DE19910046A1 - Vehicle with internal combustion engine and electrical unit has conversion arrangement that transfers thermal energy to coolant in inner and outer coolant circuits - Google Patents

Vehicle with internal combustion engine and electrical unit has conversion arrangement that transfers thermal energy to coolant in inner and outer coolant circuits

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Abstract

The vehicle has an internal combustion engine (7), at least one electrical unit (8) and a liquid cooling arrangement, whereby the electrical unit can be operated as a generator and can be connected to an arrangement for converting electrical energy into thermal energy. The cooling arrangement has an inner circuit (13) with no heat exchanger and an outer circuit (14) for a cooling liquid with a heat exchanger. The conversion arrangement is arranged to transfer thermal energy to the coolant in the inner and outer circuits.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem elektrischen Aggregat, wobei der Verbrennungsmotor mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist und wobei das Aggregat als Generator betreibbar ist und mit einem Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie verbindbar ist.The invention relates to a vehicle with an internal combustion engine and at least an electrical unit, the internal combustion engine with a Liquid cooling is equipped and the unit can be operated as a generator and with a means for converting electrical energy into thermal energy is connectable.

Bei Fahrzeugen verschiedener Art sind Fahrantriebsanordnungen bekannt, bei denen elektrische Aggregate an einen Verbrennungsmotor gekoppelt sind. Bei einer in Flurförderzeugen gebräuchlichen Anordnung ist ein elektrischer Generator vorgesehen, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die von dem Generator erzeugte elektrische Energie wird mittels einer Leistungselektronik an einen oder mehrere elektrische Antriebsmotoren weitergeleitet.In vehicles of various types, drive drive arrangements are known in which electrical units are coupled to an internal combustion engine. At one in Industrial truck arrangement is an electric generator provided that is driven by an internal combustion engine. The one from that Electrical energy generated by a generator is transmitted to one by means of power electronics or several electric drive motors.

Bekannt ist es weiterhin, Fahrzeuge der genannten Art generatorisch zu bremsen. Der bzw. die Antriebsmotoren werden dabei als Generatoren betrieben, welche die Bremsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umsetzen. Diese elektrische Energie wird dem in diesem Betriebszustand als Motor arbeitenden Generator zugeführt. Ein hierbei auf einen Rotor des Generators wirkendes Drehmoment stützt sich an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ab, wodurch sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors erhöht. Hieraus resultiert eine verstärkte Lärmerzeugung durch den Verbrennungsmotors und darüber hinaus eine erhöhte mechanische Abnutzung.It is also known to brake vehicles of the type mentioned in generator mode. The or the drive motors are operated as generators, which the Convert the vehicle's braking energy into electrical energy. This electrical Energy is generated by the generator operating as a motor in this operating state fed. A torque acting on a rotor of the generator is supported itself on a crankshaft of the internal combustion engine, whereby the speed of the Internal combustion engine increased. This results in increased noise generation through the internal combustion engine and also increased mechanical wear.

Um das oben beschriebene Hochdrehen des Verbrennungsmotors ganz oder teilweise zu verhindern, ist es bekannt, die während eines Bremsens des Fahrzeugs überschüssige Energie ganz oder teilweise mittels eines elektrischen Widerstands in Wärmeenergie umzusetzen. Eine Kühlung dieses Widerstands erfolgt bei bekannten Fahrzeugen durch Luft oder durch Kühlwasser.All or part of the cranking of the internal combustion engine described above to prevent it is known to occur during braking of the vehicle excess energy in whole or in part by means of an electrical resistance in To implement thermal energy. This resistor is cooled in known ones Vehicles by air or by cooling water.

Beispielsweise aus der US 5 291 960 ist es bekannt, bei einem Hybridfahrzeug einen elektrischen Widerstand in dem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors anzuordnen. For example, it is known from US Pat. No. 5,291,960 for a hybrid vehicle to arrange electrical resistance in the cooling circuit of an internal combustion engine.  

Diese Anordnung erfordert jedoch ein speziell für diesen Anwendungsfall angepaßtes Kühlsystem.However, this arrangement requires a specially adapted for this application Cooling system.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Anordnung zur Flüssigkeitskühlung des elektrischen Widerstands zur Verfügung zu stellen.The present invention is therefore based on the task of a simplified Arrangement for liquid cooling of the electrical resistance available put.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeitskühlung einen inneren Kreislauf und einen äußeren Kreislauf für eine Kühlflüssigkeit aufweist, wobei in dem inneren Kreislauf kein Wärmetauscher angeordnet ist und in dem äußeren Kreislauf ein Wärmetauscher angeordnet ist, und das Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie derart angeordnet ist, daß es Wärmeenergie auf die in dem inneren Kreislauf befindliche Kühlflüssigkeit und auf die in dem äußeren Kreislauf befindliche Kühlflüssigkeit übertragen kann.This object is achieved in that the liquid cooling has an inner circuit and an outer circuit for a cooling liquid, wherein no heat exchanger is arranged in the inner circuit and in the external circuit, a heat exchanger is arranged, and the means for converting from electrical energy to thermal energy is arranged so that it is thermal energy on the coolant in the inner circuit and on the one in the outer Circulating coolant can transfer.

Die Aufteilung der Flüssigkeitskühlung in einen inneren und einen äußeren Kreislauf entspricht der bei Fahrzeugen üblichen Kühlanordnung für den Verbrennungsmotor. Bei kaltem Verbrennungsmotor strömt die Kühlflüssigkeit ausschließlich durch den inneren Kreislauf. Eine Wärmeabfuhr an die Umgebung ist hierbei relativ gering. Erst bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur der Kühlflüssigkeit, in der Regel zirka 70 Grad Celsius, wird Kühlflüssigkeit in den äußeren Kreislauf geleitet. Aus dem äußeren Kreislauf wird Wärmeenergie über einen einen Wärmetauscher aufweisenden Kühler an die Umgebungsluft abgegeben. Erfindungsgemäß ist das in der Regel als Widerstand ausgeführte Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie derart angeordnet, daß Wärmeenergie sowohl auf die in dem inneren Kreislauf befindliche Kühlflüssigkeit, als auch auf die in dem äußeren Kreislauf befindliche Kühlflüssigkeit übertragbar ist. Somit wird die mit dem Widerstand erzeugte Wärme abgeführt, unabhängig davon, ob der innere Kreislauf, der äußere Kreislauf oder beide Kreisläufe von Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Die Verbindung des Mittels zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie mit der Flüssigkeitskühlung des Verbrennungsmotors hat den Vorteil, daß zum Abführen der erzeugten Wärmeenergie keinen zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Die Erwärmung der Kühlflüssigkeit während des Bremsens des Fahrzeugs bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, daß der Verbrennungsmotor in kürzerer Zeit seine Betriebstemperatur erreicht und aus diesem Grund insgesamt weniger Schadstoffe erzeugt.The division of liquid cooling into an inner and an outer circuit corresponds to the cooling arrangement customary in vehicles for the internal combustion engine. When the internal combustion engine is cold, the coolant flows exclusively through the internal circulation. Heat dissipation to the environment is relatively low. First when a certain limit temperature of the coolant is reached, usually about 70 degrees Celsius, coolant is fed into the external circuit. From the external circuit is thermal energy via a heat exchanger Radiator released into the ambient air. According to the invention, this is usually as Resistance means for converting electrical energy into Thermal energy arranged in such a way that thermal energy both on the inside Cooling liquid located in the circuit, as well as on the in the outer circuit located coolant is transferable. Thus, the one generated with the resistor Heat is dissipated regardless of whether the inner cycle, the outer cycle or both circuits are flowed through by coolant. The connection of the By means of converting electrical energy into thermal energy with the Liquid cooling of the internal combustion engine has the advantage that for removing the generated heat energy no additional components are required. The Warming the coolant while braking the vehicle brings the additional advantage with it that the internal combustion engine in less time  Operating temperature reached and for this reason fewer pollutants generated.

Bei der in Fahrzeugen gebräuchlichen Anordnung ist das elektrische Aggregat von mindestens einem mit einem Antriebsrad verbundenen Fahrmotor gebildet. Der Fahrmotor wird bei einem Bremsen des Fahrzeugs als Generator betrieben und wandelt somit Bewegungsenergie in elektrische Energie um.In the arrangement used in vehicles, the electrical unit is from formed at least one traction motor connected to a drive wheel. The Traction motor is operated as a generator when the vehicle brakes and thus converts kinetic energy into electrical energy.

Gemäß einer anderen, ebenfalls möglichen Anordnung ist das elektrische Aggregat von einem mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Generator gebildet. Hierbei kann ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors durch den direkt an den Verbrennungsmotor gekoppelten Generator verhindert werden.According to another arrangement that is also possible, the electrical unit is formed by a generator connected to the internal combustion engine. This can a cranking up of the internal combustion engine through the directly to the internal combustion engine coupled generator can be prevented.

Mit besonderem Vorteil weist das Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie einen elektrischen Widerstand auf. Wenn Strom durch den vorzugsweise als ohmscher Widerstand ausgeführten elektrischen Widerstand geleitet wird, heizt sich dieser auf. Für den Abtransport der so entstehenden Wärmeenergie wird die Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors verwendet.The means for converting electrical energy into has particularly advantageous Thermal energy has an electrical resistance. If electricity through the preferably conducted as an ohmic resistance electrical resistance will heat up. For the removal of the thermal energy generated in this way the coolant of the internal combustion engine is used.

Vorzugsweise ist der elektrische Widerstand in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse stellt sicher, daß der Widerstand nicht mit brennbaren Teilen des Fahrzeugs oder der Umgebung in Kontakt treten kann. Darüber hinaus wird die Kühlflüssigkeit im Bereich des Widerstands durch das Gehäuse geleitet.The electrical resistance is preferably arranged in a housing. The Housing ensures that the resistance is not with flammable parts of the vehicle or can come into contact with the environment. In addition, the coolant in the Area of resistance passed through the housing.

Wenn der elektrische Widerstand in einem Gehäuse eines Kühlers des Verbrennungsmotors angeordnet ist, ergibt sich der weitere Vorteil, daß für den Widerstand kein gesondertes Gehäusebauteil vorgesehen werden muß.If the electrical resistance in a housing of a cooler Internal combustion engine is arranged, there is the further advantage that for the Resistance no separate housing component must be provided.

Wie bei Verbrennungsmotoren des Standes der Technik üblich, ist ein stufenweise oder stufenlos einstellbares Mittel zum Leiten der Kühlflüssigkeit in den inneren und/oder den äußeren Kreislauf vorgesehen. Abhängig von der Temperatur der Kühlflüssigkeit teilt dieses Mittel den Kühlflüssigkeitsstrom in den inneren und den äußeren Kreislauf auf. Das Mittel zum Leiten der Kühlflüssigkeit ist dabei häufig als Ventilklappe ausgeführt. As is common with prior art internal combustion engines, is a gradual one or continuously adjustable means for guiding the coolant into the interior and / or the external circuit is provided. Depending on the temperature of the This liquid divides the coolant flow into the internal and the internal coolant external circulation. The means for guiding the coolant is often as Valve flap executed.  

Weitere Vorteile Und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigtFurther advantages and details of the invention are based on the in the schematic figures illustrated embodiment explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, Fig. 1 shows an inventive vehicle,

Fig. 2 ein Gehäuse für einen elektrischen Widerstand. Fig. 2 shows a housing for an electrical resistor.

Fig. 1 zeigt als erfindungsgemäßes Fahrzeug einen Gabelstapler. Der Gabelstapler weist einen Fahrzeugrahmen 1 auf, der mit zwei angetriebenen Vorderrädern 2 und zwei lenkbaren Hinterrädern 3 auf einer Fahrbahn aufsteht. Am vorderen Ende des Gabelstaplers befindet sich ein Hubgerüst 4, an dem eine Lastgabel 5 auf- und abbewegbar befestigt ist. Am hinteren Ende des Gabelstaplers befindet sich ein Heckgewicht 6. Fig. 1 shows a vehicle according to the invention a forklift truck. The forklift has a vehicle frame 1 , which stands on a roadway with two driven front wheels 2 and two steerable rear wheels 3 . At the front end of the forklift there is a mast 4 , on which a load fork 5 is fastened and moved up and down. There is a rear weight 6 at the rear end of the forklift.

Die zum Antrieb des Gabelstaplers erforderliche Energie wird mittels eines Verbrennungsmotors 7 erzeugt, der ausgangsseitig mit einem elektrischen Generator 8 verbunden ist. An dem Generator 8 befestigt ist eine ebenfalls von dem Verbrennungsmotor 7 angetriebene Hydraulikpumpe 9 zur Versorgung von verschiedenen hydraulischen Aggregaten des Gabelstaplers.The energy required to drive the forklift is generated by means of an internal combustion engine 7 , which is connected on the output side to an electrical generator 8 . Attached to the generator 8 is a hydraulic pump 9, likewise driven by the internal combustion engine 7 , for supplying various hydraulic units of the forklift.

Die mit dem Generator 8 gewonnene elektrische Energie wird einer Leistungselektronikeinheit 10 zugeführt, die mindestens einen Umrichter umfaßt. Die Leistungselektronikeinheit 10 ist an einer Antriebsachse 11 des Gabelstaplers befestigt, welche einen elektrischen Antriebsmotor für die Vorderräder 2 des Gabelstaplers umfaßt.The electrical energy obtained with the generator 8 is fed to a power electronics unit 10 , which comprises at least one converter. The power electronics unit 10 is fastened to a drive axle 11 of the forklift which comprises an electric drive motor for the front wheels 2 of the forklift.

Während eines Bremsens des Gabelstaplers wird der Fahrantriebsmotor generatorisch betrieben, wobei die mechanische Bremsenergie in elektrische Energie umgesetzt wird. Diese elektrische Energie wird direkt oder indirekt, beispielsweise über die Leistungselektronikeinheit 10, einem Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie zugeführt, das in diesem Ausführungsbeispiel als elektrischer Widerstand ausgeführt ist und in einem Gehäuse angeordnet ist.When the forklift brakes, the travel drive motor is operated as a generator, with the mechanical braking energy being converted into electrical energy. This electrical energy is supplied directly or indirectly, for example via the power electronics unit 10 , to a means for converting electrical energy into thermal energy, which in this exemplary embodiment is designed as an electrical resistor and is arranged in a housing.

Ebenfalls möglich ist es, die elektrische Energie zunächst einem mit einem Verbrennungsmotor verbundenen Generator zuzuführen, der in diesem Betriebszustand als Motor arbeitet und sich an dem Verbrennungsmotor abstützt. Bei dieser Variante wird lediglich diejenige elektrische Energie, die nicht von dem Generator aufgenommen werden kann, in dem Widerstand in Wärmeenergie umgesetzt.It is also possible to start the electrical energy with one Internal combustion engine connected generator to feed in this Operating state works as an engine and is supported on the internal combustion engine. At  This variant only uses the electrical energy that is not from the Generator can be included in the resistance in thermal energy implemented.

Die genannte, als Abwärme anfallende Wärmeenergie wird aus dem Gehäuse 12 mittels einer Flüssigkeitskühlung des Verbrennungsmotors 6 abgeführt. Diese Flüssigkeitskühlung weist einen inneren Kreislauf 13 und einen äußeren Kreislauf 14 auf. Der innere Kreislauf 13 führt von dem Verbrennungsmotor 7 zu dem Gehäuse 12 und anschließend direkt zurück in den Verbrennungsmotor 7. Der äußere Kreislauf 14 führt zunächst ebenfalls von dem Verbrennungsmotor 7 zu dem Gehäuse 12, von diesem in einen Wärmetauscher eines Kühlers 15 und weiter zurück in den Verbrennungsmotor 7. Der Kühler 15 wird mit Hilfe eines Lüfters 16 mit Luft durchströmt, um die von der Kühlflüssigkeit an die Umgebungsluft abgebbare Wärmemenge zu erhöhen.The heat energy mentioned as waste heat is removed from the housing 12 by means of liquid cooling of the internal combustion engine 6 . This liquid cooling has an inner circuit 13 and an outer circuit 14 . The inner circuit 13 leads from the internal combustion engine 7 to the housing 12 and then directly back into the internal combustion engine 7 . The outer circuit 14 also initially leads from the internal combustion engine 7 to the housing 12 , from there into a heat exchanger of a cooler 15 and further back into the internal combustion engine 7 . Air flows through the cooler 15 with the aid of a fan 16 in order to increase the amount of heat that can be released from the coolant into the ambient air.

Die Fig. 2 zeigt das Gehäuse 12 in vergrößerter Darstellung. Das Gehäuse 12 ist mit Befestigungslaschen 20 beispielsweise an einem Gehäuse 12 des Verbrennungsmotors 7, oder an dem Rahmen 1 des Gabelstaplers befestigbar. Im Inneren des Gehäuses 12 ist der elektrische Widerstand 21 angeordnet, der das Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie darstellt. Stirnseitig weist das Gehäuse 12 zwei elektrische Anschlüsse 22 auf, die mit dem Widerstand 21 verbunden sind. Fig. 2 shows the housing 12 in an enlarged representation. The housing 12 can be fastened with fastening tabs 20, for example to a housing 12 of the internal combustion engine 7 , or to the frame 1 of the forklift. Arranged inside the housing 12 is the electrical resistor 21 , which represents the means for converting electrical energy into thermal energy. On the face side, the housing 12 has two electrical connections 22 , which are connected to the resistor 21 .

Ein Kühlflüssigkeitsstrom kann durch den Anschluß 23 in das Gehäuse 12 eintreten und umströmt dann den Widerstand 21, wobei Wärmeenergie von dem Widerstand 21 auf die Kühlflüssigkeit übergeht. Ausgangsseitig teilt sich der Kühlflüssigkeitsstrom in den inneren Kreislauf 13 und den äußeren Kreislauf 14 auf, wobei in bestimmten Betriebssituationen der gesamte Kühlflüssigkeitsstrom auch in einen einzigen der beiden Kreisläufe 13, 14 geleitet wird. Für den Anschluß der Kreisläufe 13, 14 sind an dem Gehäuse 12 ebenfalls Anschlüsse 25, 26 vorgesehen. Die Aufteilung des Kühlfüssigkeitsstroms in den inneren Kreislauf 13 und den äußeren Kreislauf 14 erfolgt mittels einer im Bereich des Verbrennungsmotors angeordneten, in den Figuren nicht dargestellten Ventilklappe.A flow of cooling liquid can enter the housing 12 through the connection 23 and then flows around the resistor 21 , thermal energy being transferred from the resistor 21 to the cooling liquid. On the output side, the coolant flow is divided into the inner circuit 13 and the outer circuit 14 , the total coolant flow also being conducted into a single one of the two circuits 13 , 14 in certain operating situations. Connections 25 , 26 are also provided on the housing 12 for connecting the circuits 13 , 14 . The division of the cooling liquid flow into the inner circuit 13 and the outer circuit 14 is carried out by means of a valve flap which is arranged in the area of the internal combustion engine and is not shown in the figures.

Claims (7)

1. Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (7) und mindestens einem elektrischen Aggregat, wobei der Verbrennungsmotor (7) mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist und wobei das Aggregat als Generator betreibbar ist und mit einem Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskühlung einen innerer Kreislauf (13) und einen äußeren Kreislauf (14) für eine Kühlflüssigkeit aufweist, wobei in dem inneren Kreislauf (13) kein Wärmetauscher angeordnet ist und in dem äußeren Kreislauf (14) ein Wärmetauscher angeordnet ist, und das Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie derart angeordnet ist, daß es Wärmeenergie auf die in dem inneren Kreislauf (13) befindliche Kühlflüssigkeit und auf die in dem äußeren Kreislauf (14) befindliche Kühlflüssigkeit übertragen kann.1. Vehicle with an internal combustion engine ( 7 ) and at least one electrical unit, wherein the internal combustion engine ( 7 ) is equipped with a liquid cooling and wherein the unit can be operated as a generator and can be connected to a means for converting electrical energy into thermal energy, characterized that the liquid cooling has an inner circuit ( 13 ) and an outer circuit ( 14 ) for a cooling liquid, wherein no heat exchanger is arranged in the inner circuit ( 13 ) and a heat exchanger is arranged in the outer circuit ( 14 ), and the agent for converting electrical energy into thermal energy is arranged such that it can transfer thermal energy to the cooling liquid located in the inner circuit ( 13 ) and to the cooling liquid located in the outer circuit ( 14 ). 2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Aggregat von mindestens einem mit einem Antriebsrad verbundenen Fahrmotor gebildet ist.2. Vehicle according to claim 1, characterized in that the electrical Unit of at least one traction motor connected to a drive wheel is formed. 3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Aggregat von einem mit dem Verbrennungsmotor (7) verbundenen Generator (8) gebildet ist.3. Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical unit is formed by a generator ( 8 ) connected to the internal combustion engine ( 7 ). 4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Umwandeln von elektrischer Energie in Wärmeenergie einen elektrischen Widerstand (21) aufweist.4. Vehicle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the means for converting electrical energy into thermal energy has an electrical resistance ( 21 ). 5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand (21) in einem Gehäuse (12) angeordnet ist.5. Vehicle according to claim 4, characterized in that the electrical resistor ( 21 ) is arranged in a housing ( 12 ). 6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand (21) in einem Gehäuse eines Kühlers des Verbrennungsmotors angeordnet ist. 6. Vehicle according to claim 5, characterized in that the electrical resistor ( 21 ) is arranged in a housing of a cooler of the internal combustion engine. 7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein stufenweise oder stufenlos einstellbares Mittel zum Leiten der Kühlflüssigkeit in den inneren und/oder den äußeren Kreislauf vorgesehen ist.7. Vehicle according to one of claims 1 to 6, characterized in that a gradually or continuously adjustable means for guiding the coolant into the inner and / or the outer circuit is provided.
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