gelagerten Drehschieber mit jeweils mindestens einer einen Strömungspfad bildenden Drehschieber-Durchströmöffnung umfasst, wobei die Anschlüsse durch eine Drehbewegung des jeweiligen Drehschiebers in zumindest teilweise Überschneidung mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen gebracht werden können und wobei ein von der Brennkraftmaschine über einen Hauptkühler zu einem Hauptkühleranschluss des ersten Drehschiebers führender erster Zweig des Hauptkühlkreislaufs von dem ersten Drehschieber schaltbar ist und wobei ein von einem Auslass der Kühlmittelförderpumpe zur Brennkraftmaschine führender zweiter Zweig des Hauptkühlkreislaufs vom dem zweiten Drehschieber schaltbar ist
Indem die beiden Zweige des Hauptkühlkreislaufs von unterschiedlichen Drehschiebern geschaltet werden, ist es möglich eine Vielzahl von Teilkreisläufen des Kühlmittelkreislaufs zu steuern. Die Vorläufe der einzelnen Teilkreisläufe werden dazu an den ersten Drehschieber angeschlossen, der strömungstechnisch mit einem Saugmund der Kühlmittelförderpumpe in Verbindung steht. Durch eine Verdrehung des ersten Drehschiebers relativ zum Drehschiebergehäuse können die Drehschieber-Durchströmöffnungen des ersten Drehschiebers in eine stufenlos variable Überschneidung mit den entsprechenden Anschlüssen des Drehschiebergehäuses gebracht werden und so verschiedene Strömungspfade mit variierenden Durchflussraten schalten. Die Steuerung des Rückflusses des Kühlmittels aus der Kühlmittelförderpumpe wird in einem zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs durch den zweiten Drehschieber realisiert. Unabhängig von der momentanen Stellung des ersten Drehschiebers kann dadurch ein Kühlmittelstrom von der Kühlmittelförderpumpe zur Brennkraftmaschine stufenlos variabel geöffnet oder geschlossen werden. Der zweite Drehschieber kann dabei sehr einfach als ein Rotationskörper mit einer Durchgangsbohrung als Drehschieber-Durchströmöffnung ausgebildet sein, die mit den zwei gegenüberliegenden Anschlüssen des Drehschiebergehäuses korrespondiert. Durch diese sehr einfache Ausgestaltung des Drehstellers können relativ viele Teilkreisläufe kostengünstig und genau gesteuert werden.
In einer bevorzugten Ausführung zweigt der Heizungskreislauf stromauf des zweiten Drehschiebers aus dem zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs ab und führt Kühlmittel über einen Heizungswärmetauscher zur Brennkraftmaschine. Indem der Heizungskreislauf vor dem zweiten Drehschieber abzweigt, wird dieser unabhängig von der Stellung des zweiten Drehschiebers ständig mit erwärmten Kühlmittel aus der Kühlmittelförderpumpe beaufschlagt, was zu einer zügigen Aufheizung des Fahrgastraums im Kraftfahrzeug durch den Heizungswärmetauscher beiträgt.
In einer bevorzugten Ausführung zweigt von dem ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs stromab der Brennkraftmaschine ein Bypass zu einem Bypassanschluss des ersten Drehschiebers ab, wobei der erste Drehschieber den Bypass schaltet. Durch den Bypass strömt erwärmtes Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine zum Bypassanschluss des ersten Drehschiebers, ohne dass es von dem Hauptkühler abgekühlt wird. An dem ersten Drehschieber steht somit Kühlmittel mit erhöhter Temperatur aus dem Bypass und Kühlmittel mit geringerer Temperatur aus dem Hauptkühler des ersten Zweigs des Hauptkühlkreislaufs zur Verfügung, welches durch eine Verdrehung des ersten Drehschiebers in einem beliebigen Mischungsverhältnis vermischt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung führt ein Ölkühlerkreislauf Kühlmittel von der Brennkraftmaschine über einen Ölkühler zu einem Ölkühleranschluss des ersten Drehschiebers, wobei der erste Drehschieber den Ölkühlerkreislauf schaltet. Durch den Ölkühlerkreislauf strömt erwärmtes Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine in den Ölkühler, wo ein Wärmeaustausch mit dem Schmiermittel der Brennkraftmaschine stattfindet. Aus dem Ölkühler strömt das Kühlmittel zu dem Ölkühleranschluss des ersten Drehschiebers, wo es mit den Kühlmittelströmen aus den übrigen Teilkreisläufen vermischt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung schließt nach dem Start der Brennkraftmaschine und/oder unterhalb eines ersten Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur der zweite Drehschieber den zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs. Wenn das Kühlmittel eine relativ niedrige Temperatur unterhalb eines ersten Schwellwerts hat, was häufig nach dem Start der Brennkraftmaschine der Fall ist, wird der zweite Zweig des Hauptkühlkreislaufs durch den zweiten Drehschieber geschlossen, wodurch kein Kühlmittel aus der Kühlmittelförderpumpe zurück in die Brennkraftmaschine strömen kann. Ist auch der Heizungskreislauf geschlossen, heizt sich das Kühlmittel in der Brennkraftmaschine besonders rasch auf, da keine Zirkulation im Kühlmittelkreislauf statt findet. Vorzugsweise verschließt der erste Drehschieber in dieser Phase den Ölkühleranschluss und den Hauptkühleranschluss, während der Bypassanschluss geöffnet ist. Somit werden alle im Kühlmittelkreislauf befindlichen Kühler während dieser Phase nicht mit Kühlmittel durchströmt.
In einer bevorzugten Ausführung öffnet zwischen dem ersten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem zweiten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber den Bypass und der zweite Drehschieber öffnet und schließt den zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs intervallartig. Sobald die Kühlmitteltemperatur über den ersten Schwellwert steigt, jedoch noch unter einem zweiten Schwellwert liegt, wird der zweite Drehschieber derart verdreht, dass er intervallartig Kühlmittel durchleitet. Dadurch ergibt sich ein relativ geringer Kühlmittelstrom mit einer schwachen Zirkulation des Kühlmittels innerhalb der Brennkraftmaschine, was zu einer homogeneren Temperaturverteilung an den einzelnen Bauteilen der Brennkraftmaschine bei einer weiterhin raschen Aufheizrate des Kühlmittels führt. Vorzugsweise verschließt der erste Drehschieber auch in dieser Phase den Ölkühleranschluss und den Hauptkühleranschluss, während der Bypassanschluss geöffnet ist.
In einer bevorzugten Ausführung öffnet zwischen dem zweiten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem dritten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber den Bypass und den Ölkühlerkreislauf und der zweite Drehschieber öffnet den zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs. Sobald die Kühlmitteltemperatur über den zweiten Schwellwert steigt, jedoch noch unter einem dritten Schwellwert liegt, wird der zweite Drehschieber dauerhaft geöffnet. Der erste Drehschieber öffnet in dieser Phase zusätzlich zum Bypassanschluss den Ölkühleranschluss, hält den Hauptkühleranschluss vorzugsweise aber weiterhin geschlossen. Dadurch kann erwärmtes Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine im Ölkühler einen Teil seiner Wärmemenge an das Schmiermittel abgeben, wodurch dieses sich schneller erwärmt.
In einer bevorzugten Ausführung öffnet zwischen dem dritten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem Grenzwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber den Ölkühlerkreislauf und öffnet und schließt den ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs und den Bypass, zur Erreichung eines Sollwerts der Kühlmitteltemperatur, intervallartig und der zweite Drehschieber öffnet den zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs. Sobald die Kühlmitteltemperatur über den dritten Schwellwert steigt, jedoch noch unter einem Grenzwert liegt, hat das Kühlmittel in etwa seine vorgesehene Solltemperatur erreicht, woraufhin der erste Drehschieber intervallartig abwechselnd den Bypassanschluss und den Hauptkühleranschluss öffnet und schließt. Dadurch kann ein gewünschtes Mischungsverhältnis zwischen den beiden Kühlmittelströmen mit unterschiedlichem Temperaturniveau zur Beibehaltung der Solltemperatur erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Kühlmitteltemperatur im ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs stromab der Brennkraftmaschine ermittelt. Indem die Kühlmitteltemperatur im ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs am Kühlmittelaustritt der Brennkraftmaschine ermittelt wird, kann relativ einfach auf die in der Brennkraftmaschine vorliegende Kühlmitteltemperatur geschlossen werden.
In einer bevorzugten Ausführung öffnet in einem Nachlaufbetrieb nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine der erste Drehschieber den ersten Zweig des Hauptkühlkreislaufs und schließt den Bypass und der zweite Drehschieber schließt den zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs. Da im Nachlaufbetrieb nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine durch den fehlenden Fahrtwind meist keine ausreichende Wärmeabfuhr an den Kühlern mehr stattfindet, schließt der zweite Drehschieber den zweiten Zweig des Hauptkühlkreislaufs, während der erste Drehschieber den Hauptkühleranschluss öffnet und den Bypassanschluss, sowie den Ölkühleranschluss schließt. Dadurch kann das Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine über den Hauptkühler, den Drehsteller und den Heizungswärmetauscher in die Brennkraftmaschine zurück strömen. Indem sowohl der Hauptkühler, als auch der Heizungswärmetauscher durchströmt werden, erhöht sich die Kühlfläche, was zu einer verbesserten Wärmeabfuhr beiträgt.
In einer bevorzugten Ausführung wälzt während des Nachlaufbetriebs eine in dem Heizungskreislauf angeordnete Heizungsförderpumpe das Kühlmittel um. Da von einer riemengetriebenen Kühlmittelförderpumpe nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine keine Förderleistung mehr abgerufen werden kann, erfolgt die Zirkulation während des Nachlaufbetriebs durch eine elektrisch angetriebene Heizungsförderpumpe im Heizungskreislauf.
In einer bevorzugten Ausführung ist in dem Heizungskreislauf, insbesondere stromauf der Heizungsförderpumpe, ein Absperrventil angeordnet, welches im Nachlaufbetrieb geöffnet ist. Durch das Absperrventil kann der Zufluss von Kühlmittel an den Heizungswärmetauscher unterbrochen werden, wenn keine Heizleistung für den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs gefordert wird.
In einer bevorzugten Ausführung ist der erste Drehschieber koaxial zum Saugmund der Kühlmittelförderpumpe angeordnet und der zweite Drehschieber ist achsparallel zum Saugmund der Kühlmittelförderpumpe angeordnet. Indem der erste Drehschieber mit seiner Rotationsachse koaxial zur Rotationsachse des Saugmunds der Kühlmittelförderpumpe angeordnet ist, kann die Kühlmittelförderpumpe das Kühlmittel leicht aus dem Inneren des ersten Drehschiebers ansaugen. Der zweite Drehschieber ist mit seiner Rotationsachse achsparallel zur Rotationsachse des Saugmunds der Kühlmittelförderpumpe mit einer strömungstechnischen Verbindung zum Auslass der Kühlmittelförderpumpe angeordnet, so dass die Kühlmittelförderpumpe das aus dem ersten Drehschieber angesaugte Kühlmittel an den zweiten Drehschieber fördern kann. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung des zweiten Drehschiebers in einem radialen Umfangsbereich der Kühlmittelförderpumpe. Durch eine derartige Anordnung ergeben sich Vorteile bei der Bauraumausnutzung.
In einer bevorzugten Ausführung ist der erste Drehschieber von einem Stellantrieb antreibbar und der zweite Drehschieber ist über mindestens einen Winkelbereich mit dem ersten Drehschieber wirkverbunden, wobei der zweite Drehschieber vom ersten Drehschieber angetrieben wird. Indem nur der erste Drehschieber mit einem Stellantrieb versehen ist, können Kosten und Bauraum gespart werden. Der Antrieb des zweiten Drehschiebers erfolgt indirekt durch eine Verzahnung mit dem ersten Drehschieber, wobei der erste und der zweite Drehschieber nur in einem Winkelbereich miteinander kämmen.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Winkelbereich von Anschlägen begrenzt, an denen der zweite Drehschieber zur Anlage kommt, wenn dieser nicht mit dem ersten Drehschieber wirkverbunden ist. Besteht keine Wirkverbindung mehr zwischen dem ersten und dem zweiten Drehschieber, liegt der zweite Drehschieber an einem der Anschläge am Außenrand des Winkelbe reichs an, während sich der erste Drehschieber außerhalb des Winkelbereichs weiterdrehen kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 eine Übersichtsdarstellung eines Kühlmittelkreislaufs mit einer Vorrichtung zum Betreiben des Kühlmittelkreislaufs;
2 eine Schnittdarstellung eines Drehstellers;
3 eine Schnittdarstellung eines Drehstellers;
4 eine Darstellung der durch die Überschneidung der Anschlüsse mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen einstellbaren Strömungsquerschnitte.
Gemäß 1 hat ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine 11 einen Hauptkühlkreislauf 1, einen Heizungskreislauf 2, einen Ölkühlerkreislauf 3 und einen Drehsteller 4 zum Steuern der Kühlmittelströme in den einzelnen Teilkreisläufen 1, 2 und 3. Der Drehsteller 4 besteht aus einem Drehschiebergehäuse mit einem erstem und einem zweiten drehbar gelagerten Drehschieber 6 und 7, die Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 aufweisen. Das Drehschiebergehäuse hat in seiner Wandung mehrere von Kühlmittel durchströmbare Anschlüsse, die durch eine Drehung der Drehschieber 6 und/oder 7 in zumindest teilweise Überschneidung mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und/oder 10 gebracht werden können und so verschiedene Strömungspfade für die angeschlossenen Teilkreisläufe 1, 2 und 3 bilden. An dem Drehsteller 4 ist eine Kühlmittelför derpumpe 5 angeordnet, die Kühlmittel aus dem ersten Drehschieber 6 ansaugt und in den zweiten Drehschieber 7 fördert. Die Brennkraftmaschine 11 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf, die von Kühlmittel durchströmt werden, wodurch die beim Verbrennungsprozess in den Zylindern der Brennkraftmaschine 11 freiwerdende Wärmemenge teilweise auf das Kühlmittel übertragen wird. Aus der Brennkraftmaschine 11 führt ein erster Zweig 1a des Hauptkühlkreislaufs 1 das erwärmte Kühlmittel über einen Hauptkühler 12, welcher das Kühlmittel abkühlt, zu einem Hauptkühleranschluss im Drehschiebergehäuse, der mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 8 des ersten Drehschiebers 6 strömungstechnisch verbindbar ist. Stromauf des Hauptkühlers 12 zweigt ein Bypass 15 aus dem ersten Zweig 1a des Hauptkühlkreislaufs 1 zu einem Bypassanschluss des ersten Drehschiebers 6 ab, der mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 8 des ersten Drehschiebers 6 strömungstechnisch verbindbar ist. Durch eine Drehbewegung des ersten Drehschiebers 6 kann die Drehschieber-Durchströmöffnung 8 mit dem Bypassanschluss und/oder dem Hauptkühleranschluss in zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden und so die beiden Strömungspfade von der Brennkraftmaschine 11 zur Kühlmittelförderpumpe 5 stufenlos variabel öffnen oder schließen. Von dem Auslass der Kühlmittelförderpumpe 5 führt ein zweiter Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs 1 über den zweiten Drehschieber 7 zur Brennkraftmaschine 11. Der zweite Drehschieber 7 weist eine Drehschieber-Durchströmöffnung 9 auf, die mit den Anschlüssen des zweiten Drehschiebers 7 im Drehschiebergehäuse durch eine Drehbewegung des zweiten Drehschiebers 7 in zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden kann und so einen Strömungspfad von der Kühlmittelförderpumpe 5 zur Brennkraftmaschine 11 stufenlos variabel öffnet oder schließt. Stromauf des zweiten Drehschiebers 7 zweigt der Heizungskreislauf 2 aus dem zweiten Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs 1 ab und führt Kühlmittel aus der Kühlmittelförderpumpe 5 über ein Absperrventil 17, eine Heizungsförderpumpe 16 und einen Heizungswärmetauscher 13 zur Brennkraftmaschine 11. Das Absperrventil 17 ist geschlossen, wenn keine Heizleistung angefordert wird und die Heizungsförderpumpe 16 ist vorzugsweise elektrisch angetrieben, um bei einer zu geringen Förderleistung der Kühlmittelförderpumpe 5 das Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren. Aus der Brennkraftmaschine 11 leitet ferner ein Ölkühlerkreislauf 3 Kühlmittel über den Ölkühler 14 zu einem Ölkühleranschluss im Drehschiebergehäuse. Der erste Drehschieber 6 weist eine weitere Drehschieber-Durchströmöffnung 9 auf, die in zumindest teilweise Überschneidung mit dem Ölkühleranschluss gebracht werden kann und so einen Strömungspfad von der Brennkraftmaschine 11 zur Kühlmittelförderpumpe 5 stufenlos variabel öffnet oder schließt. Der Ölkühler 14 dient dabei der Temperierung des Schmiermittels der Brennkraftmaschine 11.
Gemäß 2 ist ein Drehsteller 4 an der Außenwand der Brennkraftmaschine 11 angeordnet und umfasst ein Drehschiebergehäuse 20 mit einem ersten und einem zweiten drehbar gelagerten Drehschieber 6 und 7, die vorzugsweise als Rotationskörper mit einem Innenvolumen ausgebildet sind. Die Wandungen der Drehschieber 6 und 7 weisen Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 auf, durch welche die Drehschieber 6 und 7 mit Kühlmittel beaufschlagt werden können. An dem ersten Drehschieber 6 ist eine vorzugsweise riemengetriebene Kühlmittelförderpumpe 5 angeordnet, die mit ihrem Saugmund 18 strömungstechnisch mit dem ersten Drehschieber 6 in Verbindung steht und mit ihrem Auslass 21 strömungstechnisch mit dem zweiten Drehschieber 7 in Verbindung steht. Der erste Drehschieber 6 wird von einem Stellantrieb 19 über eine Drehachse direkt angetrieben, während der zweite Drehschieber 7 von dem ersten Drehschieber 6 antreibbar ist. An dem Drehschiebergehäuse 20 sind mehrere Anschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b und 10a angebracht, die von Kühlmittel durchströmt werden können. Durch eine Drehbewegung des ersten Drehschiebers 6 und/oder des zweiten Drehschiebers 7 können die Anschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b und/oder 10a in zumindest teilweise Überschneidung mit den entsprechenden Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und/oder 10 gebracht werden und so stufenlos variabel verschiedene Strömungspfade öffnen und schließen. Der Dreh schieben-Durchströmöffnung 8 des ersten Drehschiebers 6 ist dabei ein Bypassanschluss 8a, der von Kühlmittel aus einem Bypass 15 beaufschlagt werden kann, und ein Hauptkühleranschluss 8b, der mit Kühlmittel aus einem ersten Zweig 1a des Hauptkühlkreislaufs beaufschlagt werden kann, zugeordnet. Der weiteren Drehschieber-Durchströmöffnung 10 des ersten Drehschiebers 6 ist ein Ölkühleranschluss 10a zugeordnet, der mit Kühlmittel aus einem Ölkühlerkreislauf 3 beaufschlagbar ist. Die Drehschieber-Durchströmöffnung 9 des zweiten Drehschiebers 7 ist zwei gegenüberliegenden Anschlüssen 9a und 9b zugeordnet, die derart um den zweiten Drehschieber positioniert sind, dass stets eine gleichmäßige Überschneidung der beiden Anschlüsse 9a und 9b mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 9 vorhanden ist. Der zweite Drehschieber 7 schaltet den zweiten Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs, der von dem Auslass 21 der Kühlmittelförderpumpe 5 zur Brennkraftmaschine 11 führt und von dem stromauf des zweiten Drehschiebers 7 der Heizungskreislauf 2 abzweigt.
Gemäß 3 hat ein Drehsteller 4 ein Drehschiebergehäuse 20, in dem ein erster Drehschieber 6 und ein zweiter Drehschieber 7 drehbar gelagert sind, wobei der erste Drehschieber 6 direkt angetrieben wird und der zweite Drehschieber 7 über einen definierten Winkelbereich durch ein Zahnrad 22 mit dem ersten Drehschieber 6 wirkverbunden ist und von diesem angetrieben wird. Der zweite Drehschieber 7 hat eine Drehschieber-Durchströmöffnung 9, die mit den beiderseits des zweiten Drehschiebers 7 angeordneten Anschlüssen 9a und 9b durch eine Drehbewegung in zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden kann und so einen Strömungspfad stufenlos variabel öffnet oder schließt. Dabei strömt Kühlmittel aus der Brennkraftmaschine über den ersten Zweig 1a des Hauptkühlkreislaufs durch den ersten Drehschieber 6 und wird von einer Kühlmittelförderpumpe vor den zweiten Drehschieber 7 gefördert. Je nach Stellung des zweiten Drehschiebers 7 relativ zu den Anschlüssen 9a und 9b kann das Kühlmittel den zweiten Drehschieber 7 passieren und in einem zweiten Zweig 1b des Hauptkühlkreislaufs zurück zur Brennkraftmaschine strömen.
Gemäß 4 sind an dem ersten und dem zweiten Drehschieber radial verteilte Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 angeordnet. Durch eine Drehbewegung des ersten und/oder des zweiten Drehschiebers können an einem Drehschiebergehäuse ortsfest angeordnete Anschlüsse 8a, 8b, 9a, 9b und 10a in zumindest teilweise Überschneidung mit den zugeordneten Drehschieber-Durchströmöffnungen 8, 9 und/oder 10 gebracht werden. Dabei ist zu beachten, dass die Anschlüsse 9a und 9b derart an dem zweiten Drehschieber angeordnet sind, dass eine Verdrehung desselben zu einer gleichmäßigen Überschneidung der beiden Anschlüsse 9a und 9b mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 9 führt. Der zweite Drehschieber kann zusammen mit dem ersten Drehschieber über einem Winkelbereich α, der sich vorzugsweise zwischen 90° und 160° Verdrehung befindet, verschoben werden. Der erste Drehschieber kann sich über den Winkelbereich α hinaus von einer Ausgangslage bei 0° bis zu einer Endlage bei ca. 260° bewegen, wobei der zweite Drehschieber an einem linken oder rechten Anschlag an den Außengrenzen des Winkelbereichs α zur Anlage kommt, wenn der erste Drehschieber nicht den Winkelbereich α überstreicht. Nach dem Start der Brennkraftmaschine und unterhalb eines ersten Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur sind der erste und der zweite Drehschieber wirkverbunden, wobei der erste Drehschieber Kühlmittel aus dem Bypassanschluss 8a durchleitet und der zweite Drehschieber am rechten Anschlag des Winkelbereichs α anliegt, wo er kein Kühlmittel durchleitet. Nach dem Überschreiten des ersten Schwellwerts und unterhalb eines zweiten Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur bewegt sich der zweite Drehschieber zusammen mit dem ersten Drehschieber von dem rechten Anschlag des Winkelbereichs α weg und leitet stoßweise Kühlmittel aus dem Bypassanschluss 8a über den ersten Drehschieber durch die Anschlüsse 9a und 9b des zweiten Drehschiebers. Nach dem Überschreiten des zweiten Schwellwerts und unterhalb eines dritten Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur, wird der zweite Drehschieber zur Anlage an dem linken Anschlag des Winkelbereichs α gebracht, wodurch die Anschlüsse 9a und 9b des zweiten Drehschiebers vollständig geöffnet ist. In den ersten Drehschieber strömt dabei Kühlmittel aus dem Ölkühleranschluss 10a und dem Bypassanschluss 8a ein. Nach dem Überschreiten des dritten Schwellwerts und unterhalb eines Grenzwerts der Kühlmitteltemperatur bewegt sich der erste Drehschieber weiter in Richtung der Ausgangslage, während der zweite Drehschieber weiterhin am linken Anschlag des Winkelbereichs α anliegt. In den ersten Drehschieber strömt dabei ständig Kühlmittel aus dem Ölkühleranschluss 10a ein, wobei durch eine kontinuierliche Verschiebung des ersten Drehschiebers ein definiertes Mischungsverhältnis von Kühlmittel aus dem Bypassanschluss 8a und Kühlmittel aus dem Hauptkühleranschluss 8b eingestellt werden kann, bis eine Solltemperatur des Kühlmittels erreicht wird. In einem Nachlaufbetrieb nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine verschiebt der erste Drehschieber den zweiten Drehschieber an den rechten Anschlag des Winkelbereichs α, so dass kein Kühlmittel mehr die Anschlüsse 9a und 9b des zweiten Drehschiebers durchströmen kann. Der erste Drehschieber verdreht sich weiter in Richtung der Endlage, wodurch nur noch Kühlmittel aus dem Hauptkühleranschluss 8b durchgeleitet wird.

1: Hauptkühlkreislauf
1a: erster Zweig (des Hauptkühlkreislaufs)
1b: zweiter Zweig (des Hauptkühlkreislaufs)
2: Heizungskreislauf
3: Ölkühlerkreislauf
4: Drehsteller
5: Kühlmittelförderpumpe
6: erster Drehschieber
7: zweiter Drehschieber
8: Drehschieber-Durchströmöffnung
8a: Bypassanschluss
8b: Hauptkühleranschluss
9: Drehschieber-Durchströmöffnung
9a: Anschluss des zweiten Drehschiebers
9b: Anschluss des zweiten Drehschiebers
10: Drehschieber-Durchströmöffnung
10a: Ölkühleranschluss
11: Brennkraftmaschine
12: Hauptkühler
13: Heizungswärmetauscher
14: Ölkühler
15: Bypass
16: Heizungsförderpumpe
17: Absperrventil
18: Saugmund
19: Stellantrieb
20: Drehschiebergehäuse
21: Auslass
22: Zahnrad
α: Winkelbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60209019 T2 [0003]
- DE 10306094 A1 [0005]

Claims

Kühlmittelkreislauf, insbesondere ein mehrere Teilkreisläufe (1, 2, 3) aufweisender Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine (11) mit einem Hauptkühlkreislauf (1) und einem Heizungskreislauf (2), sowie einer an einem Drehsteller (4) angeordneten Kühlmittelförderpumpe (5), wobei der Drehsteller (4) ein Drehschiebergehäuse (20) mit mehreren von Kühlmittel durchströmbaren Anschlüssen (8a, 8b, 9a, 9b, 10a), sowie einen ersten (6) und mindestens einen zweiten (7) drehbar in dem Drehschiebergehäuse (20) gelagerten Drehschieber mit jeweils mindestens einer einen Strömungspfad bildenden Drehschieber-Durchströmöffnung (8, 9, 10) umfasst und wobei die Anschlüsse (8a, 8b, 9a, 9b, 10a) durch eine Drehbewegung des jeweiligen Drehschiebers (6, 7) in zumindest teilweise Überschneidung mit den Drehschieber-Durchströmöffnungen (8, 9, 10) gebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Brennkraftmaschine (11) über einen Hauptkühler (12) zu einem Hauptkühleranschluss (8b) des ersten Drehschiebers führender erster Zweig (1a) des Hauptkühlkreislaufs (1) von dem ersten Drehschieber (6) schaltbar ist und dass ein von einem Auslass (21) der Kühlmittelförderpumpe (5) zur Brennkraftmaschine (11) führender zweiter Zweig (1b) des Hauptkühlkreislaufs (1) vom dem zweiten Drehschieber (7) schaltbar ist.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungskreislauf (2) stromauf des zweiten Drehschiebers (7) aus dem zweiten Zweig (1b) des Hauptkühlkreislaufs (1) abzweigt und Kühlmittel über einen Heizungswärmetauscher (13) zur Brennkraftmaschine (11) führt.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten Zweig (1a) des Hauptkühlkreislaufs (1) stromab der Brennkraftmaschine (11) ein Bypass (15) zu einem Bypassanschluss (8a) des ersten Drehschiebers (6) abzweigt, wobei der erste Drehschieber (6) den Bypass (15) schaltet.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ölkühlerkreislauf (3) Kühlmittel von der Brennkraftmaschine (11) über einen Ölkühler (14) zu einem Ölkühleranschluss (10a) des ersten Drehschiebers (6) führt, wobei der erste Drehschieber (6) den Ölkühlerkreislauf (3) schaltet.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start der Brennkraftmaschine (11) und/oder unterhalb eines ersten Schwellwerts der Kühlmitteltemperatur der zweite Drehschieber (7) den zweiten Zweig (1b) des Hauptkühlkreislaufs (1) schließt.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem zweiten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber (6) den Bypass (15) öffnet und der zweite Drehschieber (7) den zweiten Zweig (1b) des Hauptkühlkreislaufs (1) intervallartig öffnet und schließt.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem dritten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber (6) den Bypass (15) und den Ölkühlerkreislauf (3) öffnet und der zweite Drehschieber (7) den zweiten Zweig (1b) des Hauptkühlkreislaufs (1) öffnet.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem dritten Schwellwert der Kühlmitteltemperatur und einem Grenzwert der Kühlmitteltemperatur der erste Drehschieber (6) den Ölkühlerkreislauf (3) öffnet, sowie den ersten Zweig (1a) des Hauptkühlkreislaufs (1) und den Bypass (15), zur Erreichung eines Sollwerts der Kühlmitteltemperatur, intervallartig öffnet und schließt und der zweite Drehschieber (7) den zweiten Zweig (1b) des Hauptkühlkreislaufs (1) öffnet.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmitteltemperatur im ersten Zweig (1a) stromab der Brennkraftmaschine (11) ermittelt wird.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Nachlaufbetrieb nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (11) der erste Drehschieber (6) den ersten Zweig (1a) des Hauptkühlkreislaufs (1) öffnet und den Bypass (15) schließt und der zweite Drehschieber (7) den zweiten Zweig (1b) des Hauptkühlkreislaufs (1) schließt.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Nachlaufbetriebs eine in dem Heizungskreislauf (3) angeordnete Heizungsförderpumpe (16) das Kühlmittel umwälzt.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizungskreislauf (3), insbesondere stromauf der Heizungsförderpumpe (16), ein Absperrventil (17) angeordnet ist, welches im Nachlaufbetrieb geöffnet ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehschieber (6) koaxial zum Saugmund (18) der Kühlmittelförderpumpe (5) angeordnet ist und der zweite Drehschieber (7) achsparallel zum Saugmund (18) der Kühlmittelförderpumpe (5) angeordnet ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehschieber (6) von einem Stellantrieb (19) antreibbar ist und dass der zweite Drehschieber (7) über mindestens einen Winkelbereich (α) mit dem ersten Drehschieber (6) wirkverbunden ist, wobei der zweite Drehschieber (7) vom ersten Drehschieber (6) angetrieben wird.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich (α) von Anschlägen begrenzt ist, an denen der zweite Drehschieber (7) zur Anlage kommt, wenn dieser nicht mit dem ersten Drehschieber (6) wirkverbunden ist.