DE102011120206A1

DE102011120206A1 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011120206A1
Application number: DE102011120206A
Authority: DE
Inventors: Uwe Haas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: DE102011120206B4

Abstract

Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2, aufweisend einen Hauptwärmetauscher 3, eine Kühlmittelförderpumpe 4 und ein schaltbares Thermostatventil 5, wobei das Thermostatventil 5 zumindest zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf 1a unter Umgehung des Hauptwärmetauschers 3 und einem großen Kühlmittelkreislauf 1b unter Einbeziehung des Hauptwärmetauschers 3 umschalten kann, sowie einem Getriebeölwärmetauscher 6 zur Temperierung eines Getriebeöls, der mit dem kleinen 1a und/oder dem großen Kühlmittelkreislauf 1b strömungstechnisch verbunden werden kann, wobei der Getriebeölwärmetauscher 6, in Abhängigkeit von einem Druckniveau des Kühlmittels im großen Kühlmittelkreislauf 1b und einer Temperatur des Getriebeöls, mit Kühlmittel aus dem kleinen 1a oder dem großen Kühlmittelkreislauf 1b beaufschlagt werden kann, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Hauptwärmetauscher, eine Kühlmittelförderpumpe und ein schaltbares Ventil, wobei das Ventil zumindest zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf unter Umgehung des Hauptwärmetauschers und einem großen Kühlmittelkreislauf unter Einbeziehung des Hauptwärmetauschers umschalten kann, sowie einem Getriebeölwärmetauscher zur Temperierung eines Getriebeöls, der mit dem kleinen und/oder dem großen Kühlmittelkreislauf strömungstechnisch verbunden werden kann.
Derartige Kühlmittelkreisläufe werden bevorzugt bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge eingesetzt, um die beim Verbrennungsprozess entstehende Wärme über den als Wärmesenke fungierenden Hauptwärmetauscher abzuführen. Das Ventil kann zur gezielteren Temperierung, insbesondere während einer Aufwärmphase der Brennkraftmaschine, zwischen einem kleinen und einem großen Kühlmittelkreislauf (stufenlos) umschalten. Dies trägt zur Verringerung der Reibleistung der Brennkraftmaschine bei. In analoger Weise kann das Getriebeöl eines an die Brennkraftmaschine angeschlossenen Geschwindigkeitswechselgetriebes mittels des Getriebeölwärmetauschers temperiert werden. Dazu wird dem Getriebeölwärmetauscher in einem Heizbetrieb wärmeres Kühlmittel aus dem kleinen Kühlmittelkreislauf oder in einem Kühlbetrieb kühleres Kühlmittel aus dem großen Kühlmittelkreislauf zugeführt.
Die DE 195 12 783 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Getriebeöltemperatur in Kraftfahrzeugen mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung des Getriebeöls, mit einer Heizeinrichtung zur Erwärmung des Getriebeöls und mit einem Ventil, das das Getriebeöl in einem ersten Betriebszustand über die Heizeinrichtung und in einem zweiten Betriebszustand über die Kühleinrichtung leitet. In einem dritten Betriebszustand kann ein Mischbetrieb zur Regelung der Getriebeöltemperatur auf einen vorgegebenen Sollwert erfolgen.
Die EP 0 787 929 B1 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zur Temperierung des Getriebeöls eines Kraftfahrzeuges mit einer flüssigkeitsgekühlten Fahrzeug-Antriebsmaschine, deren in einem Kühler rückkühlbare Kühlflüssigkeit temperaturabhängig durch einen weiterhin vom Getriebeöl durchströmbaren Wärmetauscher geleitet wird, wobei der dem Wärmetauscher zugeführte Kühlflüssigkeitsstrom in einem durch die Temperatur des Getriebeöls gesteuerten Thermostatventil aus rückgekühlter und nicht rückgekühlter Kühlflüssigkeit mischbar ist.
Bei Kühlmittelkreisläufen nach dem beschrieben Stand der Technik ist es in bestimmten Betriebssituationen möglich, dass bei einer drohenden Überhitzung des Getriebeöls keine rückgekühlte Kühlflüssigkeit in ausreichender Menge bzw. ausreichendem Druck bereitsteht, um das Getriebeöl auf einen unkritischen Zustand herabzukühlen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine riemengetriebene Kühlmittelförderpumpe aufgrund einer niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahl nicht genug Kühlmittel fördert und das Thermostatventil weit geöffnet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem ein Getriebeöl in allen Betriebssituationen zuverlässig temperiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf wird in Patentanspruch 10 beansprucht.
Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen Hauptwärmetauscher, eine Kühlmittelförderpumpe und ein Thermostatventil, wobei das Thermostatventil zumindest zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf unter Umgehung des Hauptwärmetauschers und einem großen Kühlmittelkreislauf unter Einbeziehung des Hauptwärmetauschers umschalten kann, sowie einem Getriebeölwärmetauscher zur Temperierung eines Getriebeöls, der mit dem kleinen und/oder dem großen Kühlmittelkreislauf strömungstechnisch verbunden werden kann, wobei der Getriebeölwärmetauscher, in Abhängigkeit von einem Druckniveau des Kühlmittels im großen Kühlmittelkreislauf und einer Temperatur des Getriebeöls, mit Kühlmittel aus dem kleinen oder dem großen Kühlmittelkreislauf beaufschlagt werden kann.
Der kleine Kühlmittelkreislauf bietet wärmeres Kühlmittel auf konstant hohem Druckniveau, während das Kühlmittel im großen Kühlmittelkreislauf eine vergleichsweise niedrigere Temperatur hat, aber das Druckniveau vom Öffnungsgrad des Thermostatventils in Verbindung mit der Förderleistung der Kühlmittelförderpumpe abhängt. So besteht die Möglichkeit, abhängig vom Druckniveau, zwischen einer Beaufschlagung durch den kleinen und den großen Kühlmittelkreislauf zu wechseln, um die spezifischen Eigenschaften der beiden Kühlmittelkreisläufe situationsgerecht zu nutzen. So kann für einen Notkühlbetrieb immer der Kühlmittelkreislauf gewählt werden, dessen Druckniveau und Kühlmitteltemperatur dazu ausreicht, um die Temperatur des Getriebeöls in einem unkritischen Bereich zu halten.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Getriebeölwärmetauscher bei einem Druckniveau des Kühlmittels unterhalb eines Druckschwellwerts und einer Temperatur des Getriebeöls oberhalb eines zweiten Temperaturschwellwerts mit Kühlmittel aus dem kleinen Kühlkreislauf beaufschlagt. Ist das Getriebeöl so hoch erwärmt, dass eine Überhitzung des Getriebeöls droht, aber kein für die Kühlung ausreichendes Druckniveau im großen Kühlmittelkreislauf vorliegt, dann erfolgt die Beaufschlagung des Getriebeölwärmetauschers mit Kühlmittel aus dem kleinen Kühlmittelkreislauf. Dieses ist zwar wärmer, als das im großen Kühlmittelkreislauf, jedoch liegt ein konstant hohes Druckniveau vor, wodurch die Kühlleistung insgesamt besser ist. Sinkt die Temperatur des Getriebeöls wieder unter den zweiten Temperaturschwellwert und/oder steigt das Druckniveau im großen Kühlmittelkreislauf über den Druckschwellwert, dann kann wieder auf den regulären Betrieb mit Kühlmittel aus dem großen Kühlmittelkreislauf umgeschaltet werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Getriebeölwärmetauscher bei einer Temperatur des Getriebeöls unterhalb eines ersten Temperaturschwellwerts, der niedriger als der zweite Temperaturschwellwert liegt, mit Kühlmittel aus dem kleinen Kühlkreislauf beaufschlagt. Diese Funktion dient dem schnelleren Aufheizen des Getriebeöls, wodurch sich die Reibleistung des Geschwindigkeitswechselgetriebes verringern lässt.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Getriebeölwärmetauscher mit einem Hochtemperaturzulauf an den kleinen Kühlmittelkreislauf und einem Niedertemperaturzulauf an den großen Kühlmittelkreislauf angeschlossen, wobei die Zuläufe von jeweils einem weiteren Ventil schaltbar sind. Die weiteren Ventile erlauben eine bedarfsweise Regelung der verschieden temperierten Kühlmittel, wodurch sich die Temperatur des Getriebeöls auf eine Solltemperatur einregeln lässt.
In einer bevorzugten Ausführung führt ein Ablauf vom Getriebeölwärmetauscher zum Thermostatventil. Damit kann der Ablauf des Getriebeölwärmetauschers zusätzlich von dem Thermostatventil gesteuert werden und so eine Durchströmung des Getriebeölwärmetauschers komplett unterbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführung führen ein Kühlervorlauf von der Brennkraftmaschine zum Hauptwärmetauscher und ein Kühlerrücklauf vom Hauptwärmetauscher zur Brennkraftmaschine, wobei das Thermostatventil und die Kühlmittelförderpumpe im Kühlerrücklauf angeordnet sind. Die Kühlmittelförderpumpe ist insbesondere stromab des Thermostatventils angeordnet und es führt eine Bypassleitung, unter Umgehung des Hauptwärmetauschers, vom Kühlervorlauf zum Thermostatventil.
In einer bevorzugten Ausführung zweigt der Hochtemperaturzulauf vom Kühlervorlauf nahe der Brennkraftmaschine und der Niedertemperaturzulauf vom Kühlerrücklauf nahe des Hauptwärmetauschers ab. Die Entnahme des Kühlmittels nahe der Brennkraftmaschine bietet ein hohes Druckniveau und die Entnahme nahe des Hauptwärmetauschers bietet eine niedrige Temperatur.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigt die Figur eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine.
Gemäß der Figur hat ein Kühlmittelkreislauf 1 für eine Brennkraftmaschine 2 einen Hauptwärmetauscher 3, eine Kühlmittelförderpumpe 4 und ein Thermostatventil 5. Von der Brennkraftmaschine 2 führt ein Kühlervorlauf 9 das beim Betrieb der Brennkraftmaschine 2 erwärmte Kühlmittel zum Hauptwärmetauscher 3. Dort wird es mittels der Luftströmung durch den Hauptwärmetauscher 3 abgekühlt und tritt auf der gegenüberliegenden Seite in den Kühlerrücklauf 10 ein. Eine im Kühlerrücklauf 10 motornah angeordnete Kühlmittelförderpumpe 4 wälzt das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 1 um. Von dem Kühlervorlauf 9 zweigt eine Bypassleitung 11 unter Umgehung des Hauptwärmetauschers 3 zu dem im Kühlerrücklauf 10 angeordneten Thermostatventil 5 ab. Das Thermostatventil 5 kann zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf 1a, bestehend aus Brennkraftmaschine 2, einem Teil des Kühlervorlaufs 9, der Bypassleitung 11 und einem Teil des Kühlerrücklaufs 10 mit Kühlmittelförderpumpe 4, und einem großen Kühlmittelkreislauf 1b, bestehend aus Brennkraftmaschine 2, dem Kühlervorlauf 9, dem Hauptwärmetauscher 3 und dem Kühlerrücklauf 10 mit Kühlmittelförderpumpe 4, (stufenlos) umschalten. Als Thermostatventil 5 eignet sich hierzu ein beheizbares Thermostatventil oder ein pneumatisch bzw. elektromechanisch betätigbares Thermostatventil. Ein Getriebeölwärmetauscher 6 dient der Temperierung von Getriebeöl für ein nicht dargestelltes Geschwindigkeitswechselgetriebe. Dazu zweigt aus dem Kühlervorlauf 9, im Bereich des kleinen Kühlmittelkreislaufs 1a, ein Hochtemperaturzulauf 12 zum Getriebeölwärmetauscher 6 ab. Der Hochtemperaturzulauf 12 ist mit einem weiteren Ventil 7 versehen, durch das der Kühlmittelstrom reguliert werden kann. Aus dem Kühlerrücklauf 10 zweigt im Bereich des großen Kühlmittelkreislaufs 1b ein Niedertemperaturzulauf 13 zum Getriebeölwärmetauscher 6 ab, der von einem weiteren Ventil 8 reguliert werden kann. Der Ablauf 14 des Getriebeölwärmetauschers 6 führt zum Thermostatventil 5. Die Ventile 7 und 8 werden so geschaltet, dass nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 2 und einer Temperatur des Getriebeöls unterhalb eines ersten Schwellwertes das Ventil 7 geöffnet, das Ventil 8 geschlossen und das Thermostatventil 5 auf den kleinen Kühlmittelkreislauf 1a eingestellt ist. Dadurch gelangt erwärmtes Kühlmittel von der Brennkraftmaschine 2 zum Getriebeölwärmetauscher 6 und trägt zur schnelleren Erwärmung des Getriebeöls bei. Liegt die Temperatur des Getriebeöls zwischen dem ersten und einem zweiten Temperaturschwellwert, dann kann durch wechselweises Öffnen und Schließen der Ventile 7 und 8 bzw. durch Schließen des Ablaufs 14 eine Solltemperatur des Getriebeöls eingestellt werden. Überschreitet die Temperatur des Getriebeöls den zweiten Temperaturschwellwert, dann öffnet das Ventil 8 und das Ventil 7 bleibt geschlossen Das Getriebe wird nun mit kühlerem Kühlmittel aus dem Austritt des Hauptwärmetauschers 3 gekühlt. Bei Teillast der Brennkraftmaschine 2, wenn das Thermostatventil 5 noch weitestgehend geschlossen ist, reicht die Druckdifferenz über den Getriebeölwärmetauscher 6 aus, um einen ausreichenden Kühlmittelvolumenstrom zu gewährleisten.
Öffnet nun das Thermostatventil 5 aufgrund steigender Last der Brennkraftmaschine 2, so reduziert sich der Kühlmittelvolumenstrom aufgrund des sinkenden Druckniveaus und die Kühlung des Getriebes verringert sich. Kritisch ist dies insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 2. Wird nun der zweite Temperaturschwellwert bei gleichzeitig niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 und dementsprechender Unterschreitung des Druckschwellwertes erreicht, dann wird das Ventil 8 geschlossen und Ventil 7 geöffnet. Damit wird vom großen Kühlmittelkreislauf 1b auf den kleinen Kühlmittelkreislauf 1a umgeschaltet. Steigt anschließend die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 wieder an, was mit einer Überschreitung des Druckschwellwertes einhergeht, bzw. fällt die Temperatur des Getriebeöls unter den zweiten Temperaturschwellwert, so wird nach einer gewissen Zeit wieder auf den großen Kühlmittelkreislauf 1b umgeschaltet.
Bezugszeichenliste

1: Kühlmittelkreislauf
1a: kleiner Kühlmittelkreislauf
1b: großer Kühlmittelkreislauf
2: Brennkraftmaschine
3: Hauptwärmetauscher
4: Kühlmittelförderpumpe
5: Thermostatventil
6: Getriebeölwärmetauscher
7: weiteres Ventil
8: weiteres Ventil
9: Kühlervorlauf
10: Kühlerrücklauf
11: Bypassleitung
12: Hochtemperaturzulauf
13: Niedertemperaturzulauf
14: Ablauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19512783 A1 [0003]
EP 0787929 B1 [0004]

Claims

Kühlmittelkreislauf (1) für eine Brennkraftmaschine (2), aufweisend einen Hauptwärmetauscher (3), eine Kühlmittelförderpumpe (4) und ein Thermostatventil (5), wobei das Thermostatventil (5) zumindest zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf (1a) unter Umgehung des Hauptwärmetauschers (3) und einem großen Kühlmittelkreislauf (1b) unter Einbeziehung des Hauptwärmetauschers (3) umschalten kann, sowie einem Getriebeölwärmetauscher (6) zur Temperierung eines Getriebeöls, der mit dem kleinen (1a) und/oder dem großen Kühlmittelkreislauf (1b) strömungstechnisch verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeölwärmetauscher (6), in Abhängigkeit von einem Druckniveau des Kühlmittels im großen Kühlmittelkreislauf (1b) und einer Temperatur des Getriebeöls, mit Kühlmittel aus dem kleinen (1a) oder dem großen Kühlmittelkreislauf (1b) beaufschlagt werden kann.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeölwärmetauscher (6) bei einem Druckniveau des Kühlmittels unterhalb eines Druckschwellwerts und einer Temperatur des Getriebeöls oberhalb eines zweiten Temperaturschwellwerts mit Kühlmittel aus dem kleinen Kühlkreislauf (1a) beaufschlagt wird.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeölwärmetauscher (6) bei einem Druckniveau des Kühlmittels oberhalb des Druckschwellwerts und/oder einer Temperatur des Getriebeöls unterhalb des zweiten Temperaturschwellwerts mit Kühlmittel aus dem großen Kühlkreislauf (1b) beaufschlagt wird.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeölwärmetauscher (6) bei einer Temperatur des Getriebeöls unterhalb eines ersten Temperaturschwellwerts, der niedriger als der zweite Temperaturschwellwert liegt, mit Kühlmittel aus dem kleinen Kühlkreislauf (1a) beaufschlagt wird.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeölwärmetauscher (6) mit einem Hochtemperaturzulauf (12) an den kleinen Kühlmittelkreislauf (1a) und einem Niedertemperaturzulauf (13) an den großen Kühlmittelkreislauf (1b) angeschlossen ist, wobei die Zuläufe (12, 13) von jeweils einem weiteren Ventil (7, 8) schaltbar sind.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablauf (14) vom Getriebeölwärmetauscher (6) zum Thermostatventil (5) führt.
Kühlmittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlervorlauf (9) von der Brennkraftmaschine (2) zum Hauptwärmetauscher (3) und ein Kühlerrücklauf (10) vom Hauptwärmetauscher (3) zur Brennkraftmaschine (2) führen, wobei das Thermostatventil (5) und die Kühlmittelförderpumpe (4) im Kühlerrücklauf (10) angeordnet sind.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelförderpumpe (4) stromab des Thermostatventils (5) angeordnet ist und eine Bypassleitung (11) vom Kühlervorlauf (9) zum Thermostatventil (5) führt.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturzulauf (12) vom Kühlervorlauf (9) nahe der Brennkraftmaschine (2) und der Niedertemperaturzulauf (13) vom Kühlerrucklauf (10) nahe des Hauptwärmetauschers (3) abzweigt.
Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.