DE10246807A1 - Kühlsystem, insbesondere für einen Kraftfahrzeugmotor mit indirekter Ladeluftkühlung - Google Patents

Kühlsystem, insbesondere für einen Kraftfahrzeugmotor mit indirekter Ladeluftkühlung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem mit einem Aggregatkühlkreislauf zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Aggregates, der eine Kühlmittelförderpumpe und einen Haupt-Kühlmittelkühler umfasst, einem Zusatzkühlkreislauf zur Kühlung eines Zusatzmediums, der an einer Auskoppelstelle vom Aggregatkühlkreislauf abzweigt und zu diesem an einer Einkoppelstelle zwischen dem Haupt-Kühlmittelkühler und der Kühlmittelförderpumpe zurückführt und einen Zusatz-Kühlmittelkühler beinhaltet, sowie Mitteln zur Kühlmitteltemperaturerfassung und Mitteln zur Regulierung des Kühlmittelflusses in Abhängigkeit von der erfassten Kühlmitteltemperatur. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Kühlmittelförderpumpe (5) hinsichtlich des zu fördernden Volumenstroms, der Förderleistung und/oder des Förderdrucks verstellbar. DOLLAR A Verwendung z. B. zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors mit gleichzeitiger indirekter Kühlung von Ladeluft, die dem Motor durch einen zugeordneten Abgasturbolader bereitgestellt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere auf ein Kühlsystem nach der Deutschen Patentanmeldung DE 102 15 262.4 . Derartige Kühlsysteme werden beispielsweise für Kraftfahrmotoren mit Turbolader eingesetzt, um mit dem Aggregatkühlkreislauf den Motor und mit dem Zusatzkühlkreislauf indirekt die Ladeluft zu kühlen, die für den Motor vom Turbolader bereitgestellt wird.
  • Eine solche Nutzanwendung eines Kühlsystems zur Motorkühlung und indirekten Ladeluftkühlung bei einem Kraftfahrzeug ist in dem Zeitschriftenaufsatz "Kühlmittelgekühlte Ladeluftkühler für Kraftfahrzeug-Motoren", MTZ Motortechnische Zeitschrift 61(2000)9, Seiten 592 bis 599 beschrieben. Beim dortigen System sind die Mittel zur Regulierung des Kühlmittelflusses über den Haupt-Kühlmittelkühler und die Mittel zur Kühlmitteltemperaturerfassung als integrale Bestandteile eines Thermostatelementes realisiert, das vor dem Haupt-Kühlmittelkühler an einer Abzweigstelle einer den Haupt-Kühlmittelkühler umgehenden Bypassleitung angeordnet ist. Der Zusatzkühlkreislauf mit dem Zusatz-Kühlmittelkühler, in diesem Anwendungsfall als Niedertemperatur-Kühlmittelkühler bezeichnet, zweigt zwischen dem Motor und dem Thermostaten vom Aggregatkühlkreislauf ab, wobei vor dem Niedertemperatur-Kühlmittelkühler ein Regelventil angeordnet ist. Nach Durchtritt durch den Niedertemperatur-Kühlmittelkühler gelangt das über den Aggregatkühlkreislauf geführte Kühlmittel zu einem Ladeluft/Kühlmittel-Kühler, um dann an einer zwischen dem Haupt-Kühlmittelkühler und einer Kühlmittelförderpumpe gelegenen Einkoppelstelle wieder zum Aggregatkühlkreislauf zurückgeführt zu werden. An dieser Einkop pelstelle mündet auch die den Haupt-Kühlmittelkühler umgehende Bypassleitung ein.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Kühlsystems der eingangs genannten Art zugrunde, das mit vergleichsweise geringem Aufwand realisierbar ist und dabei eine zuverlässige Regulierung des Kühlmittelflusses ermöglicht.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Kühlsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Kühlsystem ist die Kühlmittelförderpumpe hinsichtlich des zu fördernden Volumenstroms, der Förderleistung und/oder des Förderdrucks verstellbar. Eine derartige Kühlmittelförderpumpe kann die Aufgaben einer fremdgesteuerten Verstelldrossel im Zusatzkühlkreislauf übernehmen. Mit einer derartigen Kühlmittelförderpumpe kann zum einen bei einem Verstellen der Mittel zur Regulierung des Kühlmittelflusses über den Haupt-Kühlmittelkühler ein veränderter Kühlmittelstrom im Zusatzkühlkreislauf verstellt werden und zum anderen der Volumenstrom im Zusatzkühlkreislauf in Abhängigkeit von Motorparametern des Kraftfahrzeugmotors angepasst werden.
  • Ein nach Anspruch 2 weitergebildetes Kühlsystem beinhaltet Mittel zur Kühlmitteltemperaturerfassung und Mittel zur Regulierung des Kühlmittelflusses, die integrale Bestandteile eines Thermostatelementes sind, das an der Einkoppelstelle angeordnet ist. Das Thermostatelement ist an der Einkoppelstelle des Zusatzkühlkreislaufes in den Aggregatekühlkreislauf angeordnet und bestimmt dadurch den Kühlmittelfluss über den Aggregatkühlkreislauf und den Zusatzkühlkreislauf in Abhängigkeit auch von der austrittsseitigen Kühlmitteltemperatur des Zusatzkühlkreislaufs.
  • In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 dient die verstellbare Kühlmittelpumpe als Mittel zur Regulierung des Kühlmittelflusses und ist zur Kompensation ei ner durch eine Betätigung des Thermostatelementes bewirkten Änderung des Volumenstromes geeignet. Dadurch ist eine besonders flexible Einstellung des Kühlmittelstromes im Aggregatkühlkreislauf und/oder im Zusatzkühlkreislauf ermöglicht.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist die Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von einer Kenngröße des Kraftfahrzeugmotors, insbesondere von einer Motordrehzahl und/oder einem Motordrehmoment verstellbar. Dadurch kann der Volumenstrom im Aggregatkühlkreislauf und/oder im Zusatzkühlkreislauf an geänderte Anforderungen seitens des Kraftfahrzeugmotors angepasst werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist die Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von einer Kenngröße des Kühlmittelkreislaufes, insbesondere dem für die Ladeluftkühlung optimalen Volumenstrom verstellbar. Gegebenenfalls vorab in einem Steuergerät abgelegte und von Motorbetriebsparametern abhängige Kenngrößen des Aggregatkühlkreislaufs und/oder des Zusatzkühlkreislaufs können hierbei zur Verstellung der Kühlmittelpumpe herangezogen werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Aggregatkühlkreislauf ein Kühlmittelausgleichsbehälter zugeordnet, der über wenigstens eine Anzapfleitung mit dem Aggregatkühlkreislauf gekoppelt ist. Vorzugsweise sind mehrere Anzapfleitungen an verschiedenen Stellen des Aggregatkühlkreislaufes angeordnet, von denen wenigstens eine gedrosselt und wenigstens eine ungedrosselt gestaltet ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Druck- und/oder Volumenausgleich im Aggregatkühlkreislauf herbeiführen. Vorzugsweise sind Anzapfleitungen am Haupt-Kühlmittelkühler, vor der Kühlmittelförderpumpe, an einem Ladeluftkühler und/oder am Kraftfahrzeugmotor angeordnet. In weiterer Modifikation ist eine Anzapfleitung am Zusatz-Kühlmittelkühler angeordnet.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigt die einzige Figur ein Blockdiagramm eines Kühlsystems für einen Kraftfahrzeugmotor mit indirekter Ladeluftkühlung mit einem an der Austrittsseite eines Haupt-Kühlmittelkühlers angeordneten Thermostatelement und einer regelbaren Kühlmittelförderpumpe.
  • Das in der Figur gezeigte Kühlsystem umfasst einen Motorkühlkreislauf 1 als Aggregatkühlkreislauf zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Aggregates, hier eines Kraftfahrzeugmotors 2, der optional einen Retarder beinhaltet, sowie einen Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf 3 als Zusatzkühlkreislauf zur indirekten Kühlung von Ladeluft, die für den Motor 2 von einem Abgasturbolader 4 bereitgestellt wird. Zur Umwälzung des in den beiden Kreisläufen 1 und 3 zirkulierenden Kühlmittels, z.B. Wasser, dient eine hinsichtlich ihres Volumenstromes verstellbare Kühlmittelförderpumpe 5. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist die Kühlmittelförderpumpe hinsichtlich ihres Förderdruckes verstellbar ausgebildet.
  • Von der Kühlmittelförderpumpe 5 gelangt das Kühlmittel zu einer Auskoppelstelle 6, an welcher der Zusatzkühlkreislauf 3 abzweigt. In der Praxis kann das Kühlmittel für den Zusatzkühlkreislauf 3 z.B. direkt aus einem Gehäuse der Förderpumpe 5 oder aus einem Zylinderkurbelgehäuse des Motors 2 abgezweigt werden. Dort nicht abgezweigtes Kühlmittel wird im Motorkühlkreislauf 1 über den Motor 2 geleitet. Das aus diesem erwärmt austretende Kühlmittel wird über einen Haupt-Kühlmittelkühler 7 und/oder eine diesen umgehende Bypassleitung 8 geführt. Im Haupt-Kühlmittelkühler 7 wird das Kühlmittel vom Luftstrom eines Kühlgebläses 9 und gegebenenfalls vom Fahrtwind gekühlt.
  • Das aus dem Haupt-Kühlmittelkühler 7 austretende Kühlmittel gelangt in einen Thermostaten 10, in den auch die Bypassleitung 8 mündet. Vom Thermostaten 10 gelangt das Kühlmittel dann wieder zur Förderpumpe 5. Die Bypassleitung 8 dient in übli cher Weise dazu, je nach Situation, z.B. insbesondere bei noch kaltem Motor 2, jegliche oder jedenfalls eine zu starke Kühlmittelabkühlung im Haupt-Kühlmittelkühler 7 zu verhindern. Zur Druckverlustanpassung ist in die Bypassleitung 8 optional ein Drosselelement 11 eingebracht.
  • An der Auskoppelstelle 6 in den Zusatzkühlkreislauf 3 abgezweigtes Kühlmittel wird zunächst zwecks Einstellung des benötigten Kühlmittelstroms über ein Drosselelement 12 und von dort zu einem elektrisch ansteuerbaren 3/2-Wegeventil 13 geführt. Durch dieses Ventil 13 wird das Kühlmittel in steuerbaren Anteilen über einen Niedertemperatur-Kühlmittelkühler bzw. Zusatz-Kühlmittelkühler 14 und/oder über eine diesen umgehende Bypassleitung 15 geführt, in die optional ein Drosselelement 16 zur Druckverlustanpassung der Bypassleitung 15 an den Zusatz-Kühlmittelkühler 14 eingebracht ist. Anschließend gelangt das Kühlmittel des Zusatzkühlkreislaufs 3 in einen Ladeluft/Kühlmittel-Kühler 17 (Ladeluftkühler), durch den andererseits über eine Ladeluftleitung 18a, 18b vom Abgasturbolader 4 zugeführte Ladeluft vor Einspeisung in den Motor 2 hindurchgeleitet wird.
  • Das aus dem Ladeluft/Kühlmittel-Kühler 17 austretende Kühlmittel wird dann zum Thermostaten 10 zurückgeführt, genauer in einen Regelraum desselben. Dies hat die Wirkung, dass das Kühlmittelfluss-Regulierungsverhalten des Thermostaten 10 nicht nur von der Temperatur des Kühlmittels im Motorkühlkreislauf 1, d.h. des vom Haupt-Kühlmittelkühler 7 bzw. der Bypassleitung 8 kommenden Kühlmittels, sondern auch von der Temperatur des vom Ladeluft/Kühlmittel-Kühler 17 aus dem Zusatzkühlkreislauf 3 kommenden Kühlmittels bestimmt wird. Dabei handelt es sich bei dem Thermostaten 10 in herkömmlicher Weise um ein temperaturabhängig selbstgesteuertes Durchfluss-Stellglied.
  • Der Thermostat 10 befindet sich somit an einer Einkoppelstelle 19, an welcher der Zusatzkühlkreislauf 3 wieder in den Motor kühlkreislauf 1 mündet. Alternativ kann statt des Thermostaten 10 ein fremdgesteuertes Durchfluss-Stellglied an der Einkoppelstelle 19 angeordnet sein, z.B. ein elektrisch beheizter Thermostat, ein Drehschieber etc. Das Stellglied wird dann von einer zugeordneten Steuereinheit in Abhängigkeit von einer erfassten Kühlmitteltemperatur angesteuert, wobei die Kühlmitteltemperatur wiederum an einer Stelle erfasst wird, an der sie nicht nur von dem aus dem Haupt-Kühlmittelkühler 7 austretenden Kühlmittel, sondern auch von dem Kühlmittel aus dem Zusatzkühlkreislauf 3 beeinflusst ist.
  • Im Niedextemperatur-Kühlmittelkühler 14 wird das Kühlmittel durch den Fahrtwind auf möglichst niedrige Temperatur abgekühlt, so dass es im Ladeluft/Kühlmittel-Kühler 17 eine sehr effektive Ladeluftkühlung bewirken kann.
  • Mit der verstellbaren Kühlmittelförderpumpe kann zum einen die Volumenstromänderung im Zusatzkühlkreislauf 3 beim Öffnen des Thermostaten 10 bzw. des alternativen fremdgesteuerten Durchfluss-Stellgliedes kompensiert und zum anderen der Volumenstrom im Zusatzkühlkreislauf 3 in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment des Motors 2 unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie z.B. der Kühlmitteltemperatur an der Austrittsseite des Ladeluft/Kühlmittel-Kühlers 17, auf einen für die Ladeluftkühlung optimalen Wert angepasst werden. Eine derartige Kühlmittelförderpumpe kann die Aufgaben einer fremdgesteuerten Verstelldrossel im Zusatzkühlkreislauf 3 übernehmen. Mit einer derartigen Kühlmittelförderpumpe kann zum einen bei einem Verstellen der Mittel zur Regulierung des Kühlmittelflusses über den Haupt-Kühlmittelkühler ein veränderter Kühlmittelstrom im Zusatzkühlkreislauf eingestellt werden und zum anderen der Volumenstrom im Zusatzkühlkreislauf in Abhängigkeit von Motorparametern des Kraftfahrzeugmotors angepasst werden. Es ist eine besonders flexible Einstellung des Kühlmittelstromes im Aggregatkühlkreislauf und/oder im Zusatzkühlkreislauf ermöglicht. Gegebenenfalls vorab in einem Steuergerät abgelegte und von Motorbetriebsparametern abhängige Kenngrößen des Aggregatkühlkreislaufs und/oder des Zusatzkühlkreislaufs können hierbei als Sollwerte bei einer Verstellung der Kühlmittelpumpe herangezogen werden.
  • Dem Aggregatkühlkreislauf ist ein Kühlmittelausgleichsbehälter 20 zugeordnet, der über fünf zusätzliche, teilweise gedrosselte Anzapfleitungen 21a-21e mit dem Aggregatkühlkreislauf 1 und dem Zusatzkühlkreislauf 3 gekoppelt ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Druck- und/oder Volumenausgleich im Aggregatkühlkreislauf und im Zusatzkühlkreislauf herbeiführen. Die gedrosselte Anzapfleitung 21a ist am Zusatz-Kühlmittelkühler 14, die gedrosselte Anzapfleitung 21b am Haupt-Kühlmittelkühler, die ungedrosselte Anzapfleitung 21c vor der Kühlmittelförderpumpe, die gedrosselte Anzapfleitung 21d am Motor 2 und die gedrosselte Anzapfleitung 21e ist am Ladeluftkühler 17 angeordnet. Entsprechend ihrer Entfernung von der Pumpe 5 sind die Anzapfleitungen 21a und 21e mit wenigstens einer Engstelle mit ca. 1 mm Durchmesser stark gedrosselt und die Anzapfleitungen 21b und 21d mit wenigstens einer Engstelle mit ca. 3 mm Durchmesser schwach gedrosselt ausgestaltet. Die Anzapfleitung 21c mündet in einem modifizierten Ausführungsbeispiel direkt in die Pumpe 5.
  • Der geschilderte Aufbau des Kühlsystems ist mit relativ geringem Aufwand realisierbar und bietet mehrere funktionelle Vorteile. Insbesondere wird das Kühlmittel aus dem Zusatzkühlkreislauf 3 bei der Kühlmitteltemperaturregelung berücksichtigt. Außerdem garantiert die Abzweigung des Kühlmittels an der Austrittsseite der Förderpumpe 5 vor Durchströmung des Motors 2 und die Einkopplung an der Saugseite der Förderpumpe 5 ein jederzeit ausreichendes Druckgefälle, und die Kühlmitteltemperatur im Zusatzkühlkreislauf 3 ist so gering wie möglich und insbesondere nicht von einer Erwärmung im Motor 2 belastet. Ferner ist durch die verstellbare Förderpumpe 5 im Zusammenwirken mit dem Thermostat ein optimaler Volumenstrom in den Kreisläufen einstellbar.

Claims (6)

  1. Kühlsystem, insbesondere für einen Kraftfahrzeugmotor mit indirekter Ladeluftkühlung, mit – einem Aggregatkühlkreislauf (1) zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Aggregates (2), der eine Kühlmittelförderpumpe (5) und einen Haupt-Kühlmittelkühler (7) beinhaltet, – einem Zusatzkühlkreislauf (3) zur Kühlung eines Zusatzmediums, der an einer Auskoppelstelle (6) vom Aggregatkühlkreislauf abzweigt und zu diesem an einer Einkoppelstelle (19) zwischen dem Haupt-Kühlmittelkühler und der Kühlmittelförderpumpe zurückführt und einen Zusatz-Kühlmittelkühler (14) beinhaltet, und – Mitteln (10) zur Regulierung des Kühlmittelflusses über den Haupt-Kühlmittelkühler in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlmittelförderpumpe (5) hinsichtlich des zu fördernden Volumenstroms, der Förderleistung und/oder des Förderdrucks verstellbar ist.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass – Mittel zur Kühlmitteltemperaturerfassung und Mittel zur Regulierung des Kühlmittelflusses integrale Bestandteile eines Thermostatelementes (10) sind, das an der Einkoppelstelle (19) angeordnet ist.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass – die verstellbare Kühlmittelpumpe (5) als Mittel zur Regulierung des Kühlmittelflusses dient und zur Kompensation einer durch eine Betätigung des Thermostatelementes (10) bewirkten Änderung des Volumenstromes geeignet ist.
  4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlmittelpumpe (5) in Abhängigkeit von einer Kenngröße des Kraftfahrzeugmotors, insbesondere von einer Motordrehzahl und/oder einem Motordrehmoment verstellbar ist.
  5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlmittelpumpe (5) in Abhängigkeit von einer Kenngröße des Kühlmittelkreislaufes, insbesondere dem für die Ladeluftkühlung optimalen Volumenstrom verstellbar ist.
  6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass – dem Aggregatkühlkreislauf ein Kühlmittelausgleichsbehälter zugeordnet ist, der über wenigstens eine Anzapfleitung mit dem Aggregatkühlkreislauf gekoppelt ist.
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