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HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor und ein weiteres Objekt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Kühlsystem in einem Schwerfahrzeug wird häufig zum Kühlen eines Verbrennungsmotors und mindestens einem weiteren Objekt verwendet, das eine niedrigere Betriebstemperatur als der Verbrennungsmotor erfordert. Das weitere Objekt kann ein Arbeitsmedium eines WHR-Systems, das in einem Kondensator gekühlt wird, Ladeluft, die in einem Ladeluftkühler gekühlt wird, Leistungselektronik eines Hybridfahrzeugs usw. sein. In diesem Fall müssen mindestens zwei unterschiedliche Kühlmitteltemperaturniveaus in dem Kühlsystem erzeugt werden. Ein solches Kühlsystem kann mit einem Hauptkühler und einem Hilfskühler ausgestattet sein, der das Kühlmittel auf eine niedrigere Temperatur als der Hauptkühler kühlt. Das Kühlmittel mit der höheren Temperatur wird zum Verbrennungsmotor geleitet, und das Kühlmittel mit der niedrigeren Temperatur wird zu dem weiteren Objekt geleitet. Während gewisser Betriebsbedingung, wenn sich beispielsweise der Kühlungsbedarf des weiteren Objekts oder des Verbrennungsmotors schnell ändert, ist es schwierig, Kühlmittel mit der notwendigen Temperatur und dem notwendigen Durchfluss sowohl zum Verbrennungsmotor als auch dem weiteten Objekt zu leiten, um ihre effizienten Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten. In diesem Fall besteht beispielsweise ein Risiko, dass Kühlmittel mit einer zu niedrigen Temperatur zum Verbrennungsmotor geleitet wird.
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Oft ist es wünschenswert, ein Klimaanlagensystem in einem Fahrzeug selbst zu Zeiten zu verwenden, wenn der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist. Eine bekannte Methode diesbezüglich ist das Betreiben des Kompressors mit elektrischer Energie. Um einen effizienten Betrieb des Klimaanlagensystem bereitzustellen, muss das Kältemittel im Kondensator kalt sein. Während des Betriebs des Fahrzeugs wird das Kältemittel im Klimaanlagensystem gewöhnlich von dem Kühlsystem gekühlt, das den Verbrennungsmotor kühlt. Im Allgemeinen wird die Zirkulation des Kühlmittels im Kühlsystem von einer Kühlmittelpumpe bereitgestellt, die von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Daher muss das Kühlsystem eine bestimmte Ausgestaltung aufweisen, um effizientes Kühlen des Klimaanlagensystems bereitzustellen, wenn der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist.
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US 8 132 547 B2 zeigt ein Wärmeenergiemanagementsystem für ein Fahrzeug. Das System umfasst einen Niedrigtemperaturkreislauf und einen Hochtemperaturkreislauf, die miteinander verbunden werden können. Der Niedrigtemperaturkreislauf umfasst einen Kühler, einen Klimaanlagenkondensator und einen Ladeluftkühler und eine elektrisch betriebene Pumpe.
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Im Stand der Technik sind des Weiteren das gattungsbildende Dokument
WO 2009/ 151 377 A1 sowie die Dokumente
DE 10 2014 116 350 A1 und
WO 2012/ 115 572 A1 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Kühlsystems, das einen Verbrennungsmotor kühlt und ein weiteres Objekt auf eine niedrigere Temperatur als den Verbrennungsmotor kühlt, wobei das Kühlsystem so ausgestaltet ist, dass die Verwendung eines Klimaanlagensystems im Fahrzeug selbst zu Zeiten möglich ist, wenn der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist.
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Die oben erwähnte Aufgabe wird anhand eines Kühlsystems gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Der Klimaanlagenkondensator ist mit dem weiteren Objekt im Hilfskreislauf in Reihe angeordnet. Dabei ist der Klimaanlagenkondensator eingangsseitig des weiteren Objekts angeordnet. So ist ein Einlass einer Rückleitung des Hilfskreislaufs zwischen dem Klimaanlagenkondensator und dem weiteren Objekt angeordnet. Folglich muss der Kühlmittelfluss, der von der Hilfskühlmittelpumpe bereitgestellt wird, nicht durch das weitere Objekt fließen.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform leitet die Rückleitung Kühlmittel von einer Position ausgangsseitig des Hilfskühlers und des Klimaanlagenkondensators im Hilfskreislauf zu einer Position eingangsseitig des Hilfskühlers und des Klimaanlagenondensators im Hilfskreislauf. Mit einer solchen Rückleitung kann das Kühlmittel im Hilfskreislauf in einer geschlossenen Schleife zirkulieren. Die Zirkulation des Kühlmittels durch eine solche geschlossene Schleife kann mit einer maßgeblich kleineren Hilfskühlmittelpumpe als der gewöhnlichen Kühlmittelpumpe im Kühlsystem durchgeführt werden. Daher erfordert die Hilfskühlmittelpumpe eine relativ geringe Energiezufuhr von der Batterie.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Rückleitung die Hilfskühlmittelpumpe und ein Einwegventil. An dieser Position stört die Hilfskühlmittelpumpe den gewöhnlichen Kühlmittelfluss durch den Hilfskreislauf nicht. Das Einwegventil ermöglicht einen Kühlmittelfluss in der Rückleitung in der von der Hilfskühlmittelpumpe vorgegebenen Richtung, und es verhindert einen Kühlmittelfluss durch die Rückleitung in die entgegengesetzte Richtung, der von der gewöhnlichen Kühlmittelpumpe im Kühlsystem bereitgestellt wird, wenn der Verbrennungsmotor in Betrieb ist.
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Gemäß einem Beispiel sind der Klimaanlagenkondensator und das weitere Objekt in parallelen Leitungen im Hilfskreislauf angeordnet. In diesem Fall kann Kühlmittel mit der gleichen niedrigen Temperatur sowohl zu dem weiteren Objekt als auch dem Klimaanlagenkondensator geleitet werden, wenn die gewöhnliche Kühlmittelpumpe Kühlmittel durch den Hilfskreislauf zirkuliert. Die parallele Leitung, die das weitere Objekt umfasst, kann ein Einwegventil umfassen. In diesem Fall kann ein Kühlmittelfluss durch das weitere Objekt verhindert werden, wenn die Hilfskühlmittelpumpe Kühlmittel durch den Hilfskreislauf zirkuliert, wenn der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Kühlsystem ein manuelles Betätigungselement, das zum Einleiten der Betätigung der Hilfskühlmittelpumpe ausgestaltet ist. Ein solches Betätigungselement kann ein Knopf oder dergleichen sein, der in einer Fahrerkabine des Fahrzeugs angeordnet sein kann. Die Ventilvorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass sie auf Positionen gestellt werden kann, die den Kühlmittelfluss einschränken, der von der Hilfskühlmittelpumpe an den Hilfskreislauf bereitgestellt wird, wenn die Hilfskühlmittelpumpe aktiviert wurde. Daher verhindern die Ventilglieder einen Kühlmittelfluss an verbleibende Teile des Kühlsystems außer dem Hilfskreislauf.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die erste Ventilvorrichtung ein Dreiwegeventil. Das Dreiwegeventil kann eine Einlassöffnung und zwei Auslassöffnungen umfassen. Das Dreiwegeventil empfängt über die Einlassöffnung einen Kühlmittelfluss von einer Leitung des Kühlsystems und leitet einen ersten Teil davon über eine erste Auslassöffnung an die Kühlerleitung und einen zweiten Teil davon über die zweite Auslassöffnung an die Kühler-Bypassleitung. In diesem Fall ist die erste Ventilvorrichtung als Einzelventil ausgestaltet. Vorzugsweise ist die erste Ventilvorrichtung stufenlos einstellbar. In diesem Fall kann der Kühlmitteldurchfluss zur Kühlerleitung und Kühler-Bypassleitung mit hoher Genauigkeit verändert werden. Wahlweise ist die erste Ventilvorrichtung als zwei Zweiwegeventile konzipiert, wobei ein erstes Zweiwegeventil in der Kühlereinlassleitung angeordnet ist und ein zweites Zweiwegeventil in der Kühler-Bypassleitung angeordnet ist.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die zweite Ventilvorrichtung ein Dreiwegeventil. Das Dreiwegeventil empfängt einen Kühlmittelfluss von der Kühler-Bypassleitung und leitet einen Teil davon an den Hilfskreislauf und einen verbleibenden Teil davon an die Motoreinlassleitung. Es kann auch Kühlmittel vom Hauptkühler an die Motoreinlassleitung leiten. In diesem Fall ist die zweite Ventilvorrichtung als Einzelventil ausgestaltet. Vorzugsweise ist die zweite Ventilvorrichtung stufenlos einstellbar. In diesem Fall kann der Kühlmitteldurchfluss zum Hilfskreislauf und der Motoreinlassleitung mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Wahlweise ist die zweite Ventilvorrichtung als zwei Zweiwegeventile konzipiert, wobei ein erstes Zweiwegeventil in der Hauptkühler-Auslassleitung angeordnet ist und ein zweites Zweiwegeventil in der Motoreinlassleitung angeordnet ist.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die erste Ventilvorrichtung und/oder die zweite Ventilvorrichtung so ausgelegt, dass geringe Kühlmitteldurchflüsse mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden als große Kühlmitteldurchflüsse. Während Betriebsbedingungen leitet die erste Ventilvorrichtung einen geringen Kühlmitteldurchfluss an den Hauptkühler, wenn das Kühlmittel eine relativ niedrige Temperatur aufweist. Dieser geringe Kühlmitteldurchfluss kann mit einem geringen warmen Kühlmitteldurchfluss von der Kühler-Bypassleitung von der zweiten Ventilvorrichtung gemischt werden, bevor das Gemisch zu dem weiteren Objekt geleitet wird. Um eine erforderliche Kühlmitteltemperatur des Gemisches mit hoher Genauigkeit zu erzielen, ist die Verwendung einer ersten Ventilvorrichtung und einer zweiten Ventilvorrichtung mit der oben erwähnten Ausgestaltung geeignet. Die erste Ventilvorrichtung kann ein Ventilelement umfassen, das beweglich innerhalb eines Bewegungsbereichs angeordnet ist, der sich zwischen einer ersten Endposition, in der es keinen Kühlmittelfluss zum Hauptkühler leitet, und einer zweiten Endposition, in der es den gesamten Kühlmittelfluss zum Hauptkühler leitet, erstreckt. Der Bewegungsbereich für das Ventilelement, bei dem es kleine Kühlmittelflüsse an die Kühlerleitung leitet, ist größer als der Bewegungsbereich für das Ventilelement, bei dem es größere Kühlmittelflüsse an den Kühler leitet. Die zweite Ventilvorrichtung kann eine Ausgestaltung aufweisen, die der ersten Ventilvorrichtung entspricht.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Bypassventil ein Zweiwegeventil, das in der Hilfskühler-Bypassleitung angeordnet ist. Der Strömungswiderstand durch die Hilfskühler-Bypassleitung ist wesentlich geringer als der Strömungswiderstand durch den Hilfskühler. Wenn das Zweiwegeventil geöffnet ist, wird daher der Hauptteil des Kühlmittels durch die Hilfskühler-Bypassleitung und ein kleinerer Teil des Kühlmittels durch den Hilfskühler geleitet. Das Bypassventil kann ein Abstellventil (z. B. Magnetventil) oder ein Drosselventil sein, mit dem der Kühlmitteldurchfluss durch die Hilfskühler-Bypassleitung reguliert werden kann. Wahlweise kann das Bypassventil ein Dreiwegeventil sein, das an einem verzweigten Abschnitt zwischen einer Leitung, die Kühlmittel an den Hilfskühler leitet und der Hilfskühler-Bypassleitung angeordnet ist.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das weitere Objekt ein Arbeitsmedium, das in einem WHR-Kondensator eines WHR-Systems gekühlt wird. Um in einem WHR-System einen hohen Wärmewirkungsgrad zu erzielen, muss das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator auf eine so niedrig wie mögliche Kondensationstemperatur und. im Wesentlichen ohne Unterkühlen gekühlt werden. Um in einem WHR-System einen hohen Wärmewirkungsgrad zu erzielen, muss folglich das Arbeitsmedium mit einer geeigneten Kühlwirkung gekühlt werden. Die geeignete Kühlwirkung des Arbeitsmediums in dem WHR-Kondensator ändert sich jedoch während verschiedener Betriebsbedingungen, etwa mit der Wärmewirkung, die beispielsweise von den Abgasen an den Verdampfer geliefert wird. Da sich die von den Abgasen gelieferte Wärme schnell ändern kann, ist es schwierig, eine Kühlwirkung des Arbeitsmediums im WHR-Kondensator kontinuierlich bereitzustellen, die zu einem hohen Wärmewirkungsgrad eines WHR-Systems führt. Erfindungsgemäß werden die erste Ventilvorrichtung, die zweite Ventilvorrichtung und das Bypassventil auf eine Weise so gesteuert, dass Arbeitsmedium im WHR-Kondensator bei einer gewünschten Kondensationstemperatur kondensiert. Wahlweise ist das weitere Objekt Ladeluft, die in einem Ladeluftkühler gekühlt wird, oder ein anderes Objekt, das Kühlung auf eine niedrigere Temperatur als der Verbrennungsmotor erfordert.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Hilfskühler an einer Position im Fahrzeug angeordnet, an der er von einem Luftstrom mit einer niedrigeren Temperatur als die Temperatur des Luftstroms durch den Hauptkühler gekühlt wird. Der Hauptkühler ist gewöhnlich hinter einem Ladeluftkühler oder einem anderen Kühler im vorderen Abschnitt eines Fahrzeugs angeordnet. Daher weist der Luftstrom durch den Hauptkühler gewöhnlich eine höhere Temperatur als die Temperatur der Umgebungsluft auf. Die Hilfsvorrichtung kann unter, über oder auf einer Seite des Hauptkühlers vorgesehen sein, wo sie von einem Luftstrom mit der Temperatur der Umgebungsluft gekühlt wird.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Luftstrom durch den Hilfskühler von einem getrennten Hilfskühlerlüfter erzeugt. Ein solcher Hilfskühlerlüfter kann bezüglich eines Hauptkühlerlüfters, der Luft durch den Hauptkühler treibt, unabhängig gesteuert werden. Der Hilfskühlerlüfter kann von einem Elektromotor angetrieben werden. In diesem Fall kann die Kühlwirkung des Kühlmittels im Hilfskühler gesteuert werden, um das weitere Objekt auf eine effiziente Betriebstemperatur zu kühlen. Um den Verbrauch elektrischer Energie zu reduzieren, ist der Hilfskühler an einer Position des Fahrzeugs angeordnet, an der er einen kühlenden Luftstrom von der Stauluft und dem Hilfskühlerlüfter empfängt.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Kühlsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
- 2 ein Kühlsystem gemäß einem Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung, und
- 3 eine Vorderansicht des Hauptkühlers und des Hilfskühlers.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt ein schematisch offenbartes Fahrzeug 1, das von einem Verbrennungsmotor 2 angetrieben wird. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerfahrzeug sein, und der Verbrennungsmotor 2 kann ein Dieselmotor sein. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Kühlsystem, das eine Motoreinlassleitung 3 umfasst, die mit einer Kühlmittelpumpe 4 vorgesehen ist, die ein Kühlmittel im Kühlsystem zirkuliert. Das Kühlmittel wird zuerst durch den Verbrennungsmotor 2 zirkuliert. Das Kühlmittel, das den Verbrennungsmotor 2 verlässt, wird von der Motorauslassleitung 5 aufgenommen. Eine erste Ventilvorrichtung in Form eines ersten Dreiwegeventils 6 ist an einem Ende der Motorauslassleitung 5 angeordnet. Das erste Dreiwegeventil 6 weist eine Einlassöffnung und zwei Auslassöffnungen auf. Das Kühlsystem umfasst eine Hauptkühlerleitung 7, die Kühlmittel durch einen Hauptkühler 8 leitet. Die Hauptkühlerleitung 7 umfasst eine Hauptkühler-Einlassleitung 7a und eine Hauptkühler-Auslassleitung 7b. Das Kühlsystem umfasst eine Hauptkühler-Bypassleitung 9, die Kühlmittel am Hauptkühler 8 vorbeileitet. Das erste Dreiwegeventil 6 wird von einer Steuereinheit 10 gesteuert. Das erste Dreiwegeventil 6 ist stufenlos einstellbar. Daher kann das erste Dreiwegeventil 6 Kühlmittel von der Motorauslassleitung 5 über die Einlassöffnung empfangen und einen ersten Teil davon über eine erste Auslassöffnung an die Hauptkühlerleitung 7 und einen zweiten verbleibenden Teil davon über eine zweite Auslassöffnung an die Hauptkühler-Bypassleitung 9 verteilen. Ein Ladeluftkühler 11 ist an einer Position eingangsseitig des Hauptkühlers 8 angeordnet. Ein Hauptkühlerlüfter 12 und die Stauluft sehen während des Betriebs des Fahrzeugs 1 einen kühlenden Luftstrom durch den Ladeluftkühler 11 und den Hauptkühler 8 vor.
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Das Kühlsystem ist zum Kühlen von zumindest einem weiteren Objekt außer dem Verbrennungsmotor 2 ausgestaltet. Das weitere Objekt ist in einem Hilfskreislauf 14 des Kühlsystems angeordnet. Das weitere Objekt wird in diesem Fall als ein Arbeitsmedium in einen WHR-System beispielhaft erläutert, das in einem WHR-Kondensator 13 gekühlt wird. Wahlweise kann das weitere Objekt Ladeluft in einem Ladeluftkühler, Leistungselektronik für ein Hybridfahrzeug oder ein anderes Objekt sein, das auf eine niedrigere Temperatur als der Verbrennungsmotor gekühlt werden soll. Der Hilfskreislauf 14 umfasst einen Hilfskühler 15, der eingangsseitig des WHR-Kondensators 13 hinsichtlich der gewöhnlichen Flussrichtung durch den Hilfskreislauf 14 angeordnet ist. Die Stauluft und der mindestens eine Hilfskühlerlüfter 16 sehen einen kühlenden Luftstrom durch den Hilfskühler 15 vor. Eine Hilfskühler-Bypassleitung 17 leitet Kühlmittel am Hilfskühler 15 vorbei. Ein Bypassventil 18 steuert den Kühlmittelfluss durch die Hilfskühler-Bypassleitung 17. Das Bypassventil 18 wird von der Steuereinheit 10 gesteuert.
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Eine zweite Ventilvorrichtung in Form eines zweiten Dreiwegeventils 20 empfängt Kühlmittel aus der Hauptkühler-Bypassleitung 9. Das zweite Dreiwegeventil 20 wird von der Steuereinheit 10 gesteuert. Das zweite Dreiwegeventil 20 ist stufenlos einstellbar. Das zweite Dreiwegeventil 20 weist eine Einlassöffnung, die Kühlmittel aus der Hauptkühler-Bypassleitung 9 empfängt, eine Auslassöffnung, die Kühlmittel zur Motoreinlassleitung 3 leitet, und eine dritte Öffnung auf, die eine Einlassöffnung oder eine Auslassöffnung sein kann. Die dritte Öffnung kann als Einlassöffnung dienen und empfängt Kühlmittel aus dem Hauptkühler 8 und leitet es zur Motoreinlassleitung 3. Wahlweise dient die dritte Öffnung als Auslassöffnung und leitet Kühlmittel aus der Hauptkühler-Bypassleitung 9 zum Hilfskreislauf 14. Ein erster Temperaturfühler 21 fühlt die Temperatur des Kühlmittels in der Motorauslassleitung 5. Daher fühlt der erste Temperaturfühler 21 eine Temperatur, die sich auf die Temperatur des Verbrennungsmotors 2 bezieht. Ein zweiter Temperaturfühler 22a fühlt die Temperatur des Kühlmittels im Hilfskreislauf 14 an einer eingangsseitigen Position des WHR-Kondensators 13. Ein dritter Temperaturfühler 22b fühlt die Temperatur des Kühlmittels im Hilfskreislauf 14 an einer ausgangsseitigen Position des WHR-Kondensators 13. Der dritte Temperaturfühler 22b fühlt eine Temperatur, die sich auf die Temperatur des Arbeitsmediums im WHR-Kondensator 13 bezieht. Der Hilfskreislauf 14 umfasst einen Klimaanlagenkondensator 23 in einem Klimaanlagensystem, der an einer eingangsseitigen Position des WHR-Kondensators 13 im WHR-System angeordnet ist. Das Klimaanlagensystem wird zum Kühlen der Luft in einer Fahrerkabine des Fahrzeugs 1 verwendet.
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Während des Betriebs empfängt die Steuereinheit 10 von den Temperaturfühlern 21, 22a, 22b im Wesentlichen kontinuierlich Informationen über die tatsächlichen Kühlmitteltemperaturen des Verbrennungsmotors 2 und das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator 13. Die Steuereinheit 10 kann auch Informationen über Betriebsparameter des WHR-Systems empfangen. Die Steuereinheit 10 kann beispielsweise Informationen über die tatsächliche Kondensationstemperatur im WHR-Kondensator 13 empfangen. Die Steuereinheit 10 kann auch Informationen über Betriebsparameter des Klimaanlagensystems empfangen. Die Steuereinheit 10 schätzt eine gewünschte Kondensationstemperatur des Arbeitsmediums im WHR-Kondensator 13. Wenn Ethanol als Arbeitsmedium verwendet wird, ist während der meisten Betriebsbedingungen eine Kondensationstemperatur von ca. 80 °C wünschenswert. Die Steuereinheit 10 schätzt einen erforderlichen Durchfluss und eine erforderliche Temperatur des Kühlmittelflusses, der zu den Kondensatoren 13, 23 geleitet wird, um die gewünschte Kondensationstemperatur im WHR-Kondensatoren 13 bereitzustellen.
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Während des Betriebs empfängt die Steuereinheit 10 vom ersten Temperaturfühler 21 im Wesentlichen kontinuierlich Informationen über die Kühlmitteltemperatur in der Motorauslassleitung 5. Falls die Kühlmitteltemperatur in der Motorauslassleitung 5 anzeigt, dass der Verbrennungsmotor 2 eine niedrigere Temperatur als eine effiziente Betriebstemperatur aufweist, ist ein Kühlen des Verbrennungsmotors 2 nicht notwendig. Die Steuereinheit 10 stellt das erste Dreiwegeventil 6 so ein, dass es einen großen Teil des Kühlmittelflusses an die Hauptkühler-Bypassleitung 9 und einen verbleibenden kleinen Teil des Kühlmittelflusses an die Hauptkühlerleitung 7 leitet. Die zweite Ventilvorrichtung leitet das Kühlmittel ohne Kühlen von der Hauptkühler-Bypassleitung 9 zum Verbrennungsmotor 2. Der kleinere Teil des Kühlmittelflusses wird gewöhnlich im Hauptkühler 8 auf eine Temperatur gekühlt, die niedrig genug ist, um das Kältemittel im Klimaanlagenkondensator 23 und das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator 13 auf eine geeignete Kondensationstemperatur zu kühlen. In diesem Fall ist eine Verwendung des Hilfskühlers 15 nicht notwendig. Daher stellt die Steuereinheit 10 das Bypassventil 18 auf eine offene Position ein, sodass das Kühlmittel über die Hilfskühler-Bypassleitung 17 vom Hauptkühler 8 zu den Kondensatoren 13, 23 geleitet wird.
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Falls das Kühlmittel im Hauptkühler 8 auf eine zu niedrige Temperatur gekühlt wurde, wird das zweite Dreiwegeventil 20 so gesteuert, dass es eine geeignete Menge ungekühlten Kühlmittels von der Hauptkühler-Bypassleitung 9 zum Hilfskreislauf 14 leitet, wo es mit Kühlmittel vom Hauptkühler 8 gemischt wird. Mit einem geeigneten Gemisch der Kühlmittel mit unterschiedlichen Temperaturen kann Kühlmittel mit einer geeigneten Temperatur über die Hilfskühler-Bypassleitung 17 zu den Kondensatoren 13, 23 geleitet werden, wo das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator 13 auf die gewünschte Kondensationstemperatur gekühlt wird. Das Kühlmittel, das die Kondensatoren 13, 23 verlässt, wird über die Motorauslassleitung 5 zum Verbrennungsmotor 2 geleitet. Somit weist das vom Hilfskreislauf zum Verbrennungsmotor 2 geleitete Kühlmittel während im Wesentlichen allen Betriebsbedingungen eine ausreichend hohe Temperatur auf, um die Temperatur des Verbrennungsmotor 2 schnell auf seine effiziente Betriebstemperatur ansteigen zu lassen.
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Falls die Kühlmitteltemperatur in der Motorauslassleitung 5 anzeigt, dass der Verbrennungsmotor 2 eine Temperatur im Bereich einer effizienten Betriebstemperatur aufweist, muss der Verbrennungsmotor 2 gekühlt werden, um diese Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Steuereinheit 10 stellt das erste Dreiwegeventil 6 so ein, dass es einen geeigneten Teil des Kühlmittelflusses an die Hauptkühler-Bypassleitung 9 und einen verbleibenden Teil des Kühlmittelflusses an die Hauptkühlerleitung 7 leitet. Die zweite Ventilvorrichtung leitet ein geeignetes Gemisch von Kühlmittel von der Hauptkühler-Bypassleitung 9 und Kühlmittel vom Hauptkühler 8 zum Verbrennungsmotor 2. Einerseits wird der Kühlmittelflusses im Hauptkühler 8 auf eine Temperatur gekühlt, die niedrig genug ist, um das Kältemittel im Klimaanlagenkondensator 23 und das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator 13 auf eine geeignete Kondensationstemperatur zu kühlen.
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In diesem Fall ist eine Verwendung des Hilfskühlers 15 nicht notwendig. Daher stellt die Steuereinheit 10 das Bypassventil 18 auf eine offene Position ein, sodass das Kühlmittel über die Hilfskühler-Bypassleitung 17 vom Hauptkühler 8 zu den Kondensatoren 13, 23 geleitet wird. Andererseits wird der Kühlmittelfluss im Hauptkühler 8 nicht auf eine Temperatur gekühlt, die niedrig genug ist, um das Kältemittel im Klimaanlagenkondensator 23 und das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator 13 auf eine geeignete Kondensationstemperatur zu kühlen. In diesem Fall ist das Verwenden des Hilfskühlers 15 notwendig. Daher stellt die Steuereinheit 10 das Bypassventil 18 auf eine geschlossene Position ein, sodass das Kühlmittel über die Hilfskühler 15 vom Hauptkühler 8 zu den Kondensatoren 13, 23 geleitet wird.
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Falls die Kühlmitteltemperatur in der Motorauslassleitung 5 anzeigt, dass der Verbrennungsmotor 2 eine höhere Temperatur als ein effizienter Betriebstemperaturbereich aufweist, muss der Verbrennungsmotor 2 auf optimale Weise gekühlt werden. Die Steuereinheit 10 stellt das erste Dreiwegeventil 6 so ein, dass es den gesamten Kühlmittelfluss an die Hauptkühlerleitung 7 und den Hauptkühler 8 leitet. Die zweite Ventilvorrichtung leitet einen geeigneten Teil von Kühlmittel vom Hauptkühler 8 zum Verbrennungsmotor 2. Ein verbleibender Teil von Kühlmittel vom Hauptkühler 8 wird zum Hilfskreislauf 14 geleitet. Falls der Kühlmittelfluss im Hauptkühler 8 auf eine Temperatur gekühlt wurde, die niedrig genug ist, um das Kältemittel im Klimaanlagenkondensator 23 und das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator 13 auf eine geeignete Kondensationstemperatur zu kühlen, stellt die Steuereinheit 10 das Bypassventil 18 auf eine offene Position ein, sodass das Kühlmittel über die Hilfskühler-Bypassleitung 17 vom Hauptkühler 8 zum WHR-Kondensator 13 geleitet wird. Falls der Kühlmittelfluss im Hauptkühler 8 nicht auf eine Temperatur gekühlt ist, die niedrig genug ist, um das Kältemittel im Klimaanlagenkondensator 23 und das Arbeitsmedium im WHR-Kondensator 13 auf eine geeignete Kondensationstemperatur zu kühlen, stellt die Steuereinheit 10 das Bypassventil 18 auf eine geschlossene Position ein, sodass das Kühlmittel über den Hilfskühler 15 vom Hauptkühler 8 zu den Kondensatoren 13, 23 geleitet wird. Folglich kann das Kühlsystem eine effiziente Betriebstemperatur eines Verbrennungsmotors 2 sowie gewünschte Kondensationstemperaturen des Kältemittels im Klimaanlagenkondensator und des Arbeitsmediums im WHR-Kondensator 13 während im Wesentlichen allen Betriebsbedingungen aufrechterhalten.
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Selbst zu Zeiten, wenn der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist, kann das Klimaanlagensystem kann betrieben und die Luft in der Fahrzeugkabine gekühlt werden. Das Fahrzeug umfasst elektrische Ausrüstung (nicht gezeigt) zum Betreiben eines Kompressors im Klimaanlagensystem, wenn der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist. Das Kühlsystem umfasst Kühlausrüstung zum Kühlen des Kältemittels im Klimaanlagenkondensator 23 im Klimaanlagensystem, wenn der Verbrennungsmotor nicht im Betrieb ist. Die Kühlungsausrüstung umfasst eine Hilfskühlmittelpumpe 24, die in einer Rückleitung 25 im Hilfskreislauf 14 angeordnet ist. Die Hilfskühlmittelpumpe wird von elektrischer Energie von einer Batterie im Fahrzeug 1 elektrisch angetrieben. Die Rückleitung 25 ist mit einer Einlassöffnung 25a vorgesehen, die an einer ausgangsseitigen Position des Klimaanlagenkondensators 23 im Klimaanlagensystem angeordnet ist, und an einer eingangsseitigen Position des WHR-Kondensators 13 im WHR-System angeordnet ist. Die Rückleitung 25 ist mit einer Auslassöffnung 25b an einer ausgangsseitigen Position des Hilfskühlers 15 vorgesehen. Die Rückleitung 25 umfasst ein Einwegventil 26. Das Einwegventil 26 ermöglicht einen Fluss in der Rückleitung 25, der von der Hilfskühlmittelpumpe 24 bestimmt wird. Das Einwegventil 26 sperrt den Fluss in der Rückleitung 25 in die entgegengesetzte Richtung. Daher findet während des normalen Betriebs des Kühlsystems kein Kühlmittelfluss durch die Rückleitung 25 statt. Das Kühlsystem umfasst ein manuelles Betätigungselement 27, das ein Knopf oder dergleichen sein kann, mit dem eine Person das Klimaanlagensystem aktivieren und deaktivieren kann, wenn der Verbrennungsmotor 2 nicht in Betrieb ist.
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Die Steuereinheit 10 empfängt Informationen, wenn das Klimaanlagensystem vom manuellen Betätigungselement 27 aktiviert wurde. Die Steuereinheit 10 stellt das erste Dreiwegeventil 6 und das zweite Dreiwegeventil 20 in Positionen, in denen sie den Kühlmittelfluss in allen Teilen des Kühlsystems mit Ausnahme des Hilfskreislaufs 14 blockieren. Außerdem kann sie das Bypassventil 18 auf eine geschlossene Position einstellen, sodass der Kühlmittelfluss durch die Hilfskühler-Bypassleitung 17 blockiert wird. Folglich pumpt die Hilfskühlmittelpumpe 24 Kühlmittel in einer geschlossenen Schleife. Das Kühlmittel absorbiert im Klimaanlagenkondensator 23 Wärme. Das Kühlmittel wird vom Klimaanlagenkondensator 23 über die Rückleitung 25 zum Hilfskühler 15 geleitet, wo es gekühlt wird. Das Kühlmittel, das den Hilfskühler 15 verlässt, wird zurück zum Klimaanlagenkondensator 23 geleitet. Folglich zirkuliert die Hilfskühlmittelpumpe das Kühlmittel in einem relativ kleinen Teil des Kühlsystems. Daher kann die Hilfskühlmittelpumpe 24 eine maßgeblich kleinere Kapazität aufweisen als die gewöhnliche Kühlmittelpumpe 4.
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2 zeigt ein Beispiel der Kühlungsausrüstung. In diesem Fall sind der Klimaanlagenkondensator 23 und der WHR-Kondensator 13 in parallelen Leitungen 28a, 28b im Hilfskreislauf 14 angeordnet. Folglich wird Kühlmittel mit der gleichen Temperatur zu den Kondensatoren 13, 23 geleitet. Die parallele Leitung 28a, die den WHR-Kondensator 13 umfasst, umfasst auch ein Einwegventil. Das Einwegventil 29 verhindert einen Kühlmittelfluss durch den WHR-Kondensator 13, wenn die Hilfskühlmittelpumpe 24 aktiviert ist. Außer diesem Unterschied entspricht die Kühlausrüstung in 2 der Kühlausrüstung in 1.
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3 zeigt eine Vorderansicht des Hauptkühlers 8 und des Hilfskühlers 15. In diesem Fall ist der Hilfskühlers 15 unter dem Hauptkühler 8 angeordnet. Zwei Hilfskühlerlüfter 16 stellen einen kühlenden Luftstrom durch den Hilfskühler 15 bereit. Die Hilfskühlerlüfter 16 können unabhängig vom Hauptkühlerlüfter 12 angetrieben werden. Alternativ kann der Hilfskühler 15 über dem oder auf einer Seite des Ladeluftkühlers 11 angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Hilfskühler 15 an einer Position angeordnet, sodass er einen kühlenden Luftstrom von der Stauluft und den Hilfskühlerlüftern 16 mit der Umgebungstemperatur empfängt. In diesem Fall kann das Kühlmittel auf maßgeblich niedrigere Temperaturen als im Hauptkühler 8 gekühlt werden.
