DE102017004438B4 - Multiple valve for cooling system - Google Patents
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Abstract
Mehrfachventil für ein Kühlsystem, das konfiguriert ist, einen Verbrennungsmotor (2) und mindestens ein weiteres Objekt (18) zu kühlen, wobei das Kühlsystem eine Pumpe (4), die ein Kühlmittel im Kühlsystem zirkuliert, eine Motorauslassleitung (5a), die Kühlmittel mit einer erwärmten Temperatur (TH) aufnimmt, einen ersten Kühler (8), der das Kühlmittel auf eine erste Temperatur (T1) kühlt, und einen zweiten Kühler (9) umfasst, der das Kühlmittel auf eine zweite Temperatur (T2) kühlt, die in den meisten Betriebszuständen niedriger als die erste Temperatur (T1) ist, wobei das Mehrfachventil ein Gehäuse (25), das in einer ersten Transversalebene (A) einen Anschluss (5a'), der Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur (TH) aufnimmt, einen Anschluss (5b'), der das aufgenommene Kühlmittel zum Verbrennungsmotor (2) leitet, und einen Anschluss (5c') umfasst, der das aufgenommene Kühlmittel zum ersten Kühler (8) leitet, und in einer zweiten Transversalebene (B) einen Anschluss (5g'), der Kühlmittel zum zweiten Kühler (9) leitet, und einen hohlen Ventilkörper (26) umfasst, der in verschiedene Winkelpositionen drehbar im Gehäuse (25) angeordnet ist, wobei der hohle Ventilkörper (26) einen ersten Ventilteil (26a), der mindestens eine Öffnung (31) umfasst, die konfiguriert ist, sich mit den Anschlüssen (5a', 5b', 5c') in der ersten Transversalebene (A) des Gehäuses (25) zu decken, einen zweiten Ventilteil (26b), der mindestens eine Öffnung (32, 33) umfasst, die konfiguriert ist, sich mit dem Anschluss (5g') in der zweiten Transversalebene (B) des Gehäuses (25) zu decken, und einen Durchfluss (26d) umfasst, der sich zwischen dem ersten Ventilteil (26a) und dem zweiten Ventilteil (26b) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrfachventil ein temperaturgeregeltes Ventilelement (28) umfasst, das im Durchfluss (26d) angeordnet ist, das konfiguriert ist, einen Kühlmittelfluss vom ersten Ventilteil (26a) zum zweiten Ventilteil (26b) zu verhindern, wenn das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur als eine Stelltemperatur des Ventilelements (28) aufweist, und einen Kühlmittelfluss vom ersten Ventilteil (26a) zum zweiten Ventilteil (26b) zu ermöglichen, wenn das Kühlmittel eine höhere Temperatur als die Stelltemperatur des Ventilelements (28) aufweist.Multiple valve for a cooling system configured to cool an internal combustion engine (2) and at least one other object (18), the cooling system having a pump (4) circulating a coolant in the cooling system, an engine exhaust line (5a) circulating the coolant with a heated temperature (TH), a first cooler (8) cooling the coolant to a first temperature (T1), and a second cooler (9) cooling the coolant to a second temperature (T2) set in is lower than the first temperature (T1) in most operating conditions, the multi-valve having a housing (25) which, in a first transverse plane (A), has a port (5a') receiving the coolant at the heated temperature (TH), a port (5b') directing the received coolant to the internal combustion engine (2) and comprising a port (5c') directing the received coolant to the first radiator (8) and in a second transversal plane (B) a port (5g' ), the coolant l leading to the second radiator (9), and comprising a hollow valve body (26) rotatable to different angular positions in the housing (25), the hollow valve body (26) having a first valve part (26a) having at least one opening ( 31) configured to coincide with the ports (5a', 5b', 5c') in the first transverse plane (A) of the body (25), a second valve part (26b) having at least one orifice (32 , 33) configured to coincide with the port (5g') in the second transverse plane (B) of the body (25) and comprising a passage (26d) extending between the first valve part (26a) and the second valve part (26b), characterized in that the multiple valve comprises a temperature-controlled valve element (28) arranged in the flow passage (26d) configured to allow coolant flow from the first valve part (26a) to the second valve part (26b). prevent when the coolant is a lower temperature as a setting temperature of the valve element (28), and to allow a coolant flow from the first valve part (26a) to the second valve part (26b) when the coolant has a higher temperature than the setting temperature of the valve element (28).
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIKBACKGROUND OF THE INVENTION AND PRIOR ART
Die vorliegende Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ein Mehrfachventil für ein Kühlsystem.The present invention, according to the preamble of
Ein Kühlsystem in einem Fahrzeug wird oft verwendet, um einen Verbrennungsmotor und mindestens ein weiteres Objekt zu kühlen. Das weitere Objekt kann eine Komponente oder eine Flüssigkeit sein. In bestimmten Fällen kann ein solches weiteres Objekt eine niedrigere Betriebstemperatur als der Verbrennungsmotor erfordern. In diesem Fall kann das Kühlsystem zwei Kühlmitteltemperaturen unter Verwendung zweier Kühler erzeugen, die durch Luft mit verschiedenen Temperaturen gekühlt werden. Das Kühlmittel mit der höheren Temperatur kann zum Verbrennungsmotor geleitet werden und das Kühlmittel mit der niedrigeren Temperatur kann zum weiteren Objekt geleitet werden. Bestimmte Objekte erfordern für einen optimalen Wirkungsgrad eine gut gesteuerte Kühlung. In diesem Fall ist die Konstruktion des Kühlsystems mit einer Vielzahl von Ventilen und Steuervorrichtungen für die Ventile kompliziert, die an verschiedenen Positionen des Kühlsystems angeordnet sind.A cooling system in a vehicle is often used to cool an internal combustion engine and at least one other object. The additional object can be a component or a liquid. In certain cases, such another object may require a lower operating temperature than the internal combustion engine. In this case, the cooling system can produce two coolant temperatures using two radiators cooled by air of different temperatures. The higher temperature coolant can be routed to the engine and the lower temperature coolant can be routed to the further object. Certain objects require well-controlled cooling for optimum efficiency. In this case, the construction of the refrigeration system is complicated with a multitude of valves and control devices for the valves arranged at different positions of the refrigeration system.
Ein WHR-System (Abwärmerückgewinnungssystem) kann in Fahrzeugen eingesetzt werden, um Wärmeenergie rückzugewinnen und sie in mechanische Energie oder elektrische Energie umzuwandeln. Das WHR-System kann Abwärmeenergie aus den Abgasen eines Verbrennungsmotors absorbieren. Um einen hohen thermischen Wirkungsgrad in einem WHR-System zu erreichen, sollte das Arbeitsmedium in einem Kondensator im Wesentlichen ohne Unterkühlung auf eine Kondensationstemperatur abgekühlt werden, die so niedrig wie möglich ist. Um eine solche Kondensationstemperatur zu erzielen, sollte das Arbeitsmedium mit Kühlmittel mit einer geeigneten Temperatur und Durchflussrate gekühlt werden. Die erforderliche Kühlwirkung des Arbeitsmediums im Kondensator kann jedoch sehr rasch mit der Temperatur und Durchflussrate der Abgase variieren. Deshalb ist es notwendig, eine schnelle und zuverlässige Steuerung der Temperatur und der Durchflussrate des zum Kondensator geleiteten Kühlmittels bereitzustellen, um einen hohen thermischen Wirkungsgrad des WHR-Systems beizubehalten.A WHR system (waste heat recovery system) can be used in vehicles to recover thermal energy and convert it into mechanical energy or electrical energy. The WHR system can absorb waste heat energy from the exhaust gases of an internal combustion engine. In order to achieve high thermal efficiency in a WHR system, the working fluid in a condenser should be cooled to as low a condensing temperature as possible, essentially without subcooling. In order to achieve such a condensation temperature, the working fluid should be cooled with coolant having a suitable temperature and flow rate. However, the required cooling effect of the working medium in the condenser can vary very rapidly with the temperature and flow rate of the exhaust gases. Therefore, it is necessary to provide fast and reliable control of the temperature and flow rate of the coolant sent to the condenser in order to maintain a high thermal efficiency of the WHR system.
Stand der Technik findet sich in
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mehrfachventil in einem Kühlsystem bereitzustellen, das den Kühlmittelfluss im Kühlsystem alleinig steuern kann und auf rasche und zuverlässige Weise eine optimale Kühlung eines Verbrennungsmotors sowie eines weiteren Objekts bieten kann.The object of the present invention is to provide a multi-valve in a cooling system, which can alone control the coolant flow in the cooling system and can provide optimal cooling of an internal combustion engine and another object in a quick and reliable manner.
Die oben erwähnte Aufgabe wird durch das Mehrfachventil nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Das Mehrfachventil umfasst einen Ventilkörper, der einen ersten Ventilteil und einen zweiten Ventilteil enthält. Der erste Ventilteil nimmt erwärmtes Kühlmittel auf, das er zum Verbrennungsmotor und/oder zum ersten Kühler leitet. Der zweite Ventilteil weist einen Anschluss auf, der Kühlmittel zum zweiten Kühler leitet. Ein Durchfluss ist zwischen dem ersten Ventilteil und dem zweiten Ventilteil angeordnet. Der Durchfluss umfasst ein Ventilelement. Das Ventilelement ist konfiguriert, den Durchfluss zu schließen, wenn das aufgenommene erwärmte Kühlmittel im Mehrfachventil eine niedrigere Temperatur als eine Stelltemperatur aufweist, und den Durchfluss zu öffnen, wenn das erwärmte Kühlmittel eine höhere Temperatur als eine Stelltemperatur aufweist. Die Temperatur des erwärmten Kühlmittels steht mit der Temperatur des Verbrennungsmotors in Beziehung. Bei Betriebszuständen, in denen der Verbrennungsmotor eine niedrige Temperatur aufweist, wird gewünscht, den Verbrennungsmotor so schnell wie möglich auf seine optimale Betriebstemperatur aufzuwärmen. In diesem Fall schließt das Ventilelement den Durchfluss zwischen dem ersten Ventilteil und dem zweiten Ventilteil. Infolgedessen wird kein Kühlmittelfluss zum zweiten Ventilteil und zum zweiten Kühler geleitet. Um den Erwärmungsprozess des Verbrennungsmotors weiter zu erhöhen, wird der Ventilkörper in eine Winkelposition im Gehäuse bewegt, in der kein Kühlmittelfluss zum ersten Kühler geleitet wird. Deshalb wird die gesamte Durchflussrate des erwärmten Kühlmittels ohne Kühlung zum Verbrennungsmotor geleitet. Das Vorhandensein des Ventilelements im Durchfluss zwischen dem ersten Ventilteil und dem zweiten Ventilteil vereinfacht die Steuerung des Kühlmittelflusses bei Betriebszuständen, in denen der Verbrennungsmotor eine niedrige Temperatur aufweist. Sobald der Verbrennungsmotor eine optimale Betriebstemperatur annimmt, ist das Ventilelement in die offene Position zu bewegen, sodass es möglich ist, Kühlmittel zum zweiten Ventilteil und zum zweiten Kühler zu leiten.The above-mentioned object is solved by the multiple valve according to the characterizing part of
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ventilelement ein Blockierelement, das zwischen einer geschlossenen Position, in der es den Durchfluss blockiert, und einer offenen Position, in der es einen Kühlmittelfluss durch den Durchfluss ermöglicht, beweglich ist, und einen Schaltmechanismus, der konfiguriert ist, das Blockierelement der Wirkung eines Federelements entgegengesetzt in die offene Position zu bewegen, wenn das Kühlmittel eine höhere Temperatur als die Stelltemperatur aufweist. Ein solches Ventilelement kann eine relativ einfache Konstruktion aufweisen. Alternativ bewegt die Feder das Blockierelement in die geschlossene Position und der Schaltmechanismus bewegt das Blockierelement der Federwirkung entgegengesetzt in die offene Position. Der Schaltmechanismus kann eine Umhüllung umfassen, die ein Material einschließt, das konfiguriert ist, bei der Stelltemperatur sein Volumen zu ändern. Das Material kann ein geeignetes Wachsmaterial sein, das bei der Stelltemperatur einen Phasenwechsel zwischen einer festen Phase und einer flüssigen Phase durchführt. Ein solcher Schaltmechanismus ist kostengünstig und weist eine sehr zuverlässige Funktion auf. In diesem Fall kann das Ventilelement als ein Wachstemperaturregler konstruiert sein. Alternativ kann das Ventilelement ein elektrischer Schalter sein, der das Blockierelement unter Berücksichtigung der Temperatur des erwärmten Kühlmittels zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position bewegt. Ein Temperatursensor kann die Temperatur des Kühlmittels erfassen, das den Verbrennungsmotor verlässt, eine Steuereinheit kann Informationen über die Kühlmitteltemperatur empfangen und den elektrischen Schalter so steuern, dass er das Blockierelement in die geschlossene Position bewegt, wenn das erwärmte Kühlmittel eine niedrigere Temperatur als die Stelltemperatur aufweist, und in die offene Position bewegt, wenn das erwärmte Kühlmittel eine höhere Temperatur als die Stelltemperatur aufweist.According to one embodiment of the invention, the valve member comprises a blocking member movable between a closed position blocking the flow and an open position allowing coolant flow through the flow, and a switching mechanism Mechanism configured to move the blocking element to the open position in opposition to the action of a spring element when the coolant temperature is higher than the set temperature. Such a valve element can be of relatively simple construction. Alternatively, the spring moves the blocking member to the closed position and the switch mechanism moves the blocking member to the open position in opposition to the spring action. The switching mechanism may include an enclosure enclosing a material configured to change volume at the set temperature. The material may be a suitable wax material which undergoes a phase change between a solid phase and a liquid phase at the set temperature. Such a switching mechanism is inexpensive and has a very reliable function. In this case the valve element can be constructed as a wax temperature regulator. Alternatively, the valve member may be an electrical switch that moves the blocking member between the open position and the closed position in response to the temperature of the heated coolant. A temperature sensor can detect the temperature of the coolant leaving the internal combustion engine, a control unit can receive information about the coolant temperature and control the electrical switch to move the blocking element to the closed position when the heated coolant has a lower temperature than the set temperature , and moved to the open position when the heated coolant is at a temperature greater than the set temperature.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse in der zweiten Transversalebene einen Anschluss, der erwärmtes Kühlmittel zum weiteren Objekt leitet. Deshalb umfasst das Gehäuse einen Anschluss, der Kühlmittel über den zweiten Kühler zum weiteren Objekt leitet, und einen Anschluss, der erwärmtes Kühlmittel zum weiteren Objekt leitet. Folglich ist es möglich, Kühlmittel mit der zweiten Temperatur, Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur und/oder eine Mischung von Kühlmittel mit einer beliebigen Temperatur in einem Temperaturbereich, der durch die erwärmte Temperatur und die zweite Temperatur definiert wird, zum weiteren Objekt zu leiten.According to one embodiment of the invention, the housing comprises a connection in the second transverse plane, which leads heated coolant to the further object. Therefore, the housing includes a port that directs coolant to the further object via the second radiator and a port that directs heated coolant to the further object. Consequently, it is possible to supply coolant at the second temperature, coolant at the heated temperature, and/or a mixture of coolant at any temperature in a temperature range defined by the heated temperature and the second temperature to the further object.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse ferner Anschlüsse in einer dritten Transversalebene, wobei der Ventilkörper einen dritten Ventilteil umfasst, der mindestens eine Öffnung umfasst, die konfiguriert ist, sich mit dem mindestens einen Anschluss in der dritten Transversalebene des Gehäuses zu decken. Das Gehäuse kann in der dritten Transversalebene einen Anschluss, der Kühlmittel vom ersten Kühler aufnimmt, einen Anschluss, der das aufgenommene Kühlmittel vom ersten Kühler zum Verbrennungsmotor leitet, und einen Anschluss umfassen, der das aufgenommene Kühlmittel vom ersten Kühler zum weiteren Objekt leitet. Deshalb nimmt der dritte Ventilteil Kühlmittel mit der ersten Temperatur auf und leitet es zum Verbrennungsmotor und/oder zum weiteren Objekt.According to an embodiment of the invention, the housing further comprises ports in a third transverse plane, the valve body comprising a third valve part comprising at least one opening configured to register with the at least one port in the third transverse plane of the housing. The housing may include, in the third transverse plane, a port that receives coolant from the first radiator, a port that directs the received coolant from the first radiator to the engine, and a port that directs the received coolant from the first radiator to the further object. Therefore, the third valve portion receives coolant at the first temperature and directs it to the engine and/or other object.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Ventilteil starr mit dem ersten Ventilteil und dem zweiten Ventilteil verbunden, sodass sie als eine Einheit drehbar im Gehäuse angeordnet sind. Deshalb werden alle Teile des Ventilkörpers gleichzeitig vom Antrieb in eine gemeinsame Winkelposition im Gehäuse gedreht. Die Ventilteile können eine kugelförmige Form aufweisen. Eine solche Konstruktion macht es relativ einfach, eine gute Abdichtung zwischen den jeweiligen kugelförmigen Ventilteilen und dem Gehäuse bereitzustellen. Alternativ können die hohlen Teile eine zylindrische Form aufweisen.According to an embodiment of the invention, the third valve part is rigidly connected to the first valve part and the second valve part so that they are rotatably arranged in the housing as a unit. Therefore, all parts of the valve body are rotated simultaneously by the drive to a common angular position in the body. The valve parts may have a spherical shape. Such a construction makes it relatively easy to provide a good seal between the respective spherical valve parts and the housing. Alternatively, the hollow parts can have a cylindrical shape.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Anschlüsse, die Kühlmittel zum weiteren Objekt leiten, eine kleinere Querschnittsfläche als die Anschlüsse auf, die Kühlmittel zum Verbrennungsmotor leiten. Die Querschnittsflächen der Anschlüsse definieren den Durchflussbereich für das Kühlmittel und die Kühlmitteldurchflussrate. Während der meisten Betriebszustände muss der Verbrennungsmotor mit einer größeren Kühlwirkung als das weitere Objekt gekühlt werden. Die Kühlwirkung ist mit der Temperaturdifferenz und der Kühlmitteldurchflussrate verbunden. Ein Weg, um eine kleinere Kühlmitteldurchflussrate zum weiteren Objekt als zum Verbrennungsmotor zu leiten, ist, den Anschlüssen, die Kühlmittel zum weiteren Objekt leiten, kleinere Abmessungen zu geben als den Anschlüssen, die Kühlmittel zum Verbrennungsmotor leiten.According to an embodiment of the invention, the ports that conduct coolant to the further object have a smaller cross-sectional area than the ports that conduct coolant to the internal combustion engine. The cross-sectional areas of the ports define the coolant flow area and coolant flow rate. During most operating conditions, the internal combustion engine must be cooled with a greater cooling effect than the other object. The cooling effect is related to the temperature difference and the coolant flow rate. One way to direct a smaller coolant flow rate to the further object than to the internal combustion engine is to give the ports that direct coolant to the further object smaller dimensions than the ports that direct coolant to the internal combustion engine.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Mehrfachventil ein Teil einer Mehrfachventilvorrichtung, die abgesehen vom Mehrfachventil einen Antrieb, der konfiguriert ist, den Ventilkörper in verschiedene Winkelpositionen im Gehäuse zu drehen, und eine Steuereinheit umfasst, die konfiguriert ist, eine Aktivierung des Antriebs zu initiieren, sodass er den Ventilkörper in eine bestimmte Winkelposition im Gehäuse dreht. Der Antrieb kann ein Elektromotor sein und die Steuereinheit kann eine Computereinheit mit Zugriff auf Informationen über geeignete Winkelpositionen des Ventilkörpers im Gehäuse bei verschiedenen Betriebszuständen sein.According to one embodiment of the invention, the multi-valve is part of a multi-valve device which, apart from the multi-valve, comprises a drive configured to rotate the valve body to different angular positions in the housing and a control unit configured to initiate activation of the drive. so that it rotates the valve body to a specific angular position in the housing. The drive can be an electric motor and the control unit can be a computer unit with access to information about suitable angular positions of the valve body in the housing in different operating states.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden wird als Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 ein Mehrfachventil umfassendes Kühlsystem nach der Erfindung zeigt, -
2 das Mehrfachventil detaillierter zeigt und -
3 Kurven zeigt, die die Kühlmitteldurchflussrate zum Verbrennungsmotor und zum Kondensator über verschiedene Anschlüsse des Mehrfachventils als Funktion der Winkelposition eines Ventilkörpers definieren.
-
1 shows a multi-valve cooling system according to the invention, -
2 shows the multiple valve in more detail and -
3 Figure 12 shows curves defining the coolant flow rate to the engine and to the condenser through various ports of the multi-valve as a function of the angular position of a valve body.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Wie oben gezeigt, ist das Mehrfachventil 5 mit der Motorauslassleitung 5a verbunden. Ferner ist das Mehrfachventil 5 mit einer primären Bypassleitung 5b, die Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur TH ohne Kühlung zurück zum Verbrennungsmotor 2 leitet, einer ersten Kühlereinlassleitung 5c, die das Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur TH zum ersten Kühler 8 leitet, einer ersten Kühlerauslassleitung 5d, die Kühlmittel mit der ersten Temperatur T1 vom ersten Kühler 8 zurück zum Mehrfachventil 5 leitet, einer ersten Motorleitung 5e, die das Kühlmittel mit der ersten Temperatur T1 zum Verbrennungsmotor 2 leitet, einer sekundären Bypassleitung 5f, die Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur TH über eine Kondensatoreinlassleitung 18a zu einem Kondensator 18 in einem WHR-System leitet, einer zweiten Kondensatorleitung 5g, die Kühlmittel mit der zweiten Temperatur T2 über die Kondensatoreinlassleitung 18a zum Kondensator 18 leitet, und einer ersten Kondensatorleitung 5h verbunden, die Kühlmittel mit der ersten Temperatur T1 über die Kondensatoreinlassleitung 18a zum Kondensator 18 leitet. Eine Kondensatorauslassleitung 18b leitet das Kühlmittel vom Kondensator 18 zur Motoreinlassleitung 3. Alternativ leitet die Kondensatorauslassleitung 18b das Kühlmittel vom Kondensator 18 zur Motorauslassleitung 5a.As shown above, the multi-valve 5 is connected to the
Ein erster Temperatursensor 22 erfasst die Temperatur T1 des Kühlmittels, das den ersten Kühler 8 verlässt, ein zweiter Temperatursensor 23 erfasst die Temperatur T2 des Kühlmittels, das den zweiten Kühler 9 verlässt, und ein dritter Temperatursensor 24 erfasst die erwärmte Kühlmitteltemperatur TH in der Motorauslassleitung 5a. Die Steuereinheit 7 empfängt Informationen von den Temperatursensoren 22-24 über die tatsächlichen Temperaturen TH, T1, T2. Die Steuereinheit 7 empfängt auch Informationen 4a über die Kühlmitteldurchflussrate im Kühlkreislauf. Die Kühlmitteldurchflussrate wird durch die Geschwindigkeit der Pumpe 4 definiert. Falls die Pumpe 4 durch den Verbrennungsmotor 2 angetrieben wird, ist die Kühlmitteldurchflussrate im Kühlsystem mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 verbunden.A
Das Fahrzeug ist mit einem WHR-System (Abwärmerückgewinnungssystem) ausgestattet. Das WHR-System umfasst eine Pumpe 12, die ein Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf 13 unter Druck setzt und zirkuliert. In diesem Fall ist das Arbeitsmedium Ethanol. Es ist jedoch möglich, andere Arten von Arbeitsmedien wie zum Beispiel R245fa einzusetzen. Die Pumpe 12 setzt das Arbeitsmedium unter Druck und zirkuliert es zu einem Verdampfer 14. Das Arbeitsmedium wird im Verdampfer 14 zum Beispiel durch Abgase vom Verbrennungsmotor erwärmt. Das Arbeitsmedium wird im Verdampfer 14 auf eine Temperatur erwärmt, bei der es verdampft. Das Arbeitsmedium wird vom Verdampfer 14 zu einem Expander 15 zirkuliert. Das unter Druck gesetzte und erwärmte Arbeitsmedium expandiert im Expander 15. Der Expander 15 erzeugt eine Drehbewegung, die über ein geeignetes mechanisches Getriebe 16 an eine Welle 17 des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 1 übertragen werden kann. Alternativ kann der Expander 15 mit einem Generator verbunden sein, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die elektrische Energie kann in einem Akkumulator gespeichert werden. Die gespeicherte elektrische Energie kann in einem späteren Zustand an einen elektrischen Motor zum Antrieb des Fahrzeugs oder einer Komponente am Fahrzeug geliefert werden.The vehicle is equipped with a WHR system (waste heat recovery system). The WHR system includes a
Nachdem das Arbeitsmedium den Expander 15 durchlaufen hat, wird es zum Kondensator 18 geleitet. Das Arbeitsmedium wird im Kondensator 18 durch Kühlmittel vom Kühlsystem auf eine Temperatur abgekühlt, bei der es kondensiert. Das Arbeitsmedium wird vom Kondensator 18 zu einer Aufnahme 19 geleitet. Der Druck in der Aufnahme 19 kann mithilfe eines Druckreglers 19a variiert werden. Die Pumpe 12 saugt Arbeitsmedium vom Boden der Aufnahme 19 und stellt sicher, dass der Pumpe 12 nur Arbeitsmedium in einem flüssigen Zustand geliefert wird. Eine zweite Steuereinheit 20 steuert den Betrieb des WHR-Systems. Die zweite Steuereinheit 20 steuert den Betrieb der Pumpe 12 und des Expanders 15. Das WHR-System ermöglicht, Wärmeenergie von den Abgasen in mechanische Energie oder elektrische Energie umzuwandeln. Ein Temperatursensor 21 oder ein Drucksensor erfasst die Kondensationstemperatur oder den Kondensationsdruck im Kondensator 18.After the working fluid has passed through the
Die Temperatur der Abgase und deshalb die Heizwirkung des Arbeitsmediums im Verdampfer 14 variieren bei verschiedenen Betriebszuständen. Um einen im Wesentlichen kontinuierlichen hohen thermischen Wirkungsgrad im WHR-System beizubehalten, ist das Arbeitsmedium im Kondensator 18 mit einer anpassbaren Kühlwirkung zu kühlen. Es wird bevorzugt, in den verschiedenen Betriebszuständen einen möglichst niedrigen Kondensationsdruck herzustellen. Geeigneterweise wird jedoch aus praktischen Gründen ein negativer Druck im WHR-System vermieden. Angesichts dieser Tatsachen wird geeigneterweise eine Kühlung des Arbeitsmediums im Kondensator 18 auf einen Kondensationsdruck gerade unter 1 bar bereitgestellt. Folglich ist es notwendig, die Kühlwirkung des Arbeitsmediums im Kondensator 18 unter Berücksichtigung der gelieferten Wärmeenergie von den Abgasen so anzupassen, dass der Kondensationsdruck gerade über 1 bar ist, um einen hohen thermischen Wirkungsgrad beizubehalten. Das Arbeitsmedium Ethanol weist bei 1 bar eine Kondensationstemperatur von 78 °C auf. In diesem Fall wird geeigneterweise eine Kondensationstemperatur von gerade über 78 °C im Kondensator 18 erzielt.The temperature of the exhaust gases and therefore the heating effect of the working medium in the
Der Ventilkörper 26 ist über Lager 29 um die Drehachse 27 drehbar angeordnet. Die Lager 29 sind zwischen dem Gehäuse 25 und den Wellen 26e, 26f angeordnet. Eine Vielzahl von Dichtungen in Form von O-Ringen 30 sind zwischen den Wellen 26e, 26f und dem Gehäuse 25 angeordnet. Der Antrieb 6, der ein Elektromotor sein kann, ist konfiguriert, um den Ventilkörper 26 an verschiedene Winkelpositionen im Gehäuse 25 zu drehen. Das Gehäuse 25 umfasst eine Vielzahl von Anschlüssen 5a'-5h', die in verschiedenen Transversalebenen A, B, C des Gehäuses 25 angeordnet sind. Das Gehäuse 25 umfasst einen ersten Anschluss 5a', der mit der Motorauslassleitung 5a zu verbinden ist, einen zweiten Anschluss 5b', der mit der primären Bypassleitung 5b zu verbinden ist, und einen dritten Anschluss 5c', der mit der ersten Kühlereinlassleitung 5c zu verbinden ist, in der ersten Transversalebene A. Das Gehäuse 25 umfasst einen sechsten Anschluss 5f', der mit der sekundären Bypassleitung 5f zu verbinden ist, und einen siebten Anschluss 5g', der mit der zweiten Kühlereinlassleitung 5g zu verbinden ist, in der zweiten Transversalebene B. Das Gehäuse 25 umfasst einen vierten Anschluss 5d', der mit der ersten Kühlerauslassleitung 5d zu verbinden ist, einen fünften Anschluss 5e', der mit der ersten Motorleitung 5e zu verbinden ist, und einen achten Anschluss 5h', der mit der ersten Kondensatorleitung 5h zu verbinden ist, in der dritten Transversalebene C. Der erste Anschluss 5a', der zweite Anschluss 5b' und der dritte Anschluss 5c' des Gehäuses 25 stehen mit dem ersten Ventilteil 26a des Ventilkörpers 26 in Verbindung. Der sechste Anschluss 5f' und der siebte Anschluss 5g' stehen mit dem zweiten Ventilteil 26b des Ventilkörpers 26 in Verbindung. Der vierte Anschluss 5d', der fünfte Anschluss 5e' und der achte Anschluss 5h' stehen mit dem dritten Ventilteil 26c des Ventilkörpers 26 in Verbindung.The
Der erste Ventilteil 26a umfasst mindestens eine periphere Öffnung 31. Die Öffnung 31 kann sich um einen relativ großen Teil des Umfangs des ersten Ventilteils 26a des Ventilkörpers erstrecken. Die Öffnung 31 ist konfiguriert, sich in verschiedenen Winkelpositionen mehr oder weniger mit dem ersten Anschluss 5a', dem zweiten Anschluss 5b' und dem dritten Anschluss 5c' zu decken. Der zweite Ventilteil 26b umfasst mindestens zwei periphere Öffnungen 32, 33, die sich um einen Teil des Umfangs des zweiten Ventilteils 26b erstrecken. Die Öffnungen 32, 33 sind konfiguriert, sich in verschiedenen Winkelpositionen mehr oder weniger mit dem sechsten Anschluss 5f' und dem siebten Anschluss 5g' zu decken. Der dritte Ventilteil 26c umfasst mindestens eine periphere Öffnung 34, die sich um einen Teil des Umfangs des dritten Ventilteils 26c erstreckt. Die Öffnung 34 ist konfiguriert, sich in verschiedenen Winkelpositionen mehr oder weniger mit dem vierten Anschluss 5d', dem fünften Anschluss 5e' und dem achten Anschluss 5h' zu decken. Eine Dichtung 36 ist zwischen jedem Ventilteil 26a, 26b, 26c des Ventilkörpers 26 und dem Gehäuse 25 angeordnet. Die relative Position zwischen den Öffnungen 31-34 des Ventilkörpers 26 und den Anschlüssen 5a'-5h' des Gehäuses 25 definiert einen anpassbaren Durchflussbereich für das Kühlmittel. Falls sich eine Öffnung 31-34 vollständig mit einem der Anschlüsse 5a'-5h' deckt, sind der Durchflussbereich und die Kühlmitteldurchflussrate maximal. Falls sich die Öffnungen 31-34 vollständig mit den Anschlüssen 5a'-5h' decken, liegen der Durchflussbereich und die Kühlmitteldurchflussrate unter dem Maximum. Die Anschlüsse 5f'-5h', die Kühlmittel zum Kondensator 18 leiten, weisen kleinere Querschnittsflächen als die restlichen Anschlüsse 5a'-5e' auf. Infolgedessen leitet das Mehrfachventil 26 eine geringere Kühlmitteldurchflussrate zum Kondensator 18 als zum Verbrennungsmotor 2.The
Während des Betriebs empfängt die Steuereinheit 7 im Wesentlichen fortlaufend Informationen von den Temperatursensoren 22, 23, 24 über die tatsächlichen Kühlmitteltemperaturen TH, T1, T2 und Informationen 4a über die tatsächliche Kühlmitteldurchflussrate im Kühlsystem. Bei Betriebszuständen, in denen der Verbrennungsmotor 2 eine niedrigere Temperatur als eine niedrigste Temperatur innerhalb eines optimalen Betriebstemperaturbereichs aufweist, muss der Verbrennungsmotor 2 überhaupt nicht gekühlt werden. Die Steuereinheit 7 initiiert eine Aktivierung des Antriebs 6, sodass er den Ventilkörper 26 an eine Winkelposition bewegt, in der 100 % des ungekühlten Kühlmittels mit der erwärmten Temperatur TH zum Verbrennungsmotor 2 geleitet werden. Deshalb wird kein Kühlmittel zum ersten Kühler geleitet. Ferner resultiert die niedrige Temperatur des Kühlmittels darin, dass sich das Wachsmaterial in der Umhüllung 28b in einem Festkörperzustand befindet und sich das Blockierelement 28a in einer geschlossenen Position befindet. Deshalb wird der gesamte Kühlmittelfluss ohne Kühlung zum Verbrennungsmotor geleitet. Als Folge davon wird der Verbrennungsmotor rasch auf seine Betriebstemperatur erwärmt, in der er mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.During operation, the
Bei Betriebszuständen, wenn der Verbrennungsmotor 2 eine Temperatur innerhalb des optimalen Betriebstemperaturbereichs aufweist, ist üblicherweise etwas Kühlung des Verbrennungsmotors erforderlich, um die Temperatur des Verbrennungsmotors 2 beizubehalten. Die Temperatur des Kühlungsmittels erreicht die Stelltemperatur des Wachsmaterials in der Umhüllung 28b, die schmilzt. Als Folge davon wird das Blockierelement 28a von der geschlossenen Position in eine offene Position bewegt. In diesem Fall kann die Steuereinheit 7 eine Bewegung des Ventilkörpers 26 in eine Winkelposition innerhalb des Winkelbereichs 120°-280° initiieren, in der eine Mischung von Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur TH und der ersten Temperatur T1 zum Verbrennungsmotor 2 geleitet wird. Im oben erwähnten Winkelpositionsbereich ist es möglich, Kühlmittel mit der ersten Kühlmitteltemperatur T1 nach Kurve V zum Kondensator 18, Kühlmittel mit der zweiten Kühlmitteltemperatur T2 nach Kurve IV zum Kondensator 18 oder eine beliebige Mischung von Kühlmitteln mit den Temperaturen T1, T2 zum Kondensator 18 zu leiten. Die Steuereinheit 10 empfängt Informationen über den Betriebszustand des WHR-Systems von der zweiten Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 7 schätzt eine erforderliche Temperatur des Kühlmittels ab, die mit der tatsächlichen Kühlmitteldurchflussrate im Kühlsystem zum Kondensator 18 zu leiten ist, um das Arbeitsmedium auf die gewünschte Kondensationstemperatur im Kondensator 18 zu kühlen. Die Steuereinheit 7 ermittelt eine Winkelposition des Ventilkörpers 26 innerhalb des Winkelbereichs 120°-280°, in dem das Kühlmittel den Verbrennungsmotor 2 und das Arbeitsmedium im Kondensator 18 auf optimale Weise kühlt. Die Steuereinheit 7 aktiviert den Antrieb 6, der den Ventilkörper 26 in die ermittelte Winkelposition dreht.During operating conditions when the
Bei Betriebszuständen, in denen der Verbrennungsmotor 2 eine höhere Temperatur als eine höchste Temperatur in einem optimalen Betriebstemperaturbereich aufweist, muss der Verbrennungsmotor 2 auf optimale Weise gekühlt werden. Das Blockierelement 28a befindet sich in der offenen Position. Die Steuereinheit 7 initiiert eine Aktivierung des Antriebs in eine Winkelposition, in der 100 % des Kühlmittels mit der ersten Temperatur T1 zum Verbrennungsmotor 2 geleitet werden. Im oben erwähnten Winkelbereich ist es möglich, ungekühltes Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur TH nach Kurve III zum Kondensator 18, Kühlmittel mit der zweiten Temperatur T2 nach Kurve IV zum Kondensator 18 oder eine beliebige Mischung von Kühlmittel mit der erwärmten Temperatur TH und der zweiten Temperatur T2 zum Kondensator 18 zu leiten. Die Steuereinheit 7 empfängt Informationen über den Betriebszustand des WHR-Systems von der zweiten Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 7 schätzt eine erforderliche Temperatur des Kühlmittels ab, die mit der tatsächlichen Kühlmitteldurchflussrate im Kühlsystem zum Kondensator 18 zu leiten ist, um das Arbeitsmedium auf die gewünschte Kondensationstemperatur im Kondensator 18 zu kühlen. Die Steuereinheit 7 ermittelt eine Winkelposition des Ventilkörpers 26 innerhalb des Winkelbereichs 10°-120°, in dem das Kühlmittel das Arbeitsmedium auf die gewünschte Kondensationstemperatur im Kondensator 18 kühlt. Die Steuereinheit 7 aktiviert den Antrieb 6, der den Ventilkörper 26 in die ermittelte Winkelposition dreht.In operating states in which the
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der Ansprüche frei variiert werden.The invention is not limited to the embodiment described, but can be varied freely within the scope of the claims.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Verbrennungsmotorcombustion engine
- 33
- Motoreinlassleitungengine inlet line
- 44
- Kühlmittelpumpecoolant pump
- 4a4a
- Informationeninformation
- 55
- Mehrfachventilmultiple valve
- 5a5a
- Motorauslassleitungengine exhaust line
- 5b5b
- primäre Bypassleitungprimary bypass line
- 5c5c
- Kühlereinlassleitungradiator inlet line
- 5d5d
- Kühlerauslassleitungradiator outlet line
- 5e5e
- Motorleitungmotor line
- 5f5f
- sekundäre Bypassleitungsecondary bypass line
- 5g5g
- zweite Kondensatorleitungsecond capacitor line
- 5h5h
- erste Kondensatorleitungfirst capacitor line
- 5a'5a'
- erster Anschlussfirst connection
- 5b'5b'
- zweiter Anschlusssecond connection
- 5c'5c'
- dritter Anschlussthird connection
- 5d'5d'
- vierter Anschlussfourth connection
- 5e'5e'
- fünfter Anschlussfifth connection
- 5f5f
- sechster Anschlusssixth connection
- 5g'5g'
- siebter Anschlussseventh connection
- 5h'5 hours
- achter Anschlusseighth connection
- 66
- Antriebdrive
- 77
- Steuereinheitcontrol unit
- 88th
- erster Kühlerfirst cooler
- 99
- zweiter Kühlersecond cooler
- 1010
- Ladeluftkühlerintercooler
- 1111
- Kühlerlüfterradiator fan
- 1212
- Pumpepump
- 1313
- geschlossener Kreislaufclosed circle
- 1414
- VerdampferEvaporator
- 1515
- Expanderexpander
- 1616
- Getriebetransmission
- 1717
- WelleWave
- 1818
- Kondensatorcapacitor
- 18a18a
- Kondensatoreinlassleitungcondenser inlet line
- 18b18b
- Kondensatorauslassleitungcondenser outlet line
- 1919
- Aufnahmerecording
- 19a19a
- Druckreglerpressure regulator
- 2020
- zweite Steuereinheitsecond control unit
- 2121
- Temperatursensortemperature sensor
- 2222
- erster Temperatursensorfirst temperature sensor
- 2323
- zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
- 2424
- dritter Temperatursensorthird temperature sensor
- 2525
- GehäuseHousing
- 2626
- Ventilkörpervalve body
- 26a26a
- erstes Ventilteil/Hohlteilfirst valve part/hollow part
- 26b26b
- zweites Ventilteil/Hohlteilsecond valve part/hollow part
- 26c26c
- drittes Ventilteilthird valve part
- 26d26d
- Durchflussflow
- 26e26e
- erste Wellefirst wave
- 26f26f
- zweite Wellesecond wave
- 2727
- Drehachseaxis of rotation
- 2828
- Ventilelementvalve element
- 28a28a
- Blockierelementblocking element
- 28b28b
- Umhüllungwrapping
- 28c28c
- Federelementspring element
- 2929
- Lagerwarehouse
- 3030
- O-Ringeo-rings
- 31-3431-34
- Öffnungenopenings
- 3636
- Dichtung poetry
- I-VI-V
- Kurven curves
- AA
- erste Transversalebenefirst transverse plane
- BB
- zweite Transversalebenesecond transverse plane
- CC
- dritte Transversalebenethird transverse plane
- T1T1
- erste Temperaturfirst temperature
- T2T2
- zweite Temperatursecond temperature
- THth
- erwärmte Temperaturheated temperature
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