DE4333110A1 - Kühlflüssigkeitskreislauf für Kraftfahrzeuge mit einem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlflüssigkeitskreislauf für Kraftfahrzeuge mit einem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungs­ motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der GB-2 092 292 A ist bereits ein Kühlflüssigkeitskreislauf für Kraftfahrzeuge der gattungsgemäßen Art bekannt. Dieser um­ faßt eine Kühlflüssigkeitspumpe, einen thermostatgeregelten Kühlflüssigkeitskühler und einen Wärmetauscher einer Fahrzeug­ heizung sowie einen Kühlflüssigkeitsregler, mit dem der Kühl­ flüssigkeitsfluß durch den Wärmetauscher je nach Bedarf der Fahrzeugheizung regelbar ist und im Heizbetrieb der Fahrzeughei­ zung ein den Wärmetauscher einschließender Heizkreislauf schalt­ bar ist. Bei einem durch den Thermostaten unterbrochenen Kühl­ flüssigkeitsstrom durch den Kühlflüssigkeitskühler und bei benö­ tigter Fahrzeugheizung ist der gesamte Kühlflüssigkeitsstrom durch den Wärmetauscher der Fahrzeugheizung leitbar.

Zum allgemeinen Hintergrund wird noch auf die Druckschriften US-PS 4 972 808, US-PS 4 177 925 und DE-OS 30 24 631 verwiesen.

Bei gattungsgemäßen Kühlflüssigkeitskreisläufen ist von Nach­ teil, daß bei unterbrochenem Kühlflüssigkeitsstrom durch den Kühlflüssigkeitskühler (nicht erreichte Temperatur der Kühlflüs­ sigkeit für die Schaltung des Thermostaten) und gleichzeitig un­ terbrochenem Kühlflüssigkeitsstrom durch den Wärmetauscher (nicht benötigte Fahrzeugheizung) keine Zirkulation der Kühl­ flüssigkeit in einem Kühlflüssigkeitsmantel des Verbrennungsmo­ tors erfolgt. Dadurch öffnet ein an einer Austrittsseite des Kühlflüssigkeitsmantels des Verbrennungsmotors angeordneter Thermostat zu früh bzw. alternierend und ein auf einer Ein­ trittsseite des Kühlflüssigkeitsmantels angeordneter Thermostat zu spät.

Im ersten Fall kommt es zu einer unerwünscht langen Warmlaufzeit für den Verbrennungsmotor, im zweiten Fall kann es zu einer un­ erwünschten Dampfblasenbildung im Bereich von lokal aufgeheizten Bereichen im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors kommen.

Ein weiterer Nachteil bekannter Kühlflüssigkeitskreisläufe ist, daß zur gewünschten Erwärmung des Fahrzeuginnenraumes bzw. bei gewünschtem Abtauen der Windschutzscheibe die Heizleistung der Fahrzeugheizung bei Fahrtantritt und kaltem Motor, gerade bei niederen Außentemperaturen, eine verhältnismäßig lange Zeit un­ genügend ist. Zwar ist es bekannt, bei Kühlflüssigkeitskreisläu­ fen eine möglichst hohe Vorlauftemperatur für den Wärmetauscher der Fahrzeugheizung dadurch zu erreichen, daß die Entnahme der Kühlflüssigkeit vom Kühlflüssigkeitsmantel des Motors dort er­ folgt, wo die Kühlflüssigkeit bei warmem Motor möglichst heiß ist, jedoch wird hierdurch das Problem der mangelnden Heizlei­ stung der Fahrzeugheizung nach Fahrtantritt bei erst leicht tem­ perierter Kühlflüssigkeit noch nicht zufriedenstellend gelöst.

Bei weiteren bekannten Kühlflüssigkeitskreisläufen, bei denen ebenfalls während der Warmlaufphase des Motors der Kühlflüssig­ keitsstrom thermostatgesteuert erst ab einer gewissen Regeltem­ peratur durch den Kühlflüssigkeitskühler geleitet wird, ist be­ kannt, daß vor Erreichen dieser Regeltemperatur die von der Kühlflüssigkeitspumpe geförderte Kühlflüssigkeit lediglich im Kühlflüssigkeitsmantel des Verbrennungsmotors (Kurzschlußkreislauf) zirkuliert und, bei zugeschalteter Fahr­ zeugheizung, zusätzlich in einem parallel zum Kurzschlußkreis­ lauf geschalteten Heizkreislauf. Bei derartigen Kühlkreisläufen wird bei zugeschalteter Fahrzeugheizung die Wärmemenge der be­ reits temperierten Kühlflüssigkeit für den Wärmetauscher der Fahrzeugheizung schlecht ausgenutzt, weil nur ein Teil des Volu­ menstroms der temperierten Kühlflüssigkeit durch den Heizkreis­ lauf gelangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kühlflüssigkeitskreislauf so auszubilden, daß bei unterbrochenem Kühlflüssigkeitsstrom durch den Kühlflüssigkeitskühler bei jedem Betriebszustand der Fahrzeugheizung eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit möglich ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches gegebenen Merkmale gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung des Kühlflüssig­ keitskreislaufes liegt darin, daß bei einem unterbrochenen Kühl­ flüssigkeitsstrom durch den Flüssigkeitskühler (Warmlaufbetrieb des Verbrennungsmotors) und bei einem nicht benötigten Wärme­ tauscher der Fahrzeugheizung über den Kühlflüssigkeitsregler ein Kurzschlußkreislauf schaltbar ist, durch den die von der Kühl­ flüssigkeitspumpe geförderte Kühlflüssigkeit über den Kühlflüs­ sigkeitsmantel des Verbrennungsmotors zirkuliert. Bei benötigter Fahrzeugheizung im Warmlaufbetrieb des Verbrennungsmotors ist der Heizkreislauf so schaltbar, daß der gesamte Kühlflüssig­ keitsstrom durch den Wärmetauscher fließt und aus diesem somit eine relativ große Wärmemenge für die Fahrzeugheizung entnehmbar ist.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von vier Ausführungs­ beispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kühlflüssigkeitskreislauf eines nicht dargestell­ ten Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, wobei der Kühlflüssigkeitskreislauf einen Kühlerkreislauf und einen parallel zu diesem geschalteten Heizkreislauf um­ faßt und ein Thermostat zur Regelung eines Kühlflüssig­ keitsstromes an der Austrittsseite eines Kühlflüssig­ keitsmantels des Verbrennungsmotors angeordnet ist (Austrittsregelung) und eine Bypassleitung über einen Kühlflüssigkeitsregler parallel zu einem Wärmetauscher einer Fahrzeugheizung geschaltet ist,

Fig. 2 einen Kühlflüssigkeitskreislauf mit Austrittsregelung analog zu Fig. 1, jedoch ohne Bypassleitung im Heiz­ kreislauf, wobei parallel zum Kühlerkreislauf und zum Heizkreislauf ein Kurzschlußkreislauf geschaltet ist und in diesem ein zweiter Kühlflüssigkeitsregler ange­ ordnet ist, der mit dem Kühlflüssigkeitsregler im Heiz­ kreislauf zusammenwirkt,

Fig. 3 einen Kühlflüssigkeitskreislauf analog zu Fig. 1, je­ doch mit einem an der Eintrittsseite des Kühlflüssig­ keitsmantels des Verbrennungsmotors angeordneten Ther­ mostat (Eintrittsregelung) und einem an der Austritts­ seite des Kühlflüssigkeitsmantels angeordneten Vertei­ ler, der den Heizkreislauf und den Kühlerkreislauf ver­ bindet und

Fig. 4 einen Kühlflüssigkeitskreislauf mit Eintrittsregelung und einem parallel zum Kühlkreislauf und zum Heizkreis­ lauf geschalteten Kurzschlußkreislauf analog zu Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Kühlflüssigkeitskreislauf 1 eines nicht dar­ gestellten Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor 2, wobei der Kühlflüssigkeitskreislauf 1 einen Kühlerkreislauf 3 und ei­ nen parallel zu diesem geschalteten Heizkreislauf 4 aufweist.

Der Kühlerkreislauf 3 umfaßt in seinen wesentlichen Komponenten einen Kühlflüssigkeitsmantel 5 des Verbrennungsmotors 2, von dessen Austrittsseite 6 eine Leitung 7 zu einem Thermostat 8 führt, der einen Kühlflüssigkeitsstrom zu einer Vorlaufleitung 9 eines Kühlflüssigkeitskühlers 10 regelt (Austrittsregelung), dessen Rücklaufleitung 11 mit einem Eintrittsstutzen 12 einer Kühlflüssigkeitspumpe 13 verbunden ist, deren Austrittsstutzen 14 in eine Eintrittsseite 15 des Kühlflüssigkeitsmantels 5 mün­ det.

Der Heizkreislauf 4 ist parallel zum Kühlerkreislauf 3 geschal­ tet und besteht in seinen wesentlichen Komponenten aus einer vom Thermostat 8 ausmündenden Vorlaufleitung 16 eines Wärmetauschers 17 einer Fahrzeugheizung, wobei an der Rücklaufseite 18 des Wär­ metauschers 17 ein Kühlflüssigkeitsregler 19 angeordnet ist, von dem eine Rücklaufleitung 20 des Wärmetauschers 17 zum Eintritts­ stutzen 12 der Kühlflüssigkeitspumpe 13 führt. Eine Bypassleitung 21a des Heizkreislaufes 4 führt von der Vorlaufleitung 16 des Wärmetauschers 17 zum Kühlflüssigkeitsregler 19.

Der Kühlflüssigkeitsmantel 5 ist Bestandteil des Heizkreislaufes 4 und des Kühlkreislaufes 3.

Bei einer Kühlflüssigkeitstemperatur unterhalb einer definierten Regeltemperatur des Thermostaten 8 schließt dieser den Kühler­ kreislauf 3, so daß die von der Kühlflüssigkeitspumpe 13 geför­ derte Kühlflüssigkeit lediglich durch den Kühlflüssigkeitsmantel 5 und den Heizkreislauf 4 zirkuliert. Somit strömt die gesamte von der Kühlflüssigkeitspumpe 13 geförderte Kühlflüssigkeit durch den Heizkreislauf 4.

Bei benötigter Wärmeabgabe der Fahrzeugheizung schaltet der Kühlflüssigkeitsregler 19, je nach eingestellter Heizleistung, die Bypassleitung 21a im Heizkreislauf 4 ganz oder teilweise ab. Bei maximaler Heizleistung der Fahrzeugheizung strömt die ge­ samte von der Kühlflüssigkeitspumpe 13 geförderte Kühlflüssig­ keit durch den Wärmetauscher 17.

Bei nicht benötigter Wärmeabgabe sperrt der Kühlflüssigkeitsreg­ ler 19 den Kühlflüssigkeitsstrom durch den Wärmetauscher 17 und die Kühlflüssigkeit strömt über die Bypassleitung 21a in die Rücklaufleitung 20 zum Eintrittsstutzen 12 der Kühlflüssig­ keitspumpe 13. Durch diese Schaltung des Kühlflüssigkeitsreglers 19 wird ein Kurzschlußkreislauf 21 geschaltet.

Oberhalb der Regeltemperatur des Thermostaten öffnet dieser den Kühlerkreislauf 3 und die Kühlflüssigkeit strömt nun auch durch den Kühlflüssigkeitskühler 10 und die Rücklaufleitung 11 zum Eintrittsstutzen 12 der Kühlflüssigkeitspumpe 13. Prinzipiell arbeitet der Heizkreislauf 4 auch in dieser Regelstellung des Thermostaten 8 wie oben beschrieben. Obwohl nun lediglich ein Teilvolumenstrom des gesamten Volumenstroms der Kühlflüssigkeit durch den Heizkreislauf 4 strömt, steht wegen der nun ausrei­ chend hohen Temperatur der Kühlflüssigkeit genügend Wärmemenge der Kühlflüssigkeit für den Wärmetauscher 17 der Fahrzeugheizung zur Verfügung.

In Fig. 2 ist ein Kühlflüssigkeitskreislauf 22 mit Austrittsre­ gelung analog zu Fig. 1 dargestellt. Gleiche Bauteile aus Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Anstelle der Bypassleitung 21 im Heizkreislauf 4 aus Fig. 1 ist parallel zu einem Kühlerkreislauf 23 und einem Heizkreislauf 24 ein Kurzschlußkreislauf 25 geschaltet, in dem ein zweiter Kühl­ flüssigkeitsregler 26 angeordnet ist, der mit dem Kühlflüssig­ keitsregler 19 im Heizkreislauf 24 zusammenwirkt.

Der Kühlflüssigkeitsmantel 5 des Verbrennungsmotors 2 ist Be­ standteil des Kühlerkreislaufes 23, des Heizkreislaufes 24 und des Kurzschlußkreislaufes 25.

Unterhalb einer definierten Regeltemperatur des Thermostaten 8 schließt dieser den Kühlerkreislauf 23, so daß die von der Kühl­ flüssigkeitspumpe 13 geförderte Kühlflüssigkeit lediglich durch den Kühlflüssigkeitsmantel 5 und den Heizkreislauf 24 bzw. den Kurzschlußkreislauf 25 zirkuliert.

Bei benötigter Wärmeabgabe der Fahrzeugheizung schaltet der Kühlflüssigkeitsregler 26 den Kurzschlußkreislauf 25 ab und der Kühlflüssigkeitsregler 19 öffnet, je nach eingestellter Heizlei­ stung, den Kühlflüssigkeitsstrom durch den Heizkreislauf 24 und damit durch den Wärmetauscher 17 der Fahrzeugheizung.

Bei maximaler Heizleistung der Fahrzeugheizung strömt die ge­ samte von der Kühlflüssigkeitspumpe 13 geförderte Kühlflüssig­ keit durch den Wärmetauscher 17.

Bei nicht benötigter Wärmeabgabe sperrt der Kühlflüssigkeitsreg­ ler 19 den Kühlflüssigkeitsstrom durch den Wärmetauscher 17. Gleichzeitig öffnet der Kühlflüssigkeitsregler 26 den Kurz­ schlußkreislauf 25 und die Kühlflüssigkeit strömt (bei weiterhin geschlossenem Kühlerkreislauf 23) von der Austrittsseite 6 des Kühlflüssigkeitsmantels 5 über den Kurzschlußkreislauf 25 und über den Kühlflüssigkeitsregler 26 zum Eintrittsstutzen 12 der Kühlflüssigkeitspumpe 13. Somit ist eine Zirkulation der Kühl­ flüssigkeit durch den Kühlflüssigkeitsmantel 5 des Verbrennungs­ motors 2 auch bei abgeschalteter Fahrzeugheizung und bei ge­ schlossenem Kühlerkreislauf 23 möglich.

Fig. 3 zeigt einen Kühlflüssigkeitskreislauf 27 mit einem Küh­ lerkreislauf 28 und einem parallel zu diesem geschalteten Heiz­ kreislauf 29 mit der Bypassleitung 21a analog zu Fig. 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Der Thermostat 8 befindet sich an der Eintrittsseite 15 des Kühlflüssigkeitsmantels 5 des Verbrennungsmotors 2 (Eintrittsregelung) in der Rücklaufleitung 11 des Kühlflüssig­ keitskühlers 10. Ein an der Austrittsseite 6 des Kühlflüssig­ keitsmantels 5 angeordneter Verteiler 30 verbindet den Kühler­ kreislauf 28 und den Heizkreislauf 29. Eine Rücklaufleitung 31 des Wärmetauschers 17 führt über den Thermostaten 8 zur Kühl­ flüssigkeitspumpe 13, wobei eine Strömungsverbindung zwischen Rücklaufleitung 31 und Kühlflüssigkeitspumpe 13 sowohl bei offe­ nem als auch bei geschlossenem Thermostat 8 besteht.

Bei einer Kühlflüssigkeitstemperatur unterhalb einer definierten Regeltemperatur des Thermostaten 8 schließt dieser den Kühler­ kreislauf 28, so daß die von der Kühlflüssigkeitspumpe 13 geför­ derte Kühlflüssigkeit lediglich durch den Kühlflüssigkeitsmantel 5 und über den Verteiler 30 durch den Heizkreislauf 29 zirku­ liert.

Bei benötigter Wärmeabgabe der Fahrzeugheizung und weiterhin ge­ schlossenem Kühlerkreislauf 28 schaltet der Kühlflüssigkeitsreg­ ler 19, je nach eingestellter Heizleistung, die Bypassleitung 21a ganz oder teilweise ab. Bei maximaler Heizleistung der Fahrzeug­ heizung strömt die gesamte von der Kühlflüssigkeitspumpe 13 ge­ förderte Kühlflüssigkeit durch den Wärmetauscher 17.

Bei nicht benötigter Wärmeabgabe sperrt der Kühlflüssigkeitsreg­ ler 19 den Kühlflüssigkeitsstrom durch den Wärmetauscher 17 und die Kühlflüssigkeit strömt über die Bypassleitung 21a in eine Rücklaufleitung 31 zum Thermostaten 8 und von dort zum Ein­ trittsstutzen 12 der Kühlflüssigkeitspumpe 13.

Fig. 4 zeigt einen Kühlflüssigkeitskreislauf 32 mit einem Küh­ lerkreislauf 33, einem Heizkreislauf 34 und einem Kurzschluß­ kreislauf 35 analog zu Fig. 2, jedoch ebenfalls mit einer Ein­ trittsregelung analog zu Fig. 3. Gleiche Bauteile sind mit glei­ chen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Von einer vom Verteiler 30 zum Kühlflüssigkeitskühler 10 führen­ den Vorlaufleitung 36 zweigt eine zum Thermostaten 8 führende Kurzschlußleitung 37 ab. In dieser befindet sich der Kühlflüs­ sigkeitsregler 26, der mit dem im Heizkreislauf 34 befindlichen Kühlflüssigkeitsregler 19 in der in Fig. 3 beschriebenen Weise zusammenwirkt.

Claims (3)

1. Kühlflüssigkeitskreislauf für Kraftfahrzeuge mit einem flüs­ sigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor, wobei der Kühlflüssigkeits­ kreislauf mindestens einen Kühlerkreislauf mit einer Kühlflüs­ sigkeitspumpe zur Förderung der Kühlflüssigkeit, einem Kühlflüs­ sigkeitsmantel des Verbrennungsmotors und einem durch einen Thermostat gesteuerten Kühlflüssigkeitskühler, sowie mindestens einen parallel zum Kühlerkreislauf geschalteten Heizkreislauf einer Fahrzeugheizung mit einem Wärmetauscher und einem Kühl­ flüssigkeitsregler umfaßt, mit dem der Heizkreislauf schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterbrochenem Kühlflüssigkeitsstrom durch den Kühlflüs­ sigkeitskühler (10) und den Wärmetauscher (17) mit dem Kühlflüs­ sigkeitsregler (19) im Heizkreislauf (4, 24, 29, 34) gleichzeitig ein Kurzschlußkreislauf (21, 25, 35) schaltbar ist, der mindestens den Kühlflüssigkeitsmantel (5) des Verbrennungsmotors (2) um­ faßt.

2. Kühlflüssigkeitskreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkreislauf (4, 29) eine den Wärmetauscher (17) umge­ hende Bypassleitung (21a) umfaßt, die durch den Kühlflüssigkeits­ regler (19) schaltbar ist.

3. Kühlflüssigkeitskreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zum Heizkreislauf (24, 34) parallel geschalteten Kurzschlußkreislauf (25, 35) ein mit dem Kühlflüssigkeitsregler (19) im Heizkreislauf (24, 34) zusammenwirkender zweiter Kühl­ flüssigkeitsregler (26) im Kurzschlußkreislauf (25, 35) angeord­ net ist und daß die Schaltung der Kühlflüssigkeitsregler (19, 26) derart erfolgt, daß entweder der Kühlflüssigkeitsregler (19) im Heizkreislauf (24, 34) oder der Kühlflüssigkeitsregler (26) im Kurzschlußkreislauf (35, 36) geöffnet und der jeweils andere Kühlflüssigkeitsregler (26, 19) geschlossen ist.