DE4211588A1 - Cooling circuit for vehicle IC engine - incorporates secondary circuits with at least one heat exchanger - Google Patents

Cooling circuit for vehicle IC engine - incorporates secondary circuits with at least one heat exchanger

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Abstract

The cooling circuit for a vehicle IC engine incorporating at least one heat exchanger (40) connected between the engine (10) and the cooling radiator (12). It is situated downstream of the coolant circulating pump (14), and the coolant (46) leaving this heat exchanger enters the return line (26) from the radiator to the engine. Cooling fluid flowing through a secondary circuit (40a,46a) may flow through a secondary radiator (48) and an inlet air heater (52). There is a further circuit (30,28) for the cabin air heater (32). USE - Cooling circuit for vehicle IC engine incorporating heat exchanger and secondary circuits.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zumindest eines Wärmetau­ schers in einem Kühlkreislauf einer Bremskraftmaschine, insbe­ sondere in einem Kraftfahrzeug, gem. dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.The invention relates to an arrangement of at least one heat rope Schers in a cooling circuit of a brake engine, esp especially in a motor vehicle, acc. the generic term of Pa claim 1.

Kühlkreisläufe für Brennkraftmaschinen sind primär so ausge­ legt, daß die der Verbrennung unmittelbar ausgesetzten Bauteile zulässige Temperaturen nicht überschreiten. Sind zusätzliche Wärmetauscher, z. B. ein Ölkühler oder ein Ladeluftkühler, zu versorgen, so können bei üblichen Anordnungen Betriebszyklen auftreten, bei denen z. B. durch zu geringes Druckgefälle deren Kühlleistung stark vermindert ist.Cooling circuits for internal combustion engines are primarily so specifies that the components immediately exposed to combustion do not exceed permissible temperatures. Are additional Heat exchanger, e.g. B. an oil cooler or an intercooler supply, so with normal arrangements, operating cycles occur where z. B. by too low a pressure drop Cooling capacity is greatly reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Wärmetauscher ggf. in Verbindung mit einem separaten Nebenkreislauf so in den Primärkühlkreislauf einzubinden, daß eine gleichmäßige, ausrei­ chende Kühlleistung über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ohne Verwendung einer separaten Umwälzpumpe sichergestellt ist.The object of the invention is therefore to provide a heat exchanger in combination with a separate secondary circuit Include primary cooling circuit that is even, sufficient cooling performance over the entire operating range of the Internal combustion engine without using a separate circulation pump is ensured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar. This object is achieved with the characteristic Features of claim 1 solved. Advantageous next Formations of the invention are the other claims removable.  

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, den Wärmetauscher vorlaufseitig unmittelbar an die Druckseite der Umwälzpumpe und rücklaufseitig an die Saugseite bzw. an die dort angeschlossene Rücklaufleitung anzuschließen.According to the invention, the heat exchanger is thus proposed flow side directly to the pressure side of the circulation pump and on the return side to the suction side or to the one connected there Connect the return line.

Durch den Abgriff der Umwälzpumpe direkt an der Druckseite wird einerseits ein möglichst hohes Druckgefälle für den Wärmetau­ scher erreicht und andererseits dessen Wirkungsgrad dadurch erhöht, daß von der Brennkraftmaschine noch nicht erwärmtes Kühlmittel abgezogen wird. Nach dem Verlassen des Wärmetau­ schers wird das Kühlmittel in die den niedrigsten Druck aufwei­ sende Rücklaufleitung abgegeben, wo es sich mit dem im Haupt­ kühler abgekühlten Kühlmittel vermischt, so daß es auch in der Temperatur wieder abgesenkt wird. Die Kühlleistung des Wärme­ tauschers kann durch den Durchströmwiderstand des Wärmetau­ schers und/oder entspr. Dimensionierung der den Wärmetauscher versorgenden Kühlmittelleitungen in einfacher Weise eingestellt werden.By tapping the circulation pump directly on the pressure side on the one hand the highest possible pressure drop for the heat build-up achieved and on the other hand its efficiency increased that not yet heated by the internal combustion engine Coolant is withdrawn. After leaving the heat rope Schers will coolant to the lowest pressure sent return line where it is in the main cooler cooled coolant mixed so that it also in the Temperature is lowered again. The cooling capacity of the heat exchanger can through the flow resistance of the heat rope shear and / or corresponding dimensioning of the heat exchanger supplying coolant lines set in a simple manner will.

Sofern die Umwälzpumpe in das Gehäuse der Brennkraftmaschine integriert ist, was relativ häufig der Fall ist, kann bei­ spielsweise durch Einsetzen eines Rohrstutzens der Druckraum der Umwälzpumpe unmittelbar mit der Vorlaufleitung des Wärme­ tauschers verbunden sein. Gleiches gilt selbstverständlich auch für eine an die Brennkraftmaschine separat angebaute Umwälzpum­ pe, die zumeist von der Brennkraftmaschine angetrieben ist.If the circulation pump in the housing of the internal combustion engine is integrated, which is relatively often the case with for example by inserting a pipe socket into the pressure chamber the circulation pump directly with the heat supply line be connected in exchange. The same applies of course for a circulation pump installed separately on the internal combustion engine pe, which is mostly driven by the internal combustion engine.

Der auf die vorbeschriebene Weise unmittelbar von der Umwälz­ pumpe versorgte Wärmetauscher kann ein Ölkühler für Schmieröl der Brennkraftmaschine und/oder des Getriebes und/oder einer Hydraulikeinheit sein z. B. zum Betrieb einer Servolenkung oder einer Fahrwerkhydraulik.The one described above directly from the upheaval Pump supplied heat exchanger can be an oil cooler for lubricating oil the internal combustion engine and / or the transmission and / or one Hydraulic unit be z. B. to operate a power steering or chassis hydraulics.

Bei einer Anordnung an einer Brennkraftmaschine mit einem Pri­ mär-Kühlkreislauf mit einem Hauptkühler und einem Sekundär-Nie­ dertemperatur-Kühlkreislauf mit einem Nebenkühler können Neben­ kühler und Wärmetauscher hintereinander geschaltet unmittelbar an die Druckseite und an die Saugseite der Umwälzpumpe ange­ schlossen sein. When arranged on an internal combustion engine with a Pri mar cooling circuit with a main cooler and a secondary never the temperature cooling circuit with an auxiliary cooler can secondary cooler and heat exchanger connected in series immediately attached to the pressure side and the suction side of the circulation pump be closed.  

Der Wärmetauscher kann hier beispielsweise ein Ladeluftkühler und/oder ein Brennstoffkühler sein, die trotz ihrer Einbindung über die angezapfte Umwälzpumpe in den Primär-Kühlkreislauf mit einer relativ niedrigen Temperatur betreibbar sind.The heat exchanger can be, for example, an intercooler and / or a fuel cooler that despite their involvement via the tapped circulation pump into the primary cooling circuit are operated at a relatively low temperature.

Zwei Ausführungsbeispiele dem Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeich­ nung zeigt einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit zusätzlicher Versorgung eines Wärmetauschers oder - in gestri­ chelten Linien dargestellt - mit einem zusätzlichen Sekundär-Kühlkreislauf.Two embodiments of the invention are as follows further details explained. The schematic drawing voltage shows a cooling circuit of an internal combustion engine additional supply of a heat exchanger or - in str smiled lines - with an additional Secondary cooling circuit.

Die dargestellte Brennkraftmaschine 10 mit Flüssigkeitskühlung weist einen Kühlkreislauf an sich bekannter Bauart auf, mit einem Hauptkühler 12, einer von der Brennkraftmaschine ange­ triebenen Wasserpumpe 14 und einem Kühlmittel-Ausgleichsbehäl­ ter 16.The illustrated internal combustion engine 10 with liquid cooling has a cooling circuit of a type known per se, with a main cooler 12 , a water pump 14 driven by the internal combustion engine and a coolant compensation tank 16 .

Der Zylinderkopf 18 der Brennkraftmaschine 10 ist mit einem ersten Anschlußstutzen 20 versehen, an den die mit dem Haupt­ kühler 12 verbundene Vorlaufleitung 22 angeschlossen ist. Fer­ ner geht von dem Hauptkühler 12 eine Rücklaufleitung 24 ab, die über ein an die Wasserpumpe 14 angebautes Thermostatgehäuse 26 an die Saugseite der Wasserpumpe 14 angeschlossen ist. An diese Saugseite 26 ist ferner angeschlossen eine Rücklaufleitung 28 eines mit einer Vorlaufleitung 30 und einem Heizkörper 32 ge­ bildeten Heizungskreislaufes und eine ebenfalls an den An­ schlußstutzen 20 angeschlossene Kurzschlußleitung 34.The cylinder head 18 of the internal combustion engine 10 is provided with a first connection piece 20 , to which the flow line 22 connected to the main cooler 12 is connected. Fer ner goes from the main cooler 12 from a return line 24 which is connected via a thermostat housing 26 attached to the water pump 14 to the suction side of the water pump 14 . At this suction side 26 is also connected to a return line 28 of a ge with a flow line 30 and a radiator 32 formed heating circuit and also to the connection piece 20 connected to the short-circuit line 34th

Die Druckseite bei 36 der Wasserpumpe 14 ist an den Zylinder­ block 38 bzw. an die darin ausgebildeten Kühlwasserkanäle durch den dichten Anbau der Wasserpumpe 14 unmittelbar angeschlossen.The pressure side at 36 of the water pump 14 is directly connected to the cylinder block 38 or to the cooling water channels formed therein by the tight attachment of the water pump 14 .

Bei kalter Brennkraftmaschine wird in dem beschriebenen Kühl­ wasserkreislauf das in dem Zylinderblock 38 und dem Zylinder­ kopf 18 der Brennkraftmaschine 10 befindliche Kühlmittel über die Kurzschlußleitung 34 angesaugt und über die Druckseite bei 36 wieder in die Kühlkanäle der Brennkraftmaschine 10 geför­ dert. Nach Erreichen einer definierten Temperatur des Kühlmit­ tels öffnet der Thermostat in dem Thermostatgehäuse 26 und es wird zunehmend kaltes Kühlmittel über die Rücklaufleitung 24 aus dem Hauptkühler 12 angesaugt, wobei dementsprechend über die Vorlaufleitung 22 heißes Kühlmittel zum Hauptkühler ge­ langt.In the case of a cold internal combustion engine, the coolant located in the cylinder block 38 and the cylinder head 18 of the internal combustion engine 10 is sucked in via the short-circuit line 34 in the described cooling water circuit and is fed back into the cooling channels of the internal combustion engine 10 via the pressure side at 36 . After reaching a defined temperature of the coolant, the thermostat opens in the thermostat housing 26 and increasingly cold coolant is sucked in via the return line 24 from the main cooler 12 , hot coolant correspondingly reaching the main cooler via the supply line 22 .

Unmittelbar an die Druckseite 36 der Wasserpumpe 14 ist ferner ein schematisch angedeuteter Wärmetauscher 40 angeschlossen, der beispielsweise ein flüssigkeitsgekühlter Schmierölkühler oder Hydraulikölkühler und/oder ein weiterer in Kraftfahrzeugen verwendeter Kühler sein kann. Der Wärmetauscher 40 ist dabei entsprechend seiner Funktion innerhalb oder außerhalb der Brennkraftmaschine oder an einem anderen Aggregat angebaut und über nicht dargestellte Leitungen an das zu kühlende Medium angeschlossen.Also directly connected to the pressure side 36 of the water pump 14 is a schematically indicated heat exchanger 40 , which can be, for example, a liquid-cooled lubricating oil cooler or hydraulic oil cooler and / or another cooler used in motor vehicles. The heat exchanger 40 is installed according to its function inside or outside the internal combustion engine or on another unit and connected to the medium to be cooled via lines, not shown.

Entscheidend ist, das der Wärmetauscher 40 vorlaufseitig über einen an die Wasserpumpe an deren Druckraum angeordneten An­ schlußstutzen 42 und über eine Vorlaufleitung 44 unmittelbar an die Druckseite der Pumpe 14 angeschlossen ist, während er rück­ laufseitig über eine Rücklaufleitung 46 unmittelbar über die Rücklaufleitung 24 des Primär-Kühlkreises der Brennkraftmaschi­ ne 10 an die Saugseite 26 der Umwälzpumpe 14 angeschlossen ist. Dementsprechend ist für den Wärmetauscher 40 ein separater Kühlkreislauf geschaffen, der ohne Durchströmung jedwelcher Teile der Brennkraftmaschine 10 von der Druckseite bei 36 der Umwälzpumpe 14 zu deren Saugseite 24, 26 führt. Der Anschluß an die Saugseite der Umwälzpumpe 14 kann je nach Bedarf so gewählt werden, daß entweder eine Umgehung des in dem Thermostatgehäu­ ses 26 angeordneten Thermostaten stattfindet oder durch Einbin­ dung des Thermostaten eine gewünschte Temperaturregelung (z. B. keine Durchströmung bei Kurzschlußbetrieb) stattfindet.It is crucial that the heat exchanger 40 on the supply side is connected to a connection piece to the water pump at its pressure chamber 42 and connected via a supply line 44 directly to the pressure side of the pump 14 , while it is on the return side via a return line 46 directly via the return line 24 of the primary -Cooling circuit of the internal combustion engine 10 is connected to the suction side 26 of the circulating pump 14 . Accordingly, a separate cooling circuit is created for the heat exchanger 40 , which leads from the pressure side at 36 of the circulation pump 14 to the suction side 24 , 26 thereof without flowing through any parts of the internal combustion engine 10 . The connection to the suction side of the circulating pump 14 can be selected as required so that either a bypassing of the thermostats arranged in the thermostat housing 26 takes place or a desired temperature control (e.g. no flow during short-circuit operation) takes place by integrating the thermostat.

Der separate Kühlkreislauf kann auch mit einem Nebenkühler 48 (vgl. gestrichelt dargestellte Version) zur Versorgung eines in einem Saugrohr 50 der Brennkraftmaschine 10 angeordneten Lade­ luftkühlers 52 ausgeführt sein. Dabei ist die von der Drucksei­ te bei 36 der Umwälzpumpe 14 abgehende Vorlaufleitung 40a mit dem Nebenkühler 48 verbunden, dessen abgehende Rücklaufleitung 46a über den flüssigkeitsgekühlten Ladeluftkühler 52 und ggf. über den Wärmetauscher 40 wieder in die Rücklaufleitung 24 des Primär-Kühlkreises der Brennkraftmaschine 10 einmündet.The separate cooling circuit can also be designed with an auxiliary cooler 48 (cf. version shown in dashed lines) for supplying an air cooler 52 arranged in an intake manifold 50 of the internal combustion engine 10 . Here, the outgoing from the Drucksei 36 at the circulation pump 14 supply line 40 a is connected to the secondary cooler 48 , its outgoing return line 46 a via the liquid-cooled charge air cooler 52 and possibly via the heat exchanger 40 back into the return line 24 of the primary cooling circuit of the internal combustion engine 10 flows into.

Diese Anordnung hat wiederum den Vorteil, daß das Kühlmittel unmittelbar an der Druckseite 36 der Umwälzpumpe abgezweigt im Nebenkühler 48 weiter heruntergekühlt wird, wodurch ein Nieder­ temperatur-Kühlkreislauf geschaffen ist. Das stark herunterge­ kühlte Kühlmittel fließt dann über die Rücklaufleitung 46a zum Ladeluftkühler 52 und von dort ggf. über den Wärmetauscher 40 direkt zur Rücklaufleitung 24.This arrangement in turn has the advantage that the coolant branched off directly on the pressure side 36 of the circulation pump in the secondary cooler 48 is further cooled down, thereby creating a low-temperature cooling circuit. The greatly cooled down coolant then flows via the return line 46 a to the charge air cooler 52 and from there possibly via the heat exchanger 40 directly to the return line 24 .

Durch die gezeigte Anordnung ist für den separaten Kühlkreis­ lauf entweder für den Wärmetauscher 40 und/oder für den Lade­ luftkühler 52 ein ausreichendes Druckgefälle und eine möglichst geringe Vorlauftemperatur gegeben, die einen hohen Wirkungsgrad des separaten Kühlkreislaufes bei allen Betriebsbedingungen sicherstellt.The arrangement shown for the separate cooling circuit is either a sufficient pressure drop and the lowest possible flow temperature for the heat exchanger 40 and / or for the charging air cooler 52 , which ensures a high efficiency of the separate cooling circuit in all operating conditions.

Claims (5)

1. Anordnung zumindest eines Wärmetauschers in einem Kühl­ kreislauf einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, welcher Kühlkreislauf eine Umwälzpumpe und einen Hauptkühler aufweist, wobei der Hauptkühler über eine vorlauf- und eine Rücklaufleitung mit der Brennkraftma­ schiene bzw. der Umwälzpumpe verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zumindest eine Wärmetauscher (40) vor­ laufseitig unmittelbar an die Druckseite (36) der Umwälz­ pumpe (14) und rücklaufseitig an die Saugseite (26) bzw. an die Rücklaufleitung (24) des Hauptkühlkreises angeschlossen ist.1. Arrangement of at least one heat exchanger in a cooling circuit of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, which cooling circuit has a circulating pump and a main cooler, the main cooler being connected to the internal combustion engine rail or the circulating pump via a flow and a return line, thereby characterized is characterized in that the at least one heat exchanger ( 40 ) is connected directly to the pressure side ( 36 ) of the circulation pump ( 14 ) and the return side to the suction side ( 26 ) and to the return line ( 24 ) of the main cooling circuit. 2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Umwälzpumpe (14) in das Gehäuse (38) der Brennkraftmaschine (10) integriert oder an dieses angebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (bei 36) der Umwälzpumpe (14) unmittelbar mit der Vorlaufleitung (44) des Wärmetauschers (40) verbunden ist.2. Arrangement according to claim 1, wherein the circulation pump ( 14 ) in the housing ( 38 ) of the internal combustion engine ( 10 ) is integrated or attached to it, characterized in that the pressure chamber (at 36 ) of the circulation pump ( 14 ) directly with the flow line ( 44 ) of the heat exchanger ( 40 ) is connected. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (40) ein Ölkühler für Schmieröl der Brennkraftmaschine und/oder des Getriebes und/oder einer Hydraulikeinheit ist. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger ( 40 ) is an oil cooler for lubricating oil of the internal combustion engine and / or the transmission and / or a hydraulic unit. 4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Wärmetau­ scher (52) in einen sekundär Niedertemperatur-Kreislauf mit einem Nebenkühler (48) eingebunden ist und daß die Vorlauf­ leitung (40a) des Nebenkühlers (48) mit dem Druckraum (bei 36) der Umwälzpumpe (14) und der zumindest eine Wärmetau­ scher (52) in den Rücklauf (46a) des Sekundär-Kreislaufes eingebunden ist.4. Arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the at least one Wärmetau shear ( 52 ) in a secondary low-temperature circuit with an auxiliary cooler ( 48 ) is integrated and that the flow line ( 40 a) of the auxiliary cooler ( 48 ) with the pressure chamber (at 36 ) of the circulation pump ( 14 ) and the at least one heat exchanger ( 52 ) in the return ( 46 a) of the secondary circuit is integrated. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Ladeluftkühler (52) und/oder ein Brenn­ stoffkühler ist.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the heat exchanger is a charge air cooler ( 52 ) and / or a fuel cooler.
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