DE102017200878A1

DE102017200878A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017200878A1
Application number: DE102017200878.4A
Authority: DE
Inventors: Swen-Juri Bauer; Michael Baumann; Andreas Grüner; Andrea Teubner
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN109804146A; CN109844277A; WO2018086886A1; US20190277183A1; US11156146B2; WO2018086851A1; CN109844277B; US20190345868A1; CN109790773B; DE102017200876A1; WO2018086878A1; US10865695B2; CN109804146B; CN109790773A; US20190345867A1; DE102017200874A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (12) mit einer Brennkraftmaschine (13), einem Kühler (14), einem Wärmetauscher (15), einer Kühlmittelpumpe (1) und einer separat dazu angeordneten einlassseitig und druckgesteuerten Ventileinrichtung (6) mit zumindest einem ersten Kühlmitteleingang (3, 3'), zumindest einem zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') und einem Kühlmittelausgang (5'), der mit einem Eingang (16) der Kühlmittelpumpe (1) verbunden ist, wobei die Ventileinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit eines gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe (1) und damit des Drucks (p) im Kühlmittel (2) zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') öffnet oder schließt oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') gleichzeitig öffnet, wobei der erste Kühlmitteleingang (3, 3') der Ventileinrichtung (6) und ein Kühlmittelausgang (5) der Kühlmittelpumpe (1) mit der Brennkraftmaschine (13) verbunden sind, während ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') der Ventileinrichtung (6) mit dem Kühler (14) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer Kühlmittelpumpe.
In modernen Kraftfahrzeugen wird zur Kühlung einer Brennkraftmaschine üblicherweise eine Kühlmittelpumpe eingesetzt, wobei die Kühlleistung üblicherweise über ein Thermostatventil gesteuert wird. Ein derartiges Thermostatventil kann beispielsweise bei lediglich geringer erforderlicher Kühlleistung einen, den Kühler umgehenden Bypass öffnen. Ein derartiges Thermostatventil besitzt oftmals ein Dehnstoffelement, welches eine vergleichsweise einfache aber auch träge, temperaturabhängige Steuerung ermöglicht.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen und deren Kühlmittelpumpen ist jedoch, dass diese üblicherweise mit gleichbleibend hoher Leistung laufen und eine Steuerung ausschließlich über ein Thermostatventil erfolgt. Hierdurch wird für den Betrieb der Kühlmittelpumpe vergleichsweise viel Energie benötigt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Kraftfahrzeug eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug eine Kühlmittelpumpe nicht mehr mit gleichbleibend hoher Last und damit vergleichsweise viel Energie aufwendig zu betreiben, sondern mehrere Leistungsstufen für die Kühlmittelpumpe in der Art von Betriebspunkten vorzusehen und zudem eine einlassseitig und druckgesteuerte und separat zur Kühlmittelpumpe angeordnete Ventileinrichtung vorzusehen, die einen Kühlmittelstrom in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe steuert. Die elektrische Kühlmittelpumpe dient in bekannter Weise zum Fördern eines Kühlmittels, beispielsweise im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, und ist zwischen mehreren Betriebspunkten verstellbar. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Brennkraftmaschine, einen Kühler, einen Wärmetauscher, die Kühlmittelpumpe und die separat dazu angeordnete Ventileinrichtung mit zumindest einem ersten Kühlmitteleingang, zumindest einem zweiten Kühlmitteleingang und einem Kühlmittelausgang auf, der mit einem Eingang der Kühlmittelpumpe verbunden ist, wobei die Ventileinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe und damit des Drucks p im Kühlmittel zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang öffnet oder schließt oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang gleichzeitig öffnet, wobei der erste Kühlmitteleingang der Ventileinrichtung und der Kühlmittelausgang der Kühlmittelpumpe mit der Brennkraftmaschine verbunden sind, während ein zweiter Kühlmitteleingang der Ventileinrichtung mit dem Kühler verbunden ist. Ein derart erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug erfordert zum Betrieb der Kühlmittelpumpe deutlich weniger elektrische Energie, als dies bei bislang konstant durchlaufenden Kühlmittelpumpen der Fall war. Hierdurch kann jedoch nicht nur elektrische Energie, sondern auch Kraftstoff eingespart werden. Durch die separate Anordnung der Ventileinrichtung zur Kühlmittelpumpe kann auch eine bauraumgünstige, dezentrale Unterbringung der Ventileinrichtung ermöglicht werden, insbesondere in Bauräumen, die bislang hierfür nicht erschlossen werden konnten. Die druckabhängige Steuerung der Ventileinrichtung ermöglicht auch ein schnelles Schalten derselben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Kühlmittelpumpe im ersten Betriebspunkt abgeschaltet und zumindest ein erster Kühlmitteleingang der einlassseitig und druckgesteuerten Ventileinrichtung geöffnet. In diesem Fall ist somit der erste Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe gleichzusetzen mit einem Ausschaltzustand. Der erste Betriebspunkt wird dabei insbesondere während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine genutzt, in welcher eine zusätzliche Kühlung der Brennkraftmaschine unerwünscht ist. Ein zweiter Betriebspunkt stellt eine Förderleistung zur Verfügung und beispielsweise einen Komfortmodus dar, in welchem lediglich eine mittlere Kühlleistung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, die beispielsweise auch über einen Wärmetauscher einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs erzielbar ist. Den dritten Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe stellt ein Kühlmodus dar, in welchem die Ventileinrichtung derart gestellt ist, dass der Kühlmittelstrom sowohl über den Kühler als auch über den Wärmetauscher und die Brennkraftmaschine zirkuliert. In einem vierten Betriebsmodus erfolgt ein Kühlmittelstrom ausschließlich über den Kühler, wodurch eine verstärkte Kühlung möglich ist. Durch die Auswahl der Betriebspunkte ist der hierfür aufzuwendende Energieeinsatz deutlich geringer, als bei einer konstant laufenden Kühlmittelpumpe unter Volllast, bei welcher beispielsweise während einer Kaltstartphase durch ein als Bypassventil ausgebildetes Ventil der Kühlmittelstrom einfach am Kühler vorbeigeleitet wird.
Zweckmäßig weist die Ventileinrichtung einen Ventilkörper auf, der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt, in der er wenigstens einen zweiten Kühlmitteleingang sperrt und wenigstens einen ersten Kühlmitteleingang freigibt. Der zweite Kühlmitteleingang ist dabei mit dem Kühler des Kraftfahrzeugs verbunden, während der erste Kühlmitteleingang beispielsweise mit dem Wärmetauscher einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs verbunden ist. In der ersten Stellung des Ventilkörpers, in welcher lediglich eine mittlere Kühlleistung erforderlich ist, wird somit der Kühlmittelstrom nicht über einen Kühler des Kraftfahrzeugs geleitet. In einem dritten Betriebszustand kann der Ventilkörper auch eine zweite Stellung einnehmen, in welcher er den ersten und zweiten Kühlmitteleingang teilweise öffnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper im vierten Betriebspunkt eine dritte Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang sperrt und zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang freigibt. Im vierten Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe und damit in der dritten Stellung des Ventilkörpers bewirkt dieser somit einen Kühlmittelstrom, der über einen Fahrzeugkühler und die Brennkraftmaschine zirkuliert. Die dritte Stellung nimmt der Ventilkörper dabei allein durch den im vierten Betriebspunkt erhöhten Druck p₃ des Kühlmittels ein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die den Ventilkörper in seine erste Stellung vorspannt. Zum Verstellen des Ventilkörpers zwischen seiner ersten und zweiten Stellung muss somit der Kühlmitteldruck ansteigen, was üblicherweise ausschließlich dann erreicht wird, sofern die Kühlmittelpumpe von ihrem zweiten in ihren dritten Betriebspunkt verstellt wird. Der Kühlmitteldruck p₂, p₃ wirkt dabei dem von der Federeinrichtung aufgebrachten Druck p_F entgegen.
Zweckmäßig sind ein Temperatursensor und eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung zur Steuerung der Betriebspunkte und damit der Leistung der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels vorgesehen. Um den jeweiligen Betriebspunkt der Kühlmittelpumpe auswählen zu können, ist es erforderlich, einen Kühlbedarf zu ermitteln, was über den erfindungsgemäß vorgesehenen Temperatursensor und die erfindungsgemäß kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung möglich ist. Unterhalb einer bestimmten Kühlmitteltemperatur, beispielsweise während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, ist keine Kühlung des Kühlmittels und damit keine Kühlung der Brennkraftmaschine erwünscht, so dass in diesem Fall die Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren ersten Betriebspunkt verstellt, d.h. beispielsweise ausschaltet oder ausgeschaltet lässt. Steigt die Temperatur des Kühlmittels an, so kann die Steuereinrichtung dies über den Temperatursensor detektieren und verstellt entsprechend beispielsweise einem Kennfeld die Kühlmittelpumpe in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem eine mittlere Kühlleistung erreicht wird. Steigt die Last der Brennkraftmaschine stark an, beispielsweise bei einer Bergfahrt, so steigt auch die Temperatur des Kühlmittels an, woraufhin die Steuereinrichtung die Kühlmittelpumpe in ihren dritten Betriebspunkt verstellt, in welcher der Kühlmittelstrom sowohl über den Kühler als auch über den Wärmetauscher strömt. Im vierten Betriebspunkt strömt der Kühlmittelstrom ausschließlich über den Kühler, wodurch eine nochmals erhöhte Kühlleistung zur Kühlung der Brennkraftmaschine erreicht wird. Über den Temperatursensor und die kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung ist somit auch eine temperaturabhängige Steuerung der Betriebspunkte der Kühlmittelpumpe möglich.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einer Kühlmittelpumpe und einer teilweise geschnittenen Ventileinrichtung im ersten oder zweiten Betriebspunkt,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei sich im vierten Betriebspunkt befindlicher Kühlmittelpumpe,
3 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei sich im dritten Betriebspunkt befindlicher Kühlmittelpumpe,
4 ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlsystem und einer Kühlmittelpumpe mit drei Ventileinheiten.

Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 12 eine Brennkraftmaschine 13, einen Kühler 14, einen Wärmetauscher 15 einer im Übrigen nicht gezeigten Klimaanlage sowie eine Kühlmittelpumpe 1 auf. Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 ist zum Fördern eines Kühlmittels 2 ausgebildet. Ebenso vorgesehen ist eine separat zur Kühlmittelpumpe 1 angeordnete einlassseitig und druckgesteuerte Ventileinrichtung 6 mit zumindest einem ersten Kühlmitteleingang 3, 3', zumindest einem zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' und einem Kühlmittelausgang 5', der mit einem Eingang 16 der Kühlmittelpumpe 1 verbunden ist. Einlassseitig und druckgesteuert soll dabei heißen, dass an der Ventileinrichtung 6 die Kühlmitteleingänge 3, 3', 4, 4' mittels eines druckabhängig verstellbaren Ventilkörpers 7 öffenbar/schließbar sind.
Die Kühlmittelpumpe 1 ist dabei zwischen mehreren Betriebspunkten, insbesondere zwischen einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Betriebspunkt, verstellbar. Die Ventileinrichtung 6 ist derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe 1 und damit des Kühlmitteldrucks p den zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang 3, 3', 4, 4' öffnet oder schließt, oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang 3, 3', 4, 4' gleichzeitig öffnet, wobei der erste Kühlmitteleingang 3, 3' der Ventileinrichtung 6 und ein Kühlmittelausgang 5 der Kühlmittelpumpe 1 mit der Brennkraftmaschine 13 verbunden sind, während ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' der Ventileinrichtung 6 mit dem Kühler 14 verbunden ist.
Wie man den 1 bis 3 entnehmen kann, ist die Ventileinrichtung 6 separat zur Kühlmittelpumpe 1 angeordnet, wodurch auch eine dezentrale und bauraumoptimierte Trennung der beiden Komponenten 1, 6 erfolgen kann.
Im ersten Betriebspunkt sind die Kühlmittelpumpe 1 abgeschaltet und zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' geöffnet (vgl. 1 ohne strömendes Kühlmittel 2). Es herrscht somit kein von der Kühlmittelpumpe 1 erzeugter Druck p im Kühlmittel 2.
Im zweiten Betriebspunkt erzeugt die Kühlmittelpumpe 1 einen Druck p₁ im Kühlmittel 2, bei welchem zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' geöffnet und mindestens ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' verschlossen sind (vgl. 1 mit strömendem Kühlmittel 2), während die Kühlmittelpumpe 1 in einem dritten Betriebspunkt einen Druck p₂ im Kühlmittel 2 erzeugt, bei welchem zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' geöffnet sind (vgl. 3). In einem vierten Betriebspunkt erzeugt die Kühlmittelpumpe 1 einen Druck p₃ im Kühlmittel 2, bei dem zumindest ein erster Kühlmitteleingang 3, 3' geschlossen und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' geöffnet sind (vgl. 2). Die Kühlmittelpumpe 1 ist dabei an ihrem Kühlmittelausgang 5 mit einer Druckkammer 17 der Ventileinrichtung 6 verbunden.
Zum Aufbau der einlassseitig und druckgesteuerten Ventileinrichtung 6 wird im Folgenden auf die 1 bis 3 verwiesen, woraus erkennbar ist, dass die Ventileinrichtung 6 einen Ventilkörper 7 besitzt, der in diesem Fall als verstellbarer Ventilkolben 8 ausgebildet ist und der im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt (vgl. die 1), in welcher er wenigstens einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' sperrt und wenigstens einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' freigibt. Im dritten Betriebspunkt hingegen, nimmt der Ventilkörper 7 eine zweite Stellung ein, in welcher er wenigstens einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' und zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' freigibt (vgl. 3). Im vierten Betriebspunkt nimmt der Ventilkörper 7 eine dritte Stellung ein, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' sperrt und einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' freigibt (vgl. 2). Darüber hinaus ist eine Federeinrichtung 9, beispielsweise eine einfache Schraubenfeder, vorgesehen, die den Ventilkörper 7 in seine erste Stellung vorspannt, in welcher zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' gesperrt ist. Die Federeinrichtung 9 übt dabei eine Kraft auf den Ventilkörper 7 aus, die bezogen auf dessen Fläche einem Druck p_F entspricht. Der Kühlmittelausgang 5 der Kühlmittelpumpe 1 ist dabei mit der Ventileinrichtung 6 verbunden und spannt den Ventilkörper 7 entgegen der Federeinrichtung 9 vor. Ebenfalls vorgesehen sein kann ein Temperatursensor 10 sowie eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung 11 zur Steuerung der Betriebspunkte der Kühlmittelpumpe 1 in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels 2. Die Ventileinrichtung 6 ist dabei stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 1 verstellbar. Selbstverständlich ist dabei alternativ auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 anstelle des als Ventilkolben 8 ausgebildeten Ventilkörpers 7 auch andere Ventilkörper 7 aufweisen kann, so dass die Ventileinrichtung 6 beispielsweise auch als Kugelventil oder als Tellerventil ausgebildet sein kann.
Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 13 ist keine Kühlung derselben erforderlich bzw. gewünscht, um ein Aufheizen der Brennkraftmaschine 13 zu beschleunigen und damit eine schnellere Senkung der Emissionen zu erreichen. Während dieser Kaltstartphase befindet sich die Kühlmittelpumpe 1 in ihrem ersten Betriebspunkt, in welchem sie keinen Druckaufbau bewirkt und kein Kühlmittel 2 fördert und somit ausgeschaltet ist. Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 an, wird dies über beispielsweise den Temperatursensor 10 detektiert, der im vorliegenden Fall gemäß der 1 im Bereich der Ventileinrichtung 6 angeordnet ist, der selbstverständlich aber zusätzlich oder alternativ auch an anderer Stelle im Kühlmittelsystem positioniert sein kann. Erreicht die Temperatur des Kühlmittels 2 einen gewissen Wert, so verstellt die mit dem Temperatursensor 10 verbundene Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem der durch die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 erzeugte Druck p₁ so hoch ist, dass zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang 4, 4' noch geschlossen ist und ein Kühlmittelstrom 2 ausschließlich über die Brennkraftmaschine 13 und beispielsweise den Wärmetauscher 15 der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 12 zirkuliert. In diesem zweiten Betriebspunkt ist dabei auch eine lediglich mäßige Kühlung der Brennkraftmaschine 13 erforderlich. Der im zweiten Betriebspunkt erzeugte Druck p₂ des Kühlmittels 2 ist geringer als der mittels der Federeinrichtung 9 auf den Ventilkörper 7 einwirkende Druck p_F, so dass die Federeinrichtung 9 den Ventilkörper 7 entgegen des Kühlmitteldrucks p₁ in seine erste Stellung vorspannt.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren dritten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p₂ ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p₂ größer wird als der von der Federeinrichtung 9 ausgeübte Druck p_F, so dass sich im dritten Betriebspunkt der Ventilkörper 7 gemäß der 3 nach rechts verstellt, die Federeinrichtung 9 staucht und gleichzeitig zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang 4, 4' freigibt, wodurch nun der Kühlmittelstrom 2 über die Brennkraftmaschine 13, den Kühler 14 und den Wärmetauscher 15 sowie über die Kühlmittelpumpe 1 wieder zurück zur Brennkraftmaschine 13 zirkuliert. Ein Teil des Kühlmittelstroms 2 strömt somit immer noch über den Wärmetauscher 15.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren vierten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p₃ ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p₃ erreicht und größer ist als der von der Federeinrichtung 9 ausgeübte Druck p_F, so dass sich im vierten Betriebspunkt der Ventilkörper 7 gemäß der 2 nach rechts verstellt, die Federeinrichtung 9 staucht und gleichzeitig zumindest einen ersten Kühlmitteleingang 3, 3' schließt, wodurch nun der Kühlmittelstrom 2 über die Brennkraftmaschine 13 und den Kühler 14 sowie über die Kühlmittelpumpe 1 wieder zurück zur Brennkraftmaschine 13 zirkuliert.
Entsprechend der 4, weist ein Kraftfahrzeug 12 ein Kühlsystem 18 sowie eine Kühlmittelpumpe 1 auf. Die insbesondere elektrische Kühlmittelpumpe 1 ist zum Fördern eines Kühlmittels 2 ausgebildet. Ebenso vorgesehen sind separat zur Kühlmittelpumpe 1 angeordnete Ventileinrichtungen 6a, 6b und 6c mit jeweils einem Kühlmitteleingang 3a, 3b, 3c und einem Kühlmittelausgang 5a, 5b, 5c, die mit einem Eingang 16 der Kühlmittelpumpe 1 verbunden sind.
Die Kühlmittelpumpe 1 ist dabei zwischen mehreren Betriebspunkten, insbesondere zwischen einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Betriebspunkt, verstellbar. Die Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c sind derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunktes der Kühlmittelpumpe 1 und damit des Kühlmitteldrucks p öffnen, teilweise öffnen oder schließen. Der einzelnen Kühlmitteleingänge 3a, 3b, 3c sind dabei mit individuellen Aggregaten, beispielsweise einem Wärmetauscher 15 einer Klimaanlage oder einem Kühler 14 verbunden. Wie man der 4 entnehmen kann, sind die Ventileinrichtungen 6a, 6b und 6c separat zur und eingangsseitig der Kühlmittelpumpe 1 angeordnet, wodurch auch eine dezentrale und bauraumoptimierte Trennung der Komponenten 1, 6a, 6b und 6c erfolgen kann. Selbstverständlich können auch noch weitere, nicht gezeigte Ventileinrichtungen vorgesehen und druckabhängig gesteuert werden.
Im ersten Betriebspunkt sind die Kühlmittelpumpe 1 abgeschaltet und sämtliche Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c geschlossen. Es herrscht somit kein von der Kühlmittelpumpe 1 erzeugter Druck p im Kühlsystem 18.
Im zweiten Betriebspunkt erzeugt die Kühlmittelpumpe 1 einen Druck p₁ im Kühlmittel 2, bei welchem zumindest eine Ventileinrichtung 6c und damit deren Kühlmitteleingang 3c geöffnet und mindestens eine weitere Ventileinrichtung 6a, 6b und deren Kühlmitteleingang 3a, 3b verschlossen sind, während die Kühlmittelpumpe 1 in einem dritten Betriebspunkt einen Druck p₂ im Kühlmittel 2 erzeugt, bei welchem zumindest zwei Ventileinrichtungen 6b, 6c und damit deren Kühlmitteleingänge 3b, 3c geöffnet und mindestens eine weitere Ventileinrichtung 6a und deren Kühlmitteleingang 3a verschlossen sind. Dies ist in 4 dargestellt. In einem vierten Betriebspunkt erzeugt die Kühlmittelpumpe 1 einen Druck p₃ im Kühlmittel 2/Kühlsystem 18, bei dem alle Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c und damit deren Kühlmitteleingänge 3a, 3b 3c geöffnet sind. Die Kühlmittelpumpe 1 ist dabei an ihrem Kühlmittelausgang 5 mit einer jeweiligen Druckkammer 17a, 17b, 17c der zugehörigen Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c verbunden.
Zum Aufbau der Ventileinrichtung 6 wird im Folgenden auf 4 verwiesen, woraus erkennbar ist, dass die Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c jeweils einen Ventilkörper 7a, 7b, 7c besitzen, die als verstellbare Ventilkolben 8a, 8b, 8c ausgebildet sind. Darüber hinaus ist jeweils eine Federeinrichtung 9a, 9b, 9c, beispielsweise eine Schraubenfeder, vorgesehen, die den zugehörigen Ventilkörper 7a, 7b, 7c in ihre erste Stellung vorspannt, in der wiederum der jeweilige Kühlmitteleingang 3a, 3b, 3c gesperrt ist.
Der Ventilkörper 7a, 7b, 7c nimmt im ersten und zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt (vgl. die Ventilkörper 7a), in welcher der zugehörige Kühlmitteleingang 3a, 3b, 3c gesperrt ist. Im dritten Betriebspunkt hingegen, nimmt der Ventilkörper 7a, 7b, 7c eine zweite Stellung ein, in welcher er den zugehörigen Kühlmitteleingang 3a, 3b, 3c freigibt (vgl. Ventilkörper 7b, 7c). Die Federeinrichtung 9a, 9b, 9c übt dabei eine Kraft auf den zugehörigen Ventilkörper 7a, 7b, 7c aus, die bezogen auf dessen Fläche einem Druck p_F entspricht. Der Kühlmittelausgang 5 der Kühlmittelpumpe 1 ist dabei mit der jeweiligen Druckkammer 17a, 17b, 17c der zugehörigen Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c verbunden und spannt druckabhängig den Ventilkörper 7a, 7b, 7c entgegen der Federeinrichtung 9a, 9b, 9c vor. Die einzelnen Federeinrichtungen 9a, 9b, 9c weisen dabei eine individuelle Federstärke auf, wodurch bei gleichem Kühlmitteldruck p die eine Ventileinrichtung 6b, 6c schon geöffnet wird, während die andere Ventileinrichtung 6a noch geschlossen bleibt. Die Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c sind dabei stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe 1 verstellbar.
Beispielsweise ist bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 13 keine Kühlung derselben erforderlich bzw. gewünscht, um ein Aufheizen der Brennkraftmaschine 13 zu beschleunigen und damit eine schnellere Senkung der Emissionen zu erreichen. Während dieser Kaltstartphase befindet sich die Kühlmittelpumpe 1 in ihrem ersten Betriebspunkt, in welchem sie keinen Druckaufbau bewirkt und kein Kühlmittel 2 fördert und somit ausgeschaltet ist. Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 an, wird dies über beispielsweise den Temperatursensor 10 detektiert, an nahezu beliebiger Stelle im Kühlmittelsystem 18, insbesondere auch an der Brennkraftmaschine 13, positioniert sein kann. Erreicht die Temperatur des Kühlmittels 2 einen gewissen Wert, so verstellt die mit dem Temperatursensor 10 verbundene Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren zweiten Betriebspunkt, in welchem der durch die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 erzeugte Druck p₁ so hoch ist, dass zumindest eine Ventileinrichtung 6c öffnet, sofern deren Federstärke die kleinste ist, während die Ventileinrichtungen 6b und 6a noch geschlossen sind und ein Kühlmittelstrom 2 ausschließlich über die Brennkraftmaschine 13 und beispielsweise den Wärmetauscher 15 der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs 12 zirkuliert. In diesem zweiten Betriebspunkt ist eine mäßige Kühlung der Brennkraftmaschine 13 erforderlich. Der im zweiten Betriebspunkt erzeugte Druck p₂ des Kühlmittels 2 ist geringer als der mittels der Federeinrichtung 9a, 9b auf den Ventilkörper 7a, 7b einwirkende Druck p_F, so dass die Federeinrichtung 9a, 9b den Ventilkörper 7a, 7b entgegen des Kühlmitteldrucks p in seine erste Stellung vorspannt.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren dritten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p₂ ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p₂ größer wird als der von der Federeinrichtung 9b ausgeübte Druck p_F, so dass im dritten Betriebspunkt der Ventilkörper 7b die Federeinrichtung 9b staucht und gleichzeitig den zugehörigen Kühlmitteleingang 3b freigibt, wodurch nun der Kühlmittelstrom 2 über die Brennkraftmaschine 13, den Kühler 14 und den Wärmetauscher 15 sowie über die Kühlmittelpumpe 1 wieder zurück zur Brennkraftmaschine 13 zirkuliert. Ein Teil des Kühlmittelstroms 2 strömt somit immer noch über den Wärmetauscher 15.
Steigt die Temperatur des Kühlmittels 2 weiter an, so wird dies ebenfalls vom Temperatursensor 10 detektiert und führt bei Erreichen eines weiteren Grenzwertes dazu, dass die Steuereinrichtung 11 die Kühlmittelpumpe 1 in ihren vierten Betriebspunkt verstellt, in welchem sowohl die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 als auch der hierüber im Kühlmittel 2 erzeugte Druck p₃ ansteigen. Dies führt dazu, dass der Kühlmitteldruck p₃ erreicht und größer ist als der von den Federeinrichtungen 9a, 9b, 9c ausgeübte Druck p_F, so dass im vierten Betriebspunkt sämtliche Ventileinrichtungen 6a, 6b, 6c öffnen.

Claims

Kraftfahrzeug (12) mit einer Brennkraftmaschine (13), einem Kühler (14), einem Wärmetauscher (15), einer Kühlmittelpumpe (1) und einer separat dazu angeordneten einlassseitig und druckgesteuerten Ventileinrichtung (6) mit zumindest einem ersten Kühlmitteleingang (3, 3'), zumindest einem zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') und einem Kühlmittelausgang (5'), der mit einem Eingang (16) der Kühlmittelpumpe (1) verbunden ist, wobei die Ventileinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit eines gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe (1) und damit des Drucks (p) im Kühlmittel (2) zumindest einen ersten oder zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') öffnet oder schließt oder zumindest einen ersten und zweiten Kühlmitteleingang (3, 3', 4, 4') gleichzeitig öffnet, wobei der erste Kühlmitteleingang (3, 3') der Ventileinrichtung (6) und ein Kühlmittelausgang (5) der Kühlmittelpumpe (1) mit der Brennkraftmaschine (13) verbunden sind, während ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') der Ventileinrichtung (6) mit dem Kühler (14) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (1) in dem ersten Betriebspunkt abgeschaltet und zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') geöffnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kühlmittelpumpe (1) in einem zweiten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') geöffnet und mindestens ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') verschlossen sind, - dass die Kühlmittelpumpe (1) in einem dritten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist, in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') geöffnet sind, - dass die Kühlmittelpumpe (1) in einem vierten Betriebspunkt eine Drehzahl aufweist in der zumindest ein erster Kühlmitteleingang (3, 3') geschlossen und zumindest ein zweiter Kühlmitteleingang (4, 4') geöffnet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im zweiten Betriebspunkt eine erste Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') sperrt und mindestens einen ersten Kühlmitteleingang (3, 3') freigibt, und/oder - dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im dritten Betriebspunkt eine zweite Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang (3, 3') und zumindest einen zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') freigibt, und/oder - dass die Ventileinrichtung (6) einen Ventilkörper (7) aufweist, der im vierten Betriebspunkt eine dritte Stellung einnimmt, in welcher er zumindest einen ersten Kühlmitteleingang (3, 3') sperrt und einen zweiten Kühlmitteleingang (4, 4') freigibt.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (6) stufenlos in Abhängigkeit der Drehzahl der Kühlmittelpumpe (1) verstellbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (7) als translatorisch verstellbarer Ventilkolben (8) ausgeführt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinrichtung (9) vorgesehen ist, die den Ventilkörper (7) in seine erste Stellung vorspannt.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (10) und eine kommunizierend damit verbundene Steuereinrichtung (11) zur Steuerung der Leistung der Kühlmittelpumpe (1) in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels (2) vorgesehen sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelausgang (5) der Kühlmittelpumpe (1) mit der Ventileinrichtung (6) verbunden ist und den Ventilkörper (7) entgegen der Federeinrichtung (9) vorspannt.