DE102011016793A1

DE102011016793A1 - Verfahren zum Betrieb einer Wärmetauscheranordnung in einem Kraftfahrzeug und Wärmetauscheranordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011016793A1
Application number: DE201110016793
Authority: DE
Inventors: Joerg Herrmann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmetauscheranordnung (2) in einem Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf (8) für Motorkühlmittel, in dem ein erster Wärmetauscher (16) zum Abkühlen des Motorkühlmittels und ein zweiter Wärmetauscher (22) zum Warmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und einem Getriebefluid angeordnet sind. Darüber hinaus betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Wärmetauscheranordnung (2), die einen Kühlmittelkreislauf (8) für ein Motorkühlmittel aufweist, in dem ein erster Wärmetauscher (16) zum Abkühlen des Motorkühlmittels, ein zweiter Wärmetauscher (22) zum Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und einem Getriebefluid und ein einem Fahrzeugmotor (4) zugeordnetes Kühlmittelreservoir (6) angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Das technische Gebiet betrifft Verfahren zum Betrieb einer Wärmetauscheranordnung in einem Kraftfahrzeug sowie Wärmetauscheranordnungen für ein Kraftfahrzeug.
Hintergrund
Aus der Praxis sind Wärmetauscheranordnungen innerhalb von Kraftfahrzeugen bekannt, die einen Kühlmittelkreislauf für Motorkühlmittel aufweisen, in dem ein erster Wärmetauscher und ein auf den ersten Wärmetauscher folgender zweiter Wärmetauscher vorgesehen sind. Während der erste Wärmetauscher dem Abkühlen des aus dem Fahrzeugmotor austretenden und aufgeheizten Motorkühlmittels dient, dient der auf den ersten Wärmetauscher folgende zweite Wärmetauscher der Abkühlung eines Getriebefluides mit Hilfe des bereits im ersten Wärmetauscher abgekühlten Motorkühlmittels. Mit anderen Worten findet im zweiten Wärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebefluid unter Abkühlung des Getriebefluids statt. Das aus dem zweiten Wärmetauscher austretende Motorkühlmittel wird wiederum zum Fahrzeugmotor zurückgeführt, um dessen Kühlung zu bewirken und den Kühlmittelkreislauf zu schließen. Durch das Abkühlen des Getriebefluids, also beispielsweise des Getriebeöls, soll eine Beschädigung des Getriebes verhindert werden, die auf ein Überhitzen zurückzuführen wäre.
Die vorangehend beschriebenen, bekannten Wärmetauscheranordnungen haben sich bewährt, sind jedoch insofern von Nachteil, als dass diese bei geringen Eingangsgeschwindigkeiten oder -momenten an dem Getriebe zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmetauscheranordnung in einem Kraftfahrzeug anzugeben, das geeignet ist, den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs gering zu halten. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscheranordnung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die einen niedrigen Kraftstoffverbrauch sicherstellt.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 6 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient dem Betrieb einer Wärmetauscheranordnung in einem Kraftfahrzeug, wobei die durch das Verfahren zu betreibende Wärmetauscheranordnung einen ersten Kühlmittelkreislauf für Motorkühlmittel aufweist, in dem ein erster Wärmetauscher zum Abkühlen des Motorkühlmittels und ein zweiter Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und einem Getriebefluid angeordnet sind. Bei dem Motorkühlmittel handelt es sich vorzugsweise um Motorkühlwasser, während das Getriebefluid vorzugsweise ein Getriebeöl ist. Es ist bei dieser Ausführungsform ferner bevorzugt, wenn das Getriebefluid selbst in einem Getriebefluidkreislauf geführt ist, in dem unter anderem der zweite Warmetauscher angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird die Fluidtemperatur des Getriebefluids direkt oder indirekt ermittelt. Bei einer direkten Ermittlung kann die Fluidtemperatur beispielsweise durch eine Temperaturmessung innerhalb des Getriebefluids ermittelt werden, während bei einer indirekten Ermittlung der Fluidtemperatur auch andere physikalische Größen ermittelt werden können, die zumindest Rückschlüsse auf die Fluidtemperatur des Getriebefluids zulassen oder repräsentativ für die Größe der Fluidtemperatur sind. Bei dieser anderen physikalischen Größe kann es sich beispielsweise um die Eingangsgeschwindigkeit oder das Eingangsmoment an dem Getriebe handeln, anhand dessen – gegebenenfalls in Kombination mit anderen physikalischen Größen – Rückschlüsse auf die Fluidtemperatur des Getriebefluids möglich sind. Anschließend wird die Fluidtemperatur des Getriebefluids mit einem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert verglichen. Ist die Fluidtemperatur größer als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert, so wird die Wärmetauscheranordnung in einem ersten Modus betrieben. In dem ersten Modus wird das Motorkühlmittel zunächst durch den ersten Wärmetauscher und anschließend durch den zweiten Wärmetauscher geleitet. Dies hat zur Folge, dass das von dem Fahrzeugmotor ausgestoßene, aufgeheizte Motorkühlmittel im ersten Wärmetauscher abgekühlt wird und im darauf folgenden zweiten Wärmetauscher eine Abkühlung des ohnehin schon relativ stark aufgeheizten Getriebefluids bewirkt. Man kann bei dem ersten Modus mithin auch vom normalen Betriebsmodus oder Normalmodus sprechen. Sind die Eingangsmomente oder Eingangsdrehzahlen an dem Getriebe jedoch relativ klein oder/und sind die Außentemperaturen relativ gering, so wäre auch die Fluidtemperatur des Getriebefluids niedrig. Eine geringe Fluidtemperatur hat jedoch den Nachteil, dass der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs erhöht würde. Würde die Wärmetauscheranordnung hier weiterhin im ersten Modus betrieben werden, so würde ein weiteres Abkühlen des Getriebefluids durch den zweiten Wärmetauscher diesen Effekt noch verstärken. Um dies zu verhindern und damit den Kraftstoffverbrauch weiterhin gering zu halten, wird die Wärmetauscheranordnung bei dieser Ausführungsform des Verfahrens in einem zweiten Modus betrieben, wenn die ermittelte Fluidtemperatur des Getriebefluids gleich dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert oder kleiner als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist. Im zweiten Modus der Wärmetauscheranordnung wird das Motorkühlmittel zunächst vollständig oder zumindest teilweise unter Erhöhung der Fluidtemperatur des Getriebefluids durch den zweiten Wärmetauscher und somit nicht mehr oder zumindest nicht mehr vollständig zuerst durch den ersten Wärmetauscher geleitet. Dies hat zur Folge, dass das aus dem Fahrzeugmotor austretende und aufgeheizte Motorkühlmittel auf relativ direktem Wege und weitgehend ungekühlt in den zweiten Wärmetauscher gelangen kann, wo es infolgedessen nicht mehr eine Kühlung, sondern vielmehr eine Erwärmung des ohnehin zu kalten Getriebefluids bewirkt. Erst anschließend wird das Motorkühlmittel durch den ersten Wärmetauscher geleitet oder gar unter vollständiger oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers weitergeleitet, um den ersten Kühlmittelkreislauf zu schließen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Strömungsrichtung des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes umgekehrt, um vom ersten Modus in den zweiten Modus zu gelangen. Ein erneutes Umkehren der Strömungsrichtung des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes bewirkt wiederum, dass man von dem zweiten Modus wieder in den ersten Modus zurückgelangt. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders einfach durchführbar, zumal die konstruktive Umsetzung vereinfacht ist und überdies lediglich geringfügige Modifikationen am Aufbau der Wärmetauscheranordnung vorgenommen werden müssen. Hierbei ist es bevorzugt, wenn eine Kühlmittelpumpe zum Einsatz kommt, die im Betrieb die Strömungsrichtung des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes vorgibt und deren Pumprichtung verändert wird, um zwischen dem ersten und zweiten Modus hin und her zu schalten.
Bei einem Neustart des Fahrzeugmotors oder/und besonders geringen Außentemperaturen ist es hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und des Verschleißes an den Motorbauteilen von Vorteil, wenn der Fahrzeugmotor relativ schnell auf die optimale Betriebstemperatur gebracht wird. Um dies auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu realisieren, wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kühlmitteltemperatur des Motorkühlmittels ermittelt, wobei dies vorzugsweise an einer vorbestimmten Messstelle erfolgt. Anschließend wird die Kühlmitteltemperatur mit einem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert verglichen. Entspricht die Kühlmitteltemperatur dem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert oder ist die Kühlmitteltemperatur geringer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert, so wird der erste Kühlmittelkreislauf gesperrt. Mithin kann das Motorkühlmittel nicht durch den ersten Wärmetauscher abgekühlt werden, was eine Erwärmung des Fahrzeugmotors zur Folge hat, so dass der Fahrzeugmotor besonders schnell auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann. Ist diese vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht, so führt der Vergleich der Kühlmitteltemperatur mit dem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert dazu, dass die Kühlmitteltemperatur größer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, woraufhin der erste Kühlmittelkreislauf geöffnet wird, so dass der erste Wärmetauscher wiederum eine Kühlung des Motorkühlmittels bewirken kann und die Betriebstemperatur des Fahrzeugmotors nicht weiter oder nur begrenzt ansteigt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das im zweiten Modus aus dem zweiten Wärmetauscher austretende Motorkühlmittel unter Umgehung der zuvor erwähnten Sperrung des ersten Kühlmittelkreislaufes, vorzugsweise auch unter Umgehung der Messstelle, an der die Kühlmitteltemperatur des Motorkühlmittels bestimmt wird, weitergeleitet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Wärmetauscheranordnung im zweiten Modus auch dann einen Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und dem Getriebefluid, vorzugsweise ein Aufwärmen des Getriebefluids, mit Hilfe des zweiten Wärmetauschers bewirken kann, wenn der erste Kühlmittelkreislauf gesperrt ist. Auf diese Weise kann bei dieser Ausführungsform des Verfahrens einerseits der Fahrzeugmotor auf Betriebstemperatur gebracht werden und andererseits gleichzeitig das Getriebefluid mit Hilfe des zweiten Wärmetauschers erwärmt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die ergänzend oder alternativ zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform einsetzbar ist, wird das im zweiten Modus aus dem zweiten Wärmetauscher austretende Motorkühlmittel unter Umgehung des ersten Wärmetauschers weitergeleitet. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Wechsel zwischen den Betriebsmodi durch eine Umkehr der Strömungsrichtung des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes bewirkt wird, wobei auch bei dieser Ausführungsform einerseits ein besonders schnelles Aufwärmen des Fahrzeugmotors durch geringfügige Kuhlung durch das Motorkühlmittel und andererseits ein sicheres Erwärmen des Getriebefluids über den zweiten Wärmetauscher erfolgen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur und zur Sperrung oder Öffnung des ersten Kühlmittelkreislaufes ein Thermostat in dem ersten Kühlmittelkreislauf verwendet.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung für ein Kraftfahrzeug weist einen ersten Kühlmittelkreislauf auf, in dem Motorkühlmittel zirkulieren kann, wobei es sich bei dem Motorkühlmittel vorzugsweise um Motorkühlwasser handelt. In dem ersten Kühlmittelkreislauf sind ein erster Wärmetauscher, ein zweiter Wärmetauscher und ein Kühlmittelreservoir angeordnet. Der erste Wärmetauscher dient dem Abkühlen des Motorkühlmittels, während der zweite Wärmetauscher dem Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und einem Getriebefluid dient. Bei dem Getriebefluid handelt es sich vorzugsweise um ein Getriebeöl. Das Kühlmittelreservoir ist dem Fahrzeugmotor zugeordnet und nimmt das Motorkühlmittel derart auf, dass ein Wärmeaustausch zwischen den erhitzten Teilen des Fahrzeugmotors und dem Motorkühlmittel stattfinden kann, mithin kann das Kühlmittelreservoir in Verbindung mit dem Fahrzeugmotor grundsätzlich ebenfalls als Wärmetauscher angesehen werden. Die Wärmetauscheranordnung ist derart ausgebildet, dass diese in einem ersten Modus und in einem zweiten Modus betrieben werden kann. In dem ersten Modus wird das Motorkühlmittel vom Kühlmittelreservoir zunächst durch den ersten Wärmetauscher und anschließend durch den zweiten Wärmetauscher geleitet. In dem zweiten Modus wird das Motorkühlmittel hingegen vom Kühlmittelreservoir zunächst vollständig oder zumindest teilweise unter Erhöhung der Fluidtemperatur des Getriebefluids durch den zweiten Wärmetauscher und anschließend durch den ersten Wärmetauscher geleitet, alternativ wird das Motorkühlmittel anschließend unter vollständiger oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers zu dem Kühlmittelreservoir weitergeleitet. Wie bereits unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren dargelegt, ermöglicht diese Ausführungsform der Wärmetauscheranordnung eine gezielte Erhöhung der Fluidtemperatur des Getriebefluids, wenn die Wärmetauscheranordnung im zweiten Modus betrieben wird. Auf diese Weise wird eine zu geringe Temperatur des Getriebefluids und ein damit einhergehender erhöhter Kraftstoffverbrauch verhindert. Hinsichtlich der weiteren Vorteile dieser Ausführungsform und der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung sei auch auf die Vorteile verwiesen, die vorangehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden und hier entsprechend gelten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ist eine erste Ermittlungseinrichtung zum direkten oder indirekten Ermitteln der Fluidtemperatur des Getriebefluids vorgesehen. Hinsichtlich der Bedeutung einer direkten oder indirekten Ermittlung der Fluidtemperatur des Getriebefluids sei auch auf die vorangehenden Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten. Es ist ferner eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Wärmetauscheranordnung vorgesehen. Die erste Ermittlungseinrichtung wirkt dabei derart mit der Steuereinrichtung zusammen, dass die Wärmetauscheranordnung in dem ersten Modus betrieben wird, wenn die Fluidtemperatur größer als ein erster vorbestimmter Temperaturgrenzwert ist, und in dem zweiten Modus betrieben wird, wenn die Fluidtemperatur gleich dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert oder kleiner als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Getriebefluid also nur dann gezielt im zweiten Wärmetauscher erwärmt oder aufgeheizt, wenn die Fluidtemperatur dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert entspricht oder kleiner als dieser ist. Im umgekehrten Fall, also beim Betrieb der Wärmetauscheranordnung im ersten Modus, kann der zweite Wärmetauscher hingegen eine Abkühlung des Getriebefluids bewirken, wie dies in herkommlichen Wärmetauscheranordnungen der Fall ist, um hitzebedingte Schäden an dem Getriebe zu vermeiden.
Um die Warmetauscheranordnung in dem zuvor erwähnten zweiten Modus betreiben zu können, ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung eine erste Umgehungsleitung vorgesehen, die unter Umgehung des ersten Wärmetauschers einerseits in den ersten Kühlmittelkreislauf zwischen dem Kühlmittelreservoir und dem ersten Wärmetauscher und andererseits in den zweiten Wärmetauscher mündet. Man kann bei der ersten Umgehungsleitung auch von einer Bypassleitung sprechen. Um den Kühlmittelstrom, also den Strom des Motorkühlmittels, durch die Umgehungsleitung steuern zu können und somit zwischen den zuvor genannten beiden Betriebsmodi wechseln zu können, ist mindestens eine erste Ventileinrichtung zur Steuerung des Kühlmittelstromes durch die Umgehungsleitung vorgesehen. Um dabei eine größtmögliche Flexibilität zu haben, ist die erste Ventileinrichtung vorzugsweise derart ansteuerbar, dass das Motorkühlmittel vollständig, teilweise oder nicht durch die erste Umgehungsleitung geführt oder geleitet werden kann. Um eine derartige Ansteuerbarkeit zu erzielen, sind unterschiedliche Ventilarten denkbar, es ist bei dieser Ausführungsform jedoch besonders bevorzugt, wenn die erste Ventileinrichtung ein Sperrventil, ein Bypassventil oder/und ein Mischventil aufweist.
Um ein starkes Abkühlen des Motorkühlmittels in einer Aufwärmphase des Fahrzeugmotors zu vermeiden, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung eine zweite Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur des Motorkühlmittels vorgesehen, wobei die Ermittlung der Kühlmitteltemperatur vorzugsweise an einer vorbestimmten Messstelle durchführbar ist. Daruber hinaus ist eine zweite Ventileinrichtung vorgesehen, die mit der zweiten Ermittlungseinrichtung zusammenwirkt. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die zweite Ermittlungseinrichtung und die zweite Ventileinrichtung als Teil eines Thermostats ausgebildet sind, so dass beide ein zusammenhängendes Bauteil oder Modul ausbilden. Bei dieser Ausführungsform wirkt die zweite Ventileinrichtung derart mit der zweiten Ermittlungseinrichtung zusammen, dass der erste Kühlmittelkreislauf durch die zweite Ventileinrichtung gesperrt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur einem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert entspricht oder geringer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, und durch die zweite Ventileinrichtung geöffnet wird, wenn die Kühlmitteltemperatur größer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Warmetauscheranordnung kann die erste Ventileinrichtung derart angesteuert werden, dass die Wärmetauscheranordnung entweder im ersten oder im zweiten Modus betrieben wird. In dem zweiten, Modus ist das Motorkühlmittel vom Kühlmittelreservoir über die Umgehungsleitung unter vollständiger oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers durch den zweiten Wärmetauscher leitbar und kann anschließend zu dem Kühlmittelreservoir weitergeleitet werden. Um sicherzustellen, dass das zuvor erwähnte Öffnen und Sperren des ersten Kühlmittelkreislaufes unabhängig von dem Erwärmen oder Abkühlen des Getriebefluids mit Hilfe des zweiten Wärmetauschers erfolgen kann und umgekehrt, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung eine zweite Umgehungsleitung vorgesehen, die auch als Bypassleitung bezeichnet werden kann. Die zweite Umgehungsleitung mündet einerseits in den zweiten Wärmetauscher und andererseits zwischen der zweiten Ventileinrichtung und dem Kühlmittelreservoir in den ersten Kühlmittelkreislauf, wobei dies unter Umgehung der zweiten Ermittlungseinrichtung, der zweiten Ventileinrichtung oder/und des Thermostats erfolgt. Somit kann das im zweiten Betriebsmodus aus dem zweiten Wärmetauscher austretende Motorkühlmittel über die zweite Umgehungsleitung in das Kühlmittelreservoir weitergeleitet werden, selbst wenn die zweite Ventileinrichtung eine Sperrung des ersten Kühlmittelkreislaufes bewirkt. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn mit Hilfe der zweiten Umgehungsleitung auch die vorbestimmte Messstelle der zweiten Ermittlungseinrichtung umgehbar ist, so dass die Temperatur des aus dem zweiten Wärmetauscher im zweiten Modus austretenden Kühlmittels die Ermittlung der Kühlmitteltemperatur nicht beeinflusst.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung kann die Strömungsrichtung des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes unter Erzielung eines Wechsels zwischen dem ersten und zweiten Modus der Wärmetauscheranordnung umgekehrt werden, wodurch sich der konstruktive Aufwand der Wärmetauscheranordnung deutlich verringert. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise eine Kühlmittelpumpe in dem ersten Kühlmittelkreislauf angeordnet, deren Pumprichtung umgekehrt werden kann. Es ist bei dieser Ausführungsform ferner besonders bevorzugt, wenn es sich um eine elektrisch antreibbare Kühlmittelpumpe handelt, da bei einer solchen das Umkehren der Pumprichtung besonders einfach über eine geänderte Polung der Kühlmittelpumpe erzielt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung, die auf der vorangehend beschriebenen Ausführungsform basiert, kann das Motorkühlmittel im ersten Modus in einer ersten Strömungsrichtung innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes von dem Kühlmittelreservoir zunächst über den ersten Wärmetauscher und anschließend über den zweiten Wärmetauscher zu dem Kühlmittelreservoir geleitet werden, um den ersten Kühlmittelkreislauf zu schließen. Insoweit entspricht der erste Modus der herkömmlichen Betriebsart einer Wärmetauscheranordnung, bei der zunächst das Motorkühlmittel im ersten Wärmetauscher gekühlt wird, um anschließend im zweiten Wärmetauscher eine Kühlung des Getriebefluids zu bewirken. Um in den zweiten Modus zu gelangen, wird die Strömungsrichtung umgekehrt. So wird das Motorkühlmittel im zweiten Modus in einer entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung zunächst uber den zweiten Wärmetauscher und anschließend über den ersten Wärmetauscher oder/und die erste Umgehungsleitung zu dem Kühlmittelreservoir geleitet. Auf diese Weise wird das erhitzte Motorkühlmittel im zweiten Wärmetauscher zunächst zum Aufwärmen des abgekühlten Getriebefluids genutzt. Grundsätzlich kann bei dieser Ausführungsform auf die genannte erste Umgehungsleitung verzichtet werden. Um jedoch unter bestimmten Umständen eine Abkühlung des Motorkühlmittels durch den ersten Wärmetauscher zu verhindern und dennoch ein Erwärmen des Getriebefluids mit Hilfe des zweiten Wärmetauschers zu ermöglichen, ist eine erste Umgehungsleitung sinnvoll, wobei das aus dem zweiten Wärmetauscher in der zweiten Strömungsrichtung austretende Motorkühlmittel im Extremfall vollständig unter Umgehung des ersten Wärmetauschers über die erste Umgehungsleitung zu dem Kühlmittelreservoir zurückgeleitet werden kann.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ist ferner ein zweiter Kühlmittelkreislauf vorgesehen, in dem das Kühlmittelreservoir und ein dritter Wärmetauscher zum Erwärmen der Luft innerhalb des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn der erste Wärmetauscher eine größere Kühlwirkung auf das Motorkühlmittel als der dritte Wärmetauscher hat, so dass die eigentliche Abkühlung des aus dem Fahrzeugmotor austretenden, aufgeheizten Motorkühlmittels durch den ersten Wärmetauscher und zu einem geringeren Teil durch den dritten Wärmetauscher erfolgt, der lediglich dazu dienen soll, die Luft innerhalb des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeugs zu erwärmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ist der erste Wärmetauscher ein Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und der Umgebungsluft. Um die Kühlwirkung des ersten Wärmetauschers noch zu erhöhen, ist dieser vorzugsweise als Radiator ausgebildet, dem überdies besonders bevorzugt ein antreibbarer Ventilator oder/und ein Kondensator zugeordnet ist, um die Kühlwirkung des ersten Wärmetauschers auf das Motorkühlmittel deutlich zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist eine Wärmetauscheranordnung der zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Art auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist ein Fluidkreislauf für das durch den zweiten Wärmetauscher abzukühlende oder aufzuwärmende Getriebefluid vorgesehen, wobei in dem Fluidkreislauf der zweite Wärmetauscher und ein dem Getriebe zugeordnetes Fluidreservoir für das Getriebefluid angeordnet sind. Auch hier kann bei dem Fluidreservoir von einem Warmetauscher gesprochen werden, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Getriebefluid und den erhitzten Teilen des Getriebes bewirkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist das Getriebe ein manuell schaltbares Getriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe, zumal eine gezielte Steuerung der Fluidtemperatur des Getriebefluids bei derartigen Getrieben den Kraftstoffverbrauch in besonders hohem Maße zu senken vermag.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung in einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung in einer zweiten Ausführungsform mit einer ersten Strömungsrichtung innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes und
3 die Wärmetauscheranordnung von 2 mit einer entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung 2 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Im Zentrum der Darstellung ist ein Fahrzeugmotor 4 schematisch angedeutet, der im vorliegenden Beispiel als Verbrennungsmotor ausgebildet ist und dem ein Kühlmittelreservoir 6 zugeordnet ist, in dem sich Motorkühlmittel zur Kühlung des Fahrzeugmotors 4 befindet, das geeignet ist, die durch die Verbrennung im Fahrzeugmotor 4 auftretende Wärme aufzunehmen und abzuführen, um somit den Fahrzeugmotor 4 zu kühlen.
Die Wärmetauscheranordnung 2 weist einen ersten Kühlmittelkreislauf 8 für das Motorkühlmittel und einen zweiten Kühlmittelkreislauf 10 für das Motorkühlmittel auf, die zum Teil gemeinsame Abschnitte aufweisen, nachstehend jedoch zunächst unabhängig voneinander beschrieben werden.
Der erste Kühlmittelkreislauf 8 weist einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 12, der einerseits mit dem Kühlmittelreservoir 6 in Strömungsverbindung steht und andererseits in einen Leitungsabschnitt 14 des ersten Kühlmittelkreislaufs 8 übergeht. Auf seiner dem gemeinsamen Leitungsabschnitt 12 abgewandten Seite mündet der Leitungsabschnitt 14 in einen ersten Wärmetauscher 16. Der erste Wärmetauscher 16 dient dem Abkühlen des Motorkühlmittels, wobei es sich bei dem ersten Wärmetauscher 16 vorzugsweise um einen Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und der Umgebungsluft handelt. Hierbei ist der erste Wärmetauscher 16 vorzugsweise als Radiator ausgebildet, wobei dem ersten Wärmetauscher 16 besonders bevorzugt ein Kondensator 18 und ein Ventilator 20 zugeordnet sind, um dessen Kühlwirkung auf das Motorkühlmittel deutlich zu erhöhen.
Von dem ersten Wärmetauscher 16 führt ein Leitungsabschnitt 21 des ersten Kühlmittelkreislaufes 8 zu einem zweiten Wärmetauscher 22. Der zweite Wärmetauscher 22 dient dem Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel innerhalb des zweiten Wärmetauschers 22 und einem Getriebefluid für das dem Fahrzeugmotor 4 zugeordnete Getriebe 24. Das Getriebefluid ist dabei in einem Fluidkreislauf 26 geführt, in dem zum einen ein dem Getriebe 24 zugeordnetes Fluidreservoir 28 und zum anderen der zweite Wärmetauscher 22 angeordnet ist. Das Fluidreservoir 28 des Getriebes 24 dient dabei sinngemäß ebenfalls als Wärmetauscher, wobei das Getriebefluid über entsprechende Leitungsabschnitte 30, 32 zwischen dem Fluidreservoir 28 und dem zweiten Wärmetauscher 22 im Kreise hin und her geführt wird. Bei dem Getriebe 24 selbst handelt es sich vorzugsweise um ein manuell schaltbares Getriebe 24 oder ein Doppelkupplungsgetriebe.
Ausgehend von dem zweiten Wärmetauscher 22 führt ein Leitungsabschnitt 34 des ersten Kühlmittelkreislaufes 8 zu einem gemeinsamen Leitungsabschnitt 36, der an seinem dem Leitungsabschnitt 34 abgewandten Ende in das Kühlmittelreservoir 6 des Fahrzeugmotors 4 mündet und somit den ersten Kühlmittelkreislauf 8 schließt.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 10 für das Motoröl weist ebenfalls den gemeinsamen Leitungsabschnitt 12 auf, der an seinem dem Kühlmittelreservoir 6 abgewandten Ende ferner in einen Leitungsabschnitt 38 übergeht, der in einen dritten Wärmetauscher 40 mündet. Der dritte Wärmetauscher 40 dient dem Erwärmen der Luft innerhalb des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs, hat jedoch eine geringere bzw. wesentlich geringere Kühlwirkung auf das Motorkühlmittel, als dies bei dem ersten Wärmetauscher 16 der Fall ist. Ausgehend von dem dritten Wärmetauscher 40 führt ein weiterer Leitungsabschnitt 42 des zweiten Kühlmittelkreislaufes 10 zu dem gemeinsamen Leitungsabschnitt 36, der – wie bereits zuvor erläutert – in das Kühlmittelreservoir 6 des Fahrzeugmotors 4 mündet, um auch den zweiten Kühlmittelkreislauf 10 zu schließen.
Wie aus 1 ersichtlich, ist eine erste Umgehungsleitung 44 vorgesehen. Die erste Umgehungsleitung 44 mündet einerseits in den Leitungsabschnitt 14 und andererseits in den Leitungsabschnitt 21 des ersten Kühlmittelkreislaufes 8. Mit anderen Worten mündet die erste Umgehungsleitung 44 unter Umgehung des ersten Wärmetauschers 16 einerseits zwischen dem Kühlmittelreservoir 6 und dem ersten Wärmetauscher 16 in den ersten Kühlmittelkreislauf 8 und andererseits über den Leitungsabschnitt 21 des ersten Kühlmittelkreislaufs 8 in den zweiten Wärmetauscher 22. Um den Kühlmittelstrom durch die erste Umgehungsleitung 44 steuern zu können, ist eine erste Ventileinrichtung 46 zur Steuerung des Kühlmittelstromes durch die erste Umgehungsleitung 44 vorgesehen, die über eine Steuereinrichtung 48 ansteuerbar ist, wie dies anhand der Steuerleitung 50 in 1 angedeutet ist. Dabei ist die erste Ventileinrichtung 46 derart durch die Steuereinrichtung 48 ansteuerbar, dass das Motorkühlmittel vollständig, teilweise oder nicht durch die erste Umgehungsleitung 44 unter Umgehung des ersten Wärmetauschers 16 geführt werden kann, wie dies später eingehender erläutert wird. Die erste Ventileinrichtung 46 weist dabei vorzugsweise ein Sperrventil, ein Bypassventil oder/und ein Mischventil auf.
Die Wärmetauscheranordnung 2 weist ferner eine erste Ermittlungseinrichtung 52 auf, die dem direkten oder indirekten Ermitteln der Fluidtemperatur des Getriebefluides dient. So kann die erste Ermittlungseinrichtung 52 beispielsweise derart ausgebildet sein, dass diese die Fluidtemperatur des Getriebes 24 direkt ermittelt, wobei in diesem Fall einfach eine Temperaturmessung des Getriebefluides innerhalb des Fluidreservoirs 28, der Leitungsabschnitte 30, 32 oder des zweiten Wärmetauschers 22 erfolgt. Bei einer indirekten Ermittlung der Fluidtemperatur werden hingegen physikalische Größen gemessen, die Rückschlüsse auf die Große der Fluidtemperatur zulassen. Diese physikalischen Größen könnten beispielsweise die Eingangsdrehzahl oder/und das Eingangsdrehmoment des Getriebes 24 sein. Unabhängig davon, wie die Fluidtemperatur mit Hilfe der ersten Ermittlungseinrichtung 52 gemessen oder abgeschätzt wird, wirkt die erste Ermittlungseinrichtung 52 mit der Steuereinrichtung 48 der Wärmetauscheranordnung 2 zusammen, wie dies anhand der Signalleitung 54 angedeutet ist. Auf das Zusammenspiel von erster Ermittlungseinrichtung 52 und Steuereinrichtung 48 sowie der Steuereinrichtung 48 und der ersten Ventileinrichtung 46 wird später näher eingegangen.
Es ist ferner eine zweite Ermittlungseinrichtung 56 und eine zweite Ventileinrichtung 58 vorgesehen, die in einem Thermostat 60 als zusammenhängendes Bauteil zwischen dem gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 einerseits und dem Leitungsabschnitt 34 des ersten Kühlmittelkreislaufes 8 und dem Leitungsabschnitt 42 des zweiten Kühlmittelkreislaufes 10 andererseits angeordnet ist. Während die zweite Ermittlungseinrichtung 56 der Ermittlung der Kühlmitteltemperatur des Motorkühlmittels in dem Leitungsabschnitt 42 oder dem gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 an einer vorbestimmten Messstelle 62 dient, dient die zweite Ventileinrichtung 58 des Thermostats 60 dem Sperren oder Öffnen des ersten Kühlmittelkreislaufes 8, wie dies später näher erläutert werden soll.
Bei der ersten Ausführungsform nach 1 ist ferner eine zweite Umgehungsleitung 64 gestrichelt angedeutet. Die zweite Umgehungsleitung 64 mündet einerseits in den Leitungsabschnitt 34 des ersten Kühlmittelkreislaufes 8 und andererseits in den gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 des ersten und zweiten Kühlmittelkreislaufes 8, 10 und umgeht somit das Thermostat 60 und die Messstelle 62. Man kann auch davon sprechen, dass die zweite Umgehungsleitung 64 einerseits in den zweiten Wärmetauscher 22 und andererseits zwischen der zweiten Ventileinrichtung 58 bzw. dem Thermostat 60 und dem Kühlmittelreservoir 6 des Fahrzeugmotors 4 in den ersten Kühlmittelkreislauf 8 mündet.
Wie aus 1 ersichtlich, ist in dem gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 ferner eine Kühlmittelpumpe 66 angeordnet, die die in 1 anhand entsprechender Pfeile angedeutete Strömungsrichtung 68 in den Kühlmittelkreisläufen 8, 10 vorgibt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den 2 und 3 ist die Strömungsrichtung 68 bei der Ausführungsform nach 1 nicht zwangsläufig umkehrbar.
Nachstehend werden die Funktionsweise sowie weitere Merkmale der Wärmetauscheranordnung 2 nach 1 beschrieben. Während des Betriebs des Fahrzeugs wird kontinuierlich die Fluidtemperatur des Getriebefluids, bei dem es sich vorzugsweise um ein Getriebeöl für das Getriebe 24 handelt, direkt oder indirekt ermittelt, wie dies bereits zuvor angedeutet wurde. Die so ermittelte Fluidtemperatur wird über die Signalleitung 54 der ersten Ermittlungseinrichtung 52 an die Steuereinrichtung 48 weitergegeben, die einen Vergleich zwischen der ermittelten Fluidtemperatur und einem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert durchfuhrt. Ergibt der Vergleich der ermittelten Fluidtemperatur mit dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert, dass die Fluidtemperatur größer als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, so schaltet die Steuereinrichtung 48 die erste Ventileinrichtung 46 über die Steuerleitung 50 in eine erste Schaltstellung, so dass die Wärmetauscheranordnung 2 in dem nachstehend näher beschriebenen ersten Modus betrieben wird.
Ausgehend von dem Kühlmittelreservoir 6 strömt das erhitzte Motorkühlmittel in dem ersten Modus in Strömungsrichtung 68 über den gemeinsamen Leitungsabschnitt 12 in den Leitungsabschnitt 14 des ersten Kühlmittelkreislaufes 8. Die Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung 46 verhindert ein Einströmen des Motorkühlmittels in die erste Umgehungsleitung 44, so dass das Motorkühlmittel über die erste Ventileinrichtung 46 hinaus weiter durch den Leitungsabschnitt 14 strömt, um in den ersten Wärmetauscher 16 zu gelangen. Hierdurch wird das Motorkühlmittel abgekühlt und strömt anschließend über den Leitungsabschnitt 21 in den zweiten Warmetauscher 22. Im zweiten Wärmetauscher 22 findet eine Wärmeaustausch zwischen dem nunmehr abgekühlten Motorkühlmittel und dem relativ heißen Getriebefluid statt, so dass die Fluidtemperatur des Getriebefluides innerhalb des zweiten Wärmetauschers 22 reduziert werden kann, um das abgekühlte Getriebefluid anschließend über eine der beiden Leitungsabschnitte 30, 32 dem Fluidreservoir 28 des Getriebes 24 zuzuführen. Das aus dem zweiten Wärmetauscher 22 austretende Motorkühlmittel strömt weiter in Strömungsrichtung 68 über den Leitungsabschnitt 34 und den gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 zurück in das Kühlmittelreservoir 6 des Fahrzeugmotors 4, so dass der erste Kühlmittelkreislauf 8 geschlossen ist.
Parallel hierzu strömt ebenso Motorkühlmittel aus dem Kühlmittelreservoir 6 in Strömungsrichtung 68 über den gemeinsamen Leitungsabschnitt 12 und den Leitungsabschnitt 38 in den zweiten Kühlmittelkreislauf 10 bis zu dem dritten Wärmetauscher 40 und darüber hinaus über den Leitungsabschnitt 42 in den gemeinsamen Leitungsabschnitt 36, der wiederum in das Kühlmittelreservoir 6 mündet, um auch den zweiten Kühlmittelkreislauf 10 zu schließen. Die Kühlwirkung des dritten Wärmetauschers 40 auf das Motorkühlmittel ist dabei jedoch wesentlich geringer als dies bei dem ersten Wärmetauscher 16 der Fall ist, zumal der dritte Wärmetauscher 40 lediglich dem Erwärmen der Luft innerhalb des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeugs dienen soll, wie dies bereits zuvor erwähnt wurde.
Führt der Vergleich der durch die erste Ermittlungseinrichtung 52 ermittelten Fluidtemperatur des Getriebefluids mit dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert zu dem Ergebnis, dass die Fluidtemperatur gleich dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert oder kleiner als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, so schaltet die Steuereinrichtung 48 die erste Ventileinrichtung 46 über die Steuerleitung 50 in eine zweite Schaltstellung, in der die Wärmetauscheranordnung 2 in einem zweiten Modus betrieben wird, der nachstehend näher erläutert werden soll. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Fahrzeugmotor 4 bei relativ geringen Außentemperaturen erst kürzlich gestartet wurde, so dass das Getriebeöl bzw. Getriebefluid noch relativ kalt ist. Ebenso kann dies der Fall sein, wenn die Eingangsdrehzahl oder das Eingangsdrehmoment am Getriebe 24 relativ gering ist und/oder die Außentemperaturen relativ niedrig sind.
Auch im zweiten Modus wird das Motorkühlmittel aus dem Kühlmittelreservoir 6 über den gemeinsamen Leitungsabschnitt 12 und den Leitungsabschnitt 14 in Strömungsrichtung 68 bis zu der ersten Ventileinrichtung 46 geleitet. In der zuvor erwähnten zweiten Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung 46 leitet die erste Ventileinrichtung 46 den Kühlmittelstrom innerhalb der des Leitungsabschnitts 14 jedoch vollständig oder teilweise in die erste Umgehungsleitung 44 unter gänzlicher oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers 16. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der erste Wärmetauscher 16 vollständig umgangen wird, das heißt, in der zweiten Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung 46 wird der Kühlmittelstrom in dem Leitungsabschnitt 14 vollständig in die erste Umgehungsleitung 44 umgeleitet. Auf diese Weise gelangt das Motorkühlmittel zunächst in den zweiten Wärmetauscher 22, ohne zuvor durch den ersten Wärmetauscher 16 abgekühlt worden zu sein. Somit führt das noch relativ kühle, jedoch nicht stark abgekühlte, Motorkühlmittel innerhalb des zweiten Wärmetauschers 22 zu einer Erhöhung der Fluidtemperatur des Getriebefluids innerhalb des Fluidkreislaufes 26. Im zweiten Modus der Wärmetauscheranordnung 2 wird somit ein allzu starkes Abkühlen des Getriebefluides verhindert, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugmotors 4 deutlich reduziert werden kann. Im Anschluss daran wird das aus dem zweiten Wärmetauscher 22 austretende Motorkühlmittel über den Leitungsabschnitt 34, gegebenenfalls über die zweite Umgehungsleitung 64, und den gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 in das Kühlmittelreservoir 6 des Fahrzeugmotors 4 zurückgeführt. Sollte sich die Fluidtemperatur des Getriebefluids daraufhin wieder derart erhöhen, dass die Fluidtemperatur größer als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, so schaltet die Steuereinrichtung 48 die erste Ventileinrichtung 46 wieder in die erste Schaltstellung, so dass die Wärmetauscheranordnung 2 wieder im ersten Modus betrieben werden kann.
Wie bereits zuvor angedeutet, könnte die Rückführung des Motorkuhlmittels aus dem zweiten Wärmetauscher 22 im zweiten Modus auch über die zweite Umgehungsleitung 64 erfolgen. Dies sollte dann der Fall sein, wenn der erste Kühlmittelkreislauf 8 mit Hilfe des Thermostats 60 gesperrt wurde, wie dies nachstehend erläutert wird. Die zweite Ermittlungseinrichtung 56 des Thermostats 60 ermittelt die Kühlmitteltemperatur des Motorkühlmittels an der Messstelle 62 in dem Leitungsabschnitt 42 des zweiten Kühlmittelkreislaufes 10 und führt einen Vergleich mit einem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert durch. Sollte die durch die zweite Ermittlungseinrichtung 56 ermittelte Kühlmitteltemperatur dem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert entsprechen oder geringer als dieser sein, so sperrt die zweite Ventileinrichtung 58 den ersten Kühlmittelkreislauf 8. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die optimale Betriebstemperatur des Fahrzeugmotors 4 noch nicht erreicht ist, so dass eine Sperrung des ersten Kühlmittelkreislaufes 8, die auch eine Kühlung des Motorkühlmittels in dem ersten Wärmetauscher 16 verhindert, eine schnellere Erwärmung des Fahrzeugmotors 4 auf die gewünschte Betriebstemperatur bewirkt. In diesem Fall ermöglicht die zweite Umgehungsleitung 64, dass die Wärmetauscheranordnung 2 dennoch im zweiten Modus betrieben werden kann, wobei das im zweiten Modus aus dem zweiten Wärmetauscher 22 austretende Motorkühlmittel direkt über die zweite Umgehungsleitung 64 und den gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 in das Kühlmittelreservoir 6 des Fahrzeugmotors 4 weitergeleitet werden kann, ohne dabei die Messstelle 62 zu beeinflussen und unter Umgehung der durch die zweite Ventileinrichtung 58 des Thermostats 60 bedingte Sperrung des ersten Kühlmittelkreislaufes 8.
Um zu vermeiden, dass die zweite Umgehungsleitung 64 auch während des ersten Modus der Wärmetauscheranordnung 2 durchströmt wird, könnte der zweiten Umgehungsleitung 64 ebenfalls eine geeignete Ventileinrichtung zugeordnet sein. Ergibt der Vergleich der ermittelten Kühlmitteltemperatur mit dem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert, dass die Kühlmitteltemperatur größer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, so öffnet die zweite Ventileinrichtung 58 den ersten Kühlmittelkreislauf 8 erneut, so dass es wieder zu einer entsprechenden Kühlung des Motorkühlmittels durch den ersten Wärmetauscher 16 innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes 8 kommen kann.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung 2 beschrieben, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform nach 1 entspricht, so dass nachstehend lediglich die Unterschiede erläutert werden sollen, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung der ersten Ausführungsform im Übrigen entsprechend gilt.
Die Kühlmittelpumpe 66 gemäß der zweiten Ausführungsform ist eine elektrisch antreibbare Kühlmittelpumpe, deren Pumprichtung umgekehrt werden kann. Mit anderen Worten kann die Strömungsrichtung des Motorkühlmittels innerhalb des ersten und zweiten Kühlmittelkreislaufes 8, 10 durch entsprechende Ansteuerung, gegebenenfalls Umpolung, der Kühlmittelpumpe 66 bewirkt werden. Zu diesem Zweck ist in den 2 und 3 eine weitere Steuerleitung 70 zwischen der die Kühlmittelpumpe 66 steuernden Steuereinrichtung 48 und der Kühlmittelpumpe 66 vorgesehen. Führt der Vergleich der ermittelten Fluidtemperatur des Getriebefluids mit dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert zu dem Ergebnis, dass die Fluidtemperatur größer als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, so wird die erste Ventileinrichtung 46 in die erste Schaltstellung geschaltet, wobei die Steuereinrichtung 48 darüber hinaus die Kühlmittelpumpe 66 über die Steuerleitung 70 in eine erste Schaltstellung schaltet, die der Schaltstellung von 1 entspricht, um eine erste Strömungsrichtung 68 in den Kühlmittelkreisläufen 8, 10 zu erzielen. Somit ist die Schaltung in den ersten Modus der Wärmetauscheranordnung 2 nach der 2 durch das Schalten der Kühlmittelpumpe 66 in die erste Schaltstellung bewirkt, in der die Pumprichtung der Kühlmittelpumpe 66 die erste Strömungsrichtung 68 bewirkt. In diesem ersten Modus entspricht die Funktionsweise der Wärmetauscheranordnung 2 nach 2 der Funktionsweise der Wärmetauscheranordnung 2 nach 1 im ersten Modus, so dass an dieser Stelle auf die vorangehende Beschreibung verwiesen sei. Im Wesentlichen wird das Motorkühlmittel im ersten Modus in der ersten Strömungsrichtung 68 innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes 8 von dem Kühlmittelreservoir 6 zunächst über den ersten Wärmetauscher 16 und anschließend über den zweiten Wärmetauscher 22 zu dem Kühlmittelreservoir 6 geleitet.
Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform nach 1 muss der Wechsel vom ersten Modus in den zweiten Modus nicht notgedrungen über ein Umschalten der ersten Ventileinrichtung 46 in die zweite Schaltstellung bewirkt werden. Vielmehr wird bei der zweiten Ausführungsform die Pumprichtung der Kühlmittelpumpe 66 durch die Steuereinrichtung 48 über die Steuerleitung 70 umgekehrt, wenn die ermittelte Fluidtemperatur dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert entspricht oder kleiner als dieser ausgebildet ist. Durch die Umkehrung der Pumprichtung der Kühlmittelpumpe 66 wird in den Kühlmittelkreisläufen 8, 10 eine der ersten Strömungsrichtung 68 entgegengesetzte zweite Strömungsrichtung 72 erzielt, die in 3 anhand entsprechender Pfeile angedeutet ist. In dem auf diese Weise eingestellten zweiten Modus wird das von dem Fahrzeugmotor 4 aufgewärmte Motorkühlmittel aus dem Kühlmittelreservoir 6 über den gemeinsamen Leitungsabschnitt 36 und den Leitungsabschnitt 34 zunächst in den zweiten Wärmetauscher 22 geleitet, wo es die Erhöhung der Fluidtemperatur des Getriebefluids bewirkt. Im Anschluss daran strömt das aus dem zweiten Wärmetauscher 22 strömende Motorkühlmittel durch den ersten Wärmetauscher 16, den Leitungsabschnitt 14 und den gemeinsamen Leitungsabschnitt 12 zurück in das Kühlmittelreservoir 6 des Fahrzeugmotors 4.
Sollte es hierbei nicht erwünscht sein, dass das aus dem zweiten Wärmetauscher 22 austretende Motorkühlmittel eine Kühlung durch den ersten Wärmetauscher 16 erfährt, so schaltet die Steuereinrichtung 48 die erste Ventileinrichtung 46 in die bereits zuvor erwähnte zweite Schaltstellung, so dass das aus dem zweiten Wärmetauscher 22 austretende Motorkühlmittel vollständig oder zumindest teilweise über die erste Umgehungsleitung 44 zu dem Kühlmittelreservoir 6 zurückgeführt wird. Mit anderen Worten erfolgt die Rückführung hier unter vollständiger oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers 16. Dabei sollte die zweite Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung 46 vorzugsweise dann gewählt werden, wenn die durch die zweite Ermittlungseinrichtung 56 ermittelte Kühlmitteltemperatur gering bzw. geringer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, da in diesem Fall eine noch stärkere Abkühlung des Motorkühlmittels durch den ersten Wärmetauscher 16 sicher verhindert werden kann. Wie auch im Fall der ersten Ausführungsform nach 1, kann das Motorkühlmittel im zweiten Modus über die zweite Umgehungsleitung 64 von dem Kühlmittelreservoir 6 zu dem zweiten Wärmetauscher 22 geleitet werden, wenn die zweite Ventileinrichtung 58 des Thermostats 60 eine Sperrung des ersten Kühlmittelkreislaufs 8 aus den bereits zuvor genannten Gründen veranlasst hat.
Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

2: Wärmetauscheranordnung
4: Fahrzeugmotor
6: Kühlmittelreservoir
8: erster Kühlmittelkreislauf
10: zweiter Kühlmittelkreislauf
12: gemeinsamer Leitungsabschnitt
14: Leitungsabschnitt
16: erster Wärmetauscher
18: Kondensator
20: Ventilator
21: Leitungsabschnitt
22: zweiter Wärmetauscher
24: Getriebe
26: Fluidkreislauf
28: Fluidreservoir
30: Leitungsabschnitt
32: Leitungsabschnitt
34: Leitungsabschnitt
36: gemeinsamer Leitungsabschnitt
38: Leitungsabschnitt
40: dritter Wärmetauscher
42: Leitungsabschnitt
44: erste Umgehungsleitung
46: erste Ventileinrichtung
48: Steuereinrichtung
50: Steuerleitung
52: erste Ermittlungseinrichtung
54: Signalleitung
56: zweite Ermittlungseinrichtung
58: zweite Ventileinrichtung
60: Thermostat
62: vorbestimmte Messstelle
64: zweite Umgehungsleitung
66: Kühlmittelpumpe
68: erste Strömungsrichtung
70: Steuerleitung
72: zweite Strömungsrichtung

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Wärmetauscheranordnung (2) in einem Kraftfahrzeug mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (8) für Motorkühlmittel, in dem ein erster Wärmetauscher (16) zum Abkühlen des Motorkühlmittels und ein zweiter Wärmetauscher (22) zum Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und einem Getriebefluid angeordnet sind, bei dem die Fluidtemperatur des Getriebefluids direkt oder indirekt ermittelt wird, wobei die Wärmetauscheranordnung (2) in einem ersten Modus betrieben wird, in dem das Motorkühlmittel zunächst durch den ersten Wärmetauscher (16) und anschließend durch den zweiten Wärmetauscher (22) geleitet wird, wenn die Fluidtemperatur größer als ein erster vorbestimmter Temperaturgrenzwert ist, und in einem zweiten Modus betrieben wird, in dem das Motorkühlmittel zunächst vollständig oder zumindest teilweise unter Erhöhung der Fluidtemperatur des Getriebefluids durch den zweiten Wärmetauscher (22) geleitet und anschließend durch den ersten Wärmetauscher (16) geleitet oder unter vollständiger oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers (16) weitergeleitet wird, wenn die Fluidtemperatur gleich dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert oder kleiner als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Strömungsrichtung (68; 72) des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes (8) umgekehrt wird, um vom ersten Modus in den zweiten Modus zu gelangen und umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kühlmitteltemperatur des Motorkühlmittels, vorzugsweise an einer vorbestimmten Messstelle (62), ermittelt wird, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (8) gesperrt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur einem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert entspricht oder geringer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, und geöffnet wird, wenn die Kühlmitteltemperatur größer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das im zweiten Modus aus dem zweiten Wärmetauscher (22) austretende Motorkühlmittel unter Umgehung der Sperrung, vorzugsweise auch unter Umgehung der Messstelle (62), oder/und unter Umgehung des ersten Wärmetauschers (16) weitergeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur und Sperrung oder Öffnung des ersten Kühlmittelkreislaufes (8) ein Thermostat (60) in dem ersten Kühlmittelkreislauf (8) verwendet wird.
Wärmetauscheranordnung (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (8) für ein Motorkühlmittel, in dem ein erster Wärmetauscher (16) zum Abkühlen des Motorkühlmittels, ein zweiter Wärmetauscher (22) zum Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und einem Getriebefluid und ein einem Fahrzeugmotor (4) zugeordnetes Kühlmittelreservoir (6) angeordnet sind, wobei die Wärmetauscheranordnung (2) in einem ersten Modus, in dem das Motorkühlmittel vom Kühlmittelreservoir (6) zunächst durch den ersten Wärmetauscher (16) und anschließend durch den zweiten Wärmetauscher (22) geleitet wird, und einem zweiten Modus betreibbar ist, in dem das Motorkühlmittel vom Kuhlmittelreservoir (6) zunächst vollständig oder zumindest teilweise unter Erhöhung der Fluidtemperatur des Getriebefluids durch den zweiten Wärmetauscher (22) und anschließend durch den ersten Wärmetauscher (16) geleitet wird oder unter vollständiger oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers (16) zu dem Kühlmittelreservoir (6) weitergeleitet wird.
Wärmetauscheranordnung (2) nach Anspruch 6, bei der eine erste Ermittlungseinrichtung (52) zum direkten oder indirekten Ermitteln der Fluidtemperatur des Getriebefluids vorgesehen ist, die derart mit einer Steuereinrichtung (48) zur Steuerung der Wärmetauscheranordnung (2) zusammenwirkt, dass die Wärmetauscheranordnung (2) in dem ersten Modus betrieben wird, wenn die Fluidtemperatur größer als ein erster vorbestimmter Temperaturgrenzwert ist, und in dem zweiten Modus betrieben wird, wenn die Fluidtemperatur gleich dem ersten vorbestimmten Temperaturgrenzwert oder kleiner als der erste vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist.
Wärmetauscheranordnung (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der eine erste Umgehungsleitung (44) unter Umgehung des ersten Wärmetauschers (16) einerseits in den ersten Kühlmittelkreislauf (8) zwischen dem Kühlmittelreservoir (6) und dem ersten Wärmetauscher (16) und andererseits in den zweiten Wärmetauscher (22) mündet, wobei mindestens eine erste Ventileinrichtung (46) zur Steuerung des Kühlmittelstromes durch die erste Umgehungsleitung (44) vorgesehen ist, die vorzugsweise derart ansteuerbar ist, dass das Motorkühlmittel vollständig, teilweise oder nicht durch die erste Umgehungsleitung (44) führbar ist, wobei die erste Ventileinrichtung (46) besonders bevorzugt ein Sperrventil, ein Bypassventil oder/und ein Mischventil aufweist.
Wärmetauscheranordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 8, bei der eine zweite Ermittlungseinrichtung (56), mittels derer die Kühlmitteltemperatur des Motorkühlmittels, vorzugsweise an einer vorbestimmten Messstelle (62), ermittelbar ist, und eine zweite Ventileinrichtung (58) vorgesehen ist, die derart mit der zweiten Ermittlungseinrichtung (56) zusammenwirkt, dass der erste Kühlmittelkreislauf (8) gesperrt wird, wenn die Kühlmitteltemperatur einem zweiten vorbestimmten Temperaturgrenzwert entspricht oder geringer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, und geöffnet wird, wenn die Kühlmitteltemperatur größer als der zweite vorbestimmte Temperaturgrenzwert ist, wobei die zweite Ermittlungseinrichtung (56) und die zweite Ventileinrichtung (58) besonders bevorzugt als Teil eines Thermostats (60) ausgebildet sind.
Wärmetauscheranordnung (2) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die erste Ventileinrichtung (46) derart ansteuerbar ist, dass die Wärmetauscheranordnung (2) entweder im ersten Modus oder im zweiten Modus betreibbar ist, wobei das Motorkühlmittel in dem zweiten Modus vom Kühlmittelreservoir (6) über die Umgehungsleitung (44) unter vollständiger oder teilweiser Umgehung des ersten Wärmetauschers (16) durch den zweiten Wärmetauscher (22) leitbar und anschließend zu dem Kühlmittelreservoir (6) weiterleitbar ist.
Wärmetauscheranordnung (2) nach Anspruch 10, bei der eine zweite Umgehungsleitung (64) unter Umgehung der zweiten Ermittlungseinrichtung (56), gegebenenfalls der vorbestimmten Messstelle (62) der zweiten Ermittlungseinrichtung (56), der zweiten Ventileinrichtung (58) oder/und des Thermostats (60) einerseits in den zweiten Wärmetauscher (22) und andererseits zwischen der zweiten Ventileinrichtung (58) und dem Kühlmittelreservoir (6) in den ersten Kühlmittelkreislauf mündet, über die das im zweiten Modus aus dem zweiten Wärmetauscher (22) austretende Motorkühlmittel in das Kühlmittelreservoir (6) weiterleitbar ist.
Wärmetauscheranordnung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die Strömungsrichtung (68, 72) des Motorkühlmittels innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes (8) unter Erzielung eines Wechsels zwischen dem ersten und zweiten Modus umkehrbar ist, wobei vorzugsweise eine, besonders bevorzugt elektrisch antreibbare, Kühlmittelpumpe (66) in dem ersten Kühlmittelkreislauf (8) angeordnet ist, deren Pumprichtung umkehrbar ist.
Wärmetauscheranordnung (2) nach Anspruch 12, bei der das Motorkühlmittel im ersten Modus in einer ersten Strömungsrichtung (68) innerhalb des ersten Kühlmittelkreislaufes (8) von dem Kühlmittelreservoir (6) zunächst über den ersten Wärmetauscher (16) und anschließend über den zweiten Wärmetauscher (22) zu dem Kühlmittelreservoir (6) leitbar ist und im zweiten Modus in einer entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung (72) zunächst über den zweiten Wärmetauscher (22) und anschließend über den ersten Wärmetauscher (16) oder/und die erste Umgehungsleitung (44) zu dem Kühlmittelreservoir (6) leitbar ist.
Wärmetauscheranordnung (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei der ein zweiter Kühlmittelkreislauf (10) vorgesehen ist, in dem das Kühlmittelreservoir (6) und ein dritter Wärmetauscher (40) zum Erwärmen der Luft innerhalb des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, oder/und der erste Wärmetauscher (16) ein Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlmittel und der Umgebungsluft ist.
Kraftfahrzeug mit einer Wärmetauscheranordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 14, bei dem vorzugsweise ein Fluidkreislauf (26) für das Getriebefluid vorgesehen ist, in dem der zweite Wärmetauscher (22) und ein dem Getriebe (24) zugeordnetes Fluidreservoir (28) angeordnet sind, wobei das Getriebe (24) besonders bevorzugt ein manuell schaltbares Getriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe ist.