DE19706800A1 - Kühlflüssigkeitskreislauf eines Kraftfahrzeug-Antriebsaggregates - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlflüssigkeitskreislauf eines Kraftfahrzeug- Antriebsaggregates mit einem Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher sowie mit zumindest einem Zusatzwärmetauscher, in welchem ein weiteres Medi­ um, insbesondere Hydrauliköl, durch die umgewälzte Kühlflüssigkeit tempe­ rierbar ist, wobei im Rücklauf des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers stromab eines Abzweigs zum Zusatzwärmetauscher ein den Kühlflüssig­ keits-Volumenstrom beeinflussendes Ventil vorgesehen ist. Bekannt ist ein derartiger Kühlflüssigkeitskreislauf aus der EP 0 177 025 A2.

Mit diesem bekannten Kühlflüssigkeitskreislauf ist es möglich, beispielswei­ se das Getriebeöl des Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes im Zusatzwärme­ tauscher auf einfache Weise zu kühlen. Ein Teil des im Luft-Kühlflüssigkeits- Wärmetauscher rückgekühlten Kühlflüssigkeitsstromes wird hierzu vom Rücklauf dieses Wärmetauschers abgezweigt und dem besagten Zusatz­ wärmetauscher zugeführt, wobei dessen Rücklauf dann wieder mit dem Rücklauf des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers vereint wird und bevor­ zugt einer Kühlflüssigkeitspumpe (und zwar deren Saugseite) zugeführt wird. Dieser soeben beschriebene Kühlflüssigkeits-Fluß stellt sich selbstverständ­ lich nur dann ein, wenn ein an sich übliches, den Kühlflüssigkeits-Fluß durch den Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher steuerndes Thermostatventil zu­ mindest teilweise geöffnet ist.

Im übrigen ist die besagte Kühlflüssigkeitspumpe bevorzugt am Antriebsag­ gregat, welches insbesondere als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, an­ geordnet.

Da der Zusatzwärmetauscher jedoch einen erhöhten Strömungswiderstand darstellt, ist beim Kühlflüssigkeitskreislauf nach der EP 0 177 025 A2 im Rücklauf des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers stromab des Abzweigs zum Zusatzwärmetauscher das besagte den Kühlflüssigkeits-Volumenstrom beeinflussende Ventil vorgesehen, um auch in diesem Leitungszweig einen gewissen Strömungswiderstand zu schaffen und somit sicherzustellen, daß zumindest eine Teilmenge des Kühlflüssigkeitsstromes über den anderen Leitungszweig, nämlich über den Zusatzwärmetauscher geführt wird.

Für gewisse Anwendungsfälle mag diese bekannte Anordnung durchaus ausreichend sein, in anderen Fällen kann es jedoch erwünscht sein, eine besonders intensive Kühlung des weiteren Mediums im Zusatzwärmetau­ scher zu erzielen. Bei diesem weiteren Medium kann es sich im übrigen ne­ ben einem Hydrauliköl auch um die beispielsweise in einem Turbolader komprimierte und somit erhitzte Ansaugluft des als Brennkraftmaschine aus­ gebildeten Kraftfahrzeug-Antriebsaggregates handeln.

Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer im besagten Zusatzwärmetauscher eine besonders intensive Kühlung des weiteren Mediums durch die Kühl­ flüssigkeit möglich ist, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das den Kühl­ flüssigkeits-Volumenstrom beeinflussende Ventil als eine in Schließstellung vorgespannte Drosselklappe ausgebildet ist und daß im Vorlauf zum Zu­ satzwärmetauscher ein Zusatzkühler für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist im Vorlauf zum Zusatzwärmetauscher noch ein weiterer Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher, hier Zusatzkühler genannt, vorgese­ hen, mit Hilfe dessen die Temperatur der Kühlflüssigkeit nach Durchströmen des ersten Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers noch weiter herabgesetzt werden kann, so daß die noch weiter rückgekühlte Kühlflüssigkeit im besag­ ten Zusatzkühler das weitere Medium auch verbessert kühlen kann. Nun bildet aber dieser Zusatzkühler noch einen weiteren Strömungswiderstand, so daß das einfache stromab des Abzweigs zum Zusatzwärmetauscher vor­ gesehene und den Kühlflüssigkeits-Volumenstrom beeinflussende Ventil, welches bei der oben genannten EP 0 177 025 A2 als Drossel ausgebildet ist, nicht mehr ausreicht, um überhaupt noch einen ausreichenden Kühlflüs­ sigkeitsstrom durch den Zusatzwärmetauscher sowie durch den diesem vor­ geschalteten Zusatzkühler zu leiten. (Auch diese Zusammenhänge gelten selbstverständlich wieder nur bei zumindest teilweise geöffnetem Thermo­ statventil, welches den Kühlflüssigkeitsfluß durch den Luft-Kühlflüssigkeits- Wärmetauscher steuert).

Erfindungsgemäß ist daher dieses (zusätzliche) Ventil, welches stromab des Abzweigs zum Zusatzwärmetauscher vorgesehen ist und den Kühlflüssig­ keits-Volumenstrom durch den Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher beein­ flußt, als eine in Schließstellung vorgespannte Drosselklappe ausgebildet. Mit einem derartigen Ventil strömt insbesondere bei einer niedrigen Förder­ leistung der im Kühlflüssigkeitskreislauf vorgesehenen Pumpe sowie bei zumindest teilweise geöffnetem Thermostatventil (so daß überhaupt Kühl­ flüssigkeit durch den Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher geführt wird) im­ mer noch ein ausreichender Kühlflüssigkeitsstrom durch den Zusatzwärme­ tauscher, wohingegen nahezu kein Kühlflüssigkeitsstrom durch die dann im wesentlichen geschlossene Drosselklappe gelangt.

Der soeben geschilderte Betriebszustand mit niedriger Pumpenförderlei­ stung tritt im übrigen, da diese üblicherweise vom Kraftfahrzeug- Antriebsaggregat, d. h. insbesondere von der Brennkraftmaschine angetrie­ ben wird, dann auf, wenn sich das Kraftfahrzeug mit niedrigen Geschwindig­ keiten bewegt und die Brennkraftmaschine demzufolge mit relativ geringer Drehzahl betrieben wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die beigefügten Prinzipskiz­ zen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeitskreislaufes verwiesen, wobei in Fig. 1 der Kühlflüssigkeits­ kreislauf als solcher und in Fig. 2 das den Kühlflüssigkeits-Volumenstrom beeinflussende Ventil im Detail dargestellt ist.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 eine als Kraftfahrzeug-Antriebsaggregat fungierende Brennkraftmaschine bezeichnet, die wassergekühlt ist und de­ ren Kühlflüssigkeit wie üblich in einem Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2, dessen Vorlauf mit der Bezugsziffer 19 bezeichnet ist, rückkühlbar ist. Gefördert wird die Kühlflüssigkeit von einer Kühlflüssigkeitspumpe 3, welcher wie üblich ein Thermostatventil 4 vorgeschaltet ist, mit Hilfe dessen die Kühl­ flüssigkeit entweder über den Wärmetauscher 2 oder im sog. "kleinen Kreislauf" unter Umgehung des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers 2 um­ gewälzt werden kann. Die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit ist durch Pfeile verdeutlicht.

Ebenfalls wie üblich ist im Kühlflüssigkeitskreislauf ein Heizungswärmetau­ scher 5 vorgesehen, dem ein Regelventil 6 vorgeschaltet ist.

Mit der Bezugsziffer 7 ist ferner ein üblicher Ausgleichsbehälter bezeichnet, der an den Vorlauf 19 des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers 2 ange­ schlossen ist. Hier führt durch diesen Ausgleichsbehälter 7 eine Kühlflüssig­ keits-Nebenleitung 21 hindurch, welche vom Vorlauf 19 abzweigt, und wel­ che innerhalb des Ausgleichsbehälters 7 einen in diesem mündenden, sog. Drosselabzweig 22 aufweist. Dieser sog. Drosselabzweig 22, der einen ge­ genüber der Kühlflüssigkeits-Nebenleitung 20 wesentlich geringeren Strö­ mungsquerschnitt besitzt, ist der Ausgleichsbehälter 7 somit wie üblich an den gesamten Kühlflüssigkeitskreislauf angeschlossen.

Weiteres Bestandteil des Kühlflüssigkeitskreislaufes ist ein Zusatzwärme­ tauscher 8, über den u. a. rückgekühlte Kühlflüssigkeit (von einem Abzweig 20 im Rücklauf 12 des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 kommend) führbar ist, und in welchem diese ein weiteres Medium, beispielsweise Hy­ drauliköl/Getriebeöl kühlen kann. Diesem Zusatzwärmetauscher 8 ist ferner ein Thermostatventil 9 vorgeschaltet, in welchem die rückgekühlte Kühlflüs­ sigkeit mit nicht rückgekühlter Kühlflüssigkeit - von der besagten Kühlflüs­ sigkeits-Nebenleitung 21 kommend - mischbar ist, um im Zusatzwärmetau­ scher 8 eine gewünschte Temperierung des daneben durch diesen geführ­ ten Mediums (Hydrauliköles/Getriebeöles) einstellen zu können. Selbst­ verständlich kann durch den Zusatzwärmetauscher 8 auch lediglich im Luft- Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 rückgekühlte Kühlflüssigkeit geführt wer­ den, so daß das weitere Medium (Hydrauliköl/Getriebeöl) intensiv abge­ kühlt wird. Ebenso kann bei einer entsprechenden Position des Thermostat­ ventiles 9 auch lediglich nicht rückgekühlte Kühlflüssigkeit von der Kühlflüs­ sigkeits-Nebenleitung 21 kommend durch den Zusatzwärmetauscher 8 ge­ führt werden, wobei dann das weitere Medium im Zusatzwärmetauscher 8 bevorzugt erwärmt wird.

Um im Zusatzwärmetauscher 8 eine besonders intensive Kühlung des weite­ ren Mediums zu ermöglichen, ist dem Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 ein weiterer sog. Zusatzkühler 10 nachgeschaltet. Dieser Zusatzkühler 10 befindet sich somit im Vorlauf 11 des Zusatzwärmetauschers 8, in welchem auch das Thermostatventil 9 vorgesehen ist und wird vom Rücklauf 12 des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauschers 2 aus über den Abzweig 20 mit Kühl­ flüssigkeit versorgt.

Der Zusatzkühler 10, der ebenfalls als Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet ist, bildet dabei bevorzugt mit dem eigentlichen Luft- Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 eine Baueinheit, wie dies in der nicht vor­ veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 196 37 818 beschrieben ist.

Nachdem nicht nur der Zusatzwärmetauscher 8 sondern auch der Zusatz­ kühler 10 einen erheblichen Strömungswiderstand für die Kühlflüssigkeit bil­ den, ist im Rücklauf 12, der im übrigen wie üblich im Thermostatventil 4 mündet, stromab des Abzweigs 20 zum Zusatzkühler 10 ein den zum Ther­ mostatventil 4 gelangenden Kühlflüssigkeits-Volumenstrom beeinflussendes Ventil 13 vorgesehen. Dieses Ventil 13 fungiert immer dann, wenn der Luft- Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 aufgrund einer Offenposition des Ther­ mostatventiles 4 zumindest teilweise durchströmt wird, als Drossel bezüglich des vom Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 auf direktem Wege zum Thermostatventil 4 gelangenden Kühlflüssigkeitsstromes. Wäre dieses Ventil 13 nicht vorhanden, so würde aufgrund des Strömungswiderstandes des Zusatzkühlers 10 sowie des Zusatzwärmetauschers 8 nämlich nahezu der vollständige aus dem Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 austretende Kühlflüssigkeitsstrom auf direktem Wege (über den Rücklauf 12) zum Ther­ mostatventil 4 gelangen, so daß der Zusatzwärmetauscher 8 überhaupt nicht durchströmt werden würde. Durch eine geeignete Drosselwirkung des Venti­ les 13 ist es jedoch möglich, einen mehr oder minder großen Anteil des Kühlflüssigkeitsstromes auch über den Zusatzwärmetauscher 8 zur Kühlflüs­ sigkeitspumpe 3 zurückzuführen.

Selbstverständlich gelten die eben beschriebenen Zusammenhänge nur für diejenigen Fälle, in denen sich das Thermostatventil 4 zumindest teilweise in seiner Offenposition befindet, d. h. dann, wenn der Luft-Kühlflüssigkeits- Wärmetauscher 2 zumindest teilweise von Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Ist hingegen das Thermostatventil 4 geschlossen und wird demzufolge die Kühlflüssigkeit im sog. "kleinen Kreislauf" umgewälzt, so kann über die Kühl­ flüssigkeits-Nebenleitung 21 stets Kühlflüssigkeit zum Thermostatventil 9 und somit in Abhängigkeit von dessen Position gegebenenfalls zum Zusatz- Wärmetauscher 8 gelangen, so daß dann in diesem wie gewünscht das zu­ sätzliche Medium bevorzugt erwärmt werden kann.

Diese im vorletzten Absatz beschriebene, gewünschte Funktion kann das (zusätzliche) Ventil 13 in befriedigender Weise nur dann erfüllen, wenn die­ ses Ventil 13 als eine in Schließstellung vorgespannte Drosselklappe (vgl. Fig. 2, Bezugsziffer 14) ausgebildet ist. Insbesondere bei niedriger Förder­ leistung der Kühlflüssigkeitspumpe 3 beispielsweise bei niedrigen Drehzah­ len derselben bzw. der diese Kühlflüssigkeitspumpe 3 antreibenden Brenn­ kraftmaschine 1 bleibt dann dieses Ventil 13 bzw. die entsprechende Dros­ selklappe 14 nahezu geschlossen, so daß dann (bei geöffnetem Thermo­ statventil 4) wie gewünscht die den Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 nach Durchströmen desselben verlassende Kühlflüssigkeit nahezu vollstän­ dig über den Zusatzkühler 10 sowie über den Zusatzwärmetauscher 8 gelei­ tet wird. Bei höherer Förderleistung der Kühlflüssigkeitspumpe 3 hingegen wird das als Drosselklappe 14 ausgebildete Ventil 13 immer weiter geöffnet, so daß dann das Antriebsaggregat 1 bzw. die Brennkraftmaschine 1 auf di­ rektem Wege (über den Rücklauf 12) mit einer ausreichenden Menge von im Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 rückgekühlter Kühlflüssigkeit versorgt werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das als in Schließstellung vorgespannte Drosselklappe 14 ausgebildete Ventil 13, welches mit seinem Klappenge­ häuse 15 dann, wenn der Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher 2 sowie der Zusatzkühler 10 wie bereits kurz erwähnt eine Baueinheit bilden, bevorzugt im nicht gezeigten Rücklaufstutzen des Luft-Kühlflüssigkeits-Wärme­ tauschers 2, an welchen sich der Rücklauf 12 anschließt, angeordnet sein kann.

Wie ersichtlich ist die Drosselklappe 14 über eine sich am Klappengehäuse 15 abstützende Drehfeder 16 vorgespannt, wobei die Drosselklappe 14 über ihre Drehachse 17 desachsiert im Klappengehäuse 15 gelagert ist. Hier­ durch wirkt das Ventil 13 bzw. die Drosselklappe 14 im Hinblick auf die durch einen Pfeil 18 dargestellten Kühlflüssigkeits-Strömungsrichtung als Staudruckklappe bezüglich dieser Strömung, wobei aufgrund der besagten Desachsierung staudruckabhängig das gewünschte Öffnen der Drosselklap­ pe 14 bzw. des Ventiles 13 erfolgt. Bei nicht ausreichendem Staudruck hin­ gegen bleibt dieses Ventil 13 ganz oder teilweise geschlossen und führt dann staudruckabhängig die gewünschte Drosselfunktion aus.

Mit dem gezeigten erhöhten Anstellwinkel der geschlossenen Drosselklappe 14 ist die Gefahr des Verklemmens derselben im geschlossenen Zustand minimiert.

Die Drosselklappe 14 selbst kann in Messing ausgeführt sein, während das Klappengehäuse 15 und die Drehfeder 16, deren Federcharakteristik des Drosselverhalten des Ventiles 13 bestimmt, in Edelstahl ausgeführt sein können. Jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man mit geeigneter Auslegung der Vorspannung der Drosselklappe 14 in Schließstellung (beispielsweise durch die besagte Drehfeder 16) eine optimale Aufteilung des Kühlmittelstroms einerseits auf den direkt zum Thermostatventil 4 füh­ renden Rücklauf 12, als auch andererseits auf den über den Zusatzkühler 10 sowie den Zusatzwärmetauscher 8 zur Kühlflüssigkeitspumpe 3 geführten Leitungszweig.

Claims (4)

1. Kühlflüssigkeitskreislauf eines Kraftfahrzeug-Antriebsaggregates mit einem Luft-Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher (2) sowie mit zumindest einem Zusatzwärmetauscher (8), in welchem ein weiteres Medium, insbesondere Hydrauliköl, durch die umgewälzte Kühlflüssigkeit tem­ perierbar ist, wobei im Rücklauf (12) des Luft-Kühlflüssigkeits- Wärmetauschers (2) stromab eines Abzweigs (20) zum Zusatzwärme­ tauscher (8) ein den Kühlflüssigkeits-Volumenstrom beeinflussendes Ventil (13) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (13) als eine in Schließstel­ lung vorgespannte Drosselklappe (14) ausgebildet ist und daß im Vorlauf (11) zum Zusatzwärmetauscher (8) ein Zusatzkühler (10) für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist.

2. Kühlflüssigkeitskreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkühler (10) mit dem Luft- Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher (2) eine Baueinheit bildet und die Drosselklappe (14) im Rücklaufstutzen des Luft-Kühlflüssigkeits- Wärmetauschers (2) vorgesehen ist.

3. Kühlflüssigkeitskreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines im Vorlauf (11) zum Zu­ satzwärmetauscher (8) vorgesehenen Thermostatventiles (9) diesem im Zusatzkühler (10) rückgekühlte oder vom Vorlauf (19) zum Luft- Kühlflüssigkeits-Wärmetauscher (2) abgezweigte und somit nicht rückgekühlte Kühlflüssigkeit, oder eine Mischung hiervon zuführbar ist.

4. Kühlflüssigkeitskreislauf nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schließstellung vorgespannte Drosselklappe (14) federbelastet und in ihrem Klappengehäuse (15) desachsiert gelagert ist.