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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Kühlsystems und ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlsystem.
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1 zeigt den aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau eines Kühlsystems 10 für ein Antriebsaggregat 11 eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Antriebsaggregat 11, das über das Kühlsystem 10 gekühlt werden soll, handelt es sich insbesondere um einen Verbrennungsmotor. Das Kühlsystem 10 der 1 umfasst einen Kühler 12, in welchem über das Antriebsaggregat 11 zu führendes Kühlmittel 13 gekühlt wird. Der Kühlung des Kühlmittels 13 im Kühler 12 dient Umgebungsluft 14, die ebenfalls über den Kühler 12 geführt wird.
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Das Kühlsystem 10 verfügt über eine vom Kühler 12 in Richtung auf das Antriebsaggregat 11 verlaufende Vorlaufleitung 15 für das Kühlmittel 13 sowie über eine vom Antriebsaggregat 11 in Richtung auf den Kühler 12 verlaufende Rücklaufleitung 16 für das Kühlmittel 13. Ferner verfügt das Kühlsystem 10 über eine Kühlmittelpumpe 17, die den Kühlmittelvolumenstrom des Kühlmittels 13 durch den Kühler 12 sowie durch das Antriebsaggregat 11 einstellt. Der Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühler 12 entspricht dem Kühlmittelvolumenstrom durch das Antriebsaggregat 11. Dann, wenn es sich bei der Kühlmittelpumpe 17 des Kühlsystems 10 der 1 um eine hinsichtlich ihrer Förderleistung einstellbare Kühlmittelpumpe handelt, kann die Größe des Kühlmittelvolumenstroms durch den Kühler 12 und damit durch das Antriebsaggregat 11 eingestellt werden.
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Da typischerweise für einen optimalen Betrieb der Kühler 12 und das Antriebsaggregat 11 unterschiedliche Volumenströme an Kühlmittel benötigen, stellt die durch die Kühlmittelpumpe 17 bereitgestellte Förderleistung und damit der durch die Kühlmittelpumpe 17 bereitgestellte Kühlmittelvolumenstrom einen Kompromiss zwischen dem im Bereich des Kühlers 12 und dem im Bereich des Antriebsaggregats 11 benötigten Kühlmittelvolumenstrom dar.
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Die
DE 10 2008 004 161 A1 offenbart ein weiteres Kühlsystem für ein Antriebsaggregat nach dem Stand der Technik. Nach diesem Stand der Technik umfasst das Kühlmittelsystem eine Bypassleitung und Pilotleitung.
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Aus der
DE 10 2013 208 676 A1 ist ein Kühlsystem für ein Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
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DE 10 2014 015 638 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Kühlmittelpumpe oder eines Stellventils eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Es besteht Bedarf daran, ein effizienteres Kühlsystem für ein Antriebsaggregat bereitzustellen und den Zielkonflikt zwischen einem optimalen Kühlmittelvolumenstrom im Bereich des Kühlers und einem optimalen Kühlmittelvolumenstrom im Bereich des Antriebsaggregats aufzulösen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Kühlsystem für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kühlsystems und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlsystem zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Das Kühlsystem weist eine sich zwischen der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung erstreckende Bypassleitung zum Antriebsaggregat auf, wobei die Bypassleitung in einem Abzweigpunkt von der Vorlaufleitung abzweigt und in einem Mündungspunkt in die Rücklaufleitung mündet:
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Das Kühlsystem weist ferner ein Ventil auf, über welches ein über die Bypassleitung strömender Kühlmittelvolumenstrom und damit auch ein über das Antriebsaggregat strömender Kühlmittelvolumenstrom, die in Summe dem über den Kühler strömenden Kühlmittelvolumenstrom entsprechen, einstellbar ist.
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Beim Kühlsystem ist die Kühlmittelpumpe entweder zwischen dem Kühler und dem Abzweigpunkt der Bypassleitung in die Vorlaufleitung oder zwischen dem Mündungspunkt der Bypassleitung und dem Kühler in die Rücklaufleitung integriert.
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Das Kühlsystem weist ferner einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des den Kühler verlassenden Kühlmittels und einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des das Antriebsaggregat verlassenden Kühlmittels auf.
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Das Kühlsystem weist ferner ein Steuergerät auf, welches die Kühlmittelpumpe und das Ventil abhängig von der Temperatur des den Kühler verlassenden Kühlmittels, abhängig von der Temperatur des das Antriebsaggregat verlassenden Kühlmittels und abhängig von einer Last des Antriebsaggregats ansteuert.
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Über die Temperatursensoren, nämlich die von den Temperatursensoren bereitgestellten Messwerte der Kühlmitteltemperaturen, kann das Ventil optimal eingestellt werden, um im Bereich des Antriebsaggregats eine gewünschte, insbesondere konstante, Temperatur, bei welcher das Antriebsaggregat optimal betrieben werden kann, einzustellen.
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Beim erfindungsgemäßen Kühlsystem für ein Antriebsaggregat können der Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühler sowie der Kühlmittelvolumenstrom durch das Antriebsaggregat unabhängig voneinander eingestellt werden, und zwar mit einer einzigen Kühlmittelpumpe. Insofern können sowohl der Kühler als auch das Antriebsaggregat optimal betrieben und hierzu mit einem jeweils optimalen Kühlmittelvolumenstrom versorgt werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Ventil als 3-Wege-Ventil ausgebildet, das im Bereich des Abzweigpunkts der Bypassleitung in die Vorlaufleitung oder im Bereich des Mündungspunkts der Bypassleitung in die Rücklaufleitung integriert ist. Diese Ausführung ist bevorzugt, um die Volumenströme im Bereich des Kühlers und des Antriebsaggregats unabhängig voneinander einzustellen.
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Das erfindungsmäße Verfahren zum Betreiben des erfindungsmäßen Kühlsystems ist in Anspruch 4 definiert. Die Kühlmittelpumpe wird derart betrieben, dass dieselbe einen für eine optimale Kühlleistung des Kühlers benötigte, vorzugsweise konstanten Kühlmittelvolumenstrom über den Kühler führt. Das Ventil wird derart eingestellt, dass sich am Antriebsaggregat eine gewünschte Soll-Temperatur unabhängig von der Last des Antriebsaggregats einstellt. Hierzu ist über das Ventil der über den Kühler geführte Kühlmittelvolumenstrom in einen über das Antriebsaggregat geführten Kühlmittelvolumenstrom und in einem über die Bypassleitung geführten Kühlmittelvolumenstrom aufteilbar. Hiermit ist ein besonders optimaler Betrieb des Kühlsystems sowie des Verbrennungsmotors möglich.
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Vorzugsweise wird abhängig von dem über den Kühler geführten Kühlmittelvolumenstrom, abhängig von einer Temperatur des den Kühler verlassenden Kühlmittels, abhängig von der gewünschten Soll-Temperatur des Antriebsaggregats und abhängig von der aktuellen Last des Antriebsaggregats ein über das Antriebsaggregat zu führender Soll-Kühlmittelvolumenstrom ermittelt. Abhängig von dem Soll-Kühlmittelvolumenstrom wird die Stellung des Ventils derart eingestellt wird, dass der Soll-Kühlmittelvolumenstrom über das Antriebsaggregat und eine Differenz zwischen dem über den Kühler strömenden Kühlmittelvolumenstrom und dem Soll-Kühlmittelvolumenstrom des Antriebsaggregats über die Bypassleitung geführt wird.
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Auch hiermit ist ein besonders vorteilhafter Betrieb des Kühlsystems des Verbrennungsmotors möglich. Insbesondere- kann hiermit bei Rennsportfahrzeugen, die mit stark wechselnden Motorlasten betrieben werden, unabhängig von der Motorlast am Antriebsaggregat eine konstante Temperatur bereitgestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist in Patentanspruch 7 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten Kühlsystems für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kühlsystems für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs.
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2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kühlsystems 20 zusammen mit einem über das Kühlsystem 20 zu kühlenden Antriebsaggregat 21.
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Das Kühlsystem 20 verfügt über einen Kühler 22. Im Kühler 22 wird Kühlmittel 23 gekühlt, welches zur Kühlung des Antriebsaggregats 21 über das Antriebsaggregat 21 geleitet werden kann. Das über den Kühler 22 geführte Kühlmittel 23 kann mithilfe von Umgebungsluft 24, die ebenfalls über den Kühler 22 geführt wird, gekühlt werden.
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Das Kühlsystem 20 der 2 verfügt über eine Vorlaufleitung 25 für das Kühlmittel 23, die sich ausgehend vom Kühler 22 in Richtung auf das Antriebsaggregat 21 erstreckt. Ferner verfügt das Kühlsystem 20 über eine Rücklaufleitung 26 für das Kühlmittel, um das Kühlmittel 23 ausgehend vom Antriebsaggregat 21 in Richtung auf den Kühler 22 zurückzuführen.
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Das Kühlsystem 20 verfügt ferner über eine Kühlmittelpumpe 27, einen Bypass 28 sowie ein Ventil 29. Über die Kühlmittelpumpe 27 wird der Kühlmittelvolumenstrom eingestellt, der über den Kühler 22 gefördert wird. Die Bypassleitung 28 erstreckt sich zwischen der Vorlaufleitung 25 und der Rücklaufleitung 26. In einem Abzweigpunkt 28a zweigt die Bypassleitung 28 von der Vorlaufleitung 25 ab. In einem Mündungspunkt 28b mündet die Bypassleitung 28 in die Rücklaufleitung 26. Über das Ventil 29 ist ein über die Bypassleitung strömender Kühlmittelstrom des Kühlmittels 23 einstellbar.
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Wie bereits ausgeführt, bestimmt die Kühlmittelpumpe 27 die Größe des über den Kühler 22 geleitetet Kühlmittelstroms. Abhängig von der Stellung des Ventils 29, das im gezeigten Ausführungsbeispiel als 3-Wege-Ventil ausgeführt und im Bereich des Abzweigpunkts 28a der Bypassleitung 28 in die Vorlaufleitung 25 integriert ist, wird der über den Kühler 22 geführte Kühlmittelstrom in zwei Teilströme aufgeteilt.
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Der über den Kühler 22 geführte Kühlmittelstrom wird über das 3-Wege-Ventil 29 in einen über das Antriebsaggregat 21 geführten ersten Teilstrom und in einen über die Bypassleitung 28 geführten zweiten Teilstrom aufgeteilt.
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Im Bereich des Mündungspunkts 28b werden diese beiden Teilströme wieder vereinigt und in Richtung auf den Kühler 22 zurückgeführt.
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Die Kühlmittelpumpe 27 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem Kühler 22 und dem Abzweigpunkt 28a der Bypassleitung 28 in die Vorlaufleitung 25 integriert. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, die Kühlmittelpumpe 27 zwischen den Mündungspunkt 28b der Bypassleitung 28 und dem Kühler 22 in die Rücklaufleitung 26 zu integrieren.
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Ebenso kann das 3-Wege-Ventil 29 im Bereich des Mündungspunkts 28b der Bypassleitung- 28 in die Rücklaufleitung 26 integriert sein. Ferner kann sowohl in die Bypassleitung 28 als auch in die Vorlaufleitung 25 jeweils stromabwärts des Abzweigpunkts 28a jeweils ein 2-Wege-Ventil in die jeweilige Leitung integriert sein.
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Das Kühlsystem 20 verfügt ferner über einen Temperatursensor 30 zur Erfassung der Temperatur des den Kühler 22 verlassenden Kühlmittels sowie über einen Temperatursensor 31 zur Erfassung der Temperatur des das Antriebsaggregat 21 verlassenden Kühlmittels.
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Der Temperatursensor 30 ist dem Vorlauf 25 unmittelbar stromabwärts des Kühlers 22 zugeordnet. Der Temperatursensor 31 ist dem Rücklauf 26 unmittelbar stromabwärts des Antriebsaggregats 21 zugeordnet.
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2 zeigt weiterhin ein Steuergerät 32, welche dem Betreiben des Kühlsystems 20 dient. Das Steuergerät 32 steuert die Kühlmittelpumpe 27 und das Ventil 29 an. Das Steuergerät 32 betreibt die Kühlmittelpumpe 27 derart, dass dieselbe einen für eine optimale Kühlleistung des Kühlers 22 benötigte, vorzugsweise konstanten Kühlmittelstrom über den Kühler 22 führt. Das Ventil 29 wird vom Steuergerät 32 derart eingestellt, dass sich am Antriebsaggregat 21 eine gewünschte, vorzugsweise konstante, Soll-Temperatur einstellt, und zwar unabhängig von der Last des Antriebsaggregats 21. Hierzu wird vorzugsweise so vorgegangen, dass dem Steuergerät 32 als Eingangsgrößen die vom Temperatursensor 30 gemessene Temperatur des den Kühler 22 verlassenden Kühlmittels, die vom Temperatursensor 31 gemessene Temperatur des das Antriebsaggregat 21 verlassenden Kühlmittels und vom Antriebsaggregat 21 die vom Antriebsaggregat 21 aktuell bereitgestellte Last bereitgestellt werden. Die Temperatur des Kühlmittels, welches das Antriebsaggregat 21 verlässt und vom Temperatursensor 31 gemessen wird, korreliert zur Temperatur des Antriebsaggregats 21.
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Das Steuergerät 32 steuert die Kühlmittelpumpe 27 an, um einen für eine optimale Kühlleistung im Bereich des Kühlers 22 benötigten Kühlmittelvolumenstrom über den Kühler 22 zu leiten. Abhängig von diesem von der Kühlmittelpumpe 27 bereitgestellten Kühlmittelvolumenstrom, abhängig von der Temperatur des den Kühler 22 verlassenden Kühlmittels, abhängig von einer gewünschten Soll-Temperatur des Antriebsaggregats sowie abhängig von der aktuellen Last des Antriebsaggregats 21 und vorzugsweise abhängig von der Temperatur des das Antriebsaggregat 21 verlassenden Kühlmittels wird das Ventil 29 so eingestellt, dass sich am Antriebsaggregat 21 die gewünschte Soll-Temperatur unabhängig von der Last des Antriebsaggregats 21 ausbildet.
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Hierzu wird der über das Antriebsaggregat 21 zu führende Soll-Kühlmittelvolumenstrom abhängig von den oben erwähnten Größen bestimmt, wobei abhängig von dem über das Antriebsaggregat 21 zu führenden Soll-Kühlmittelvolumenstrom die Stellung des Ventils 29 bestimmt wird, sodass über das Antriebsaggregat 21 der Soll-Kühlmittelvolumenstrom geführt und eine Differenz zwischen dem über den Kühler 22 strömenden und von der Kühlmittelpumpe 27 bereitgestellten Kühlmittelvolumenstrom und dem Soll-Kühlmittelvolumenstrom des Antriebsaggregats 21 über die Bypassleitung 28 geführt wird. Hiermit kann unabhängig von der Last das Antriebsaggregats 21 an dem demselben vorzugsweise eine konstante Soll-Temperatur eingestellt werden, sodass das Antriebsaggregat 21 optimal betrieben werden kann, und zwar unter Bereitstellung einer optimalen Kühlleistung im Bereich des Kühlers 22.
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Der über das Antriebsaggregat 21 zu führende Soll-Kühlmittelvolumenstrom wird vorzugsweise abhängig von einem im Steuergerät 32 hinterlegten Kennfeld bestimmt, wobei diesem Kennfeld als Eingangsgrößen der über den Kühler 22 geleitete Kühlmittelvolumenstrom, die Temperatur des den Kühler 22 verlassenden Kühlmittels, die gewünschte Soll-Temperatur des Antriebsaggregats 21, die Last des Antriebsaggregats 21 und vorzugsweise die Temperatur des das Antriebsaggregat 21 verlassenden Kühlmittels zugeführt werden, um dann als Ausgangsgröße den über das Antriebsaggregat 21 zu führenden Soll-Kühlmittelvolumenstrom zu bestimmen, in Abhängigkeit dessen dann das Steuergerät 32 das Ventil 29 ansteuert.
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Beim erfindungsgemäßen Kühlsystem 20 kann der Kühler 22 mit einem für eine optimale Kühlleistung optimalen Kühlmittelvolumenstrom über eine entsprechende Ansteuerung der Kühlmittelpumpe 27 betrieben werden.
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Der Kühler 22 kann bei optimalem Kühlerwirkungsgrad betrieben werden. Dabei wird über den Kühler 22 vorzugsweise ein konstanter Kühlmittelvolumenstrom geführt.
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Abhängig von der Last des Antriebsaggregats 21 sowie der gewünschten Soll-Temperatur des Antriebsaggregats 21 wird der über den Kühler 22 geführte Kühlmittelvolumenstrom entweder ausschließlich über das Antriebsaggregat 21 oder unter Aufteilung desselben über das Antriebsaggregat 21 und den Bypass 28 geführt.
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Über die Öffnungsstellung des Ventils 29 kann bestimmt werden, welcher Anteil des über den Kühler 22 geführten und von der Kühlmittelpumpe 17 geförderten Kühlmittelvolumenstroms tatsächlich über das Antriebsaggregat 21 strömt. Hiermit kann das Gesamtsystem aus Antriebsaggregat 21 und Kühlsystem 20 optimal betrieben werden, was insbesondere bei Rennsportfahrzeugen vorteilhaft ist, welche hohe Kühlleistungen bei stark wechselnden Motorlasten jedoch eine konstante Temperatur im Bereich des Antriebsaggregats 21 benötigen.
