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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkühlvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2008 019 227 A1 ist bereits eine Kraftfahrzeugkühlvorrichtung, insbesondere eine Kraftfahrzeugantriebskühlvorrichtung, mit wenigstens einem Kühlkreislauf, die zumindest einen Kühlmittelausgleichsbehälter aufweist, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen vorteilhaften kleinen Bauraum zu erreichen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Kraftfahrzeugkühlvorrichtung, insbesondere einer Kraftfahrzeugantriebskühlvorrichtung, mit wenigstens einem Kühlkreislauf, der zumindest einen Kühlmittelausgleichsbehälter aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Kraftfahrzeugkühlvorrichtung eine Sicherheitsvorrichtung aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen in dem Kühlmittelausgleichsbehälter herrschenden Überdruck in einen Behälter abzuführen. Dadurch kann der Kühlmittelausgleichsbehälter klein ausgestaltet werden, ohne dass ein Kühlmittelverlust erfolgt. Ebenso bleibt insbesondere auch eine Sicherheit der Kraftfahrzeugkühlvorrichtung unbeeinträchtigt. Insbesondere kann trotz eines kleinen Kühlmittelausgleichsbehälters ein Austritt von Kühlmittel in einen Freiraum und somit der unnötige Kühlmittelverlust sowie eine dadurch bedingte Gefährdung eines Bedieners vermieden werden. Durch einen klein ausgestalteten Kühlmittelausgleichsbehälter kann ein Bauraum für den Kühlmittelausgleichsbehälter vorteilhaft klein gehalten werden. Eine Halbierung von heute üblichen Behältergrößen ist dadurch möglich. Unter „klein ausgestaltet” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter ein Volumen von 400% des Mindestvolumens einschließt, wobei der Kühlmittelausgleichsbehälter in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Volumen von 300% und in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ein Volumen von 250% des Mindestvolumens einschließt. Unter einem „Mindestvolumen” soll dabei insbesondere ein Mindestvolumen an Kühlmittel verstanden werden, das ständig in dem Kühlmittelausgleichsbehälter vorhanden sein muss, um einen sicheren Betrieb der Kraftfahrzeugkühlvorrichtung zu garantieren. Dabei ist das Mindestvolumen abhängig von einer Geometrie des Kühlmittelausgleichsbehälters und einem Gesamtkühlmittelvolumen in dem gesamten Kühlkreislauf. Das Mindestvolumen beträgt vorzugsweise zwischen 1 Liter und 5 Liter und besonders bevorzugt zwischen 2 Liter und 4 Liter. Unter einer „Sicherheitsvorrichtung” soll dabei insbesondere eine Abblasvorrichtung verstanden werden, die vorzugsweise ein Überdruckventil aufweist, das an dem Kühlmittelausgleichsbehälter angebracht ist. Dabei ist das Überdruckventil dazu vorgesehen, bei einem zu hohen Druck den Kühlmittelausgleichsbehälter zu öffnen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Behälter als ein Kühlmittelnachfüllbehälter ausgebildet ist, der für eine manuelle Befüllung des Kühlkreislaufs mit einem Kühlmittel vorgesehen ist. Zusätzliche Bauteile können vermieden und es kann weiter Bauraum eingespart werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Kühlmittelausgleichsbehälter eine Abflusseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Füllstand in dem Kühlmittelausgleichsbehälter auf ein definiertes Maximum zu begrenzen. Dadurch kann eine Überfüllung des Kühlmittelausgleichsbehälters vorteilhaft verhindert werden. Unter einer „Abflusseinheit” soll hier insbesondere ein Überlauf verstanden werden, bei dem das Kühlmittel ab einem bestimmten Füllstand in dem Kühlmittelausgleichsbehälter ablaufen kann. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Abflusseinheit als eine Pumpeinheit ausgebildet ist, die Kühlmittel ab einem bestimmten Füllstand aus dem Kühlmittelausgleichsbehälter absaugt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Die 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkühlvorrichtung in einem schematisch angedeuteten Kraftfahrzeug 18. Die Kraftfahrzeugkühlmittelvorrichtung weist eine Kühleinheit 19 auf. Die Kühleinheit 19 ist dazu vorgesehen, zumindest eine nicht näher dargestellte Kraftfahrzeugantriebsmaschine zu kühlen. Dazu weist die Kühleinheit 19 einen Kühlkreislauf 11 auf. Der Kühlkreislauf 11 leitet ein Kühlmittel 16, das zum Wärmetransport vorgesehen ist. Dazu weist der Kühlkreislauf 11 mehrere Leitungen auf. Das Kühlmittel 16 ist als ein Kühlwasser ausgebildet. Das Kühlmittel 16 wird mittels des Kühlkreislaufs 11 der Kraftfahrzeugantriebsmaschine zugeführt und führt Wärme, die bei einem Betrieb der Kraftfahrzeugantriebsmaschine entsteht, ab.
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Die Kühleinheit 19 weist zumindest eine integrierte Kühlmittelpumpe 20 auf, die von der Kraftfahrzeugantriebsmaschine, beispielsweise über einen Keilriemen, angetrieben wird. Die Kühlmittelpumpe 20 fördert das Kühlmittel 16 durch die Kühleinheit 19. Die Kühleinheit 19 weist nicht näher dargestellte Kühlelemente auf, die beispielsweise als Kühlrippen ausgebildet sein können, die von der Kraftfahrzeugantriebsmaschine abgeführte Wärme an eine Umgebungsluft abgeben. Dazu wird das Kühlmittel 16 erst an der Kraftfahrzeugantriebsmaschine vorbeigeleitet, wo das Kühlmittel 16 die Wärme aufnimmt und dann den Kühlelementen zugeführt, wo das Kühlmittel 16 die Wärme an die Umgebungsluft abgibt.
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Die Kraftfahrzeugkühlvorrichtung weist einen Kühlmittelausgleichsbehälter 12 auf. Der Kühlmittelausgleichsbehälter 12 ist in dem Kühlkreislauf 11 angeordnet. Der Kühlkreislauf 11 weist eine Füll- und Ausgleichsleitung 21 auf. Die Füll- und Ausgleichsleitung 21 verbindet den Kühlmittelausgleichsbehälter 12 mit der Kühleinheit 19. Die Füll- und Ausgleichsleitung 21 ist unmittelbar vor der Kühlmittelpumpe 20 an die Kühleinheit 19 angeschlossen.
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Der Kühlmittelausgleichsbehälter 12 ist in einer höheren Lage als die Kühleinheit 19 angeordnet. Der Kühlmittelausgleichsbehälter 12 ist in einem Dachbereich des Kraftfahrzeugs 18 angebracht. Der Kühlmittelausgleichsbehälter 12 stellt ein Volumen 22 zur Verfügung, durch das Volumenschwankungen durch Temperatur bedingte Volumenänderungen des Kühlmittels 16 kompensiert werden können.
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Zum Abführen von überschüssigem Kühlmittel 16 weist der Kühlmittelausgleichsbehälter 12 eine Abflusseinheit 17 auf. Die Abflusseinheit 17 ist als eine Überlaufleitung 23 ausgebildet. Die Überlaufleitung 23 begrenzt einen maximalen Kühlmittelfüllstand in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12. Kühlmittel 16, das über den maximalen Füllstand hinausgeht, fließt über die Überlaufleitung 23 ab. Des Weiteren weist der Kühlmittelausgleichsbehälter 12 einen Befüllungsstutzen 38 auf. Der Befüllungsstutzen 38 ist verschließbar und für eine direkte, manuelle Befüllung des Kühlmittelausgleichsbehälters 12 vorgesehen.
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Die Kraftfahrzeugkühlvorrichtung weist weiter einen Kühlmittelnachfüllbehälter 15 auf. Der Kühlmittelnachfüllbehälter 15 ist in dem Kühlkreislauf 11 angeordnet. Der Kühlmittelnachfüllbehälter 15 ist an einem gut zugänglichen Ort in dem Kraftfahrzeug 18, beispielsweise einem Wartungsbereich des Kraftfahrzeugs 18, angeordnet. Für eine manuelle Befüllung des Kühlmittelnachfüllbehälters 15 weist der Kühlmittelnachfüllbehälter 15 eine Einfüllvorrichtung 24 auf. Die Einfüllvorrichtung 24 ist als ein verschließbarer Befüllungsstutzen ausgebildet, über den das Kühlmittel 16 manuell nachgefüllt werden kann.
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Der Kühlkreislauf 11 weist eine Rückführleitung 25 auf. Die Rückführleitung 25 verbindet den Kühlmittelausgleichsbehälter 12 mit dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15. Die Rückführleitung 25 ist an die Überlaufleitung 23 des Kühlmittelausgleichsbehälters 12 angeschlossen. Der Kühlkreislauf 11 weist weiter ein schaltbares Magnetventil 26 auf, das in der Rückführleitung 25 angeordnet ist. Durch das Magnetventil 26 können der Kühlmittelausgleichsbehälter 12 und der Kühlmittelnachfüllbehälter 15 strömungstechnisch miteinander verbunden oder strömungstechnisch voneinander getrennt werden. Dadurch findet bei geöffnetem Magnetventil 26 über die Rückführleitung 25 ein Druckausgleich zwischen Kühlmittelausgleichsbehälter 12 und Kühlmittelnachfüllbehälter 15 statt. Bei geschlossenem Magnetventil 26 wird ein Druckausgleich zwischen dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 und dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15 über die Rückführleitung 25 verhindert.
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Des Weiteren weist die Kraftfahrzeugkühlvorrichtung eine Sicherheitsvorrichtung 13 auf. Die Sicherheitsvorrichtung 13 führt einen in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 herrschenden Überdruck in den Kühlmittelnachfüllbehälter 15 ab. Dazu umfasst die Sicherheitsvorrichtung 13 ein Überdruckventil 27. Das Überdruckventil 27 ist an dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 angebracht. Das Überdruckventil 27 begrenzt einen Druck im Inneren des Kühlmittelausgleichsbehälters 12 auf einen definierten zulässigen Maximaldruck. Der zulässige Maximaldruck in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 beträgt dabei zumindest 1,1 bar, wobei der zulässige Maximaldruck in einer vorteilhaften Ausgestaltung zumindest 1,2 bar und in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung zumindest 1,4 bar beträgt. Die Sicherheitsvorrichtung 13 weist weiter eine Sicherheitsleitung 28 auf. Die Sicherheitsleitung 28 verbindet das Überdruckventil 27 mit der Rückführleitung 25. Dadurch kann der Überdruck in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 über die Sicherheitsvorrichtung 13 in den Kühlmittelnachfüllbehälter 15 abgeführt werden. Dabei kann sowohl Luft als auch Kühlmittel 16 über die Sicherheitsleitung 28 in den Kühlmittelnachfüllbehälter 15 abgeführt werden.
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Die Kraftfahrzeugkühlvorrichtung weist weiter eine Pumpvorrichtung 29 auf. Die Pumpvorrichtung 29 ist als eine Elektrowasserpumpe ausgebildet. Der Kühlkreislauf 11 weist eine Versorgungsleitung 30 auf, in der die Pumpvorrichtung 29 angeordnet ist. Die Versorgungsleitung 30 verbindet den Kühlmittelnachfüllbehälter 15 mit der Kühleinheit 19. Die Pumpvorrichtung 29 pumpt das Kühlmittel 16 über die Versorgungsleitung 30 aus dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15 in die Kühleinheit 19 und somit über die Füll- und Ausgleichsleitung 21 in den Kühlmittelausgleichsbehälter 12. Der Kühlkreislauf 11 weist ein weiteres zweites Magnetventil 31 auf. Das Magnetventil 31 ist zwischen der Pumpvorrichtung 29 und der Kühleinheit 19 in der Versorgungsleitung 30 angeordnet. Durch das Magnetventil 31 können die Kühleinheit 19 und der Kühlmittelnachfüllbehälter 15 strömungstechnisch miteinander verbunden oder strömungstechnisch voneinander getrennt werden. Dadurch kann bei geöffnetem Magnetventil 31 über die Versorgungsleitung 30 Kühlmittel 16 von dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15 in die Kühleinheit 19 gepumpt werden. Bei geschlossenem Magnetventil 31 wird ein Druckausgleich zwischen der Kühleinheit 19 und dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15 über die Versorgungsleitung 30 verhindert. Grundsätzlich kann die Pumpvorrichtung 29 auch als eine selbstsperrende Pumpe ausgebildet sein, wodurch auf das zweite Magnetventil 31 verzichtet werden kann.
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Um eine Gefährdung der Pumpvorrichtung 29 und der Kühleinheit 19 durch verschmutztes Kühlmittel 16 zu vermeiden, weist die Kraftfahrzeugkühlvorrichtung weiter eine Filtereinheit 32 auf. Die Filtereinheit 32 ist dazu in der Versorgungsleitung 30 angebracht. Die Filtereinheit 32 ist zwischen dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15 und der Pumpvorrichtung 29 angeordnet.
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Die Kraftfahrzeugkühlvorrichtung weist weiter eine Kontrolleinheit 33 auf. Die Kontrolleinheit 33 weist eine Sensoreinheit 34 auf, die in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 angeordnet ist. Die Sensoreinheit 34 ist als ein Füllstandsensor ausgebildet und erfasst einen Kühlmittelfüllstand in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12. Die Kontrolleinheit 33 weist eine zweite Sensoreinheit 35 auf, die in dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15 angeordnet ist. Die Sensoreinheit 35 ist als ein Füllstandsensor ausgebildet und erfasst einen Kühlmittelfüllstand in dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15. Zur Auswertung der Kühlmittelfüllstände in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 und dem Kühlmittelnachfüllbehälter 15 umfasst die Kontrolleinheit 33 eine Steuer- und Regeleinheit 36.
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Die Kontrolleinheit 33 überwacht ständig den Kühlmittelfüllstand in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12. Die Steuer- und Regeleinheit 36 regelt abhängig von dem Kühlmittelfüllstand in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 die Pumpvorrichtung 29 und die Magnetventile 26, 31. Bei einem zu niedrigen Kühlmittelfüllstand in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 fördert die Pumpvorrichtung 29 Kühlmittel 16 in die Kühleinheit 19 nach.
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Die Kontrolleinheit 33 weist weiter ein nicht dargestelltes Anzeigeelement auf, das in dem Kraftfahrzeug 18 an einer für einen Fahrer gut einzusehenden Stelle, beispielsweise in einem Kraftfahrzeugcockpit, angeordnet ist. Die Kontrolleinheit 33 gibt Signale an das Anzeigeelement weiter, um beispielsweise bei einem zu geringen Kühlmittelfüllstand in dem Kühlmittenachfüllbehälter 15 ein Warnsignal an den Fahrer auszugeben. Die Kontrolleinheit 33 umfasst weiter eine Diagnosefunktion. Die Diagnosefunktion überwacht eine Funktion der Pumpvorrichtung 29 und der Magnetventile 26, 31. Bei einem Ausfall der Pumpvorrichtung 29 und/oder der Magnetventile 26, 31 gibt die Kontrolleinheit 33 ein Warnsignal an das Anzeigeelement weiter, um einen Fahrer auf den Ausfall aufmerksam zu machen.
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Außerdem umfasst die Kontrolleinheit 33 einen Drucksensor 37. Der Drucksensor 37 ist in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 angeordnet. In dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 erfasst der Drucksensor 37 einen Druckparameter. Die Steuer- und Regeleinheit 36 ermittelt aus dem Druckparameter den in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 herrschenden Druck. Erkennt die Steuer- und Regeleinheit 36 einen zu geringen Kühlmittelbetriebsdruck, so wird mittels der Pumpvorrichtung 29 Kühlmittel 16 in die Kühleinheit 19 und den Kühlmittelausgleichsbehälter 12 nachgefördert. Grundsätzlich kann der Drucksensor 37 beispielsweise auch in der Überlaufleitung 23 vor dem Magnetventil 26 oder an einer anderen dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Stelle angeordnet sein.
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In einem normalen Betriebszustand der Kraftfahrzeugkühlvorrichtung sind beide Magnetventile 26, 31 geschlossen. Dadurch wird ein Betriebsdruck im Inneren der Kühleinheit 19 und des Kühlmittelausgleichsbehälters 12 aufgebaut und aufrecht erhalten. Überschreitet der Druck in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 12 den zulässigen Maximaldruck, wird selbsttätig Druck über die Sicherheitsvorrichtung 13 in den Kühlmittelausgleichsbehälter 15 abgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008019227 A1 [0002]
