-
EINLEITUNG
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet von Fahrzeugkühlsystemen und insbesondere ein Kühlmitteldruckregelsystem für ein Fahrzeug.
-
Fahrzeuge sind auf ein Kühlmittelsystem angewiesen, um die Betriebstemperaturen des Innenmotors in einem größeren Temperaturbereich zu regeln. Kühlmittelsysteme beinhalten typischerweise eine Pumpe, die einen Kühlmittelstrom durch Kanäle antreibt, die in einem Motorblock und/oder einem Zylinderkopf ausgebildet sind. Nach dem Verlassen des Motorblocks und/oder des Zylinderkopfes strömt das Kühlmittel durch einen Kühler und passiert in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem Luftstrom. In den meisten Fällen beinhaltet der Kühler eine Druckentlastungskappe, die sich öffnet, wenn das Kühlmittel einen vorgegebenen Druckschwellenwert erreicht. Die Druckbegrenzungskappe stellt sicher, dass das Kühlmittel einen Ausgestaltungsdruck des Systems nicht überschreitet.
-
Je höher die Temperatur des Kühlmittels, desto weniger Wärmeaustausch wird erreicht. Das Kühlmittel darf nur eine bestimmte Menge Wärme aus dem Motor aufnehmen. Wenn eine Temperatur des Kühlmittels ansteigt, wird die Menge an Wärme, die aufgenommen werden kann, reduziert. Als Kühlmittel wurden verschiedene Flüssigkeiten verwendet. Flüssigkeiten mit höheren Siedepunkten sind in der Lage, mehr Wärme aufzunehmen. Es ist wünschenswert, das Kühlmittel auf vom Siedepunkt weit entfernten Temperaturen zu halten, um die Wärmeaustauschfähigkeit zu erhöhen. Daher wäre die Industrie offen für Systeme, die den Siedepunkt von den Betriebstemperaturen in einem Fahrzeug weit entfernen.
-
KURZDARSTELLUNG
-
In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Kühlmitteldruckregelsystem einen Kühlmittelkreislauf und einen unter Druck stehenden Fluidkreislauf, der selektiv mit dem Kühlmittelkreislauf fluidisch verbunden ist. Der unter Druck stehende Fluidkreislauf beinhaltet eine Pumpe, die funktionsfähig ist, um einen Kühlmitteldruck im Kühlmittelkreislauf selektiv zu erhöhen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Druckdifferenzventil mit dem unter Druck stehenden Fluidkreislauf stromabwärts der Pumpe fluidisch verbunden, wobei das Druckdifferenzventil einen Einlass und einen Auslass beinhaltet, wobei das Druckdifferenzventil öffnet, wenn der Fluiddruck am Einlass den Fluiddruck am Auslass überschreitet.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Einwegventil zwischen der Pumpe und dem Druckdifferenzventil angeordnet, wobei das Einwegventil einen Fluidstrom von der Pumpe zum Druckdifferenzventil ermöglicht.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Ausgleichsbehälter fluidisch mit dem Auslass des Druckdifferenzventils verbunden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Druckdifferenzventil ein Flüssigkeitssperrventil angeordnet, wobei das Flüssigkeitssperrventil verhindert, dass Flüssigkeit vom Ausgleichsbehälter zum Auslass des Druckdifferenzventils gelangt.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Überdruckventil zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Auslass des Druckdifferenzventils angeordnet.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Überdruckventil fluidisch mit einem Einlass der Pumpe verbunden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Kühlmitteldrucksensor funktionsfähig mit dem Ausgleichsbehälter und dem Druckdifferenzventil verbunden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Druckdifferenzventil ein elektronisches Stellglied, das in der Lage ist, die Pumpe und den Ausgleichsbehälter basierend auf den Signalen des Kühlmitteldrucksensors fluidisch zu verbinden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der Ausgleichsbehälter eine Membran, die eine Barriere bildet, die Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf vom Druckdifferenzventil isoliert.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst die Pumpe einen Verdichterabschnitt einer Turbine.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Fahrzeug eine Karosserie mit einem Fahrgastraum, einer in der Karosserie getragenen Antriebsmaschine und einem Kühlmitteldruckregelsystem mit einem Kühlmittelkreislauf, der fluidisch mit der Antriebsmaschine verbunden ist. Ein unter Druck stehender Fluidkreislauf ist selektiv fluidisch mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden. Der unter Druck stehende Fluidkreislauf beinhaltet eine Pumpe, die funktionsfähig ist, um einen Kühlmitteldruck im Kühlmittelkreislauf selektiv zu erhöhen.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Druckdifferenzventil mit dem unter Druck stehenden Fluidkreislauf stromabwärts der Pumpe fluidisch verbunden, wobei das Druckdifferenzventil einen Einlass und einen Auslass beinhaltet, wobei das Druckdifferenzventil öffnet, wenn der Fluiddruck am Einlass den Fluiddruck am Auslass überschreitet.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Ausgleichsbehälter fluidisch mit dem Auslass des Druckdifferenzventils verbunden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Druckdifferenzventil ein Flüssigkeitssperrventil angeordnet, wobei das Flüssigkeitssperrventil verhindert, dass Flüssigkeit vom Ausgleichsbehälter zum Auslass des Druckdifferenzventils gelangt.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Überdruckventil zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Auslass des Druckdifferenzventils angeordnet.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Überdruckventil fluidisch mit einem Einlass der Pumpe verbunden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist ein Kühlmitteldrucksensor funktionsfähig mit dem Ausgleichsbehälter und dem Druckdifferenzventil verbunden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst das Druckdifferenzventil ein elektronisches Stellglied, das in der Lage ist, die Pumpe und den Ausgleichsbehälter basierend auf den Signalen des Kühlmitteldrucksensors fluidisch zu verbinden.
-
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der Ausgleichsbehälter eine Membran, die eine Barriere bildet, die Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf vom Druckdifferenzventil isoliert.
-
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
-
Figurenliste
-
Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen das Folgende gilt:
- 1 stellt ein Fahrzeug mit einem Kühlmitteldruckregelsystem gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels dar;
- 2 stellt ein Kühlmitteldruckregelsystem gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels dar;
- 3 stellt ein Kühlmitteldruckregelsystem gemäß einem anderen Aspekt eines Ausführungsbeispiels dar;
- 4 stellt ein Kühlmitteldruckregelsystem, gemäß einem weiteren Aspekt eines Ausführungsbeispiels dar;
- 5 stellt ein Kühlmitteldruckregelsystem, gemäß noch einem weiteren Aspekt eines Ausführungsbeispiels dar; und
- 6 stellt ein Kühlmitteldruckregelsystem, gemäß noch einem weiteren Aspekt eines Ausführungsbeispiels dar.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sei darauf hingewiesen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale in den jeweiligen Ansichten bezeichnen.
-
Ein Fahrzeug wird gemäß einer exemplarischen Ausführungsform in 1 im Allgemeinen bei 10 angezeigt. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Karosserie oder ein Fahrgestell 12, die zum Teil einen Fahrgastraum 14 definiert. Eine Antriebsmaschine 20 ist im Fahrgestell 12 angeordnet. Die Antriebsmaschine 20 kann die Form eines Motors 24 annehmen. Der Motor 24 kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich eines Verbrennungsmotors, eines Hybridmotors, eines Elektromotors oder Variationen derselben. Die Antriebsmaschine 20 ist funktionsfähig mit einem Getriebe 28 verbunden, das wiederum über eine Kardanwelle 32 mechanisch mit einem hinteren Differential- oder hinteren Antriebsmodul (RDM) 30 verbunden ist. RDM 30 überträgt die Kraft von der Antriebsmaschine 20 auf ein erstes Rad 34 durch eine erste Achse 35 und auf ein zweites Rad 36 durch eine zweite Achse 37. Obwohl als Hinterradantriebssystem dargestellt, ist zu verstehen, dass exemplarische Ausführungsformen auch Vorderradantriebssysteme und Allradantriebssysteme beinhalten.
-
Das Fahrzeug 10 beinhaltet ein Kühlsystem 40, das fluidisch mit der Antriebsmaschine 20 verbunden ist. Das Kühlsystem 40 beinhaltet einen Kühlmittelkreislauf 42, der einen Kühlmittelstrom (nicht dargestellt) führt, der von der Antriebsmaschine 20 durch ein Wärmetauschelement 44 wie beispielsweise einen Kühler 46 verläuft. Das Kühlmittel strömt von einem Auslass 60 der Antriebsmaschine 20 durch den Kühler 46 zurück in die Antriebsmaschine 20 über einen Einlass 62. Ein Einwegeventil 64 ist stromaufwärts des Einlasses 62 angeordnet, um einen Rückwärtsfluss zu verhindern. Das Kühlmittel kann beispielsweise von einer Wasserpumpe (ebenfalls nicht dargestellt) angetrieben werden, die funktionsfähig mit der Antriebsmaschine 20 verbunden ist.
-
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels beinhaltet das Fahrzeug 10 ein Kühlmitteldruckregelsystem 70, das fluidisch mit einem Turbolader oder Verdichter 80 ( 2) und dem Kühlmittelkreislauf 42 verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der Kühlmittelkreislauf 42 ein flüssiges Kühlmittel (nicht dargestellt) durch die Antriebsmaschine 20 zirkuliert, um die Betriebstemperaturen zu senken. Das Kühlmitteldruckregelsystem 70 erhöht selektiv den Druck des flüssigen Kühlmittels, das durch die Antriebsmaschine 20 fließt. Durch Erhöhen des Kühlmitteldrucks erhöht sich ein Siedepunkt des Kühlmittels, wodurch eine gesamte Wärmespeicherkapazität erhöht wird. Auf diese Weise kann das Kühlmittel während bestimmter ausgewählter Betriebsstufen mehr Wärme von der Antriebsmaschine 20 aufnehmen.
-
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet der Turbo 80 einen Verdichterabschnitt 82 und einen Turbinenabschnitt 84. Der Verdichterabschnitt 82 beinhaltet einen Einlass 88, der fluidisch mit einem Luftfilter 90 verbunden ist, und einen Auslass 92, der mit einem Ansaugkrümmer 94 der Antriebsmaschine 20 verbunden sein kann. In einer Ausführungsform kann der Auslass 92 mit dem Ansaugkrümmer 94 über einen Wasserladeluftkühler (WCAC) verbunden werden, der eine Temperatur des Fluids reduziert, das vom Verdichter 82 in die Antriebsmaschine 20 gelangt.
-
In einer Ausführungsform beinhaltet das Kühlmitteldruckregelsystem 70 einen unter Druck stehenden Fluidkreis 109, der mit dem Auslass 92 des Verdichterabschnitts 82 und dem Kühlmittelkreislauf 42 des Kühlsystems 40 fluidisch verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der unter Druck stehende Fluidkreislauf 109 einen Durchfluss von unter Druck stehendem Fluid verwendet, typischerweise in Form von Druckluft, die vom Verdichter 80 erzeugt wird, um einen Druck des durch den Kühlmittelkreislauf 42 strömenden flüssigen Kühlmittels selektiv einzustellen. Der unter Druck stehende Fluidkreislauf 109 beinhaltet einen ersten Leitungsabschnitt 114, der sich vom Ausgang 92 zu einem zweiten Leitungsabschnitt 116 über einen Einwegventil 118 erstreckt. Der zweite Leitungsabschnitt 116 verbindet sich fluidisch mit einem Druckdifferenzventil 120 mit einem Einlass 122, einem Auslass 124 und einer Umgebungsleitung 130. Der Einlass 122 ist mit dem zweiten Leitungsabschnitt 116 gekoppelt und der Auslass 124 ist über einen dritten Leitungsabschnitt 137 mit einem Ausgleichsbehälter 135 fluidisch verbunden. Die Umgebungsleitung 130 stellt Umgebungsdruckdaten an das Druckdifferenzventil 120 bereit.
-
Der dritte Leitungsabschnitt 137 trägt ein Flüssigkeitssperrventil 140, das die Form eines Kugelkäfigventils 142 annehmen kann. Das Flüssigkeitssperrventil 140 verhindert, dass Kühlmittel, das in Form einer Flüssigkeit vorliegen kann, im Ausgleichsbehälter 135 über den Auslass 124 zurück in das Druckdifferenzialventil 120 gelangt. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Ausgleichsbehälter 135 einen Druckbegrenzungsmechanismus 144. Der Druckbegrenzungsmechanismus ist auf Öffnen kalibriert, wenn der Druck im Ausgleichsbehälter 135 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Der unter Druck stehende Fluidkreislauf 109 beinhaltet einen vierten Leitungsabschnitt 146, der den Ausgleichsbehälter 135 mit dem Einlass 62 der Antriebsmaschine 20 fluidisch verbindet. Der vierte Leitungsabschnitt 146 verbindet sich mit dem Einlass 62 stromabwärts des Einwegventils 64.
-
Im Betrieb beinhaltet das Kühlmitteldruckregelsystem 70 mindestens zwei Betriebsarten. In einem ersten oder aktiven Modus wird unter Druck stehendes Fluid in Form von Druckluft in das Kühlmittelsystem 40 eingeleitet. Im ersten Modus befindet sich das Kühlmittel typischerweise nicht bei Betriebstemperaturen. Als solcher ist der Fluiddruck, z. B. Druckluft, im ersten Leitungsabschnitt 114 und am Einlass 122 des Druckdifferenzventils größer als der Fluiddruck am Auslass 124. Der Fluiddruck am Auslass 124 stellt einen Druck des flüssigen Kühlmittels dar. In diesem Zustand öffnet sich das Druckdifferenzventil 120, so dass Druckluft in den Ausgleichsbehälter 135 strömen kann, wodurch ein Druck des Kühlmittels im Kühlsystem 40 erhöht wird.
-
In einem zweiten Modus erwärmt sich das Kühlmittel und erhöht den Druck. Wenn der Druck am Auslass 124 im Wesentlichen gleich dem Druck am Einlass 122 und dem Druck im ersten Leitungsabschnitt 114 ist, schließt sich das Druckdifferenzventil 120 und lässt mehr Luft vom Verdichterabschnitt 82 in den Ansaugkrümmer 94 strömen, um die Betriebseffizienz zu verbessern.
-
Das Druckregelsystem 70 kann auch in einem dritten Modus betrieben werden, der in 3 veranschaulicht ist. In einer Ausführungsform beinhaltet das Druckregelsystem 70 auch ein Überdruckventil 154, das mit dem dritten Leitungsabschnitt 137 fluidisch verbunden ist. Das Überdruckventil 137 ist auf Öffnen kalibriert, wenn der Druck im dritten Leitungsabschnitt 137 am Auslass 124 größer als der Druck im zweiten Leitungsabschnitt 116 und ersten Leitungsabschnitt 114 ist. In diesem Modus entlädt das Druckregelsystem 70 den Druck auf beispielsweise den Verdichtereinlass 88.
-
Unter Bezugnahme auf 4, wird nun ein Druckdifferenzventil 160 gemäß einem weiteren exemplarischen Aspekt beschrieben. Das Druckdifferenzventil 160 nimmt die Form eines elektronischen Stellglieds 162 an, das als Reaktion auf ein ausgewähltes Drucksignal geöffnet und geschlossen wird. Das Druckdifferenzventil 160 beinhaltet einen Einlass 163, der mit dem zweiten Leitungsabschnitt 116 fluidisch verbunden ist und einen Auslass 164, der mit dem dritten Leitungsabschnitt 137 fluidisch verbunden ist. In einer Ausführungsform beinhaltet der Ausgleichsbehälter 135 einen Kühlmitteldrucksensor 165, der funktionsfähig mit dem elektronischen Stellgliedventil 162 verbunden ist. Der Kühlmitteldrucksensor 165 erfasst den Kühlmitteldruck im Ausgleichsbehälter 135.
-
Im Betrieb ändert das Druckdifferenzventil 160 die Position, z.B. Öffnen/Schließen, basierend auf dem im Ausgleichsbehälter 135 erfassten Kühlmitteldruck. So kann beispielsweise das Druckdifferenzventil 160 geöffnet werden, wenn der Kühlmitteldrucksensor 165 bestimmt, dass der Kühlmitteldruck unter einem vorgegebenen ausgewählten Schwellenwert des Verdichterauslassdrucks liegt.
-
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, um einen weiteren exemplarischen Aspekt des Kühlmitteldruckregelungssystems 70 zu beschreiben. Der Ausgleichsbehälter 135 ist mit einer Membran 180 versehen. Die Membran 180 trennt ein Innenvolumen (nicht gesondert gekennzeichnet) des Ausgleichsbehälters 135 in einen flüssigen Kühlmittelabschnitt 186 und einen Kühlmitteldruckabschnitt 187. Auf diese Weise kann der Verdichterabschnitt 82 einen Kühlmitteldruck im Kühlmittelkreislauf 42 erhöhen, ohne dass ein Flüssigkeitssperrventil erforderlich ist.
-
6 stellt ein Kühlmitteldruckregelsystem 187 gemäß einem anderen Aspekt dar. Anstatt einen Verdichterabschnitt eines Turboladers als Druckquelle zu verwenden, ist eine separate Pumpe 190 mit dem Ausgleichsbehälter 135 fluidisch verbunden. Die Pumpe 190 kann einen Einlass (nicht gesondert gekennzeichnet), der an den Luftfilter 90 angeschlossen ist, und einen Auslass (auch nicht gesondert gekennzeichnet), der an den Ausgleichsbehälter 135 angeschlossen ist, beinhalten Ein Kühlmitteldrucksensor 192 ist am Ausgleichsbehälter 135 vorgesehen und ist betreibbar, um einen Druck des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 42 zu erfassen. Zwischen der Pumpe 190 und dem Kühlmitteldrucksensor 192 kann eine Pumpensteuerung 194 angeschlossen werden. Die Pumpensteuerung 194 kann die Pumpe 190 aktivieren, wenn der Druck im Ausgleichsbehälter 135 einen vorgegebenen Wert relativ zum Ausgestaltungsdruck erreicht. Auf diese Weise funktioniert die Pumpensteuerung 194 als Differenzdruckventil ähnlich wie hierin beschrieben.
-
Die Begriffe „ungefähr“ und „wesentlich“ sollen den Fehlergrad einschließen, der mit der Messung der bestimmten Menge verbunden ist, basierend auf der Ausrüstung, die zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung verfügbar ist. So kann beispielsweise „ungefähr“ und „maßgeblich“ einen Bereich von ± 8 % oder 5 % oder 2 % eines gegebenen Wertes enthalten.
-
Während die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.
