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Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf und ein Verfahren, mit deren Hilfe ein Kraftfahrzeugmotor eines Kraftfahrzeugs gekühlt werden kann.
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Aus
WO 2008/043399 A1 ist ein Kühlkreislauf für einen Kraftfahrzeugmotor bekannt, bei dem ein den Kraftfahrzeugmotor durchströmender Kühlmittelstrom von einem Thermostatventil durch einen Kühler hindurch oder über eine regalbare Überbrückung an dem Kühler vorbei zu einer Förderpumpe geleitet werden kann. Durch ein in der regelbaren Überbrückung vorgesehenes Druckventil kann eine Druckdifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Kühlers begrenzt werden.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Herstellungskosten von Kraftfahrzeugen zu reduzieren und insbesondere die Bauteileanzahl für einen Kühlkreislauf zu reduzieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine Reduktion der Herstellungskosten von Kraftfahrzeugen, insbesondere eine Reduktion der Bauteileanzahl für einen Kühlkreislauf, ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Kühlkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Kühlkreislauf zum Kühlen eines Kraftfahrzeugmotors vorgesehen mit einer Förderpumpe zum Pumpen eines Kühlmittelstroms durch den Kraftfahrzeugmotor, einem Kühler zum Kühlen des Kühlmittelstroms, einem ungeregelten Bypasskanal zum Ableiten zumindest eines Teils des Kühlmittelstroms an dem Kühler vorbei zur Förderpumpe und einer Ventileinrichtung zum Einstellen eines Durchflusses eines aus dem Kühlmittelstrom stammenden durch den Kühler strömenden Kühlstroms.
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Der Bypasskanal ist ungeregelt und weist dadurch keine regelbaren Ventile oder Steuerelement auf, mit deren Hilfe der Durchfluss oder der Druck im Bypasskanal eingestellt werden kann. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass eine Regelung des Durchflusses oder des Drucks im Bypasskanal durch die für den Kühler vorgesehene Ventileinrichtung erreicht werden kann, ohne dass hierzu eine separate Regelung für den Bypasskanal erforderlich ist. Insbesondere ist die Ventileinrichtung eingerichtet durch eine Einstellung des Durchflusses für den Kühler einen Systemdruck innerhalb des Kühlers auf oder unterhalb eines zulässigen Maximaldrucks für den Kühler zu halten. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Durchflussregelung der Ventileinrichtung für den Kühler gleichzeitig für eine Druckregelung der Kühlers genutzt werden kann, zumindest um unzulässig hohe Drucke innerhalb des Kühlers zu vermeiden. Der Massenstrom des Kühlmittelstroms, der von der Ventileinrichtung nicht durch den Kühler gelassen wird, beispielsweise um eine Abkühlung des Kühlmittels auf eine zu niedrige Temperatur oder insbesondere einen zu hohen Druck im Kühler zu vermeiden, kann automatisch über den Bypasskanal abgeführt und der Förderpumpe zu geführt werden. Ein mit Hilfe eines Ventils geregelter Bypasskanal ist hierzu nicht erforderlich. Da die Ventileinrichtung sowohl zur Temperaturregelung des Kühlmittelstroms als auch zur Begrenzung eines Drucks innerhalb des Kühlers genutzt werden kann, ist ein ungeregelter Bypasskanal ohne zusätzliche Regeleinrichtung ausreichend, so dass eine Reduktion der Herstellungskosten von Kraftfahrzeugen, insbesondere eine Reduktion der Bauteileanzahl für einen Kühlkreislauf, ermöglicht ist.
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Insbesondere weist die Ventileinrichtung ein Thermostatventil zur Temperaturregelung des Kühlmittelstroms auf. Die Ventileinrichtung kann dadurch den Durchfluss durch den Kühler derart wählen, dass ein bestimmter Solltemperaturbereich für den Kühlmittelstrom erreicht wird. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen für den Kühlmittelstrom können dadurch vermieden werden. Insbesondere weist die Ventileinrichtung ein Temperaturmessgerät zur Messung der Temperatur des Kühlmittelstroms an einer definierten Stelle innerhalb des Kühlkreislaufs auf, die mit einer zu regelnden Solltemperatur verglichen werden kann. Dadurch kann der vom Kraftfahrzeugmotor kommende Kühlmittelstrom geeignet auf den Bypasskanal und den Kühler aufgeteilt werden, um durch eine Mischung des über den Bypasskanal geförderten ungekühlten Anteils und den über den Kühler geförderten gekühlten Anteils die gewünschte Solltemperatur zu regeln. Hierbei kann vorrangig eine Begrenzung des Drucks in dem Kühler auf oder unterhalb des zulässigen Maximaldrucks berücksichtigt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung im geschlossenen Zustand, in dem für den Kühlmittelstrom der Zugang zum Kühler versperrt ist, den Bypasskanal zur Ableitung des gesamten Kühlmittelstroms über den Bypasskanal maximal weit öffnet, wobei die Ventileinrichtung im geöffneten Zustand, in dem für den Kühlmittelstrom der Zugang zum Kühler zumindest teilweise geöffnet ist, den Bypasskanal teilweise oder vollständig schließt. Dadurch ist sichergestellt, dass ohne unnötigen Druckverlust der gesamte Kühlmittelstrom über den Bypasskanal gefördert wird, wenn der Kühler in der geschlossenen Stellung im Wesentlichen vollständig versperrt ist. Falls ein besonders hoher Anteil des Kühlmittelstroms oder sogar der gesamte Kühlmittelstrom durch den Kühler geleitet werden soll, insbesondere wenn in dieser Situation der zulässige Maximaldruck im Kühler nicht überschritten wird, kann die Ventileinrichtung gleichzeitig den Bypasskanal zumindest teilweise versperren, so dass eine besonders hohe Kühlleistung erreicht wird, die im Wesentlichen nicht durch einen über den Bypasskanal strömenden ungekühlten Anteil des Kühlmittelstroms beeinträchtigt wird.
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Besonders bevorzugt ist zur Einstellung eines Durchflusses eines durch den Bypasskanal strömenden Bypassstroms ein Strömungsquerschnitt des Bypasskanals von der Ventileinrichtung im geöffneten Zustand, insbesondere stufenlos, einstellbar. Die Ventileinrichtung kann beispielsweise ein Stellglied aufweisen, mit dessen Hilfe der Durchfluss zum Kühler eingestellt werden kann. Insbesondere kann dieses Stellglied in der geöffneten Stellung in den Strömungsquerschnitt des Bypasskanals hineinragen und dadurch den Durchfluss durch den Bypasskanal drosseln oder zumindest teilweise versperren.
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Insbesondere weist die Ventileinrichtung ein Schiebeelement zur Einstellung eines Durchflusses durch den Kühler und/oder durch den Bypasskanal auf, wobei insbesondere das Schiebeelement über eine Relativlage, in welche der Durchfluss für den Kühler maximal eingestellt ist, hinaus in einen Bereich verschiebbar ist, in dem das Schiebeelement den Durchfluss für den Bypass reduziert. Das Stellglied der Ventileinrichtung kann als Schiebeelement ausgestaltet sein, das je nach einzustellenden Durchfluss für den Kühler einen zum Kühler führenden Strömungsquerschnitt variieren kann. Wenn der zum Kühler führende Strömungsquerschnitt vollständig geöffnet ist, kann das Schiebeelement jedoch weiter in Öffnungsrichtung verschoben werden, um dadurch in den Strömungsquerschnitt des Bypasskanals hineinzuragen. Hierbei ist insbesondere eine Zwischenstellung für das Schiebeelement vorgesehen, in der sowohl der Strömungsquerschnitt zum Kühler als auch der Strömungsquerschnitt des Bypasskanals maximal weit geöffnet sind.
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Vorzugsweise weist die Ventileinheit eine hinterlegte Druckverlustkurve für den Kühler auf, wobei ein Durchfluss durch den Kühler von der Ventileinheit in Abhängigkeit von der Druckverlustkurve zur Begrenzung eines Systemdrucks innerhalb des Kühlers auf oder unterhalb eines zulässigen Maximaldruck für den Kühler regelbar ist. Aus der Druckverlustkurve kann ermittelt werden, welcher durch den Kühler verursachte Druckverlust bei einem bestimmten Massenstrom des Kühlmittelstroms zum anliegenden Förderdruck hinzukommt. Falls der Massenstrom des Kühlmittelstroms beim aktuellen Förderdruck so hoch ist, dass der Druckverlust im Kühler zu einem oberhalb des zulässigen Maximaldrucks für den Kühler liegenden Systemdruck im Kühler führen könnte, kann die Ventileinheit den Durchfluss zum Kühler reduzieren, so dass der zulässige Maximaldruck im Kühler eingehalten wird.
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Besonders bevorzugt ist ein permanent geöffneter Sicherheitskanal zum Ableiten eines Teils des Kühlmittelstroms an dem Kühler vorbei zur Förderpumpe vorgesehen. Über den Sicherheitskanal kann in jedem Betriebszustand der Ventileinheit ein Anteil des Kühlmittelstroms zur Förderpumpe abgeleitet werden. Dadurch können Druckschwingungen im Kühlmittelstrom gedämpft und bei einem Defekt, beispielweise einer Verstopfung im Kühler und/oder im Bypasskanal und/oder einem hakenden Stellglied der Ventileinheit, ein unzulässig hoher Druck im Kühlkreislauf vermieden werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlkreislaufs, der insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, für einen Kraftfahrzeugmotor, bei dem ein den Kraftfahrzeugmotor durchströmender Kühlmittelstrom bestimmt wird, aus einer hinterlegten Druckverlustkurve für einen zum Kühlen des Kühlmittelstroms vorgesehenen Kühlers ein voraussichtlicher Systemdruck innerhalb des Kühlers ermittelt wird und in dem Fall, dass der voraussichtliche Systemdruck einen zulässigen Maximaldruck für den Kühler übersteigt, mit Hilfe einer Ventileinrichtung aus dem vom Kraftfahrzeugmotor zum Kühler strömenden Kühlmittelstrom ein Bypassstrom zur Reduzierung des Systemdrucks im Kühler auf einen Wert gleich oder unterhalb des zulässigen Maximaldrucks an dem Kühler vorbeigeführt wird. Da die Ventileinrichtung sowohl zur Temperaturregelung des Kühlmittelstroms als auch mit Hilfe der hinterlegten Druckverlustkurve zur Begrenzung eines Drucks innerhalb des Kühlers genutzt werden kann, ist ein ungeregelter Bypasskanal ohne zusätzliche Regeleinrichtung ausreichend, so dass eine Reduktion der Herstellungskosten von Kraftfahrzeugen, insbesondere eine Reduktion der Bauteileanzahl für einen Kühlkreislauf, ermöglicht ist.
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Aus der Druckverlustkurve kann ermittelt werden, welcher durch den Kühler verursachte Druckverlust bei einem bestimmten Massenstrom des Kühlmittelstroms zum anliegenden Förderdruck hinzukommt. Falls der Massenstrom des Kühlmittelstroms beim aktuellen Förderdruck so hoch ist, dass der Druckverlust im Kühler zu einem oberhalb des zulässigen Maximaldrucks für den Kühler liegenden Systemdruck im Kühler führen könnte, kann die Ventileinheit den Durchfluss zum Kühler reduzieren, so dass der zulässige Maximaldruck im Kühler eingehalten wird.
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Insbesondere wird die Menge des Bypassstroms bestimmt, indem aus der Druckverlustkurve für den Kühler ein erforderlicher Differenzstrom zur Reduzierung des Systemdrucks im Kühler auf einen Wert gleich oder unterhalb des zulässigen Maximaldrucks bestimmt wird. Bei einem bestimmten anliegenden Förderdruck, für den sicherheitshalber insbesondere der maximal zulässige Förderdruck angenommen werden kann, kann ein aus der Druckverlustkurve ableitbarer bestimmter zulässiger Druckverlust abgelesen werden, bei dem gerade der zulässige Maximaldruck im Kühler noch eingehalten wird. Dieser Druckverlust ist mit einem bestimmten Massenstrom verknüpft, der in der aktuellen Situation maximal durch den Kühler geleitet werden soll. Die Differenz zwischen dem an der Ventileinrichtung ankommenden Kühlmittelstrom und des so ermittelten maximal zulässigen Massenstrom ergibt den Differenzstrom, der über den Bypasskanal mindestens abgeführt werden soll.
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Vorzugsweise wird der den Kraftfahrzeugmotor durchströmende Kühlmittelstrom aus einer Pumpleistung einer Förderpumpe für den Kühlkreislauf und/oder aus der Motorleistung des Kraftfahrzeugmotors bestimmt. Eine separate Messung des Massenstroms des Kühlmittelstroms ist dadurch nicht zwangsläufig erforderlich, sondern kann aus der Pumpleistung der Förderpumpe und/oder der insbesondere mit der Pumpleistung der Förderpumpe korrelierenden Motorleistung des Kraftfahrzeugmotors ermittelt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Kühlkreislaufs im geschlossenen Zustand,
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2: eine schematische Schnittansicht des Kühlkreislaufs aus 1 im geöffneten Zustand,
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3: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des Kühlkreislaufs aus 1 in einem weiteren geöffneten Zustand und
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4: ein schematisches Diagramm von Druckverlustkurven verschiedener Kühler für den Kühlkreislauf aus 1.
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Der in 1 teilweise dargestellte Kühlkreislauf 10 weist einen von einem Kraftfahrzeugmotor kommenden Kühlkanal 12 auf, der über eine Ventileinrichtung 14 mit einem zu einem Kühler führenden Kühlerzulauf 16 kommunizieren kann. Die Ventileinrichtung 14 weist ein Thermostatventil mit einem als Schiebeelement 18 ausgestalteten Stellglied auf. In der in 1 dargestellten geschlossenen Stellung der Ventileinrichtung 14 befindet sich das Schiebeelement 18 in einer Position, in welcher der Kühlerzulauf 16 vollständig geschlossen ist und ein Durchfluss eines über den Kühlkanal 12 zugeführten Kühlmittelstroms zum Kühler gesperrt ist. Der Kühlmittelstrom kann in dieser Situation über einen ungeregelten Bypasskanal 20 an dem Kühler vorbeigeführt werden. Der Bypasskanal 20 und der Kühler werden vor einer Förderpumpe zusammgeführt, so dass die Förderpumpe in jeder Betriebssituation den gesamten Kühlmittelstrom durch den Kraftfahrzeugmotor umpumpen kann.
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Wie in 2 dargestellt, kann das Schiebelement 18 in eine Position verlagert werden, in welcher der Kühlerzulauf 16 vollständig geöffnet ist. In der in 3 dargestellten Stellung des Schiebelements 18 ist gleichzeitig der Bypasskanal 20 von dem Schiebelement 18 vollständig geschlossen, so dass der Massenstrom durch den Kühler maximal sein kann. In der dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich ein mit dem Kühlkanal 12 und dem Bypasskanal 20 kommunizierender Sicherheitskanal 22 vorgesehen, der von der Ventileinheit 14 nicht geschlossen werden kann und permanent geöffnet ist. Über den Sicherheitskanal 22 kann immer ein Teil des über den Kühlkanal 12 ankommenden Kühlmittelstroms an dem Kühler vorbei geleitet werden.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des Kühlkreislaufs 10 ist das Schiebeelement 18 der Ventileinheit 14 in eine Position bewegt, in welcher der Kühlerzulauf 16 vollständig geöffnet ist und der Bypasskanal 20 nur teilweise geschlossen ist. Die Aufteilung des Kühlmittelstroms auf den Kühlerzulauf 16 und den Bypasskanal 20 kann dadurch, insbesondere stufenlos, eingestellt werden. Vorzugsweise ist der Bypasskanal 20 in der maximal weit geöffneten Stellung der Ventileinheit 14 nur teilweise geschlossen, so dass immer ein Restströmungsquerschnitt für den Bypasskanal 20 verbleibt. Der Sicherheitskanal 22 kann dadurch eingespart werden.
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Die Ventileinheit 14 kann nicht nur zur Regelung einer bestimmten Temperatur des Kühlmittelstroms den Durchfluss durch den Kühler regeln, sondern auch zu hohe Drucke in dem Kühler vermeiden. Hierzu kann in der Ventileinheit eine Druckverlustkurve des Kühlers hinterlegt sein. In 4 ist eine erste Druckverlustkurve 24 eines ersten Kühlers, eine zweite Druckverlustkurve 26 eines zweiten Kühlers, eine dritte Druckverlustkurve 28 eines dritten Kühlers und eine vierte Druckverlustkurve 30 eines vierten Kühlers dargestellt, bei denen der Druckverlust 32 im mBar über den Massenstrom im Kühler in l/min aufgetragen ist. Wenn bei einem zulässigen Maximaldruck im Kühler von beispielsweise 2,5 bar ein Förderdruck von 1,4 bar anliegt, kann ein maximaler Druckverlust im Kühler von 1,1 bar toleriert werden. Wenn jedoch der dritte Kühler zur Regelung einer bestimmten Temperatur des Kühlmittelstroms mit einem Massenstrom von 370 l/min beaufschlagt werden soll, würde sich ein Druckverlust von 1,4 bar ergeben, der zu hoch wäre. In diesem Fall würde die Ventileinrichtung 14 aus der dritten Druckverlustkurve 28 ablesen, dass für den maximal zulässigen Druckverlust von 1,1 bar der Massenstrom auf 320 l/min begrenzt werden muss. Die Ventileinrichtung 14 würde dann das Schiebeelement 18 soweit verlagern, dass durch den Kühler nur ein Massenstrom von 320 l/min strömt und den Differenzstrom von 50 l/min zusätzlich über den Bypass 20 an dem Kühler vorbeileiten. Dadurch kann der zulässige Maximaldruck im Kühler eingehalten werden, ohne dass der ungeregelte Bypasskanal 20 als ein geregelter Bypasskanal mit einem eigenen Ventil oder einer sonstigen Regeleinrichtung ausgestaltet werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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