DE102019001255A1 - Verteilereinrichtung für einen Kühlmittelstrom eines Kühlkreises - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verteilereinrichtung (50) für einen Kühlmittelstrom (14) eines Kühlkreises (100) für eine Verbrennungskraftmaschine (101), mit einem, einen ersten Gehäuseinnenraum (62) und einen, mit dem ersten Gehäuseinnenraum (62) verbundenen zweiten Gehäuseinnenraum (63) umschließenden Verteilergehäuse (60), mit zumindest einem Kühlmitteleintritt (84) zum Einleiten des Kühlmittelstroms (14) in den ersten Raum (62), mit einem Kühlmittelaustritt (74) zum Ausleiten zumindest eines Kühlmittelteilstroms (KM1) aus dem ersten Gehäuseinnenraum (62), und mit zumindest einem weiteren Kühlmittelaustritt (76) zum Ausleiten zumindest eines weiteren Kühlmittelteilstroms (KM4) aus dem zweiten Gehäuseinnenraum (63). Die Verteilereinrichtung (50) umfasst ein Regelelement (52), über welches die Gehäuseinnenräume (62, 63) miteinander verbunden sind und welches dazu ausgebildet ist, eine Aufteilung des Kühlmittelstroms (14) auf die jeweiligen Kühlmittelaustritte (74, 76) zu regeln.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Verteilereinrichtung für einen Kühlmittelstrom eines Kühlkreises für eine Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Die Kühlung von in Kraftwagen und zusätzlich oder alternativ in Verbrennungskraftmaschinen geführten Medien, wie beispielsweise Frischluft, rückgeführtem Abgas oder Motoröl, dient dazu, einen Betrieb mit verbessertem Wirkungsgrad, geringen Rohemissionen bzw. geringem Verschleiß zu ermöglichen. Zur Kühlung dieser Medien wird häufig flüssiges Kühlmittel verwendet, welches in einem Kühlmittelkreislauf gefördert wird. So ist beispielsweise aus der DE 10 2016 012 707 A1 ein Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug, mit einer von einem Kühlmittel durchströmbaren und mittels des Kühlmittels zu kühlenden Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, und einem von dem Kühlmittel durchströmbaren Kühler zum Kühlen des Kühlmittels bekannt. Dabei ist ein von der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlicher und von dem Kühlmittel durchströmbarer Nebenverbraucher, ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Abgasrückführkühler, über welchen mittels des Kühlmittels von einem Abgastrakt zu einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückzuführendes Abgas der Verbrennungskraftmaschine zu kühlen ist und ein Sammelelement vorgesehen, welches eine mit von der Verbrennungskraftmaschine und von dem Abgasrückführkühler abströmendem Kühlmittel versorgbare Mischkammer zum Mischen des von der Verbrennungskraftmaschine und von dem Abgasrückführkühler abströmenden Kühlmittels aufweist. Dem Nebenverbraucher ist das Kühlmittel aus der Mischkammer zuführbar. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verteilereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche eine besonders bedarfsgerechte Kühlmittelversorgung ermöglicht ist.
• Diese Aufgabe wird durch eine Verteilereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
• Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Verteilereinrichtung für einen Kühlmittelstrom eines Kühlkreises für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem, einen ersten Gehäuseinnenraum und einen, mit dem ersten Gehäuseinnenraum verbundenen zweiten Gehäuseinnenraum umschließenden Verteilergehäuse, mit zumindest einem Kühlmitteleintritt zum Einleiten des Kühlmittelstroms in den ersten Gehäuseinnenraum, mit einem Kühlmittelaustritt zum Ausleiten zumindest eines Kühlmittelteilstroms aus dem ersten Gehäuseinnenraum, und mit zumindest einem weiteren Kühlmittelaustritt zum Ausleiten zumindest eines weiteren Kühlmittelteilstroms aus dem zweiten Gehäuseinnenraum. Die Verbrennungskraftmaschine kann vorzugsweise zum Antreiben eines Kraftwagens ausgebildet sein.
• Um eine besonders bedarfsgerechte Kühlmittelversorgung zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verteilereinrichtung ein Regelelement umfasst, über welches die Gehäuseinnenräume miteinander verbunden sind und welches dazu ausgebildet ist, eine Aufteilung des Kühlmittelstroms auf die jeweiligen Kühlmittelaustritte zu regeln. Dies ist von Vorteil, da über die Verteilereinrichtung eine geregelte Aufteilung des Kühlmittelstroms in die verschiedenen Kühlmittelteilströme erfolgen kann, wobei jeweils einer der Kühlmittelteilströme beispielsweise zur Kühlung eines Retarders und zur Wärmeübertragung in einem Fahrzeugkühler eines Kraftwagens, welcher die Verteilereinrichtung, die Verbrennungskraftmaschine und den Kühlkreis umfassen kann, herangezogen werden kann. So kann einer der Kühlmittelteilströme beispielsweise einem, dem Retarder zugeordneten Retarder-Kühler zugeführt werden, wohingegen ein anderer der Kühlmittelteilströme beispielsweise dem Fahrzeugkühler des Kraftwagens zugeführt werden kann. Es ist klar, dass auch andere Nebenverbraucher (der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Kraftwagens) als der Retarder und der Fahrzeugkühler, zu welchen beispielsweise ein paralleler Kühlkreislauf oder ein Abgaskühler (AGR-Kühler) gehören kann, bedarfsgerecht mit einem der Kühlmittelteilströme versorgt werden können. Das Regelelement ermöglicht es, die Kühlmittelteilströme geregelt zu variieren und dementsprechend einen jeweiligen Kühlmittelbedarf für mehrere Betriebspunkte der jeweiligen Nebenverbraucher (z.B. Retarder, Fahrzeugkühler oder ein paralleler Kühlkreislauf) optimal einzustellen. In besonders vorteilhafter Weise ermöglicht es die Verteilereinrichtung einen Nebenzweig eines dem Kraftwagen zugeordneten Kühlmittelkreislaufs, in welchen der Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine integriert sein kann, mit den jeweiligen anhand des Regelelements geregelten Kühlmittelteilströmen bedarfsgerecht zu versorgen, ohne den (motorinternen) Kühlkreis, welche auch als Kühlkreislauf bezeichnet werden kann, negativ zu beeinflussen. Trotz der geregelten Aufteilung des Kühlmittelstroms anhand des Regelelements kann somit eine unerwünschte Überversorgung oder Unterversorgung des Kühlkreises für die Verbrennungskraftmaschine mit Kühlmittel vermieden werden. Zusammenfassend kann anhand des Regelelements somit zumindest ein Nebenzweig des Kühlmittelkreislaufs des Kraftwagens unabhängig von dem (motorinternen) Kühlkreis mit den jeweiligen, geregelten Kühlmittelteilströmen versorgt werden.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Regelelement zur Regelung der Aufteilung des wenigstens einen Kühlmittelstroms als regelbare Blende ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders aufwandsarme und genaue Regelung der Aufteilung des Kühlmittelstroms erfolgen kann.
• In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Regelelement nach Art einer Irisblende oder als Schieberelement ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da das Regelelement besonders robust ist, sofern es als Schieberelement, also als Schieber ausgebildet ist. Ist das Regelelement hingegen nach Art der Irisblende ausgebildet, so kann eine Öffnungsweite einer Durchgangsöffnung des Regelelements in vorteilhafter Weise derart verändert werden, dass ein Mittelpunkt der Durchgangsöffnung feststehend und die Durchgangsöffnung bei Variation der Öffnungsweite zumindest näherungsweise kreisförmig bleibt. Dadurch kann auch bei einer Variation der Öffnungsweite ein Durchtritt des Kühlmittels durch die Durchgangsöffnung mit (insbesondere im Vergleich zu eckigen Durchgangsöffnungen) geringem Strömungswiderstand erfolgen. Alternativ kann das Regelelement auch als Ventil oder Klappe oder dergleichen ausgebildet sein.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs eines Kraftwagens, sowie mehrerer Nebenverbraucher, wobei ein motorinterner Kühlkreis einer Verbrennungskraftmaschine in den Kühlkreislauf integriert ist;
• 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Verteilereinrichtung für einen Kühlmittelstrom des Kühlkreises der Verbrennungskraftmaschine, wobei ein verstellbares Regelelement der Verteilereinrichtung in einem Verteilergehäuse der Verteilereinrichtung angeordnet ist;
• 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung der Verteilereinrichtung; und
• 4 eine schematische Draufsicht auf das verstellbare Regelelement, welches als Irisblende ausgestaltet ist.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlmittel führenden Kühlmittelkreislaufs 10 eines hier nicht weiter dargestellten Kraftwagens. Darüber hinaus ist in 1 eine Verbrennungskraftmaschine 101 des Kraftwagens schematisch dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 101 weist einen Kühlkreis 100 auf, welcher beispielsweise zur Kühlung eines Zylinderkopfes 102 der Verbrennungskraftmaschine 101 dient. Der Kühlkreis 100 ist vorliegend in den Kühlmittelkreislaufs 10 des Kraftwagens integriert.
• Zudem ist in den Kühlmittelkreislauf 10 eine Verteilereinrichtung 50 für einen Kühlmittelstrom 14 des Kühlkreises 100 der Verbrennungskraftmaschine 101 integriert. Die Verteilereinrichtung 50 ist in 2 und 3 in jeweiligen schematischen Schnittdarstellungen einzeln und vergrößert dargestellt.
• Der Kühlmittelstrom 14 tritt vorliegend aus dem Kühlkreis 100 der Verbrennungskraftmaschine 101 im Bereich des Zylinderkopfes 102 aus und strömt dann in Richtung der Verteilereinrichtung 50.
• Die Verteilereinrichtung 50 umfasst ein Verteilergehäuse 60, welches einen ersten Gehäuseinnenraum 62 der Verteilereinrichtung 50 und einen zweiten Gehäuseinnenraum 63 der Verteilereinrichtung 50 umschließt.
• Die Verteilereinrichtung 50 weist mehrere Kühlmitteleintritte 72, 80, 84 und mehrere Kühlmittelaustritte 74, 76, 78 auf, welche jeweils als sich durch das Verteilergehäuse 60 erstreckende Durchgangsöffnungen ausgebildet sein können.
• Der Kühlmitteleintritt 84 dient zum Einleiten des aus Richtung der Verbrennungskraftmaschine 101 bzw. des Zylinderkopfes 102 strömenden Kühlmittelstroms 14 in den ersten Gehäuseinnenraum 62.
• Der Kühlmittelaustritt 74 dient zum Ausleiten eines Kühlmittelteilstromes KM1 aus dem ersten Gehäuseinnenraum 62. Der Kühlmittelteilstrom KM1 kann beispielsweise einem Retarder zugeführt werden, um als Betriebsmittel des Redarders zu dienen. In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform kann der Kühlmittelteilstrom KM1 einem, einem Retarder 92 zugeordneten Retarder-Kühler zugeführt werden, um den Retarder 92 zu kühlen, wobei der dem Retarder-Kühler zugeführte Kühlmittelteilstrom KM1 als im Vergleich zum Kühlmittelteilstrom KM1 wärmerer Kühlmittelteilstrom KM2 aus dem Retarder-Kühler austritt. Der aus dem Retarder-Kühler austretende Kühlmittelteilstrom KM2 kann über den Kühlmitteleintritt 72 in den zweiten Gehäuseinnenraum 63 eingeleitet werden.
• Ein aus dem Kühlkreis 100 der Verbrennungskraftmaschine 101 austretender Kühlmittelstrom KM3 wird einem, dem Kraftwagen zugeordneten Medien-Wärmeübertrager 20, welcher vorliegend als Abgaskühler (AGR-Kühler) ausgebildet ist, zugeführt, um eine bedarfsgerechte Kühlung von Abgas zu bewirken. Der Kühlmittelstrom KM3 strömt über den Kühlmitteleintritt 80 in den ersten Gehäuseinnenraum 62 ein.
• Der Kühlmittelaustritt 76 dient zum Ausleiten eines weiteren Kühlmittelteilstroms KM4 aus dem zweiten Gehäuseinnenraum 63. Der Kühlmittelaustritt 78 dient vorliegend zum Ausleiten eines weiteren Kühlmittelteilstroms KM5 aus dem zweiten Gehäuseinnenraum 63. Der Kühlmittelteilstrom KM4 wird einem Fahrzeugkühler 98 des Kraftwagens zur Kühlung von Luft zugeführt. Der Kühlmittelteilstrom KM5 strömt hingegen durch einen Bypass 99. Die Kühlmittelteilströme KM4, KM5 werden an einem Kühlmittel-Regelventil 97 zusammengeführt und durch eine Kühlmittelpumpe 95 zunächst durch einen Öl-Wasser-Wärmetauscher 93 und von dort in Richtung der Verbrennungskraftmaschine 101 gefördert. Zusammen mit den Kühlmittelteilströmen KM4, KM5 wird auch vom Kühlkreis 100 der Verbrennungskraftmaschine 101 durch einen Zusatzverbraucher 91 strömendes Kühlmittel mittels der Kühlmittelpumpe 95 durch den Öl-Wasser-Wärmetauscher 93 und von dort zurück in Richtung der Verbrennungskraftmaschine 101 gefördert. Der Zusatzverbraucher 91 kann beispielsweise als Luftverdichter ausgebildet sein.
• Die Verteilereinrichtung 50 umfasst vorliegend ein Regelelement 52, über welches die Gehäuseinnenräume 62, 63 kühlmittelleitend miteinander verbunden sind und welches dazu ausgebildet ist, eine Aufteilung des Kühlmittelstroms 14 zumindest auf die jeweiligen Kühlmittelaustritte 74, 76 zu regeln.
• Darüber hinaus kann mittels des Regelelements 52 beispielsweise die Aufteilung des Kühlmittelstroms 14 auf den Kühlmittelaustritt 78 geregelt werden.
• Das Regelelement 52 zur Regelung der Aufteilung des Kühlmittelstroms 14 ist vorliegend als regelbare Blende ausgebildet, wie insbesondere in 3 und 4 erkennbar ist. Das in 1 und in 2 jeweils lediglich symbolisch dargestellte Regelelement 52 kann generell auch als Schieberelement ausgebildet sein, was vorliegend jedoch nicht weiter gezeigt ist.
• Stattdessen ist in 3 und 4 eine Variante des Regelelements 52 gezeigt, in welcher das Regelelement 52 nach Art einer Irisblende ausgebildet ist.
• Das Regelelement 52 weist eine Mehrzahl an verstellbaren Lamellen 56 auf, durch deren Verstellung eine Öffnungsweite, also mit anderen Worten ein Öffnungsdurchmesser, einer Durchgangsöffnung 54 des Regelelements 52 einstellbar ist. Durch geregelte Verstellung der Öffnungsweite kann die Aufteilung des Kühlmittelstroms 14 in die aus den jeweiligen Kühlmittelaustritten 74, 76, 78 austretenden Kühlmittelteilströme KM1, KM4, KM5 geregelt werden.
• Durch die Möglichkeit die Durchgangsöffnung 54 des Regelelements 52 variabel zu verstellen, kann eine kontinuierliche Anpassung einer Durchflussmenge des Kühlmittels durch die Durchgangsöffnung 54 hindurch und somit eines Auslegungspunktes erfolgen. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Steuerung der Kühlmittelströme je nach Anforderung. Insbesondere kann eine Durchflussregelung des Kühlmittels in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine 101 beispielsweise über ein Kennfeld angesteuert werden. Außerdem lassen sich verschiedene Applikationen in unterschiedlichen Fahrzeugen und mit unterschiedlichen Kühlkreiskomponente mittels derselben Verteilereinrichtung 50 darstellen. Die Nutzung eines solchen Gleichteils für unterschiedliche Anwendungen führt zu einer Reduzierung der Teile-Varianz bei gleichzeitig verbesserter Regelung des Kühlmittelkreislaufes. Die variable Verstellung der Blendenöffnung kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.
• Bezugszeichenliste

10

Kühlmittelkreislauf

14

Kühlmittelstrom

20

Medien-Wärmeübertrager

50

Verteilereinrichtung

52

Regelelement

54

Durchgangsöffnung

56

Lamelle

60

Verteilergehäuse

62

Gehäuseinnenraum

63

Gehäuseinnenraum

72

Kühlmitteleintritt

74

Kühlmittelaustritt

76

Kühlmittelaustritt

78

Kühlmittelaustritt

80

Kühlmitteleintritt

84

Kühlmitteleintritt

91

Zusatzverbraucher

92

Retarder

93

Öl-Wasser-Wärmetauscher

95

Kühlmittelpumpe

97

Kühlmittel-Regelventil

98

Fahrzeugkühler

99

Bypass

100

Kühlkreis

101

Verbrennungskraftmaschine

102

Zylinderkopf

KM1

Kühlmittelteilstrom

KM2

Kühlmittelteilstrom

KM3

Kühlmittelteilstrom

KM4

Kühlmittelteilstrom

KM5

Kühlmittelteilstrom

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102016012707 A1 [0002]

Claims (3)

1. Verteilereinrichtung (50) für einen Kühlmittelstrom (14) eines Kühlkreises (100) für eine Verbrennungskraftmaschine (101), mit einem, einen ersten Gehäuseinnenraum (62) und einen, mit dem ersten Gehäuseinnenraum (62) verbundenen zweiten Gehäuseinnenraum (63) umschließenden Verteilergehäuse (60), mit zumindest einem Kühlmitteleintritt (84) zum Einleiten des Kühlmittelstroms (14) in den ersten Raum (62), mit einem Kühlmittelaustritt (74) zum Ausleiten zumindest eines Kühlmittelteilstroms (KM1) aus dem ersten Gehäuseinnenraum (62), und mit zumindest einem weiteren Kühlmittelaustritt (76) zum Ausleiten zumindest eines weiteren Kühlmittelteilstroms (KM4) aus dem zweiten Gehäuseinnenraum (63), dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilereinrichtung (50) ein Regelelement (52) umfasst, über welches die Gehäuseinnenräume (62, 63) miteinander verbunden sind und welches dazu ausgebildet ist, eine Aufteilung des Kühlmittelstroms (14) auf die jeweiligen Kühlmittelaustritte (74, 76) zu regeln.
2. Verteilereinrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelelement (52) zur Regelung der Aufteilung des wenigstens einen Kühlmittelstroms (14) als regelbare Blende ausgebildet ist.
3. Verteilereinrichtung (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelelement (52) nach Art einer Irisblende oder als Schieberelement ausgebildet ist.

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