DE102020201350A1 - Assembly for a cooling system of a motor vehicle with a heat exchanger, a control valve and an actuating device - Google Patents
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Abstract
Eine Baugruppe (12) für ein Kühlsystem (1) eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Wärmetauscher (13), ein Steuerventil (16) und eine Stellvorrichtung (18). Diese Baugruppe (12) ist gekennzeichnet durch- einen ersten Anschlussstutzen (24) und einen zweiten Anschlussstutzen (25), die fluidleitend mit einer ersten Wärmetauschseite des Wärmetauschers (13) verbunden sind, und- einen dritten Anschlussstutzen (26), der fluidleitend mit einer zweiten Wärmetauschseite des Wärmetauschers (13) verbunden ist, und- eine Verbindungsleitung (22), die die zweite Wärmetauschseite des Wärmetauschers (13) fluidleitend mit einer ersten Steueröffnung (23) des Steuerventils (16) verbindet.An assembly (12) for a cooling system (1) of a motor vehicle comprises a heat exchanger (13), a control valve (16) and an actuating device (18). This assembly (12) is characterized by a first connection piece (24) and a second connection piece (25), which are fluidly connected to a first heat exchange side of the heat exchanger (13), and - a third connection piece (26) which is fluidly connected to a second heat exchange side of the heat exchanger (13) is connected, and a connecting line (22) which fluidly connects the second heat exchange side of the heat exchanger (13) to a first control opening (23) of the control valve (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Wärmetauscher, einem Steuerventil und einer Stellvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kühlsystem mit einer solchen Baugruppe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Kühlsystem.The invention relates to an assembly for a cooling system of a motor vehicle with a heat exchanger, a control valve and an actuating device. The invention further relates to a cooling system with such an assembly and a motor vehicle with a corresponding cooling system.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann dabei insbesondere ein Hochtemperatur-Teilsystem, in dem ein Kühlmittel zirkulieren kann, für das zumindest zeitweise eine relativ hohe Kühlmittelbetriebstemperatur vorgesehen ist, sowie ein Niedertemperatur-Teilsystem, in dem ein Kühlmittel zirkulieren kann, für das zumindest zeitweise eine im Vergleich zu dem Kühlmittel des Hochtemperatur-Teilsystems relativ niedrige Kühlmittelbetriebstemperatur vorgesehen ist, umfassen.The cooling system according to the invention can in particular be a high-temperature subsystem in which a coolant can circulate, for which at least temporarily a relatively high coolant operating temperature is provided, as well as a low-temperature subsystem in which a coolant can circulate, for which at least temporarily one in comparison to the coolant of the high-temperature subsystem is provided with a relatively low coolant operating temperature.
„Hochtemperatur“ wird im Folgenden auch mit HT und „Niedertemperatur“ mit NT abgekürzt.In the following, “high temperature” is also abbreviated to HT and “low temperature” to NT.
Ein solches Kühlsystem ist beispielsweise aus der
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei einem Kühlsystem, das ein HT-Teilsystem und ein NT-Teilsystem umfasst, diese Teilsysteme in vorteilhafter Weise derart zu koppeln, dass bedarfsweise ein Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel, das in dem HT-Teilsystem strömt, und dem Kühlmittel, das in dem NT-Teilsystem strömt, möglich ist.The invention was based on the object, in a cooling system that comprises an HT subsystem and an LT subsystem, to couple these subsystems in an advantageous manner in such a way that, if necessary, a heat transfer between the coolant flowing in the HT subsystem and the Coolant that flows in the LT subsystem is possible.
Diese Aufgabe wird mittels eines Kühlsystems gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst. Eine die Kopplung zwischen den Teilsystemen eines solchen Kühlsystems in vorteilhafter Weise ermöglichende Baugruppe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Baugruppe und des erfindungsgemäßen Kühlsystems sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved by means of a cooling system according to
Erfindungsgemäß ist eine Baugruppe für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das zumindest einen Wärmetauscher, ein Steuerventil und eine Stellvorrichtung umfasst. Weiterhin umfasst die Baugruppe
- - einen ersten Anschlussstutzen und einen zweiten Anschlussstutzen, die fluidleitend mit einer ersten Wärmetauschseite des Wärmetauschers verbunden sind,
- - einen dritten Anschlussstutzen, der fluidleitend mit einer zweiten Wärmetauschseite des Wärmetauschers verbunden ist, und
- - eine Verbindungsleitung, die die zweite Wärmetauschseite des Wärmetauschers fluidleitend mit einer ersten Steueröffnung des Steuerventils verbindet.
- - A first connection piece and a second connection piece, which are fluidly connected to a first heat exchange side of the heat exchanger,
- - A third connection piece which is fluidly connected to a second heat exchange side of the heat exchanger, and
- - A connecting line which connects the second heat exchange side of the heat exchanger in a fluid-conducting manner to a first control opening of the control valve.
Als „Baugruppe“ wird dabei ein zusammenhängender, als Einheit handhabbarer Gegenstand verstanden, der zumindest aus den genannten Komponenten besteht. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass sämtliche der dazugehörigen Komponenten starr miteinander verbunden sind.An “assembly” is understood to be a coherent object that can be handled as a unit and consists of at least the named components. It can preferably be provided that all of the associated components are rigidly connected to one another.
Eine erfindungsgemäße Baugruppe ermöglicht in vorteilhafter Weise, insbesondere gut handhabbar und damit vorteilhaft montierbar sowie mit einem relativ geringen Bauraumbedarf, eine Koppelung zwischen einem HT-Teilsystem eines erfindungsgemäßen Kühlsystems, das vorzugsweise auch einen Verbrennungsmotor integrieren kann, und einem NT-Teilsystem zu realisieren, wobei mittels des Wärmetauschers der Baugruppe ein Wärmeübergang zwischen einem in dem HT-Teilsystem strömenden HT-Kühlmittel und einem in dem NT-Teilsystem strömenden NT-Kühlmittel möglich ist, ohne dass es dabei zu einem Austausch beziehungsweise zu einem Vermischen der verschiedenen Kühlmittel dieser Teilsysteme kommt.An assembly according to the invention makes it possible in an advantageous manner, particularly easy to handle and thus advantageously assemble and with a relatively small space requirement, to implement a coupling between an HT subsystem of a cooling system according to the invention, which can preferably also integrate an internal combustion engine, and an NT subsystem, whereby By means of the heat exchanger of the assembly, a heat transfer between an HT coolant flowing in the HT subsystem and an LT coolant flowing in the LT subsystem is possible without the different coolants of these subsystems being exchanged or mixed.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe kann diese zudem
- - einen vierten Anschlussstutzen, der fluidleitend mit einer zweiten Steueröffnung des Steuerventils verbunden ist, und
- - einen fünften Anschlussstutzen, der fluidleitend mit einer dritten Steueröffnung des Steuerventils verbunden ist,
- - eine erste Ventilstellung bringbar ist, in der eine Fluidströmung von der zweiten Steueröffnung in die dritte Steueröffnung freigegeben ist und eine Fluidströmung durch die erste Steueröffnung unterbunden ist; und
- - eine zweite Ventilstellung bringbar ist, in der eine Fluidströmung von der ersten Steueröffnung in die dritte Steueröffnung freigegeben ist und eine Fluidströmung durch die zweite Steueröffnung unterbunden ist.
- - A fourth connection piece which is fluidly connected to a second control opening of the control valve, and
- - A fifth connection piece which is fluidly connected to a third control opening of the control valve,
- a first valve position can be brought into which a fluid flow from the second control opening into the third control opening is released and a fluid flow through the first control opening is prevented; and
- - a second valve position can be brought into which a fluid flow from the first control opening into the third control opening is released and a fluid flow through the second control opening is prevented.
Dadurch kann eine vorteilhafte Durchströmung des Kühlsystems mittels einer relativ geringen Anzahl an Ventilstellungen und insbesondere mittels ausschließlich dieser zwei Ventilstellungen realisiert werden. Zusätzliche Ventilzwischenstellungen können jedoch ebenfalls vorteilhaft vorgesehen sein.As a result, an advantageous flow through the cooling system can be realized by means of a relatively small number of valve positions and in particular by means of only these two valve positions. However, additional intermediate valve positions can also be advantageously provided.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe kann diese eine Bypassleitung umfassen, die den dritten Anschlussstutzen fluidleitend mit einer vierten Steueröffnung des Steuerventils verbindet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung einer solchen erfindungsgemäßen Baugruppe kann dann noch vorgesehen sein, dass das Steuerventil mittels der Stellvorrichtung zudem in eine dritte Ventilstellung bringbar ist, in der eine Fluidströmung von der vierten Steueröffnung in die dritte Steueröffnung freigegeben ist und eine Fluidströmung durch die erste Steueröffnung und vorzugsweise auch durch die zweite Steueröffnung unterbunden ist. Dies ermöglicht, einen Wärmeübergang zwischen den Kühlmitteln des HT-Teilsystems und des NT-Teilsystems lediglich bedarfsweise vorzusehen, in dem mittels des Bypasses eine Durchströmung des Wärmetauschers mittels des NT-Kühlmittels verhindert werden kann. Gemäß einer weiterhin bevorzugten Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit Bypassleitung kann zudem vorgesehen sein, dass in der ersten Ventilstellung und/oder das in der zweiten Ventilstellung des Steuerventils eine Fluidströmung auch durch die vierte Steueröffnung unterbunden ist. Auch damit kann mittels der Baugruppe eine vorteilhafte Steuerung von Kühlmittelströmen in einem entsprechenden erfindungsgemäßen Kühlsystem realisiert werden.According to a preferred embodiment of an assembly according to the invention, it can comprise a bypass line which connects the third connection piece in a fluid-conducting manner to a fourth control opening of the control valve. According to an advantageous development of such an assembly according to the invention, it can then be provided that the control valve can also be brought into a third valve position by means of the actuating device, in which a fluid flow from the fourth control opening into the third control opening is enabled and a fluid flow through the first control opening and is preferably also prevented by the second control opening. This makes it possible to provide a heat transfer between the coolants of the HT subsystem and the LT subsystem only as required, in which the LT coolant can be used to prevent the LT coolant from flowing through the heat exchanger. According to a further preferred development of an assembly according to the invention with a bypass line, it can also be provided that in the first valve position and / or in the second valve position of the control valve a fluid flow is also prevented through the fourth control opening. In this way, too, an advantageous control of coolant flows in a corresponding cooling system according to the invention can be implemented by means of the assembly.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems, die ebenfalls eine vorteilhafte Steuerung von Kühlmittelströmen in dem Kühlsystem ermöglicht, kann vorgesehen sein, dass der erste Anschlussstutzen und der zweite Anschlussstutzen in das HT-Teilsystem integriert sind und zumindest der dritte, vorzugsweise auch der vierte und fünfte Anschlussstutzen (sofern vorgesehen) in das NT-Teilsystem integriert sind. Dabei kann dann insbesondere eine Anordnung
- - des ersten Anschlussstutzens (vorzugsweise unmittelbar) stromab eines in das HT-Teilsystem integrierten AGR-Kühlers und/oder
- - des zweiten Anschlussstutzens (vorzugsweise unmittelbar) stromauf einer in das HT-Teilsystem integrierten HT-Kühlmittelpumpe und/oder
- - des dritten Anschlussstutzens (vorzugsweise unmittelbar) stromab einer in das NT-Teilsystem integrierten NT-Kühlmittelpumpe und/oder
- - des vierten Anschlussstutzens (vorzugsweise unmittelbar) stromab eines in das NT-Teilsystem integrierten NT-Kühlmittelkühlers und/oder
- - des fünften Anschlussstutzens (vorzugsweise unmittelbar) stromauf eines in das NT-Teilsystem integrierten Ladeluftkühlers vorgesehen sein.
- - The first connection piece (preferably directly) downstream of an EGR cooler integrated into the HT subsystem and / or
- - The second connection piece (preferably directly) upstream of an HT coolant pump integrated into the HT subsystem and / or
- - The third connection piece (preferably directly) downstream of an LT coolant pump integrated into the LT subsystem and / or
- - The fourth connection piece (preferably directly) downstream of an LT coolant cooler integrated into the LT subsystem and / or
- - The fifth connection piece (preferably directly) can be provided upstream of a charge air cooler integrated into the LT subsystem.
Als „Kühlmittelkühler“ wird erfindungsgemäß ein Wärmetauscher verstanden, in dem ein Wärmeübergang von Kühlmittel auf Umgebungsluft mit dem primären oder ausschließlichen Zweck einer Kühlung des Kühlmittels realisierbar ist.According to the invention, a “coolant cooler” is understood to mean a heat exchanger in which a heat transfer from coolant to ambient air can be implemented with the primary or exclusive purpose of cooling the coolant.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass eine erfindungsgemäße Baugruppe ein den Wärmetauscher und/oder das Steuerventil und/oder die Stellvorrichtung, vorzugsweise sämtliche dieser Komponenten, aufnehmendes, gegebenenfalls mehrteiliges Hauptgehäuse aufweist, das die strukturelle Integrität beziehungsweise den strukturellen Zusammenhalt dieser Komponenten gewährleistet. Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass das Hauptgehäuse den ersten Anschlussstutzen und/oder den zweiten Anschlussstutzen und/oder den dritten Anschlussstutzen und/oder den vierten Anschlussstutzen (sofern vorhanden) und/oder den fünften Anschlussstutzen (sofern vorhanden) und/oder die Verbindungsleitung und/oder die Bypassleitung (sofern vorhanden), besonders bevorzugt sämtliche der vorgesehenen, fluidleitenden Elemente, (integral) ausbildet. Dies ermöglicht im Vergleich zu einer separaten Ausbildung dieser fluidleitenden Elemente eine möglichst einfache und schnelle Montage der Baugruppe, weil die individuelle Verbindung dieser fluidleitenden Elemente mit anderen Elementen/Komponenten der Baugruppe entfallen kann.It can preferably be provided that an assembly according to the invention has an optionally multi-part main housing which accommodates the heat exchanger and / or the control valve and / or the actuating device, preferably all of these components, and which ensures the structural integrity or structural cohesion of these components. It can furthermore preferably be provided that the main housing has the first connection stub and / or the second connection stub and / or the third connection stub and / or the fourth connection stub (if present) and / or the fifth connection stub (if present) and / or the connecting line and / or the bypass line (if present), particularly preferably all of the fluid-conducting elements provided, forms (integrally). Compared to a separate design of these fluid-conducting elements, this enables the assembly of the assembly to be assembled as simply and quickly as possible, because the individual connection of these fluid-conducting elements to other elements / components of the assembly can be dispensed with.
Gemäß einer Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher und/oder das Steuerventil und/oder die Stellvorrichtung (jeweils) ein Einzelgehäuse aufweisen, wobei das oder diese Einzelgehäuse miteinander und/oder (insbesondere direkt) mit dem Gesamtgehäuse (sofern vorhanden) verbunden ist/sind. Dies kann Vorteile hinsichtlich der Fertigung dieser Komponenten und auch hinsichtlich der Montage der Baugruppe aufweisen. Alternativ dazu kann das Gesamtgehäuse jedoch auch als Gehäuse für einen Wärmetauscherkern, d.h. für die Gesamtheit der von den verschiedenen Fluiden/Kühlmitteln durchströmbaren und für einen Wärmetausch miteinander in Kontakt stehenden Elemente des Wärmetauschers, dienen. Ebenso kann das Gesamtgehäuse einen Steuerraum des Steuerventils ausbilden, in dem ein mittels der Stellvorrichtung verstellbarer, d.h. insbesondere verschiebbarer und/oder drehbarer Ventilkörper angeordnet ist. Zudem kann das Gesamtgehäuse der lagernden Aufnahme eines Antriebselements der Stellvorrichtung, insbesondere eines elektrischen Servomotors und gegebenenfalls auch eines Getriebes, dienen.According to one embodiment of an assembly according to the invention, it can be provided that the heat exchanger and / or the control valve and / or the actuating device (each) have an individual housing, the individual housing or housings with one another and / or (in particular directly) with the overall housing (if present) is / are connected. This can have advantages with regard to the manufacture of these components and also with regard to the assembly of the assembly. As an alternative to this, however, the overall housing can also serve as a housing for a heat exchanger core, ie for all of the elements of the heat exchanger through which the various fluids / coolants can flow and which are in contact with one another for heat exchange. Likewise, the overall housing can form a control chamber of the control valve, in which a control device by means of the actuating device adjustable, ie in particular displaceable and / or rotatable valve body is arranged. In addition, the overall housing can serve to support a drive element of the actuating device, in particular an electric servo motor and possibly also a transmission.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem. Dabei kann der vorzugsweise vorgesehene, dann in das HT-Teilsystem des Kühlsystems integrierte Verbrennungsmotor insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.The invention also relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based and not rail-bound motor vehicle (preferably a car or a truck), with a cooling system according to the invention. The internal combustion engine, which is preferably provided and then integrated into the HT subsystem of the cooling system, can be provided in particular for (direct or indirect) provision of drive power for the motor vehicle.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 : ein erfindungsgemäßes Kühlsystem; -
2 : eine erfindungsgemäße Baugruppe in einer Ansicht von vorne; und -
3 : die Baugruppe in einer Ansicht von hinten.
-
1 : a cooling system according to the invention; -
2 : an assembly according to the invention in a view from the front; and -
3 : the assembly in a view from the rear.
Die
In das HT-Teilsystem
Das HT-Teilsystem
In das NT-Teilsystem
Eine detailliertere Darstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe
Das Einzelgehäuse
Das Einzelgehäuse
Das Einzelgehäuse
In Abhängigkeit von einer mittels der Stellvorrichtung
Das Steuerventil
Das Steuerventil
Und schließlich kann das Steuerventil
Grundsätzlich können eine beliebige Anzahl an Zwischenstellungen zwischen der ersten und der zweiten Ventilstellung und/oder zwischen der zweiten und der dritten Ventilstellung und/oder zwischen der ersten und der dritten Ventilstellung vorgesehen sein, so dass auch eine beliebige Aufteilung von Kühlmittel für eine gleichzeitige Durchströmung des NT-Kühlmittelkühlers
Die Anschlussstutzen
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform eines Kühlsystems gemäß der
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform einer Baugruppe gemäß den
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KühlsystemCooling system
- 22
- HT-Teilsystem des KühlsystemsHT subsystem of the cooling system
- 33
- NT-Teilsystem des KühlsystemsLT subsystem of the cooling system
- 44th
- erste HT-Kühlmittelpumpefirst HT coolant pump
- 55
- zweite HT-Kühlmittelpumpesecond HT coolant pump
- 66th
- NT-KühlmittelpumpeLT coolant pump
- 77th
- HeizungswärmetauscherHeating heat exchanger
- 88th
- AGR-KühlerEGR cooler
- 99
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 1010
- Zylinderkopf des VerbrennungsmotorsCylinder head of the internal combustion engine
- 1111
- Kurbelgehäuse des VerbrennungsmotorsInternal combustion engine crankcase
- 1212th
- Baugruppemodule
- 1313th
- Wärmetauscher der BaugruppeHeat exchanger of the assembly
- 1414th
- KühlmittelverteilmodulCoolant distribution module
- 1515th
- NT-KühlmittelkühlerLT coolant cooler
- 1616
- Steuerventil der BaugruppeControl valve of the assembly
- 1717th
- LadeluftkühlerIntercooler
- 1818th
- StellvorrichtungAdjusting device
- 1919th
- Einzelgehäuse des WärmetauscherSingle housing of the heat exchanger
- 2020th
- Einzelgehäuse des SteuerventilsSingle housing of the control valve
- 2121
- Einzelgehäuse der StellvorrichtungIndividual housing of the actuating device
- 2222nd
- Verbindungsleitung der BaugruppeConnection line of the assembly
- 2323
- erste Steueröffnung des Steuerventilsfirst control opening of the control valve
- 2424
- erster Anschlussstutzen der Baugruppefirst connection piece of the assembly
- 2525th
- zweiter Anschlussstutzen der Baugruppesecond connection piece of the assembly
- 2626th
- dritter Anschlussstutzen der Baugruppethird connection piece of the assembly
- 2727
- vierter Anschlussstutzen der Baugruppefourth connection piece of the assembly
- 2828
- zweite Steueröffnung des Steuerventilssecond control opening of the control valve
- 2929
- fünfter Anschlussstutzen der Baugruppefifth connection piece of the assembly
- 3030th
- dritte Steueröffnung des Steuerventilsthird control opening of the control valve
- 3131
- BypassleitungBypass line
- 3232
- vierte Steueröffnung des Steuerventilsfourth control opening of the control valve
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- WO 2008/080872 A1 [0004]WO 2008/080872 A1 [0004]
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