DE102015120286A1

DE102015120286A1 - Kühlsystem in einem Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems

Info

Publication number: DE102015120286A1
Application number: DE102015120286.7A
Authority: DE
Inventors: Björn Pehnert; Thomas Warbeck; David Kuhn; Manuel Groß
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Kühlsystem in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Klimaanlagenvorrichtung vor, wobei die Brennkraftmaschine einen Turbolader und die Klimaanlagenvorrichtung einen Heizwärmetauscher umfasst, wobei das Kühlsystem einen ersten Kühlkreis und einen zweiten Kühlkreis, die eine Kühlflüssigkeit umfassen, aufweist, wobei der erste Kühlkreis die Brennkraftmaschine und der zweite Kühlkreis eine dem Turbolader zugeordnete Ladeluft kühlt, wobei das Kühlsystem eine Schaltvorrichtung zur wahlweisen Leitung der Kühlflüssigkeit des ersten Kühlkreises oder des zweiten Kühlkreises über den Heizwärmetauscher aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem in einem Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems in einem Fahrzeug.
Kühlsysteme in Fahrzeugen sind hinlänglich bekannt und dienen beispielsweise der Kühlung der Brennkraftmaschine. Typischerweise werden zur Kühlung einzelner Bauteile Kühlkreise verwendet. Umfasst die Brennkraftmaschine einen Turbolader, ist regelmäßig zur Kühlung einer Ladeluft des Turboladers ein Niedertemperaturkühler im entsprechenden Kühlkreis vorgesehen. Überschreitet eine Umgebungstemperatur, d. h. eine Temperatur außerhalb des Fahrzeugs, einen Schwellwert, kann es zu begrenzter Kühlung von Ladeluft und Brennkraftmaschine kommen. Mögliche Folgen sind eine verringerte Brennkraftmaschinenleistung und ein erhöhter Energieverbrauch.
Es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Kühlsystem bereitzustellen, das insbesondere bei Temperaturen oberhalb eines Schwellenwerts eine gewünschte Kühlleistung bereitstellen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Klimaanlagenvorrichtung, wobei die Brennkraftmaschine einen Turbolader und die Klimaanlagenvorrichtung einen Heizwärmetauscher umfasst, wobei das Kühlsystem einen ersten Kühlkreis und einen zweiten Kühlkreis, die eine Kühlflüssigkeit umfassen, aufweist, wobei der erste Kühlkreis die Brennkraftmaschine und der zweite Kühlkreis eine dem Turbolader zugeordnete Ladeluft kühlt, wobei das Kühlsystem eine Schaltvorrichtung zur wahlweisen Leitung der Kühlflüssigkeit des ersten Kühlkreises oder des zweiten Kühlkreises über den Heizwärmetauscher aufweist.
Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich durch das wahlweise Leiten der Kühlflüssigkeit vom ersten oder zweiten Kühlkreis über den Heizwärmetauscher dessen Kühlleistung situationsabhängig nutzen. Dies wirkt sich positiv auf eine Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine bei Temperaturen oberhalb eines Umgebungstemperaturschwellenwerts aus. Dazu trägt insbesondere bei, dass ein Abkühlen der Ladeluft zur Effizienzsteigerung der Brennkraftmaschine genutzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Kühlsystem nicht für einen Grenzbetrieb ausgelegt werden muss, da für eventuelle Belastungen im Grenzbetrieb, beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen, die Kühlleistung der Klimaanlagenvorrichtung zugeschaltet werden kann. Dies wirkt sich letztendlich vorteilhaft auf Gewicht und Bauraum des Kühlsystems aus.
Vorzugsweise ist das Kühlsystem derart konfiguriert, dass der erste Kühlkreis und der zweite Kühlkreis in einer ersten Kühlstufe im Rahmen einer Primärkühlung durch eigene Kühlquellen, beispielsweise einen Niedertemperaturkühler, gekühlt werden, während in einer zweiten Kühlstufe die Primärkühlung durch eine vom Heizwärmetauscher ausgehende Sekundärkühlung ergänzt wird. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass Kühlflüssigkeit des zweiten Kühlkreises bei Temperaturen oberhalb eines Umgebungstemperaturschwellenwerts mittels der Schaltvorrichtung über den Heizwärmetauscher geleitet wird. Unter Umgebungstemperatur versteht der Fachmann vorzugsweise eine Temperatur außerhalb des Fahrzeugs. Beispielsweise ist der Umgebungstemperaturschwellenwert größer als 25°C, bevorzugt größer als 28°C und besonders bevorzugt größer als 30°C.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltvorrichtung ein Umschaltventil ist. Mittels eines Umschaltventils bzw. eines 3-Wege-Ventils lassen sich der erste Kühlkreis und der zweite Kühlkreis ohne großen Aufwand gemeinsam an den Heizwärmetauscher koppeln, wobei die Möglichkeit gegeben ist, mit dem Umschaltventil, beispielsweise bei Temperaturen oberhalb des Umgebungstemperaturschwellenwerts, Kühlflüssigkeit des zweiten Kühlkreises über den Heizwärmetauscher zu leiten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlsystem eine Steuervorrichtung zum Betätigen der Schaltvorrichtung bei Überschreitung eines Umgebungstemperaturschwellenwerts aufweist. Dadurch lässt sich bei Bedarf die Kühlleistung des Heizwärmetauschers hinzuschalten. Vorzugsweise lässt sich ein Umgebungstemperaturschwellenwert einstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlsystem eine Umschaltklappe zur Ableitung erwärmter Luft an eine Umgebung des Fahrzeugs umfasst. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise vermeiden, dass die vom Heizwärmetauscher erwärmte Luft in einen Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs geleitet wird. Stattdessen lässt sich die erwärmte Luft an die Umgebung ableiten. Insbesondere wird die Umschaltklappe zur Ableitung der erwärmten Luft in der zweiten Kühlstufe betätigt. Dazu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein Betätigen der Umschaltklappe synchronisiert ist mit dem Betätigen der Schaltvorrichtung, beispielsweise mittels der Steuervorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlsystem einen Verdampfer zur Kühlung einer Luft vor dem Heizwärmetauscher, insbesondere auf eine Temperatur unterhalb einer Umgebungstemperatur, aufweist. Dadurch lässt sich die Kühlleistung der Sekundärkühlung in vorteilhafter Weise weiter verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Kühlkreis einen Thermostat und/oder der zweite Kühlkreis einen Niedertemperaturkühler aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines erfindungsgemäßen Kühlsystems, wobei im Kühlsystem mittels Kühlflüssigkeit in einem ersten Kühlkreis eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs und in einem zweiten Kühlkreis Ladeluft eines Turboladers gekühlt wird, wobei bei Überschreitung eines Umgebungstemperaturschwellenwerts die Kühlflüssigkeit wahlweise vom ersten Kühlkreis oder vom zweiten Kühlkreis über einen Heizwärmetauscher einer Klimaanlagenvorrichtung geleitet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit, insbesondere vor dem Eintritt in den Heizwärmetauscher, mittels eines Verdampfers der Klimaanlagenvorrichtung, vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb einer Umgebungstemperatur, vorgekühlt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Die 1 zeigt schematisch in einem Blockdiagramm ein Kühlsystem gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist schematisch in einem Blockdiagramm ein Kühlsystem 1 für ein Fahrzeug gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere ist das Kühlsystem 1 dafür vorgesehen, eine Brennkraftmaschine 11 und Ladeluft 3 bzw. Ansaugluft eines Turboladers des Fahrzeugs zu kühlen. Dazu sind ein erster Kühlkreis 10 zur Kühlung der Brennkraftmaschine 11 und ein zweiter Kühlkreis 20 zur Kühlung der Ladeluft 3 vorgesehen, wobei der erste Kühlkreis 10 und der zweite Kühlkreis 20 Kühlflüssigkeit führen. Vorzugsweise umfasst der erste Kühlkreis 10 einen Thermostat 2 und der zweite Kühlkreis 20 einen Niedertemperaturkühler 21 zur jeweiligen Primärkühlung in einer ersten Kühlstufe. Zur Unterstützung des ersten bzw. des zweiten Kühlkreises 10 bzw. 20 ist es vorzugweise vorgesehen, dass bei Überschreitung eines Umgebungstemperaturschwellenwerts wahlweise die Kühlflüssigkeit des ersten Kühlkreises 10 oder des zweiten Kühlkreises 20 in einer zweiten Kühlstufe zur Sekundärkühlung über einen Heizwärmetauscher 32 einer Klimaanlagenvorrichtung 30 des Fahrzeugs geleitet wird. Dadurch lässt sich eine vom Kältekreis der Klimaanlagenvorrichtung 30 ausgehende Kühlleistung dann in vorteilhafter Weise dazu nutzen, die Primärkühlung durch die Sekundärkühlung zu ergänzen. Dazu sind der erste Kühlkreis 10 und der zweite Kühlkreis 20 über eine Schaltvorrichtung 15, beispielsweise in Form eines Umschaltventils, an die Klimaanlagenvorrichtung 30, insbesondere an den Heizwärmetauscher 32 der Klimaanlagenvorrichtung 30, gekoppelt. Insbesondere ist es vorstellbar, dass in der zweiten Kühlstufe der zweite Kühlkreis 20 zugeschaltet wird. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein Klimaanlagengebläse zur Kühlung der Kühlflüssigkeit genutzt wird, wodurch in vorteilhafter Weise die Kühlleistung des Kühlsystems 1 weiter gesteigert wird.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Klimaanlagenvorrichtung 30 einen Verdampfer 31 aufweist, der sich zusätzlich zum Heizwärmetauscher 32 zur Erhöhung der Kühlleistung des Kühlsystems nutzen lässt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass mittels des Verdampfers 31 Luft vor dem Heizwärmetauscher 32, vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb einer Umgebungstemperatur gekühlt wird.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Kühlsystem eine Umschaltklappe 16 aufweist, mit der in der zweiten Kühlstufe eine vom Heizwärmetauscher 32 erwärmte Luft an eine Umgebung 4 des Fahrzeugs abgeleitet wird. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise verhindern, dass die zwangsläufig in der zweiten Kühlstufe erwärmte Luft in einen Fahrgastinnenraum 5 geleitet werden muss. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein unerwünschtes Erwärmen des Fahrzeuginnenraums 5 durch aus der Klimaanlagenvorrichtung 30 andernfalls austretende erhitzte Luft vermeiden.

Claims

Kühlsystem (1) in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (11) und einer Klimaanlagenvorrichtung (30), wobei die Brennkraftmaschine (11) einen Turbolader und die Klimaanlagenvorrichtung (30) einen Heizwärmetauscher (32) umfasst, wobei das Kühlsystem (1) einen ersten Kühlkreis (10) und einen zweiten Kühlkreis (20), die eine Kühlflüssigkeit umfassen, aufweist, wobei der erste Kühlkreis (10) die Brennkraftmaschine (11) und der zweite Kühlkreis (20) eine dem Turbolader zugeordnete Ladeluft kühlt, wobei das Kühlsystem (1) eine Schaltvorrichtung (15) zur wahlweisen Leitung der Kühlflüssigkeit des ersten Kühlkreises (10) oder des zweiten Kühlkreises (20) über den Heizwärmetauscher (32) aufweist.
Kühlsystem (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung (15) ein Umschaltventil ist.
Kühlsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem (1) eine Steuervorrichtung zum Betätigen der Schaltvorrichtung (15) bei Überschreitung eines Umgebungstemperaturschwellenwerts aufweist.
Kühlsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem (1) eine Umschaltklappe (16) zur Ableitung erwärmter Luft an eine Umgebung des Fahrzeugs umfasst.
Kühlsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem (1) einen Verdampfer (31) zur Kühlung einer Luft vor dem Heizwärmetauscher (32), insbesondere auf eine Temperatur unterhalb einer Umgebungstemperatur, aufweist.
Kühlsystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kühlkreis (10) einen Thermostat (2) und/oder der zweite Kühlkreis (20) einen Niedertemperaturkühler (21) aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems (1) eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kühlsystems (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Kühlsystem (1) mittels Kühlflüssigkeit in einem ersten Kühlkreis (10) eine Brennkraftmaschine (11) des Fahrzeugs und in einem zweiten Kühlkreis (20) Ladeluft (3) eines Turboladers gekühlt wird, wobei bei Überschreitung eines Umgebungstemperaturschwellenwerts die Kühlflüssigkeit wahlweise vom ersten Kühlkreis (10) oder vom zweiten Kühlkreis (20) über einen Heizwärmetauscher (32) einer Klimaanlagenvorrichtung (30) geleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Kühlflüssigkeit, insbesondere vor dem Eintritt in den Heizwärmetauscher (32) mittels eines Verdampfers (31) der Klimaanlagenvorrichtung (30), vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb einer Umgebungstemperatur, vorgekühlt wird.