DE102011120206B4 - Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen Getriebeölwärmetauscher eingerichtet zur Temperierung eines Getriebeöls - Google Patents
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Abstract
Kühlmittelkreislauf (1) eingerichtet für eine Brennkraftmaschine (2), aufweisend einen Hauptwärmetauscher (3), eine Kühlmittelförderpumpe (4) und ein Thermostatventil (5), wobei das Thermostatventil (5) zumindest zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf (1ä) unter Umgehung des Hauptwärmetauschers (3) und einem großen Kühlmittelkreislauf (1b) unter Einbeziehung des Hauptwärmetauschers (3) umschalten kann, sowie einem Getriebeölwärmetauscher (6) eingerichtet zur Temperierung eines Getriebeöls, der mit dem kleinen (1a) und 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 wird.
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 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. - Weiterhin sei auf die
DE 41 04 093 A1 , dieDE 103 32 949 A1 , dieDE 10 2008 009 307 A1 und dieDE 10 2009 032 829 A1 verwiesen. - 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 eingerichtet 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 eingerichtet zur Temperierung eines Getriebeöls, der mit dem kleinen und 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 wird.
- 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 Brennkraftmaschine2 einen Hauptwärmetauscher3 , eine Kühlmittelförderpumpe4 und ein Thermostatventil5 . Von der Brennkraftmaschine2 führt ein Kühlervorlauf9 das beim Betrieb der Brennkraftmaschine2 erwärmte Kühlmittel zum Hauptwärmetauscher3 . Dort wird es mittels der Luftströmung durch den Hauptwärmetauscher3 abgekühlt und tritt auf der gegenüberliegenden Seite in den Kühlerrücklauf10 ein. Eine im Kühlerrücklauf10 motornah angeordnete Kühlmittelförderpumpe4 wälzt das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf1 um. Von dem Kühlervorlauf9 zweigt eine Bypassleitung11 unter Umgehung des Hauptwärmetauschers3 zu dem im Kühlerrücklauf10 angeordneten Thermostatventil5 ab. Das Thermostatventil5 kann zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf1a , bestehend aus Brennkraftmaschine2 , einem Teil des Kühlervorlaufs9 , der Bypassleitung11 und einem Teil des Kühlerrücklaufs10 mit Kühlmittelförderpumpe4 , und einem großen Kühlmittelkreislauf1b , bestehend aus Brennkraftmaschine2 , dem Kühlervorlauf9 , dem Hauptwärmetauscher3 und dem Kühlerrücklauf10 mit Kühlmittelförderpumpe4 , (stufenlos) umschalten. Als Thermostatventil5 eignet sich hierzu ein beheizbares Thermostatventil oder ein pneumatisch bzw. elektromechanisch betätigbares Thermostatventil. Ein Getriebeölwärmetauscher6 dient der Temperierung von Getriebeöl für ein nicht dargestelltes Geschwindigkeitswechselgetriebe. Dazu zweigt aus dem Kühlervorlauf9 , im Bereich des kleinen Kühlmittelkreislaufs1a , ein Hochtemperaturzulauf12 zum Getriebeölwärmetauscher6 ab. Der Hochtemperaturzulauf12 ist mit einem weiteren Ventil7 versehen, durch das der Kühlmittelstrom reguliert werden kann. Aus dem Kühlerrücklauf10 zweigt im Bereich des großen Kühlmittelkreislaufs1b ein Niedertemperaturzulauf13 zum Getriebeölwärmetauscher6 ab, der von einem weiteren Ventil8 reguliert werden kann. Der Ablauf14 des Getriebeölwärmetauschers6 führt zum Thermostatventil5 . Die Ventile7 und8 werden so geschaltet, dass nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine2 und einer Temperatur des Getriebeöls unterhalb eines ersten Schwellwertes das Ventil7 geöffnet, das Ventil8 geschlossen und das Thermostatventil5 auf den kleinen Kühlmittelkreislauf1a eingestellt ist. Dadurch gelangt erwärmtes Kühlmittel von der Brennkraftmaschine2 zum Getriebeölwärmetauscher6 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 Ventile7 und8 bzw. durch Schließen des Ablaufs14 eine Solltemperatur des Getriebeöls eingestellt werden. Überschreitet die Temperatur des Getriebeöls den zweiten Temperaturschwellwert, dann öffnet das Ventil8 und das Ventil7 bleibt geschlossen Das Getriebe wird nun mit kühlerem Kühlmittel aus dem Austritt des Hauptwärmetauschers3 gekühlt. Bei Teillast der Brennkraftmaschine2 , wenn das Thermostatventil5 noch weitestgehend geschlossen ist, reicht die Druckdifferenz über den Getriebeölwärmetauscher6 aus, um einen ausreichenden Kühlmittelvolumenstrom zu gewährleisten. Öffnet nun das Thermostatventil5 aufgrund steigender Last der Brennkraftmaschine2 , so reduziert sich der Kühlmittelvolumenstrom aufgrund des sinkenden Druckniveaus und die Kühlung des Getriebes verringert sich. Kritisch ist dies insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine2 . Wird nun der zweite Temperaturschwellwert bei gleichzeitig niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine2 und dementsprechender Unterschreitung des Druckschwellwertes erreicht, dann wird das Ventil8 geschlossen und Ventil7 geöffnet. Damit wird vom großen Kühlmittelkreislauf1b auf den kleinen Kühlmittelkreislauf1a umgeschaltet. Steigt anschließend die Drehzahl der Brennkraftmaschine2 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 Kühlmittelkreislauf1b 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
Claims (10)
- Kühlmittelkreislauf (1) eingerichtet für eine Brennkraftmaschine (2), aufweisend einen Hauptwärmetauscher (3), eine Kühlmittelförderpumpe (4) und ein Thermostatventil (5), wobei das Thermostatventil (5) zumindest zwischen einem kleinen Kühlmittelkreislauf (1ä) unter Umgehung des Hauptwärmetauschers (3) und einem großen Kühlmittelkreislauf (1b) unter Einbeziehung des Hauptwärmetauschers (3) umschalten kann, sowie einem Getriebeölwärmetauscher (6) eingerichtet zur Temperierung eines Getriebeöls, der mit dem kleinen (1a) und 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 wird.
- 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 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 bis4 , 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 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablauf (14) vom Getriebeölwärmetauscher (6) zum Thermostatventil (5) führt. - Kühlmittelkreislauf nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , 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 Kühlerrücklauf (10) nahe des Hauptwärmetauschers (3) abzweigt. - Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.
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