DE19854389A1

DE19854389A1 - Kühlkreislauf

Info

Publication number: DE19854389A1
Application number: DE19854389A
Authority: DE
Inventors: Roland Altvater; Walter Marte
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-05-31
Also published as: HUP0104063A2; HUP0104063A3; EP1133623A1; WO2000031387A1

Abstract

Der Kühlkreislauf für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Omnibussen, weist eine Abfuhrleitung auf, die den Antriebsmotor mit mindestens einem Radiator verbindet, eine Zufuhrleitung, die den Radiator mit dem Antriebsmotor verbindet, einen in die Abfuhrleitung eingesetzten Thermostaten und eine in die Zufuhrleitung eingesetzte Umwälzpumpe. Auf der Seite des Radiators (6) ist ein Wärmetauscher (10) vorgesehen, dem eine Umwälzpumpe (11) zugeordnet ist, wobei der Wärmetauscher einerseits von der Zufuhrleitung (8, 8') für den Motor (1) durchsetzt wird und andererseits von einer mit dem Getriebe (14) und ggf. dem Radiator (15) des Antriebs verbundenen Leitung (16) durchsetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für den Antrieb von Kraftfahrzeugen mit einer Abfuhrleitung, die den Antriebsmotor mit mindestens einem Radiator verbin det, mit einer Zufuhrleitung, die den Radiator mit dem An triebsmotor verbindet, mit einem in die Abfuhrleitung ein gesetzten Thermostaten und mit einer in die Zufuhrleitung eingesetzten Umwälzpumpe.

Mit Verbrennungsmotoren betriebene Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise einen mit Kühlmittel, üblicherweise Wasser, arbeitenden Kühlkreislauf auf, um den Antriebsmotor auf seine optimale Temperatur in der Grössenordnung von 85°C zu halten. Das Kühlmittel durchfliesst unter dem Einfluss ei ner Umwälzpumpe den Motor und durchsetzt danach den Thermo staten, der das Kühlmittel bei entsprechend hoher Tempera tur einem Radiator zuführt, in dem das Kühlmittel durch die während der Fahrt eindringende oder durch einen Lüfter zu geführte Luft abgekühlt wird, wonach es mit Hilfe einer Umwälzpumpe wieder zum Motor zurückgeführt wird. Solange das Kühlmittel unter einer vorgegebenen Temperatur liegt, sorgt der Thermostat dafür, dass das Kühlmittel ohne Durch fliessen des Radiators unmittelbar dem Motor wieder zuge führt wird.

Für besonders hohe Belastungen, z. B. bei einer Bergauf fahrt mit geringer Geschwindigkeit, kann ein zweiter Radia tor vorgesehen sein, dessen Lüfterrad bei nicht ausreichen der Kühlung durch den ersten Radiator über einen Thermo statschalter zugeschaltet wird, um so die Abkühlung des Kühlmittels zu verstärken. Das die beiden Radiatoren durch fliessende abgekühlte Wasser wird über die Umwälzpumpe wie derum dem zu kühlenden Antriebsmotor zugeführt.

Bei Antriebsmotoren mit Getrieben oder anderen Komponenten mit Verlustleistungen, deren Verlustleistung als Wärme über den Kühlkreislauf für den Antrieb abgeführt wird, wird oft mals ein Wärmetauscher vor oder nach dem Motor in den Kühl kreislauf eingesetzt. Die Temperatur des Kühlmittels des Motors wird dabei durch den Thermostaten, der den Kühlmit telstrom zum Radiator und einen Bypass regelt, stabili siert. Bei dieser Regelung wird die überschüssige Verlust leistung dem Radiator zugeführt.

Oftmals ist der Thermostat nur teilweise geöffnet, wodurch die Wirkung des Radiators verringert wird. Die bekannte Einbauart des Wärmetauschers berücksichtigt die Belange des Motors bestens, kann jedoch nicht auf die Belange eines Getriebes und/oder eines Retarders ausgelegt werden. Die Getriebeöltemperaturen sind bei Getrieben mit Retardern erst oberhalb bestimmter Temperaturen dauerstabil.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlkreis lauf vorzuschlagen, bei dem die Belange des Getriebes und/oder Retarders in optimaler Weise berücksichtigt wer den.

Ausgehend von einem Kühlkreislauf der eingangs näher ge nannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch den erfindungsgemässen Vorschlag, den Wärmetauscher auf der Radiatorseite zusammen mit einer zugeordneten Um wälzpumpe einzubauen, lässt sich der Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher unabhängig vom Motorkühlmittelstrom ver grössern und dadurch an die Getriebebelange anpassen.

Die Erfindung bietet insbesondere folgende Vorteile:
Die Getriebeölsumpftemperatur kann weitgehend unabhängig von der Motorkühlmitteltemperatur eingestellt werden; dies führt zu einer

- Verringerung des Kraftstoffverbrauches durch erhöhte Motorkühlmitteltemperatur
- Verringerung von Schadstoffen durch eine konstantere Motorkühlmitteltemperatur
- Verkleinerung des Radiators durch eine höhere Motorkühlmitteltemperatur und dadurch Kosteneinsparung;
- die Getriebeverlustleistung (d. h. die Radiatorverlust leistung), die zyklisch oder azyklisch zur Motordrehzahl auftritt, kann auch bei Motorleerlaufdrehzahlen abgeführt werden;
- die Umwälzpumpe für das Motorkühlmittel kann auf die Belange des Motorkühlkreislaufes ausgelegt werden, wodurch eine Verringerung der Pumpenleistung und eine Verbrauchsreduktion ermöglicht wird;
- durch den vom Getriebe aus steuerbaren Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher kann der Wärmetauscher in einem günstigen Betriebspunkt betrieben werden und dadurch kleiner ausgelegt werden;
- bei entsprechenden Kühlmittelströmen kann der Wärme tauscher in das Getriebegehäuse integriert werden, wodurch weitere Kosten eingespart werden;
- auch im Leerlauf können grosse Wärmeleistungen aus dem Getriebe abgeführt werden;
- in der Ausführungsform Serie/Bypass kann die Kühlmittel pumpe des Wärmetauschers bei geschlossenem Thermostat als zusätzliche Kühlmittelpumpe wirken;
- diese Redundanz der Kühlmittelpumpen erhöht die Systemzuverlässigkeit insgesamt und die Spitzenleistung des Kühlsystems (so kühlt der Motor im Leerlauf nach Bergfahrten schneller ab).

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele darge stellt sind. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Kühlkreislauf der Ausfüh rung Serie,

Fig. 2 einen erfindungsgemässen Kühlkreislauf der Ausfüh rung parallel, und

Fig. 3 einen erfindungsgemässen Kühlkreislauf der Ausfüh rung Serie.

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf einer Ausfüh rung mit Bypass.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszei chen versehen. So bezeichnet 1 den zu kühlenden Antriebsmo tor eines Kraftfahrzeuges, dessen Verlustleistung mit P_vmot bezeichnet ist. Die Abfuhrleitung des Motors ist mit 3 be zeichnet und der übliche Thermostat mit 4, der das auf eine entsprechende Temperatur erhitzte Kühlmittel, im allgemei nen Wasser, einem ersten Kühler 6 zuführt, von dem es über die Zufuhrleitung 8 mit Hilfe einer Umwälzpumpe 2 dem Motor 1 im geschlossenen Kreislauf wieder zugeführt wird. Bis der Motor 1 seine Betriebstemperatur erreicht hat, sorgt der Thermostat dafür, dass das noch nicht ausreichend erwärmte Kühlmittel dem Motor über die Leitung 20 wieder zugeführt wird, ohne dass es den Radiator 6 durchsetzt.

Mit 5 ist in den Figuren ferner ein Thermostatschalter für die Zuschaltung eines zweiten Radiators 7 bezeichnet, der für den Fall vorgesehen ist, dass die Kühlleistung des er sten Radiators 6 nicht ausreicht.

Mit 17 ist die übliche Heizung für das Kraftfahrzeug be zeichnet, die von einer parallel zur Abfuhrleitung 3 ver laufenden Heizleitung 19 und einer Umwälzpumpe 18 gespeist wird. Mit 9, 9', 9'' sind Rückschlagventile in den einzel nen Kühlmittelleitungen bezeichnet.

In den Figuren ist ferner das dem Motor zugeordnete Getrie be mit 14 bezeichnet, dessen Verlustleistung mit P_vget be zeichnet ist, wobei der nicht dargestellte, oftmals dem Getriebe zugeordnete Wandler eine Verlustleistung von P_vwand aufweist; mit 15 ist der dem Getriebe zugeordnete Retarder bezeichnet, dessen Verlustleistung mit P_vretar bezeichnet ist. Getriebe 14 und Retarder 15 werden ebenfalls durch ein Kühlmittel gekühlt, wobei das erwärmte Kühlmittel, vorzugs weise Öl, in der Leitung 16 einem Wärmetauscher 10 zuge führt wird, der auf Seiten des Radiators in den Kühlkreis lauf für den Antriebsmotor eingesetzt ist und der einer seits von der Zufuhrleitung 8 für den Motor durchsetzt wird und andererseits von der Abfuhrleitung 16 für Getriebe und Retarder. Das aus dem Wärmetauscher 10 austretende Kühlmit tel für Getriebe und Retarder durchströmt eine Leitung 12 und wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe 13 dem Getriebe 14 und dem Retarder 15 wieder zugeführt.

Wie Fig. 1 erkennen lässt, ist in Strömungsrichtung gese hen, hinter dem Wärmetauscher 10 eine diesem zugeordnete Umwälzpumpe 11 vorgesehen, die in eine Verbindungsleitung 8' eingesetzt ist, zusammen mit einem Rückschlagventil 9'', wobei diese Verbindungsleitung 8' die Zufuhrleitung 8 für den Antriebsmotor mit dessen Abfuhrleitung 3 verbindet. Bei dieser Ausführungsform Serie ist also der Wärmetauscher vor dem Motor angeordnet und wird einerseits von der Zufuhrlei tung 8 für den Motor durchsetzt, in der das durch den Ra diator 6 gegebenenfalls unter Zuschaltung des Radiators 7 abgekühlte Kühlmittel in Richtung Motor 1 fliesst. Anderer seits wird der Wärmetauscher 10 von der Leitung 16, in der das vom Getriebe und Retarder erhitzte Kühlmittel fliesst, durchsetzt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Ausführungsform parallel wird der Wärmetauscher 10 wiederum einerseits von der Leitung 16 durchsetzt, in welcher das vom Getriebe 14 und vom Retarder 15 erhitzte Kühlmittel fliesst; hierbei ist jedoch der Wärmetauscher 10 zusammen mit der Umwälzpumpe 11 in der Verbindungsleitung 8' zwi schen der Zufuhrleitung 8 zum Antriebsmotor und dessen Ab fuhrleitung 3 eingesetzt.

Auch bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausfüh rungsform Serie ist der Wärmetauscher vor dem Antriebsmotor in den Kühlkreislauf eingesetzt. Die Umwälzpumpe 11 ist hierbei zwischen dem Radiator 6 und der Umwälzpumpe 2 für den Motor 1, d. h. in Strömungsrichtung vor dem Wärmetau scher in die Zufuhrleitung 8 eingesetzt. Wie bei den bishe rigen Ausführungsbeispielen wird auch hier der Wärmetau scher 10 andererseits durch die Abfuhrleitung 16 vom Ge triebe 14 bzw. Retarder 15 durchsetzt.

Bei der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform entfällt ge genüber Fig. 3 die Umwälzpumpe 11. Der Thermostat 4 kann jedoch in der gezeigten Ausführungsform mit einem Bypass 20 umgangen werden.

Durch den Einbau des Wärmetauschers zusammen mit einer Um wälzpumpe auf der Radiatorseite lässt sich also der Kühl mittelstrom durch den Wärmetauscher unabhängig vom Motor kühlmittelstrom vergrössern; diese Art von Kühlkreislauf eignet sich insbesondere für Nutzfahrzeuge wie Omnibusse.

Es lassen sich im Kühlkreislauf unterschiedliche Tempera turniveaus erreichen; hohe Temperatur für den Motor, nied rige Temperatur für das Getriebe. Es läßt sich eine sehr kostengünstige Anordnung erreichen, die auch an ein Fahr zeug nachrüstbar ist.

Bezugszeichenliste

1

Motor

2

Umwälzpumpe

3

Abfuhrleitung

4

Thermostat

5

Thermostatschalter

6

Radiator

7

Radiator

8

,

8

' Zufuhrleitung

9

,

9

',

9

'' Rückschlagventile

10

Wärmetauscher

11

Umwälzpumpe

12

Leitung

13

Umwälzpumpe

14

Getriebe

15

Retarder

16

Leitung

17

Heizung

18

Umwälzpumpe

19

Leitung

20

Bypass

Claims

1. Kühlkreislauf für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, mit einer Abfuhrleitung, die den Antriebsmotor mit mindestens einem Radiator verbindet, mit einer Zu fuhrleitung, die den Radiator mit dem Antriebsmotor verbindet, mit einem in die Abfuhrleitung eingesetz ten Thermostaten und mit einer in die Zufuhrleitung eingesetzten Umwälzpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Radiators (6) und vor dem Mo tor (1) ein Wärmetauscher (10) vorgesehen ist, der einerseits von der Zufuhrleitung (8, 8') für den Mo tor (1) durchsetzt wird und anderseits von einer mit dem Getriebe (14) und ggf. dem Retarder (15) des An triebs verbundenen Leitung (16) durchsetzt wird, die ihm das von Getriebe und ggf. vom Retarder erhitzte Kühlmittel zuführt.

2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß dem Wärmetauscher (10) eine zweite Umwälz pumpe (11) zugeordnet ist.

3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß dem Wärmetauscher (10) ein Bypass (20) zuge ordnet ist.

4. Kühlkreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass die dem Wärmetauscher (10) zugeordnete Um wälzpumpe (11) in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Wärmetauscher in der Zufuhrleitung (8) angeordnet ist.

5. Kühlkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zu fuhrleitung (8) für den Motor (1) und der Abfuhrlei tung (3) für den Motor (1) eine Verbindungsleitung (8') vorgesehen ist.

6. Kühlkreislauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass die Umwälzpumpe (11) in die Verbindungslei tung (8') eingesetzt ist.

7. Kühlkreislauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass der Wärmetauscher (10) von der Verbindungs leitung (8') durchsetzt wird.