DE102018002684B4 - Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor und ein WHR-System - Google Patents

Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor und ein WHR-System Download PDF

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Abstract

Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor (2) und ein WHR-System, wobei das Kühlsystem umfasst: einen Radiator (5), eine Radiator-Umgehungsleitung (6), die dazu eingerichtet ist, Kühlmittel an dem Radiator (5) vorbei zu leiten, einen Kondensator (15) des WHR-Systems, in welchem ein Arbeitsmedium von Kühlmittel gekühlt wird, eine erste Ventilvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Kühlmittel von dem Motor (2) zu empfangen und es zu dem Radiator (5) oder zu der Radiator-Umgehungsleitung (6) zu leiten, eine zweite Ventilvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Kühlmittelfluss von dem Radiator (5) und von der Radiator-Umgehungsleitung (6) zu dem Verbrennungsmotor (2) und zu dem Kondensator (15) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem umfasst: eine Motor-Umgehungsleitung (19), die dazu eingerichtet ist, Kühlmittel von dem Kondensator (15) zu dem Radiator (5) zu leiten, eine dritte Ventilvorrichtung, die in einer ersten Position Kühlmittel von dem Kondensator (15) zu dem Motor (2) leitet und die in einer zweiten Position Kühlmittel von dem Kondensator (15) zu der Motor-Umgehungsleitung (19) leitet, eine Steuereinheit (8), die dazu eingerichtet ist, Information über einen Parameter zu erhalten, der den Kühlbedarf des Verbrennungsmotors (2) betrifft, und dazu, die Ventilvorrichtungen derart zu steuern, dass diese, wenn der Parameter anzeigt, dass kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors (2) besteht, dazu eingerichtet sind, das Kühlsystem in einen ersten Kreis, in welchem eine erste Kühlmittelpumpe (3) einen nicht gekühlten Kühlmittelfluss von der Radiator-Umgehungsleitung (6) zu dem Verbrennungsmotor (2) bereitstellt, und einen zweiten Kreis zu teilen, in welchem eine zweite Kühlmittelpumpe (21) einen gekühlten Kühlmittelfluss von dem Radiator (5) zu dem Kondensator (15) bereitstellt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor und ein WHR-System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, welches ein Kühlsystem umfasst.
  • Ein WHR-System (Waste Heat Recovery System) kann in Fahrzeugen verwendet werden, um Abwärme-Energie zurückzugewinnen und diese in mechanische Energie oder in elektrische Energie umzuwandeln. Ein WHR-System umfasst eine Pumpe, welche ein Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreis unter Druck setzt und zirkuliert. Der Kreis umfasst einen oder mehrere Verdampfer, wo das Arbeitsmedium durch eine oder mehrere Wärmequellen erwärmt und verdampft wird, wie beispielsweise durch die Abgase eines Verbrennungsmotors. Das unter Druck gesetzte und verdampfte Arbeitsmedium wird zu einem Expander geleitet, wo es expandiert wird. Der Expander erzeugt mechanische Energie, die dazu verwendet werden kann, das Fahrzeug oder Vorrichtungen an dem Fahrzeug zu betreiben. Alternativ ist der Expander mit einem Generator verbunden, der elektrische Energie erzeugt. Das Arbeitsmedium, das den Expander verlässt, wird zu einem Kondensator geleitet. Das Arbeitsmedium wird in dem Kondensator auf eine Temperatur gekühlt, bei der es kondensiert. Das verflüssigte Arbeitsmedium wird zu der Pumpe zurück geleitet, die das Arbeitsmedium unter Druck setzt. Daher kann die Abwärme-Energie, beispielsweise von den Abgasen eines Verbrennungsmotors, mittels eines WHR-Systems zurückgewonnen werden. Folglich kann ein WHR-System den Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors reduzieren.
  • Um eine hohe thermische Effizienz in einem WHR-System zu erzielen, muss das Arbeitsmedium in dem Kondensator auf eine möglichst niedrige Kondensationstemperatur gekühlt werden und möglichst ohne Unterkühlen. Folglich muss das Arbeitsmedium mit einem geeigneten Kühleffekt gekühlt werden, um eine hohe thermische Effizienz in einem WHR-System zu erzielen. Der geeignete Kühleffekt des Arbeitsmediums in dem Kondensator variiert allerdings während unterschiedlicher Betriebsbedingungen, wie beispielsweise mit dem Wärmeeffekt, der von den Abgasen für das Arbeitsmedium in dem Verdampfer bereitgestellt wird. Da der bereitgestellte Wärmeeffekt von Abgasen sich sehr schnell ändern kann, ist es schwierig, kontinuierlich einen Kühleffekt des Arbeitsmediums in dem Kondensator bereitzustellen, der zu einer hohen thermischen Effizienz eines WHR-Systems führt.
  • US 2012 / 0 198 840 A1 zeigt ein Kühlsystem mit einem zirkulierenden Kühlmittel, das einen Verbrennungsmotor und ein Arbeitsmedium in einem Kondensator eines WHR-Systems kühlt. Der Kühlkreis umfasst einen Kondensatorkreis, der eine Kühlmittelpumpe und ein Dreiwege-Ventil umfasst, mittels dessen es möglich ist, den Kühlmittelfluss von dem Kondensator zu dem Verbrennungsmotor oder zu einem Radiator zu leiten. Während einer Aufwärmphase des Verbrennungsmotors wird das Kühlmittel von dem Kondensator über das Dreiwege-Ventil zu dem Motor geleitet, um die Aufwärmphase desselben zu verkürzen, und zu dem Radiator, wenn der Verbrennungsmotor auf eine normale Betriebstemperatur erwärmt wurde.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlsystem bereitzustellen, das in der Lage ist, den Kühleffekt eines Arbeitsmediums in einem Kondensator eines WHR-Systems in einer schnellen und zuverlässigen Weise anzupassen, um im Wesentlichen kontinuierlich eine Kondensationstemperatur des Arbeitsmediums in dem Kondensator herzustellen, bei welcher das WHR-System eine hohe thermische Effizienz empfängt.
  • Die oben erwähnte Aufgabe wird durch das Kühlsystem gelöst, das in Anspruch 1 bestimmt ist. Die erste Ventilvorrichtung ermöglicht es, zwei Kühlmittelflüsse mit unterschiedlichen Temperaturen zu erzeugen. Die zweite Ventilvorrichtung ermöglicht es, die zwei Kühlmittelflüsse in einer solchen Weise zu mischen, dass die Mischung eine Temperatur erzielt, bei der sie das Arbeitsmedium in dem Kondensator auf eine gewünschte Kondensationstemperatur kühlt. Allerdings ist es während bestimmter Betriebsbedingungen schwierig, die Temperatur des gemischten Kühlmittels, das zu dem Kondensator geleitet wird, mit einer gewünschten Genauigkeit zu steuern. Um diesem Problem zu begegnen, umfasst das Kühlsystem eine Motor-Umgehungsleitung mit einer zweiten Kühlmittelpumpe, die in der Lage ist, Kühlmittel, das den Kondensator verlässt, über die Motor-Umgehungsleitung zu dem Radiator zu pumpen. Eine dritte Ventilvorrichtung ist dazu vorgesehen, Kühlmittel, das den Kondensator verlässt, zu dem Motor oder zu der Motor-Umgehungsleitung zu leiten. Eine Steuereinheit ist dazu eingerichtet, Information über einen Parameter zu erhalten, der den Kühlbedarf des Verbrennungsmotors betrifft, und dazu, die drei Ventilvorrichtungen derart zu steuern, dass diese, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht, das Kühlsystem in einen ersten Kreis, in dem nicht gekühltes Kühlmittel zu dem Verbrennungsmotor geleitet wird, und einen zweiten Kreis zu teilen, in dem gekühltes Kühlmittel zu dem Kondensator geleitet wird. Es ist vergleichsweise einfach, die Geschwindigkeit der zweiten Kühlmittelpumpe derart zu steuern, dass diese einen Kühlmittelfluss durch den Radiator pumpt, bei dem das Kühlmittel auf eine gewünschte Temperatur mit einer hohen Genauigkeit gekühlt wird. Die Fähigkeit des zweiten Kreises, dem Kühlmittel eine gewünschte Temperatur mit einer hohen Genauigkeit zu geben, bevor es zu dem Kondensator geleitet wird, führt zu einer hohen Effizienz des WHR-Systems während Betriebsbedingungen, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht. Im Wesentlichen besteht bei einem modernen Verbrennungsmotor nur dann ein Kühlbedarf, wenn dieser stark belastet wird. Angesichts dieser Tatsache ist es möglich, den zweiten Kreis zu verwenden und ein sehr genaues Kühlen des Arbeitsmediums in dem Kondensator während eines vergleichsweise großen Teils einer Betriebszeit des Verbrennungsmotors bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die zweite Kühlmittelpumpe eine elektrische Pumpe sein. Eine elektrische Pumpe wird von einem Elektromotor angetrieben. Es ist vergleichsweise einfach, die Geschwindigkeit des elektrischen Motors und damit den Kühlmittelfluss zu steuern, der von der elektrischen Pumpe gepumpt wird. Die erste Kühlmittelpumpe kann eine mechanische Pumpe sein, die von einer Komponente in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angetrieben wird. Die erste Kühlmittelpumpe kann in einer Motor-Einlassleitung angeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kühlsystem eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der zweiten Kühlmittelpumpe zu starten, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht, und den Betrieb der zweiten Kühlmittelpumpe abzuschalten, wenn ein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht. In dem Fall, dass ein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht, zirkuliert die erste Kühlmittelpumpe das Kühlmittel in dem gesamten Kühlsystem. Daher wird die zweite Pumpe nur während Betriebsbedingungen verwendet, wenn das WHR-System in Betrieb ist und kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Geschwindigkeit der zweiten Kühlmittelpumpe derart zu steuern, dass das Kühlmittel, das in den Kondensator eintritt, eine Temperatur aufweist, die zu einem Kühlen des Arbeitsmediums in dem Kondensator auf eine gewünschte Kondensationstemperatur führt. Die Steuereinheit kann Zugang zu gespeicherten Daten haben, die geeignete Geschwindigkeiten der zweiten Kühlmittelpumpe bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen betreffen. Gemäß einer weiteren Alternative steuert die Steuereinheit die Geschwindigkeit der zweiten Kühlmittelpumpe mittels einer Feedback-Information von einem Temperatursensor, der die Temperatur des Kühlmittels erkennt, das in den Kondensator eintritt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Motor-Umgehungsleitung ein Rückschlagventil, das dazu konzipiert ist, einen Kühlmittelfluss von der Kondensator-Auslassleitung zu dem Radiator zu erlauben und einen Kühlmittelfluss in die entgegengesetzte Richtung zu verhindern. Ein derartiges Rückschlagventil stellt einen Kühlmittelfluss in eine falsche Richtung durch die Motor-Umgehungsleitung sicher, wenn die zweite Kühlmittelpumpe nicht in Betrieb ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die dritte Ventilvorrichtung ein Zweiwege-Ventil, das in eine erste Position einstellbar ist, in welcher es den Kühlmittelfluss von dem Kondensator zu dem Verbrennungsmotor leitet, und in eine zweite Position, in welcher es den Kühlmittelfluss von dem Kondensator über die Motor-Umgehungsleitung zu dem Radiator leitet. In diesem Fall ist die dritte Ventilvorrichtung als ein einzelnes Ventil ausgestaltet, das in zwei Positionen einstellbar ist. Das Zweiwege-Ventil kann ein Magnetventil sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Ventilvorrichtung ein Dreiwege-Ventil. In diesem Fall ist die erste Ventilvorrichtung als ein einzelnes Ventil ausgestaltet. Alternativ ist die erste Ventilvorrichtung als zwei Zweiwege-Ventile ausgestaltet, wobei ein erstes Zweiwege-Ventil in einer Radiator-Einlassleitung angeordnet ist, und wobei ein zweites Zweiwege-Ventil in der Radiator-Umgehungsleitung angeordnet ist. Das Dreiwege-Ventil kann eine Einlassöffnung umfassen, die Kühlmittel von der Motor-Auslassleitung empfängt, eine erste Auslassöffnung, die Kühlmittel zu der Radiator-Umgehungsleitung leitet, und einen zweiten Auslass, der Kühlmittel zu dem Radiator leitet. Während Betriebsbedingungen, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht, ist die erste Ventilvorrichtung dazu eingerichtet, den gesamten Kühlmittelfluss von dem Verbrennungsmotor zu der Radiator-Umgehungsleitung zu leiten. Während Betriebsbedingungen, wenn ein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht, wird die erste Ventilvorrichtung derart angepasst, dass sie einen geeigneten Teil des Kühlmittelflusses zu dem Radiator leitet, und einen verbleibenden Teil des Kühlmittelflusses zu der Radiator-Umgehungsleitung. Vorzugsweise ist die erste Ventilvorrichtung in einer stufenlosen Weise anpassbar. In diesem Fall ist es möglich, den Kühlmittelfluss zwischen dem Radiator und der Radiator-Umgehungsleitung mit einer hohen Genauigkeit zu verteilen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Ventilvorrichtung ein Dreiwege-Ventil. In diesem Fall ist die zweite Ventilvorrichtung als ein einzelnes Ventil ausgestaltet. Alternativ ist die zweite Ventilvorrichtung als zwei Zweiwege-Ventile ausgestaltet, wobei ein erstes Zweiwege-Ventil in der Kondensator-Einlassleitung angeordnet ist, und wobei ein zweites Zweiwege-Ventil in der Motor-Einlassleitung angeordnet ist. Während Betriebsbedingungen, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht, ist die zweite Ventilvorrichtung dazu eingerichtet, das gesamte Kühlmittel von der Radiator-Umgehungsleitung zu dem Verbrennungsmotor zu leiten. Während Betriebsbedingungen, wenn ein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht, wird die zweite Ventilvorrichtung derart angepasst, dass sie einen Teil des Kühlmittelflusses von der Radiator-Umgehungsleitung zu einer Kondensator-Einlassleitung leitet, um mit dem Kühlmittelfluss von dem Radiator gemischt zu werden. Ein verbleibender Teil des Kühlmittelflusses von der Radiator-Umgehungsleitung wird zu dem Verbrennungsmotor geleitet. Wenn der gemischte Kühlmittelfluss zu dem Kondensator geleitet wurde und das Arbeitsmedium gekühlt wurde, wird es zu dem Verbrennungsmotor geleitet. Vorzugsweise ist die zweite Ventilvorrichtung auch in einer stufenlose Weise anpassbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, Information über einen Parameter zu empfangen in Gestalt der Temperatur des Kühlmittels, das den Verbrennungsmotor verlässt, um den Kühlbedarf des Verbrennungsmotors zu bestimmen. Die Temperatur des Kühlmittels, das den Verbrennungsmotor verlässt, hängt mit der Temperatur des Verbrennungsmotors und dem Kühlbedarf des Verbrennungsmotors zusammen. In dem Fall, dass die Kühlmitteltemperatur niedriger ist als eine bestimmte Temperatur, besteht kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors. In dem Fall, dass die Kühlmitteltemperatur höher ist als eine bestimmte Temperatur, besteht ein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Ventilvorrichtungen derart zu steuern, dass das Kühlmittel, das zu dem Kondensator geleitet wird, eine Temperatur aufweist, die zu einem Kühlen des Arbeitsmediums in dem Kondensator auf einen Kondensationsdruck knapp über 1 bar führt. Es ist nahezu immer möglich, eine Temperatur des Kühlmittels bereitzustellen, die zu einem Kühlen des Arbeitsmediums in dem Kondensator auf eine gewünschte Kondensationstemperatur führt. Oftmals ist es jedoch aufgrund von praktischen Gründen zweckmäßig, negative Drücke in einem WHR-System zu vermeiden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, einen Kondensationsdruck knapp über 1 bar zu erzielen. Der gewünschte Druckbereich kann beispielsweise in dem Bereich von 1,1 bis 1,5 bar liegen. Es wird angemerkt, dass eine Kondensationstemperatur für ein Arbeitsmedium einen zugehörigen Kondensationsdruck hat.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, Information von einem Sensor zu empfangen, der die Temperatur oder die Temperatur/den Druck in dem Kondensator erkennt. In dem Fall, dass es eine Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur/dem tatsächlichen Druck in dem Kondensator und der gewünschten Kondensationstemperatur/dem gewünschten Kondensationsdruck gibt, kann die Steuereinheit die erste Ventilvorrichtung und/oder die zweite Ventilvorrichtung anpassen, um diese Differenz zu beseitigen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der erste Kreis einen Wärmetauscher, mittels dessen es möglich ist, ein Kühlen von Kühlmittel bereitzustellen, das den Verbrennungsmotor verlässt. Mittels eines solchen Wärmetauschers ist es möglich, die Betriebszeit zu verringern, bei welcher der Verbrennungsmotor mittels des Radiators gekühlt werden muss. Daher erhöht die Verwendung eines solchen Wärmetauschers die Betriebszeit, wenn es möglich ist, das Kühlsystem in die genannten zwei Kreise zu teilen. Das Kühlmittel kann in dem Wärmetauscher von Luft, von Kühlmittel oder von einem anderen Medium gekühlt werden. Das Kühlen des Kühlmittels kann von der Steuereinheit gesteuert werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, umfassend ein Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als ein Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1 ein Kühlsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
  • 1 zeigt ein schematisch offenbartes Fahrzeug 1, das von einem Verbrennungsmotor 2 angetrieben ist. Das Fahrzeug 1 kann ein schweres Fahrzeug sein und der Verbrennungsmotor 2 kann ein Dieselmotor sein. Das Fahrzeug 1 umfasst ein Kühlsystem, welches eine erste Kühlmittelpumpe 3 umfasst. Die erste Kühlmittelpumpe 3 kann eine mechanische Pumpe sein, die von einer Komponente in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs 1 betrieben wird. Die erste Kühlmittelpumpe 3 ist in einer Motor-Einlassleitung 2a angeordnet. Daher pumpt die erste Kühlmittelpumpe 3 Kühlmittel durch einen Kühlkanal in dem Verbrennungsmotor 2. Das Kühlmittel, das den Verbrennungsmotor 2 verlässt, wird in einer Motor-Auslassleitung 2b empfangen. Ein erstes Dreiwege-Ventil 4 ist an einem Ende der Motor-Auslassleitung 2b angeordnet. Das Kühlsystem umfasst eine Radiator-Einlassleitung 5a, die Kühlmittel zu einem Radiator 5 leitet, und eine Radiator-Auslassleitung 5b, die Kühlmittel von dem Radiator 5 empfängt. Das Kühlsystem umfasst eine Radiator-Umgehungsleitung 6, die Kühlmittel an dem Radiator 5 vorbei leitet. Ein Radiator-Lüfter 7 und Stauluft stellen während eines Betriebs des Fahrzeugs 1 einen Kühlluftfluss durch den Radiator 5 hindurch bereit. Das erste Dreiwege-Ventil 4 wird von einer Steuereinheit 8 gesteuert. Das erste Dreiwege-Ventil 4 weist eine Einlassöffnung auf, die Kühlmittel von der Motor-Auslassleitung 2b empfängt, einen ersten Auslass, der Kühlmittel zu der Radiator-Einlassleitung 5a leitet, und einen zweiten Auslass, der Kühlmittel zu der Radiator-Umgehungsleitung 6 leitet. Daher ist es für das erste Dreiwege-Ventil 4 möglich, Kühlmittel von der Motor-Auslassleitung 2b zu empfangen und dieses zwischen der Radiator-Einlassleitung 5a und der Radiator-Umgehungsleitung 6 zu verteilen. Das erste Dreiwege-Ventil 4 ist in einer stufenlosen Weise einstellbar.
  • Das Fahrzeug ist mit einem WHR-System (Waste Heat Recovery System) versehen. Das WHR-System umfasst eine Arbeitsmedium-Pumpe 9, die ein Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreis 10 unter Druck setzt und zirkuliert. In diesem Fall ist das Arbeitsmedium Ethanol. Es ist allerdings auch möglich, andere Arten von Arbeitsmedien zu verwenden, wie zum Beispiel R245fa. Die Arbeitsmedium-Pumpe 9 setzt das Arbeitsmedium unter Druck und zirkuliert es zu einem Verdampfer 11. Das Arbeitsmedium wird in dem Verdampfer 11 auf eine Temperatur erwärmt, bei der es verdampft, beispielsweise durch Abgase von dem Verbrennungsmotor. Das Arbeitsmedium wird von dem Verdampfer 11 zu dem Expander 12 zirkuliert. Das unter Druck gesetzte und erwärmte Arbeitsmedium dehnt sich in dem Expander 12 aus. Der Expander 12 erzeugt eine Drehbewegung, die über eine geeignete mechanische Übertragung 13 an eine Welle 14 des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 1 übertragen werden kann. Alternativ kann der Expander 12 mit einem Generator verbunden sein, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die elektrische Energie kann in einer Batterie gespeichert werden. Die gespeicherte elektrische Energie kann an eine elektrische Maschine zum Antreiben des Fahrzeugs 1 übertragen werden oder an eine Komponente des Fahrzeugs 1 in einem späteren Zustand.
  • Nachdem das Arbeitsmedium durch den Expander 12 hindurchgetreten ist, wird es zu einem Kondensator 15 geleitet. Das Arbeitsmedium wird in dem Kondensator 15 von Kühlmittel von dem Kühlsystem auf eine Temperatur gekühlt, bei der es kondensiert. Das Arbeitsmedium wird von dem Kondensator 15 zu einem Empfänger 16 geleitet. Der Druck in dem Empfänger 16 kann mittels eines Druckreglers 16a verändert werden. Die Arbeitsmedium-Pumpe 9 saugt Arbeitsmedium in einem flüssigen Zustand von dem Empfänger 16 an. Eine zweite Steuereinheit 17 steuert den Betrieb des WHR-Systems. Die zweite Steuereinheit 17 steuert den Betrieb der Arbeitsmedium-Pumpe 9 und des Expanders 12. Das WHR-System ermöglicht es, thermische Energie von den Abgasen in mechanische Energie oder elektrische Energie umzuwandeln. Ein Temperatursensor oder ein Drucksensor 18 erkennt die Kondensationstemperatur oder den Kondensationsdruck in dem Kondensator 15.
  • Die Temperatur der Abgase und daher der Wärmeeffekt des Arbeitsmediums in dem Verdampfer 11 variiert während unterschiedlicher Betriebsbedingungen. Um eine im Wesentlichen kontinuierlich hohe thermische Effizienz in dem WHR-System aufrecht zu erhalten, muss das Arbeitsmedium in dem Kondensator 15 mit einem anpassbaren Kühleffekt gekühlt werden. Es ist vorteilhaft, bei den unterschiedlichen Betriebsbedingungen einen möglichst niedrigen Kondensationsdruck herzustellen. Es ist jedoch zweckmäßig, einen negativen Druck in dem WHR-System aufgrund von praktischen Gründen zu vermeiden. Angesichts dieser Tatsache ist es zweckmäßig, ein Kühlen des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15 auf einen Kondensationsdruck knapp über 1 bar bereitzustellen. Folglich ist es nötig, den Kühleffekt des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15 im Hinblick auf die bereitgestellte Wärmeenergie von den Abgasen derart anzupassen, dass der Kondensationsdruck knapp über 1 bar beträgt, um eine hohe thermische Effizienz aufrecht zu erhalten. Das Arbeitsmedium Ethanol weist eine Kondensationstemperatur von 78 °C bei 1 bar auf. In diesem Fall ist es zweckmäßig, eine Kondensationstemperatur knapp über 78 °C in dem Kondensator 15 zu erreichen.
  • Das Kühlsystem umfasst eine Kondensator-Einlassleitung 15a, die Kühlmittel von einer Radiator-Auslassleitung 5b zu dem Kondensator 15 leitet, und eine Kondensator-Auslassleitung 15b, die Kühlmittel von dem Kondensator 15 zu der Motor-Einlassleitung 2a oder einer Motor-Umgehungsleitung 19 leitet. Die Motor-Umgehungsleitung 19 leitet Kühlmittel von der Kondensator-Auslassleitung 15b zu der Radiator-Einlassleitung 5a. Ein Zweiwege-Ventil 20 ist in einem Abschnitt der Kondensator-Auslassleitung 15b angeordnet, die abströmseitig ihres Verbindungspunkts zu der Motor-Umgehungsleitung 19 und zuströmseitig ihres Verbindungspunkts zu der Motor-Einlassleitung 3 positioniert ist. Wenn das Zweiwege-Ventil 20 sich in einer geöffneten Position befindet, wird der Kühlmittelfluss in der Kondensator-Auslassleitung 15b zu dem Motor-Umgehungsventil 19 geleitet. Eine zweite Kühlmittelpumpe 21 und ein Rückschlagventil 22 sind in der Motor-Umgehungsleitung 19 angeordnet. Die zweite Kühlmittelpumpe 21 ist eine Pumpe mit einer steuerbaren Geschwindigkeit. Die zweite Pumpe kann eine elektrische Pumpe sein, die von einem Elektromotor angetrieben ist. Ein zweites Dreiwege-Ventil 23 ist dazu eingerichtet, Kühlmittel von der Radiator-Umgehungsleitung 6 oder von dem Radiator 5 zu empfangen. Das zweite Dreiwege-Ventil 23 leitet das Kühlmittel zu der Motor-Einlassleitung 2a und zu der Kondensator-Einlassleitung 15a. Das zweite Dreiwege-Ventil 23 wird von der Steuereinheit 8 gesteuert. Das zweite Dreiwege-Ventil 23 ist in einer stufenlosen Weise einstellbar.
  • Ein erster Temperatursensor 24 erkennt die Temperatur des Kühlmittels in der Kondensator-Einlassleitung 15a. Ein zweiter Temperatursensor 25 erkennt die Temperatur des Kühlmittels in der Motor-Auslassleitung 2b. Ein Wärmetauscher 26 ist in der Motor-Auslassleitung 2b angeordnet. Das Kühlmittel kann ein Kühlen in dem Wärmetauscher 26 durch Luft, Kühlmittel oder eine andere Art von Kühlmedium erhalten. Die Steuereinheit 8 kann dazu in der Lage sein, das Kühlen in dem Wärmetauscher 26 zu steuern. Sie kann beispielsweise einen Lüfter steuern, der Luft durch den Wärmetauscher 26 hindurch zwingt, oder ein Ventilelement, das den Fluss eines Kühlmediums durch den Wärmetauscher 26 steuert. Es kann ein Vorteil sein, einen derartigen Wärmetauscher 26 zu verwenden, aber es ist nicht notwendig.
  • Während eines Betriebs empfängt die Steuereinheit 8 Information von der zweiten Steuereinheit 17 über die Betriebsbedingungen des WHR-Systems. Die Steuereinheit 8 kann zum Beispiel Information empfangen, die anzeigt, wenn das WHR-System in Betrieb ist. In einem solchen Fall kann die Steuereinheit Information von dem Sensor 18 über die tatsächliche Kondensationstemperatur in dem Kondensator 15 erhalten. Die Steuereinheit 8 schätzt eine gewünschte Kondensationstemperatur des Arbeitsmediums in dem Kondensator 15. Wenn Ethanol als Arbeitsmedium verwendet wird, ist eine Kondensationstemperatur von etwa 80 °C während den meisten Betriebsbedingungen wünschenswert.
  • Die Steuereinheit 8 empfängt im Wesentlichen kontinuierlich Information von dem zweiten Temperatursensor 25 über die tatsächliche Kühlmitteltemperatur in der Motor-Auslassleitung 2b. In dem Fall, dass die Steuereinheit 8 Information empfängt, die anzeigt, dass die Kühlmitteltemperatur in der Motor-Auslassleitung 2b niedriger ist als ein Schwellenwert, besteht kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 2. Wenn auch das WHR-System in Betrieb ist, versetzt die Steuereinheit 8 das Kühlsystem in einen ersten Modus. Dies bedeutet, dass die Steuereinheit 8 das erste Dreiwege-Ventil 4 in eine Position einstellt, in welcher es den gesamten Kühlmittelfluss von der Motor-Auslassleitung 2b zu der Radiator-Umgehungsleitung 6 leitet, das zweite Dreiwege-Ventil 23 in eine Position, in welcher es den gesamten Kühlmittelfluss von der Radiator-Umgehungsleitung 6 zu der Motor-Einlassleitung 2a leitet, und das Zweiwege-Ventil 20 in die geschlossene Position, sodass der gesamte Kühlmittelfluss in der Kondensator-Auslassleitung 15b über die Motor-Umgehungsleitung 19 zu dem Radiator 5 geleitet wird.
  • Folglich steuert die Steuereinheit 8 das erste Dreiwege-Ventil 4, das zweite Dreiwege-Ventil 23 und das Zweiwege-Ventil 20 derart, dass sie das Kühlsystem in einen ersten Kühlkreis und einen zweiten Kühlkreis teilen. Der erste Kühlkreis und der zweite Kühlkreis sind separate geschlossene Kreise. Der erste Kühlkreis umfasst die Motor-Einlassleitung 2a, den Verbrennungsmotor 2, die Motor-Auslassleitung 2b, das erste Dreiwege-Ventil 4, die Radiator-Umgehungsleitung 6, das zweite Dreiwege-Ventil 23 und die Motor-Einlassleitung 2a. Die erste Kühlmittelpumpe 3 stellt den Kühlmittelfluss durch den ersten Kreis hindurch bereit. Der zweite Kreis umfasst die Kondensator-Einlassleitung 15a, den Kondensator 15, die Kondensator-Auslassleitung 15b, die Motor-Umgehungsleitung 19, die Radiator-Einlassleitung 5a, den Radiator 5, die Radiator-Auslassleitung 5b und die Kondensator-Einlassleitung 15a. Die zweite Kühlmittelpumpe 21 stellt den Kühlmittelfluss durch den zweiten Kreis hindurch bereit.
  • Daher wird das Kühlmittel, das in dem ersten Kreis zirkuliert, nicht in dem Radiator 5 gekühlt. Das Kühlmittel, das in dem ersten Kreis zirkuliert, wird nur durch den Wärmeverlust an die Umgebung und durch einen optionalen Wärmetauscher 26 gekühlt. Während vieler Betriebsbedingungen ist eine solche Übertragung von Wärmeenergie ausreichend, um eine normale Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 2 aufrecht zu erhalten. Die zweite Kühlmittelpumpe 21 stellt einen Kühlmittelfluss durch den zweiten Kreis bereit. Das Kühlmittel, das in dem zweiten Kreis zirkuliert, wird zwischen dem Kondensator 15 und dem Radiator 5 übertragen. Die Steuereinheit 8 schätzt eine benötigte Temperatur des Kühlmittels, das an den Kondensator 15 übertragen werden soll, um das Arbeitsmedium auf die gewünschte Kondensationstemperatur in dem Kondensator 15 zu kühlen. Die Steuereinheit 8 steuert die Geschwindigkeit der zweiten Kühlmittelpumpe 21 derart, dass diese einen Kühlmittelfluss bereitstellt, bei welchem das Kühlmittel auf die angeforderte Temperatur in dem Radiator 5 gekühlt wird. Die Steuereinheit 8 empfängt Information von dem Temperatursensor 24 über die tatsächliche Temperatur des Kühlmittels, das zu dem Kondensator geleitet wird. Angesichts dieser Information ist es möglich, die Geschwindigkeit der zweiten Kühlmittelpumpe 21 in dem Fall anzupassen, dass die tatsächliche Kühlmitteltemperatur nicht der angeforderten Kühlmitteltemperatur in der Kondensator-Einlassleitung 15a entspricht.
  • Andererseits besteht ein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 2 in dem Fall, dass die Steuereinheit 8 Information von dem Temperatursensor 25 empfängt, die anzeigt, dass die Kühlmitteltemperatur in der Motor-Auslassleitung 2b höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert. Die Steuereinheit 8 versetzt das Zweiwege-Ventil 20 in die geöffnete Position und sie schaltet die zweite Kühlmittelpumpe 21 ab. Folglich wird der gesamte Kühlmittelfluss in der Kondensator-Auslassleitung 15b zu der Motor-Einlassleitung 2a geleitet. Ferner passt die Steuereinheit 8 das Dreiwege-Ventil 4 derart an, dass es einen vergleichsweise großen Teil des Kühlmittelflusses von der Motor-Auslassleitung 2b zu dem Radiator 5 leitet und einen verbleibenden kleinen zweiten Teil des Kühlmittelflusses zu der Radiator-Umgehungsleitung 6. Daher kann der Kühlmittelfluss zu dem Radiator 5 und der Kühlmittelfluss zu der Radiator-Umgehungsleitung 6 durch das erste Dreiwege-Ventil 4 verändert werden. Das Rückschlagventil 22 verhindert einen Fluss in eine falsche Richtung durch die Motor-Umgehungsleitung 19 hindurch, wenn die zweite Kühlmittelpumpe nicht in Betrieb ist. Der Kühlmittelfluss wird in dem Radiator 5 auf eine niedrigere Temperatur gekühlt als der Kühlmittelfluss durch die Radiator-Umgehungsleitung 6 hindurch. In diesem Fall wird das erste Dreiwege-Ventil 4 verwendet, um zwei Kühlmittelflüsse mit unterschiedlichen Temperaturen bereitzustellen.
  • Der Teil des Kühlmittelflusses, der in dem Radiator 5 gekühlt wird, wird von der Radiator-Auslassleitung 5b zu der Kondensator-Einlassleitung 15a geleitet. Allerdings weist das Kühlmittel in der Radiator-Auslassleitung 5b normalerweise eine zu niedrige Temperatur auf, um das Arbeitsmedium in dem Kondensator 15 auf die gewünschte Kondensationstemperatur zu kühlen. Die Steuereinheit 8 passt das zweite Dreiwege-Ventil 23 derart an, dass es einen Teil des wärmeren Kühlmittelflusses von der Radiator-Umgehungsleitung 6 zu der Kondensator-Einlassleitung 15a leitet. In diesem Fall wird eine Mischung eines kalten Kühlmittels von dem Radiator und eines warmen Kühlmittels von der Radiator-Umgehungsleitung 6 zu dem Kondensator 15 geleitet. Das zweite Dreiwege-Ventil 23 leitet den verbleibenden Teil des Kühlmittels von der Radiator-Umgehungsleitung 6 zu der Motor-Einlassleitung 2a.
  • Die Steuereinheit 8 empfängt Information über die Temperatur des Kühlmittels in der Kondensator-Einlassleitung 15a von dem Temperatursensor 24. In dem Fall, dass die tatsächliche Temperatur des Kühlmittels nicht der gewünschten Temperatur entspricht, passt die Steuereinheit 8 das erste Dreiwege-Ventil 4 und/oder oder das zweite Dreiwege-Ventil 23 an, um die Temperatur des Kühlmittels in der Kondensator-Einlassleitung 15a auf die gewünschte Temperatur zu ändern. Mögliche Temperaturen des Kühlmittels, das zu dem Kondensator 15 geleitet werden soll, liegen innerhalb eines Temperaturbereichs, der eine minimale Temperatur aufweist, die durch die Temperatur des Kühlmittels in der Radiator-Auslassleitung 5b festgelegt ist, und eine maximale Temperatur, die durch die Temperatur des Kühlmittels in der Radiator-Umgehungsleitung 6 festgelegt ist. Durch das Anpassen des ersten Dreiwege-Ventils 4 und des zweiten Dreiwege-Ventils 23 ist es möglich, dem Kühlmittel eine beliebige Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs zu geben, das zu dem Kondensator 15 geleitet wird. In dem Fall, dass das erste Dreiwege-Ventil 4 im Wesentlichen den gesamten Kühlmittelfluss zu dem Radiator 5 leitet, ist es möglich, einen variablen Teil des Kühlmittelflusses in der Radiator-Auslassleitung 5b an die Motor-Einlassleitung 2a zu leiten. In diesem Fall ist es möglich, den Kühlmittelfluss mit der minimalen Temperatur zu dem Kondensator 15 zu verringern. Das Kühlmittel, das den Kondensator 15 verlässt, wird über die Kondensator-Auslassleitung 15b und das geöffnete zweite Ventil 20 zu der Motor-Einlassleitung 2a geleitet. Da die Radiator-Einlassleitung 5a zuströmseitig der Kondensator-Auslassleitung 15b hinsichtlich des Flussabstands von der ersten Kühlmittelpumpe 3 angeordnet ist, verhindert der Druckunterschied einen Kühlmittelfluss von der Kondensator-Auslassleitung 15b über die Motor-Umgehungsleitung 19 zu der Radiator-Einlassleitung, wenn die zweite Kühlmittelpumpe 21 nicht in Betrieb ist.
  • Es besteht im Wesentlichen kein Kühlbedarf einer modernen Verbrennung, die mit einem WHR-System ausgestattet ist, wenn sie normal belastet ist. Das Vorhandensein der Motor-Umgehungsleitung 19 und der weiten Kühlmittelpumpe 21 ermöglicht es, das Kühlsystem während eines vergleichsweise großen Teils seiner Betriebszeit in den ersten Modus zu versetzen. Wenn das Kühlsystem sich in dem ersten Modus befindet, ist es möglich, eine einfachere und genauere Steuerung der Temperatur des Kühlmittels zu erhalten, das zu dem Kondensator 15 geleitet wird. Eine solche Steuerung wird verwendet, um das Arbeitsmedium in dem Kondensator 15 zu kühlen. Wenn das Kühlsystem sich in dem ersten Modus befindet, ist es möglich, eine erhöhte Effizienz eines WHR-Systems zu erhalten.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Rahmens der Ansprüche frei verändert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Verbrennungsmotor
    2a
    Motor-Einlassleitung
    2b
    Motor-Auslassleitung
    3
    erste Kühlmittelpumpe
    4
    erstes Dreiwege-Ventil
    5
    Radiator
    5a
    Radiator-Einlassleitung
    5b
    Radiator-Auslassleitung
    6
    Radiator-Umgehungsleitung
    7
    Radiator-Lüfter
    8
    Steuereinheit
    9
    Arbeitsmedium-Pumpe
    10
    geschlossener Kreis
    11
    Verdampfer
    12
    Expander
    13
    mechanische Übertragung
    14
    Welle
    15
    Kondensator
    15a
    Kondensator-Einlassleitung
    15b
    Kondensator-Auslassleitung
    16
    Empfänger
    16a
    Druckregler
    17
    zweite Steuereinheit
    18
    Drucksensor
    19
    Motor-Umgehungsleitung
    20
    Zweiwege-Ventil
    21
    zweite Kühlmittelpumpe
    22
    Rückschlagventil
    23
    zweites Dreiwege-Ventil
    24
    erster Temperatursensor
    25
    zweiter Temperatursensor
    26
    Wärmetauscher

Claims (15)

  1. Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor (2) und ein WHR-System, wobei das Kühlsystem umfasst: einen Radiator (5), eine Radiator-Umgehungsleitung (6), die dazu eingerichtet ist, Kühlmittel an dem Radiator (5) vorbei zu leiten, einen Kondensator (15) des WHR-Systems, in welchem ein Arbeitsmedium von Kühlmittel gekühlt wird, eine erste Ventilvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Kühlmittel von dem Motor (2) zu empfangen und es zu dem Radiator (5) oder zu der Radiator-Umgehungsleitung (6) zu leiten, eine zweite Ventilvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Kühlmittelfluss von dem Radiator (5) und von der Radiator-Umgehungsleitung (6) zu dem Verbrennungsmotor (2) und zu dem Kondensator (15) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem umfasst: eine Motor-Umgehungsleitung (19), die dazu eingerichtet ist, Kühlmittel von dem Kondensator (15) zu dem Radiator (5) zu leiten, eine dritte Ventilvorrichtung, die in einer ersten Position Kühlmittel von dem Kondensator (15) zu dem Motor (2) leitet und die in einer zweiten Position Kühlmittel von dem Kondensator (15) zu der Motor-Umgehungsleitung (19) leitet, eine Steuereinheit (8), die dazu eingerichtet ist, Information über einen Parameter zu erhalten, der den Kühlbedarf des Verbrennungsmotors (2) betrifft, und dazu, die Ventilvorrichtungen derart zu steuern, dass diese, wenn der Parameter anzeigt, dass kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors (2) besteht, dazu eingerichtet sind, das Kühlsystem in einen ersten Kreis, in welchem eine erste Kühlmittelpumpe (3) einen nicht gekühlten Kühlmittelfluss von der Radiator-Umgehungsleitung (6) zu dem Verbrennungsmotor (2) bereitstellt, und einen zweiten Kreis zu teilen, in welchem eine zweite Kühlmittelpumpe (21) einen gekühlten Kühlmittelfluss von dem Radiator (5) zu dem Kondensator (15) bereitstellt.
  2. Kühlsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlmittelpumpe (21) eine elektrische Pumpe ist.
  3. Kühlsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem eine Steuereinheit (8) umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb der zweiten Kühlmittelpumpe (21) zu starten, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors (2) besteht, und dazu, den Betrieb der zweiten Kühlmittelpumpe (21) abzuschalten, wenn ein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors (2) besteht.
  4. Kühlsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit der zweiten Kühlmittelpumpe (21) derart zu steuern, dass das Kühlmittel, das in den Kondensator (15) eintritt, eine Temperatur und einen Fluss aufweist, die zu einem Kühlen des Arbeitsmediums in dem Kondensator (15) auf eine gewünschte Kondensationstemperatur führen.
  5. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Umgehungsleitung (19) ein Rückschlagventil (22) umfasst, das dazu konzipiert ist, einen Kühlmittelfluss durch die Motor-Umgehungsleitung (19) in Richtung von dem Kondensator (15) zu dem Radiator (5) zu erlauben und einen Kühlmittelfluss in die entgegengesetzte Richtung zu verhindern.
  6. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ventilvorrichtung ein Zweiwege-Ventil (20) ist, das in eine erste Position einstellbar ist, in welcher es den Kühlmittelfluss von dem Kondensator (15) zu dem Verbrennungsmotor (2) leitet, und in eine zweite Position, in welcher es den Kühlmittelfluss von dem Kondensator (15) über die Motor-Umgehungsleitung (19) zu dem Radiator (5) leitet.
  7. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventilvorrichtung dazu eingerichtet ist, in eine Position eingestellt zu werden, in welcher sie den gesamten Kühlmittelfluss von dem Verbrennungsmotor (2) zu der Radiator-Umgehungsleitung (6) leitet, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht.
  8. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventilvorrichtung ein Dreiwege-Ventil (4) ist.
  9. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventilvorrichtung dazu eingerichtet ist, in eine Position eingestellt zu werden, in welcher sie den gesamten Kühlmittelfluss von der Radiator-Umgehungsleitung (6) zu dem Verbrennungsmotor (2) leitet, wenn kein Kühlbedarf des Verbrennungsmotors besteht.
  10. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventilvorrichtung ein Dreiwege-Ventil (23) ist.
  11. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, Information über einen Parameter in Gestalt der Temperatur des Kühlmittels zu empfangen, welches den Verbrennungsmotor (2) verlässt, um den Kühlbedarf des Verbrennungsmotors (2) zu ermitteln.
  12. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, die Ventilvorrichtungen derart zu steuern, dass das Kühlmittel, welches zu dem Kondensator (15) geleitet wird, eine Temperatur und einen Fluss aufweist, bei denen es das Arbeitsmedium in dem Kondensator (15) auf einen Kondensationsdruck knapp oberhalb von 1 bar kühlt.
  13. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) dazu eingerichtet ist, Information über die Temperatur oder den Druck in dem Kondensator (15) von einem Sensor (18) zu empfangen.
  14. Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kreis einen Wärmetauscher (26) umfasst, mittels dessen es möglich ist, ein Kühlen des Kühlmittels bereitzustellen, das durch den Verbrennungsmotor (2) zirkuliert.
  15. Fahrzeug, umfassend ein Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120198840A1 (en) 2009-08-12 2012-08-09 Juergen Stegmaier Device for utilizing waste heat
DE102013208115A1 (de) 2013-05-03 2014-11-06 Behr Gmbh & Co. Kg Kühlkreislauf
US8985066B2 (en) 2011-11-08 2015-03-24 Behr Gmbh & Co. Kg Cooling circuit
AT516832A4 (de) 2015-02-25 2016-09-15 Avl List Gmbh Kühlmittelkreislauf

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120198840A1 (en) 2009-08-12 2012-08-09 Juergen Stegmaier Device for utilizing waste heat
US8985066B2 (en) 2011-11-08 2015-03-24 Behr Gmbh & Co. Kg Cooling circuit
DE102013208115A1 (de) 2013-05-03 2014-11-06 Behr Gmbh & Co. Kg Kühlkreislauf
AT516832A4 (de) 2015-02-25 2016-09-15 Avl List Gmbh Kühlmittelkreislauf

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