DE102013208181A1 - Kühlsystem für Komponenten in einem Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit mehreren zu kühlenden Komponenten, umfassend: – eine erste Kühleinrichtung (2), insbesondere einen Frontendkühler, zum Kühlen von zirkulierendem Kühlmittel in Richtung einer Umgebungstemperatur; – eine zweite Kühleinrichtung (4), insbesondere umfassend eine Dampfstrahlkältemaschine (42), zum Kühlen von zirkulierendem Kühlmittel unter eine Umgebungstemperatur; und – eine zentrale Kühlmittelschaltanordnung (6), die mit der ersten Kühleinrichtung (2) und der zweiten Kühleinrichtung (4) verbunden ist, um die mehreren zu kühlenden Komponenten entweder mit dem durch die erste Kühleinrichtung (2) gekühlten Kühlmittel oder mit dem durch die zweite Kühleinrichtung (4) gekühlten Kühlmittel zu kühlen.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftfahrzeuge mit Kühlsystemen zum Abführen von Wärmeenergie aus mehreren Komponenten.
- Stand der Technik
- Aus der Druckschrift
US 5,647,221 A ist eine als Dampfstrahlkältemaschine ausgebildete Kühlvorrichtung zur Nutzung der Abwärme beispielsweise eines Verbrennungsmotors bekannt, bei der ein Niederdruck-Kühlkreislauf über eine Verdichtungseinrichtung von einem Hochdruck-Kühlkreislauf angetrieben wird. Allgemein ist bekannt, eine Ladeluftkühlung vorzunehmen, bei der die Ladeluft auf eine unterhalb der Umgebungstemperatur liegende Temperatur abgekühlt wird. Dadurch wird die Ladeluftdichte und damit der Motorfüllungsgrad verbessert. Dies ermöglicht eine verbesserte Motorleistungsdichte. - Insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit Aufladeeinrichtung, wie beispielsweise einem Abgasturbolader, und einer Abgasrückführung besteht weiterhin die Notwendigkeit, bei hohen Lastbeanspruchungen auch ein Lager des Verdichters des Abgasturboladers zu kühlen, um dessen Lebensdauer zu verlängern.
- Auch ist in einer Abgasrückführungsleitung zur Rückführung von Verbrennungsabgasen in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors häufig eine Kühleinrichtung vorgesehen, um die Dichte des rückgeführten Verbrennungsabgases zu erhöhen.
- Bei Hybridantrieben, bei denen ein Antriebsmoment zumindest teilweise elektromotorisch bereitgestellt werden soll, wird die Antriebsenergie als elektrische Energie über einen elektrischen Energiespeicher bereitgestellt. Je nach Belastung des elektrischen Energiespeichers erzeugt dieser Wärme, die ebenfalls in geeigneter Weise abgeführt werden muss.
- Offenbarung der Erfindung
- Erfindungsgemäß sind ein Kühlsystem für Komponenten in einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Anspruch vorgesehen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit mehreren zu kühlenden Komponenten vorgesehen, umfassend:
- – eine erste Kühleinrichtung, insbesondere einen Frontendkühler, zum Kühlen von zirkulierendem Kühlmittel in Richtung einer Umgebungstemperatur;
- – eine zweite Kühleinrichtung, insbesondere umfassend eine Dampfstrahlkältemaschine, zum Kühlen von zirkulierendem Kühlmittel unter eine Umgebungstemperatur; und
- – eine zentrale Kühlmittelschaltanordnung, die mit der ersten Kühleinrichtung und der zweiten Kühleinrichtung verbunden ist, um die mehreren zu kühlenden Komponenten entweder mit dem durch die erste Kühleinrichtung gekühlten Kühlmittel oder mit dem durch die zweite Kühleinrichtung gekühlten Kühlmittel zu kühlen.
- Eine Idee des obigen Kühlsystems besteht darin, durch eine einzige, insbesondere als einziges Bauelement ausgebildete Kühlmittelschaltanordnung verschiedene Betriebszustände zum Kühlen mehrerer Komponenten in geeigneter Weise einzustellen. Dabei kann die Kühlmittelschaltanordnung vorgesehen sein, um das Kühlmittel durch eine erste Kühleinrichtung oder durch eine zweite Kühleinrichtung zu kühlen und einzelne Komponenten in geeigneter Weise mit dem entsprechend gekühlten Kühlmittel zu versorgen, um eine Wärmeabführung zu ermöglichen. Daher kann je nach benötigtem Kühlbedarf an den einzelnen Komponenten eine Kühlung entweder über ein nur mithilfe der ersten Kühleinrichtung gekühltes Kühlmittel oder über ein mithilfe der zweiten Kühleinrichtung auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur abgekühltes Kühlmittel erfolgen. Dies ermöglicht es, das durch die zweite Kühleinrichtung unter die Umgebungstemperatur gekühlte "wertvolle" Kühlmittel gezielt an derjenigen Komponente bzw. denjenigen Komponenten zu verwenden, an der/denen die Kühlleistung am dringendsten oder an der/denen eine besonders niedrigere Kühltemperatur benötigt wird.
- Das Vorsehen einer zentralen Kühlmittelschaltanordnung ermöglicht es, verschiede Kühlstrategien betriebsabhängig an einem Ort zu schalten, ohne dass an den zu kühlenden Komponenten und den Kühleinrichtungen verteilt einzelne Schaltvorrichtungen bzw. Ventile vorgesehen werden müssen. Dazu werden die erste Kühleinrichtung und die zweite Kühleinrichtung in Reihe geschaltet und der jeweilige Ausgang der ersten Kühleinrichtung und der zweiten Kühleinrichtung eingangsseitig mit der Kühlmittelschaltanordnung verbunden. Ausgangsseitig weist die Kühlmittelschaltanordnung Ventile auf, die zu den einzelnen zu kühlenden Komponenten führen. Durch Vorsehen geeigneter Schaltkulissen oder einer geeigneten Steuerung für verschiedene Schaltzustände können nun die Kühlmittelströme aus der ersten Kühleinrichtung und der zweiten Kühleinrichtung gezielt zu den einzelnen zu kühlenden Komponenten gelenkt werden.
- So ist es im Falle einer Batterie als zu kühlende Komponente beispielsweise möglich, diese durch die Verwendung des durch die zweite Kühleinrichtung gekühlten Kühlmittels auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur zu kühlen. Dadurch kann bei hoher Umgebungstemperatur die Lebensdauer der Batterie verlängert werden.
- Gemäß einer Ausführungsform kann eine weitere zu kühlende Komponente, insbesondere ein Ladeluftkühler und/oder ein Abgasrückführungskühler, unmittelbar mit einem Ausgang der zweiten Kühleinrichtung verbunden sein, so dass die weitere zu kühlende Komponente permanent von dem durch die zweite Kühleinrichtung gekühlten Kühlmittel durchströmt wird.
- Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens eine der zu kühlenden Komponenten, insbesondere eine Lagerung eines Abgasturboladers, direkt mit einem Ausgang der weiteren zu kühlenden Komponente verbunden ist, so dass durch die weitere zu kühlende Komponente erwärmtes Kühlmittel zur Kühlung der mindestens einen zu kühlenden Komponente bereitgestellt wird.
- Ferner kann zumindest ein Teil der zu kühlenden Komponenten ausgangsseitig mit einem Eingang der ersten Kühleinrichtung verbunden sein.
- Die erste Kühleinrichtung kann ausgangsseitig mit einem Eingang der zweiten Kühleinrichtung verbunden sein, um durch die erste Kühleinrichtung gekühltes Kühlmittel durch die zweite Kühleinrichtung unter die Umgebungstemperatur zu kühlen.
- Die Kühlmittelschaltanordnung kann ausgebildet sein, um eine Batterie als zu kühlende Komponente mit durch die zweite Kühleinrichtung gekühltem Kühlmittel zu kühlen. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlmittelschaltanordnung ausgebildet sein, um eine Batterie als zu kühlende Komponente mit durch einen Ladeluftkühler erwärmtem Kühlmittel zu erwärmen.
- Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug mit mehreren zu kühlenden Komponenten und dem obigen Kühlsystem vorgesehen.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems gemäß einer ersten Ausführungsform; und -
2 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform. - Beschreibung von Ausführungsformen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems1 für ein Kraftfahrzeug. Das Kühlsystem1 weist ein zirkulierendes Kühlmittel auf, wie z. B. Wasser oder dergleichen. - Das Kühlsystem
1 weist eine erste Kühleinrichtung2 , z. B. in Form eines Frontendkühlers auf. Die erste Kühleinrichtung2 ist in der Lage, erwärmtes Kühlmittel bis auf eine nahezu der Umgebungstemperatur entsprechende Temperatur abzukühlen. - Die erste Kühleinrichtung
2 ist ausgangsseitig mit einer Kühlmittelpumpe3 gekoppelt, um das Kühlmittel in dem Kühlsystem1 zu zirkulieren. - Stromabwärts der Kühlmittelpumpe
3 ist eine zweite Kühleinrichtung4 vorgesehen, die einen Wärmetauscher41 und eine Dampfstrahlkältemaschine42 aufweist, um das zirkulierende Kühlmittel auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur weiter herabzukühlen. Die Dampfstrahlkältemaschine42 kann am Abgasabführungsabschnitt eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, um Abgasenthalpie in eine Kühlleistung umzusetzen. Ein durch die Dampfstrahlkältemaschine42 laufender Primärkreis43 wird durch den Wärmetauscher41 geführt, um dort das zirkulierende Kühlmittel entsprechend zu kühlen. - Ein Ausgang der Kühlmittelpumpe
3 ist mit einem ersten Eingangsventil61 einer Kühlmittelschaltanordnung6 verbunden, so dass der Kühlmittelschaltanordnung6 mit nur der ersten Kühleinrichtung2 gekühltes Kühlmittel zugeführt wird. Ein Ausgang der zweiten Kühleinrichtung4 ist mit einem zweiten Eingangsventil62 der Kühlmittelschaltanordnung6 verbunden. - Weiterhin ist ein Ausgang der zweiten Kühleinrichtung
4 mit einem Ladeluftkühler7 als einer zu kühlenden Komponente des Kühlsystems1 verbunden. - Alternativ oder zusätzlich zu dem Ladeluftkühler
7 kann ein Abgasrückführungskühler7' (wenn zusätzlich, dann parallel oder seriell hierzu) vorgesehen sein, um die Temperatur eines rückgeführten Verbrennungsabgases ebenfalls durch Kühlung mit dem durch die zweite Kühleinrichtung4 gekühlten Kühlmittel zu reduzieren. Ausgangsseitig sind der Ladeluftkühler7 und/oder der Abgasrückführungskühler7' mit dem Eingang der ersten Kühleinrichtung2 verbunden. - Weiterhin kann eine Batterie
8 vorgesehen sein, insbesondere eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Die Batterie8 weist ein Kühlelement auf, um Abwärme an ein durchströmendes Kühlmittel abzugeben. Das Kühlelement der Batterie8 ist über ein erstes Ausgangsventil63 mit der Kühlmittelschaltanordnung6 verbunden, über das der Batterie8 Kühlmittel zugeführt wird. Ausgangsseitig ist die Batterie8 mit einem Eingang der ersten Kühleinrichtung2 verbunden. - Weiterhin kann über ein zweites Ausgangsventil
64 eine Lagerung9 eines Abgasturboladers gekühlt werden. Dazu weist die Lagerung9 ein weiteres Kühlelement auf, durch das zum Kühlen der Lagerung9 Kühlmittel geleitet wird. Die Zufuhr von Kühlmittel erfolgt über das zweite Ausgangsventil64 und die Abfuhr erfolgt zum Eingang der ersten Kühleinrichtung2 . - Die Eingangs- und Ausgangsventile
61 bis64 können in verschiedener Weise angesteuert werden, um das durch die erste Kühleinrichtung2 gekühlte Kühlmittel oder das durch die erste und zweite Kühleinrichtung2 ,4 gekühlte Kühlmittel durch zu kühlende Komponenten zu führen. Da es zur Verbesserung des Wirkungsgrads bzw. der Leistungsdichte eines Verbrennungsmotors stets sinnvoll ist, die Ladeluft bzw. das rückgeführte Verbrennungsabgas mit einer möglichst niedrigen Temperatur bereitzustellen, ist die Ausgangsseite der zweiten Kühleinrichtung4 fest mit dem Ladeluft- bzw. Abgasrückführungskühler7 ,7' verbunden. Dadurch kann die Ladeluft und/oder das rückgeführte Verbrennungsabgas mit einer größtmöglichen Dichte bereitgestellt werden. - Weiterhin ist die Batterie
8 als weitere zu kühlende Komponente durch entsprechende Ansteuerung der Eingangsventile61 ,62 bzw. der Ausgangsventile63 ,64 entweder mit nur durch die erste Kühleinrichtung2 gekühltem Kühlmittel oder mit durch die erste und zweite Kühleinrichtung2 ,4 unter die Umgebungstemperatur gekühltem Kühlmittel kühlbar. Insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen kann daher die Batterie8 auf eine Temperatur gekühlt werden, die niedriger ist als die Umgebungstemperatur. Dies wirkt einer Alterung der Batterie8 entgegen. - Gemäß einer weiteren Ausführungsform, wie sie in
2 gezeigt ist, kann die Eingangsseite des Kühlelements für die Lagerung9 mit der Ausgangsseite des entsprechenden Kühlelements für die Ladeluft- bzw. Abgasrückführungskühler7 ,7' verbunden sein. Auf diese Weise kann bei geschlossenem ersten und zweiten Eingangsventil61 ,62 ein Teil des bereits durch den Ladeluft- bzw. Abgasrückführungskühler7 ,7' geführten Kühlmittels zur Kühlung der Lagerung9 verwendet werden, da dort eine Kühlung auf sehr niedrige Temperaturen nicht erforderlich ist. Weiterhin ist dadurch über die Kühlmittelleitung zwischen dem zweiten Ausgangsventil64 und dem Eingang des Kühlelements der Lagerung9 auch die Ausgangsseite des Kühlelements für die Ladeluft- bzw. Abgasrückführungskühler7 ,7' mit dem zweiten Ausgangsventil64 verbunden. Durch die serielle Verschaltung der Lagerkühlung9 mit dem Ladeluftkühler7 kann selbst mit dem durch den Ladeluftkühler7 erwärmten Kühlmittel noch eine ausreichende Kühlung gewährleistet werden. Insbesondere kann dadurch der Einsatz von Kühlmittel niedriger Temperatur effizient vorgesehen werden. - Auf diese Weise kann bei geschlossenem ersten und zweiten Eingangsventil
61 ,62 ein Teil des bereits durch den Ladeluft- bzw. Abgasrückführungskühler7 ,7' geführten Kühlmittels über die Kühlmittelschaltanordnung6 zu dem Kühlelement der Batterie8 und zur Eingangsseite der ersten Kühleinrichtung2 geführt werden. Dadurch ist es möglich, dass die Batterie8 bei einer niedrigen Außentemperatur durch die Abwärme des Ladeluftkühlers7 bzw. des Abgasrückführungskühlers7' erwärmt werden kann. Bei moderater Umgebungstemperatur kann durch Öffnen des ersten Eingangsventils61 und des ersten Ausgangsventils63 die Batterie8 passiv über die erste Kühleinrichtung2 auf ein Temperaturniveau gekühlt werden, das nur geringfügig über der Umgebungstemperatur liegt. - Allgemein ermöglicht die Kühlmittelschaltanordnung
6 eine zentrale Steuerung von Kühlmittelflüssen, insbesondere zur geeigneten Kühlung bzw. Erwärmung der Batterie8 als zu kühlender bzw. zu erwärmender Komponente sowie weiterer zu kühlender Komponenten, wobei insbesondere der Betriebsfall bereitgestellt wird, dass bereits durch den Ladeluftkühler7 erwärmtes Kühlmittel zum Erwärmen der Batterie8 verwendet werden kann. Dadurch kann eine separate Heizung für die Batterie8 entfallen. - 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
-
- US 5647221 A [0002]
Claims (9)
- Kühlsystem (
1 ) für ein Kraftfahrzeug mit mehreren zu kühlenden Komponenten, umfassend: – eine erste Kühleinrichtung (2 ), insbesondere einen Frontendkühler, zum Kühlen von zirkulierendem Kühlmittel in Richtung einer Umgebungstemperatur; – eine zweite Kühleinrichtung (4 ), insbesondere umfassend eine Dampfstrahlkältemaschine (42 ), zum Kühlen von zirkulierendem Kühlmittel unter eine Umgebungstemperatur; und – eine zentrale Kühlmittelschaltanordnung (6 ), die mit der ersten Kühleinrichtung (2 ) und der zweiten Kühleinrichtung (4 ) verbunden ist, um die mehreren zu kühlenden Komponenten entweder mit dem durch die erste Kühleinrichtung (2 ) gekühlten Kühlmittel oder mit dem durch die zweite Kühleinrichtung (4 ) gekühlten Kühlmittel zu kühlen. - Kühlsystem (
1 ) nach Anspruch 1, wobei eine weitere zu kühlende Komponente, insbesondere ein Ladeluftkühler (7 ) und/oder ein Abgasrückführungskühler (7' ), unmittelbar mit einem Ausgang der zweiten Kühleinrichtung (4 ) verbunden ist, so dass durch die zweite Kühleinrichtung (4 ) gekühltes Kühlmittel die weitere zu kühlende Komponente permanent durchströmt. - Kühlsystem (
1 ) nach Anspruch 2, wobei mindestens eine der zu kühlenden Komponenten, insbesondere eine Lagerung (9 ) eines Abgasturboladers, direkt mit einem Ausgang der weiteren zu kühlenden Komponente verbunden ist, so dass durch die weitere zu kühlende Komponente erwärmtes Kühlmittel zur Kühlung der mindestens einen zu kühlenden Komponente bereitgestellt wird. - Kühlsystem (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest ein Teil der zu kühlenden Komponenten ausgangsseitig mit einem Eingang der ersten Kühleinrichtung (2 ) verbunden ist. - Kühlsystem (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Kühleinrichtung (2 ) ausgangsseitig mit einem Eingang der zweiten Kühleinrichtung (4 ) verbunden ist, um durch die erste Kühleinrichtung (2 ) gekühltes Kühlmittel durch die zweite Kühleinrichtung (4 ) unter die Umgebungstemperatur zu kühlen. - Kühlsystem (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlmittelschaltanordnung (6 ) ausgebildet ist, um eine Batterie als zu kühlende Komponente mit durch die zweite Kühleinrichtung (4 ) gekühltem Kühlmittel zu kühlen. - Kühlsystem (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kühlmittelschaltanordnung (6 ) ausgebildet ist, um eine Batterie als zu kühlende Komponente mit durch einen Ladeluftkühler (7 ) erwärmtem Kühlmittel zu erwärmen. - Kühlsystem (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kühlmittelschaltanordnung (6 ) einstückig ausgebildet ist. - Kraftfahrzeug mit mehreren zu kühlenden Komponenten, dem Kühlsystem (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Steuereinheit zum Schalten der Kühlmittelschaltanordnung (6 ).
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