DE20317339U1

DE20317339U1 - Kühlkreissystem eines Kraftfahrzeuges

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Publication number: DE20317339U1
Application number: DE20317339U
Authority: DE
Original assignee: BILIZ LEONARD
Current assignee: BILIZ LEONARD
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2013-11-08

Abstract

Kühlkreissystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem Motor (3), einem Wärmetauscher (4), einer Wasserpumpe (5), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlkreissystem ein Ventil (12) mit zwei Schaltstellungen und eine Schalteinrichtung (13) zum Schalten des Ventils (12) zwischen mindestens einer ersten und zweiten Schaltstellung vorgesehen ist, und in der ersten Schaltstellung des Ventils (12) ein großer Wasserkreislauf über den Motor (3), den Wärmetauscher (4) und die Wasserpumpe (5) freigegeben ist, und in einer zweiten Schaltstellung ein kleiner Wasserkreislauf über den Motor (3) und die Wasserpumpe (5) eingestellt wird und der Wärmetauscher (4) ganz oder teilweise überbrückt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlkreissystem eines Kraftfahrzeuges.
Kühlkreissysteme von Kraftfahrzeugen weisen herkömmlicherweise eine Wasserpumpe auf, die das Kühlwasser bzw. die Kühlwasser-Mischung durch den Motor zu dessen Kühlung und weiterhin durch einen Wärmetauscher einer Innenraumbelüftung leiten, woraufhin das Kühlwasser wiederum durch die Wasserpumpe zu dem Motor gelangt. Die Regelung der Innenraumbeheizung erfolgt über eine den Luftstrom steuernde Klappe, die einen Luftzugang zum Wärmetauscher ganz verschließt, teilweise verschließt oder vollständig öffnet und entsprechend eine hierzu alternative Luftleitung vollständig öffnet, teilweise verschließt oder vollständig schließt. Der Wärmetauscher ist hierbei immer vom Kühlwasserstrom vollständig durchflossen, so dass die Regelung der Innenraumbeheizung lediglich über die den Luftstrom steuernde Klappe erfolgt. Ein derartiges Prinzip ist z.B. in „Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel, 25. Auflage, 1994, Seite 309, Bild 1,2" gezeigt.
In dem Kühlkreissystem eines herkömmlichen Fahrzeuges wird weiterhin zwischen einem kleinen Kühlkreislauf in einer Startphase des Motors bei überbrücktem Luftkühler und einem großen Kühlkreislauf in einer Betriebsphase des Fahrzeuges bei warmem Motor unterschieden. Hierzu ist im Kühlkreissystem ein Thermostat vorgesehen, das in der Startphase des Motors bei kaltem Kühlwasser geschlossen ist, so dass der Luftkühler überbrückt wird, und in der nachfolgenden Betriebsphase des Motors bei warmem Kühlwasser geöffnet wird, so dass der Luftkühler zur Kühlung des Kühlwassers und Vermeidung einer Motorüberhitzung mit Kühlwasser durchströmt wird.
Diese herkömmlichen Kühlkreissysteme führen dennoch immer noch zu einer deutlichen Erhitzung des Innenraumes, auch wenn die Warmluftzufuhr durch Schließen der den Luftstrom zu dem Wärmetauscher regelnden Klappe unterbrochen wird. Weiterhin ergibt sich eine relativ lange Startphase, bei der das Wasser aufgewärmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber bestehenden Kühlkreissystemen Verbesserungen zu schaffen und insbesondere eine zu starke Überhitzung des Innenraums des Fahrzeuges zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühlkreissystem nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Erfindungsgemäß ist somit ein Ventil vorgesehen, mit dem der Wärmetauscher vollständig überbrückt werden kann. Hierbei ist vorteilhafterweise eine vollständige oder auch teilweise, z.B. kontinuierliche Überbrückung möglich. Hierdurch sind z.B. unterschiedliche Einstellungen im Winter, in dem der Wärmetauscher immer ein wenig durchströmt wird, und im Sommer, in dem der Wärmetauscher ganz überbrückt wird, möglich. Hierdurch kann grundsätzlich auch die Luftklappe vor dem Wärmetauscher vollständig ersetzt werden; grundsätzlich ist aber auch eine ergänzende An bringung des erfindungsgemäßen Ventils zusätzlich zu der Luftklappe möglich.
Erfindungsgemäß konnte festgestellt werden, dass überraschender Weise eine deutliche Kühlung des Innenraums erreicht wird, indem der Wärmetauscher nicht von dem Kühlwasser durchströmt wird. Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass eine Durchströmung des Wärmetauschers – auch bei ausgeschalteter Warmluftzufuhr, d.h. wenn er grundsätzlich in der „Kaltlufteinstellung" von der Luftzufuhr entkoppelt ist – immer zu einer ungewollten Erhitzung des Innenraums beiträgt. Gründe dieser unbeabsichtigten Überhitzung liegen ggf. darin, dass die von dem warmen Kühlwasser durchströmten Wärmetauscherzellen über z.B. Wärmeleitung den gesamten Wärmetauscher mitsamt dem überbrückenden Luftkanal erhitzen.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, dass auch die Startphase der Erwärmung des Motors kürzer ausfällt, da die Masse des Wärmetauschers nicht mit zu erhitzen ist und die erfindungsgemäß festgestellte Innenraumbeheizung – die das Kühlwasser kühlt – nicht auftritt.
Erfindungsgemäß kann somit an warmen Tagen – z.B. während der gesamten warmen Jahreszeit – dieses Ventil den Wärmetauscher jeweils vollständig überbrücken, da eine Innenraumbeheizung des Fahrzeuges nicht gewünscht wird. An kalten Tagen kann auch eine teilweise Überbrückung gewählt werden.
Erfindungsgemäß kann somit eine Kühlung des Innenraums erreicht werden bzw. eine eventuell vorhandene Klimaanlage gerin ger, z.B. um 50 % geringer, betätigt werden, so dass entsprechend Kraftstoff gespart werden kann.
Hierbei konnte z.B. ermittelt werden, dass nach einer Fahrt, wenn das Auto ca. 1 Stunde lang geparkt wird, sich das Auto herkömmlicherweise um bis zu 8°C mehr erhitzt als bei der erfindungsgemäßen Lösung der Überbrückung des Wärmetauschers durch das erfindungsgemäße Ventil; bei einem fahrenden Auto liegt der Unterschied bei ca. 6°C.
Erfindungsgemäß können sowohl Einbauten des Ventils im Winkel von 90° als auch für parallele Rohre vorgesehen sein.
Grundsätzlich ist sowohl eine manuelle Verstellung des Ventils als auch eine Verstellung durch eine z.B. elektrische Hilfseinrichtung möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Kühlkreissystems gemäß einer Ausführungsform;
2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Kühlkreissystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3 eine Schnittansicht durch das Kühlkreissystem gemäß einer Ausführungsform mit einem Eckventil;
4 mehrere Ansichten des Ventilseinsatzes aus 3;
5 mehrere Ansichten des Ventilgehäuses aus 3;
6 eine zu 3 alternative Ausführungsform;
7 einen Schnitt durch das Ventil aus 6;
8 mehrere Ansichten des Ventilseinsatzes aus 7, 6;
9 mehrere Ansichten des Ventilgehäuses aus 6, 7.
Ein Kühlkreissystem 1 umfasst gemäß 1 Rohre 2, durch die gemäß Pfeilrichtung Kühlwasser (bzw. eine Kühlmischung) fließt, einen Motor 3, einen Wärmetauscher 4 einer Innenluftbeheizung und eine Wasserpumpe 5. Die Wasserpumpe 5 kann hierbei in Fließrichtung auch hinter dem Motor 3 angeordnet sein.
Durch den Wärmetauscher 4 strömt in an sich bekannter Weise gemäß den Doppelpfeilen Luft, die über einen Lufteintritt zu einer Verzweigung mit einer Klappe 8 gelangt. In der in 1 gezeigten durchgezogenen Stellung der Klappe 8 strömt die Luft durch den Wärmetauscher 4 und gelangt nachfolgend als erwärmter Luftstrom in den Innenraum des Kraftfahrzeuges. Bei der durch die gestrichelte Linie gezeigten Stellung der Klappe 8 wird die Luft hingegen direkt in den Innenraum des Kraftfahrzeuges gelei tet, so dass der Luftstrom den Wärmetauscher 4 überbrückt. Hierbei sind grundsätzlich auch Mittelstellungen der Klappe 8 zur teilweisen Erhitzung des Luftstromes möglich, wobei die Schaltung der Klappe 8 in bekannter Weise durch einen Handschalter vom Dashboard aus erfolgt.
Erfindungsgemäß ist nach dem Motor 3 ein Drei-Wege-Ventil 12 mit einem als Schalteinrichtung dienenden Hebel 13 vorgesehen. Das Ventil 12 kann in eine erste und eine zweite Schaltstellung sowie kontinuierlich in Zwischenstellungen eingestellt werden.
In einer ersten Schaltstellung des Ventils 12, die in einer normalen Betriebsstellung des Fahrzeuges eingestellt wird, lässt das Ventil 12 das vom Motor 3 kommende Kühlwasser in herkömmlicher Weise durch; somit fließt das Wasser in an sich bekannter Weise durch die Wasserpumpe 5 zurück zu dem Motor 3.
In einer zweiten Schaltstellung des Ventils 12 in einer Warmlaufphase des Motors wird die gesamte Verrohrung zu dem Wärmetauscher 4 überbrückt und das Wasser durch die Leitung 14 direkt zu der Wasserpumpe 5 und zurück zum Motor 3 geleitet.
Die Schalteinrichtung 13 kann insbesondere ein Hebel oder anderer Handschalter sein; es ist jedoch auch eine z.B. elektrische Schalteinrichtung oder hydraulische Schalteinrichtung möglich, die von dem Fahrer ausgelöst oder über eine ermittelte Kühlwassertemperatur selbsttätig vom Fahrzeug verstellt wird.
Bei der Ausführungsform der 2 ist ergänzend der Kühlwasserstrom durch ein Thermostat 10 und einen Luftkühler 6 eingezeichnet, die in jedem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor vorgesehen sind. Die Luft strömt zunächst in an sich bekannter Weise durch einen Luftfilter und einen Luftkühler 6, bevor sie zu der bereits in 1 beschriebenen Klappe 8 gelangt. Das vor dem Kühler 6 angeordnete Thermostatventil 10 schließt in Abhängigkeit von einer gemessenen Wassertemperatur den Kühler 6 während einer Warmlaufphase des Motors kurz und lässt ihn in einer nachfolgenden Betriebsphase mit Wasser durchströmen. Das Wasser fließt nachfolgend zu dem Ventil 12.
Bei der Ausführungsform der 3 und 4 ist als Ventil 12 ein Eckventil vorgesehen, das das in Pfeilrichtung vom Motor 3 kommende Wasser entweder über den Wärmetauscher 4 oder über das Rohr 14 leitet. Das Ventil 12 weist hierbei gemäß den 3, 4 ein Ventilgehäuse 16 mit drei Öffnungen 17, 18, 19 auf. In das Ventilgehäuse 16 wird durch dessen untere Öffnung 18 ein Ventileinsatz 20 mit zwei Öffnungen, einer unteren Öffnung 22 und einer seitlichen Öffnung 23, eingesetzt ist. Durch Drehen des Ventileinsatzes 20 im Ventilgehäuse 16 kann die Stellung der seitlichen Öffnung 23 von dem Zuleitungsrohr zum Wärmetauscher 4 oder zu dem Rohr 14 erfolgen. Gemäß 3 ist der Ventileinsatz 20 in dem Ventilgehäuse 16 z.B. über Lager 26 gelagert und mit einem als Schalteinrichtung 13 dienenden Hebel starr verbunden, so dass durch Drehen des Hebels 13 um 90° die beiden Schaltstellungen des erweiterten Kühlreislaufs zum Wärmetauscher 4 bzw. über das Rohr 14 direkt zurück zur Wasserpumpe 5 erreicht werden. Das Ventilgehäuse 16 und Ventileinsatz 20 können z.B. aus Aluminium oder Kunststoff gefertigt sein.
Bei der Ausführungsform der 6 (Unteransicht) und 7 (Schnittansicht) wird das Ventil 12 vom Motor 13 zum Wärmetauscher 4 geradlinig durchströmt, so dass das Ventil 12 als T- Ventil eine rechtwinklige Abzweigung über das Rohr 14 zurück zur Wasserpumpe 5 vorsieht. Auch hier ist ein Ventileinsatz 20 in dem Ventilgehäuse 16 vorgesehen und über Lager 26 gelagert, wobei die Verstellung wiederum über den als Schalteinrichtung dienenden Hebel 13 durch Schwenkung um 90° erfolgen kann. Wie insbesondere den 8 und 9 entnommen werden kann weist bei dieser Ausführungsform das Ventilsgehäuse 16 zwei sich gegenüberliegende Öffnungen 30, 31 und eine hiervon rechtwinklig abgehende Öffnung 32 auf, wobei das Ventilgehäuse 16 weiterhin nach unten offen ist zur Anbringung des Ventileinsatzes 20 und nach oben eine Öffnung 35 zum Durchstecken des oberen Teils des Ventilseinsatzes 20 für die Schalteinrichtung 13 aufweist. Der Ventileinsatz 16 weist hierbei gemäß 8 drei in einer ebene angeordnete Öffnungen 40, 41, 42 auf, von denen die Öffnungen 40, 42 gegenüberliegend sind und die Öffnung 41 rechtwinklig hiervon absteht, so dass durch Verdrehen des Ventileinsatzes 20 in dem Ventilgehäuse 16 jeweils zwei Öffnungen der drei Öffnungen 30, 31, 32 des Ventilgehäuses 16 miteinander verbunden werden können.

Claims

Kühlkreissystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem Motor (3), einem Wärmetauscher (4), einer Wasserpumpe (5), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlkreissystem ein Ventil (12) mit zwei Schaltstellungen und eine Schalteinrichtung (13) zum Schalten des Ventils (12) zwischen mindestens einer ersten und zweiten Schaltstellung vorgesehen ist, und in der ersten Schaltstellung des Ventils (12) ein großer Wasserkreislauf über den Motor (3), den Wärmetauscher (4) und die Wasserpumpe (5) freigegeben ist, und in einer zweiten Schaltstellung ein kleiner Wasserkreislauf über den Motor (3) und die Wasserpumpe (5) eingestellt wird und der Wärmetauscher (4) ganz oder teilweise überbrückt ist.
Kühlkreissystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) in Flussrichtung zwischen dem Motor (3) und dem Wärmetauscher (4) vorgesehen ist.
Kühlkreissystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) in mehrere Zwischenschaltstellungen zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung einstellbar ist, in denen der Wärmetauscher (4) teilweise überbrückt ist.
Kühlkreissystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil kontinuierlich in die mehreren Zwischenschaltstellungen zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung einstellbar ist.
Kühlkreissystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Ventil (12) eine Überbrückungsleitung (14) ausgeht, die in einer T-Verbindung (15) mit einer von dem Wärmetauscher (4) kommenden Wasserleitung (11) mündet.
Kühlkreissystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) aufweist ein Ventilgehäuse (16), an das Anschlussleitungen (11, 14) zu dem Wärmetauscher (4) und einer den Wärmetauscher (4) überbrückenden Leitung (14) angeschlossen sind und einen in dem Ventilgehäuse (16) drehbar aufgenommenen Ventileinsatz (20), der in verschiedenen Drehpositionen eine Eingangsleitung (9) mit einer Ausgangsleitung (11) zum Wärmetauscher (4) oder mit der den Wärmetauscher (4) überbrückenden Leitung (14) verbindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalteinrichtung ein mit dem Ventileinsatz (20) starr verbundener Hebel (13) vorgesehen ist, der in die verschiedenen Drehpositionen einstellbar ist.
Kühlkreissystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) eine eingehende Leitung (9) in den beiden Schaltstellungen entweder rechtwinklig mit einer aus gehenden Leitung (11) zu dem Wärmetauscher (4) oder rechtwinklig mit der überbrückenden Leitung (14) verbindet.
Kühlkreissystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz aufweist eine untere Eingangsöffnung (22) zum Anschluss an die eingehende Leitung (9) und eine zu der Eingangsöffnung (22) um 90° versetzte Ausgangsöffnung (23), die durch Drehen des Ventilseinsatzes (20) im Ventilgehäuse (16) an eine der Ausgangsleitungen (11, 14) angeschlossen wird, und das Ventilgehäuse (16) aufweist eine untere Öffnung zur Aufnahme des Ventileinsatzes (16), zwei um 90° versetzte Ausgangsöffnungen (17, 19) zum Anschluss der Ausgangsleitungen (11, 14) und eine obere Öffnung (18) zum Durchstecken eines oberen Bereichs des Ventileinsatzes (20) für einen Anschluss des Hebels (13).
Kühlkreissystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) eine Eingangsleitung (9) mit einer gradlinigen Ausgangsleitung (11) und einer um 90° abwinkelten Ausgangsleitung (14) verbindet, das Ventilgehäuse (16) zwei gegenüberliegende Öffnungen für die Eingangsleitung (9) und eine der Ausgangsleitungen (11) sowie eine um 90° abgewinkelte Öffnung (32) für die weitere Ausgangsleitung (14) aufweist, und der Ventileinsatz (20) drei in einer Ebene liegende Öffnungen (40, 41, 42) zur wahlweisen Verbindung der Eingangsleitung (14) in den beiden Schaltstellungen mit einer der Ausgangsleitungen (11, 14) aufweist.