DE9013459U1 - Cooling system for internal combustion engines - Google Patents

Cooling system for internal combustion engines

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Description

R. 23809 13.8.1990 SaR. 23809 13.8.1990 Sat

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10

Kühlsystem für Brennkraftmaschinen 15 Cooling system for internal combustion engines 15

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Kühlsystem für Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs definierten Gattung.The invention relates to a cooling system for internal combustion engines of the type defined in the preamble of the claim.

Bei einem solchen bekannten Kühlsystem (DE 35 14 198 Al) wird die von der Brennkraftmaschine erzeugte Wärme zur Beheizung des Fahrgastraumes des Fahrzeugs herangezogen. Hierzu wird Luft durch den Wärmetauscher geblasen und anschließend dem Fahrgastraum zugeführt. Im Heizbetrieb gibt das als Magnetventil ausgebildete 3/2-Wegeventil den Kühlflüssigkeitsfluß durch den Wärmetauscher frei und sperrt den Bypaß. Die den Wärmetauscher durchströmende Luft wird durch die Kühlflüssigkeit erwärmt. Zum Abstellen der Heizung wird das 3/2-Wegeventil umgeschaltet, so daß nunmehr der Bypaß geöffnet und der Wärmetauscher abgesperrt ist. Der Kühlflüssigkeitskreislauf bleibt unter Umgehung des Wärmetauschers aufrechterhalten.In such a known cooling system (DE 35 14 198 Al), the heat generated by the internal combustion engine is used to heat the passenger compartment of the vehicle. For this purpose, air is blown through the heat exchanger and then fed into the passenger compartment. In heating mode, the 3/2-way valve, designed as a solenoid valve, releases the coolant flow through the heat exchanger and blocks the bypass. The air flowing through the heat exchanger is heated by the coolant. To switch off the heating, the 3/2-way valve is switched so that the bypass is now open and the heat exchanger is blocked. The coolant circuit is maintained by bypassing the heat exchanger.

Die Förderpumpe für die Kühlflüssigkeit ist mit der Brennkraftmaschine zwangsgekoppelt und wird immer dann angetrieben, wenn die Brennkraftmaschine läuft. Ihre Drehzahl und damit ihre Förderleistung wird durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt. Bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine verringert sich damit der Kühlflüssigkeitsdurchsatz in dem Wärmetauscher und die Heizleistung geht extrem merkbar zurück.The feed pump for the coolant is forcibly coupled to the internal combustion engine and is always driven when the internal combustion engine is running. Its speed and thus its delivery capacity is determined by the speed of the internal combustion engine. At low engine speeds, the coolant flow rate in the heat exchanger is reduced and the heating capacity drops extremely noticeably.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Kühlsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig fördernde elektrische Zusatzpumpe die Förderpumpe bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine unterstützt, so daß eine ausreichende Kühlflüssigkeitsumlaufgeschwindigkeit auch bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine beibehalten wird. Bei kleinen Drehzahlen der Brennkraftmaschine wird damit ein für eine brauchbare Heizleistung ausreichender Kühlflüssigkeitsdurchsatz im Wärmetauscher sichergestellt.The cooling system according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the additional electric pump, which delivers independently of the speed of the internal combustion engine, supports the feed pump at low speeds of the internal combustion engine, so that a sufficient coolant circulation speed is maintained even at low speeds of the internal combustion engine. At low speeds of the internal combustion engine, a sufficient coolant flow rate in the heat exchanger for a usable heating output is thus ensured.

Außerdem ergibt sich durch die erfindungsgemäße elektrische Zusatzpumpe der Vorteil, daß durch geeignete elektrische Schaltmaßnahmen die Zusatzpumpe nach Abschalten der Brennkraftmaschine noch weiterläuft und den Kühlflüssigkeitskreislauf für eine gewisse Zeitspanne aufrechthält. Damit werden die Zylinderköpfe nach Abstellen der Brennkraftmaschine noch nachkühlt und extreme Temperaturerhöhungen an den Verbrennungszylindern infolge Abschalten des Kühlflussigkeitskreislaufes vermieden. Die Zeitspanne des Nachlaufs der Zusatzpumpe kann temperaturabhängig festgelegt werden, so daß die Zusatzpumpe erst nach Unterschreiten einer unkritischen Temperaturschwelle abschaltet.In addition, the electric additional pump according to the invention has the advantage that, thanks to suitable electrical switching measures, the additional pump continues to run after the internal combustion engine has been switched off and maintains the coolant circuit for a certain period of time. This means that the cylinder heads continue to cool after the internal combustion engine has been switched off and extreme temperature increases in the combustion cylinders as a result of the coolant circuit being switched off are avoided. The period of time for which the additional pump continues to run can be set depending on the temperature, so that the additional pump only switches off once the temperature falls below a non-critical threshold.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Kühlsystems möglich.The measures listed in the further claims enable advantageous further developments and improvements of the cooling system specified in claim 1.

Durch die bauliche Vereinigung von Zusatzpumpe und dem mindestens einen 3/2-Wegeventil wird die Montagezeit gegenüber dem Einbau einer separaten elektrischen Pumpe in den Kühlflüssigkeitskreislauf erheblich gesenkt.By structurally combining the additional pump and at least one 3/2-way valve, the assembly time is significantly reduced compared to installing a separate electric pump in the coolant circuit.

Die Baueinheit kann in Monoausführung mit einem 3/2-Wegeventil und in Duo-Ausführung mit zwei 3/2-Wegeventile ausgebildet werden. Im ersten Fall erfolgt die Beheizung des Fahrgastraumes nur mit einem Wärmetauscher im Kühlflüssigkeitskreislauf, die Temperatur im Fahrgastraum läßt sich nur einheitlich einstellen. Im zweiten Fall erfolgt die Beheizung des Fahrgastraums mittels zweier im Kühlflüssigkeitskreislauf angeordneter Wärmetauscher, und zwar jeweils einen Wärmetauscher für eine Fahrgastraumseite. Die Temperatur auf der Fahrer- und Beifahrerseite läßt sich damit getrennt nach individuellen Bedürfnissen einstellen.The unit can be designed as a mono version with a 3/2-way valve and as a duo version with two 3/2-way valves. In the first case, the passenger compartment is heated using only one heat exchanger in the coolant circuit, and the temperature in the passenger compartment can only be set uniformly. In the second case, the passenger compartment is heated using two heat exchangers arranged in the coolant circuit, one heat exchanger for each side of the passenger compartment. The temperature on the driver and passenger side can therefore be set separately according to individual requirements.

Zur Vorgabe unterschiedlicher Heizleistungen des oder der Wärmetauscher wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das mindestens eine als Magnetventil ausgebildete 3/2-Wegeventil getaktet gesteuert, wodurch der mittlere Durchsatz der Kühlflüssigkeit durch den mindestens einen Wärmetauscher beeinfußt werden kann.In order to specify different heating outputs of the heat exchanger(s), according to a further embodiment of the invention, the at least one 3/2-way valve designed as a solenoid valve is controlled in a cyclic manner, whereby the average throughput of the cooling liquid through the at least one heat exchanger can be influenced.

Zeichnung
30drawing
30

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail in the following description using an embodiment shown in the drawing. They show:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine,Fig. 1 is a block diagram of a cooling system for an internal combustion engine,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Baueinheit aus Zusatzpumpe und MagnetventilenFig. 2 a side view of a unit consisting of additional pump and solenoid valves

in dem Kühlsystem gemäß Fig. 1,in the cooling system according to Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht der Baueinheit in Fig. 2. Beschreibung der AusführungsbeispieleFig. 3 is a plan view of the assembly in Fig. 2. Description of the embodiments

Das in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte Kühlsystem für eine mit 10 gekennzeichnete Brennkraftmaschine weist einen Kühlflüssigkeitskreislauf auf, der zur Abfuhr von Wärme von der Brennkraftmaschine über die Zylinderköpfe der Verbrennungszylinder geführt ist. Der Kühlflüssigkeitskreislauf umfaßt, in einem Rohrsystem miteinander verbunden, einen Kühler 11, eine Förderpumpe 12, zwei Wärmetauscher 13,14 und eine Baueinheit 15, bestehend aus zwei 3/2-Wegemagnetventile 16,17 und einer Zusatzpumpe 18, die von einem Elektromotor 19 angetrieben wird. Die Förderpumpe 12 ist mit der Brennkraftmaschine zwangsgekoppelt und wird von deren Abtriebswelle angetrieben, so daß die Drehzahl der Förderpumpe 12 durch die Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt ist. Im allgemeinen wird die Förderpumpe 12 über einen Keilriemen von der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine angetrieben, was hier durch 20 symbolisiert ist. Dem Kühler 11 ist ein Ventilator 21 zugeordnet, der Kühlluft durch den Kühler 11 bläst. Der Ventilator 21 wird meistens von der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine angetrieben, kann aber auch mit einem eigenen elektrischen Antrieb 22 ausgerüstet sein. Die beiden Wärmetauscher 13,14 sind im Kühlflüssigkeitskreislauf in parallelen Zweigen angeordnet. Sie dienen jeweils zur getrennten Beheizung der linken und rechten Seite des Fahrgastraums des von der Brennkraftmaschine angetriebenenThe cooling system shown in the block diagram in Fig. 1 for an internal combustion engine marked 10 has a coolant circuit which is routed through the cylinder heads of the combustion cylinders to remove heat from the internal combustion engine. The coolant circuit comprises, connected to one another in a pipe system, a cooler 11, a feed pump 12, two heat exchangers 13, 14 and a structural unit 15 consisting of two 3/2-way solenoid valves 16, 17 and an additional pump 18 which is driven by an electric motor 19. The feed pump 12 is positively coupled to the internal combustion engine and is driven by its output shaft, so that the speed of the feed pump 12 is determined by the speed of the internal combustion engine. In general, the feed pump 12 is driven by the output shaft of the internal combustion engine via a V-belt, which is symbolized here by 20. A fan 21 is assigned to the cooler 11, which blows cooling air through the cooler 11. The fan 21 is usually driven by the output shaft of the internal combustion engine, but can also be equipped with its own electric drive 22. The two heat exchangers 13, 14 are arranged in parallel branches in the coolant circuit. They are each used to separately heat the left and right sides of the passenger compartment of the vehicle driven by the internal combustion engine.

Fahrzeugs. Jeweils ein 3/2-Wegemagnetventil 16,17, im folgenden kurz Magnetventil genannt, ist in einem der parallelen Zweige eingeschaltet. Jedes Magnetventil 16,17 ist so ausgebildet, daß es in seiner Grundstellung den Kühlflüssigkeitsdurchfluß durch den zugeordneten Wärmetauscher 13 bzw. 14 ermöglicht und in seiner Umschaltstellung diesen Kühlflüssigkeitsdurchfluß sperrt und zugleich einen Bypaß 23 um den zugeordneten Wärmetauscher bzw. 14 herum öffnet. Damit kann der zugeordnete Wärmetauscher 13,14 von dem Kühlflüssigkeitskreislauf abgetrennt werden, ohne daß letzterer unterbrochen wird. Im einzelnen ist hierzu der erste Ventilanschluß jedes Magnetventils 16,17 mit der Zusatzpumpe 18, der zweite Ventilanschluß mit dem zugeordneten Wärmetauscher 13 bzw.14 und der dritte Ventilanschluß mit dem Bypaß 23 verbunden. Der erste Ventilanschluß wird in der unerregten Grundstellung der Magnetventile 16,17 mit dem zweiten Ventilanschluß und in der durch Magneterregung herbeigeführten Arbeitsstellung mit dem dritten Ventilanschluß verbunden. Die Zusatzpumpe 18 ist so angeordnet, daß ihre Förderrichtung mit der der Förderpumpe 12 übereinstimmt.Vehicle. A 3/2-way solenoid valve 16, 17, hereinafter referred to as solenoid valve, is connected in each of the parallel branches. Each solenoid valve 16, 17 is designed in such a way that in its basic position it allows the coolant to flow through the associated heat exchanger 13 or 14 and in its switchover position it blocks this coolant flow and at the same time opens a bypass 23 around the associated heat exchanger 13 or 14. This allows the associated heat exchanger 13, 14 to be separated from the coolant circuit without the latter being interrupted. In detail, the first valve connection of each solenoid valve 16, 17 is connected to the additional pump 18, the second valve connection to the associated heat exchanger 13 or 14 and the third valve connection to the bypass 23. The first valve connection is connected to the second valve connection in the non-excited basic position of the solenoid valves 16, 17 and to the third valve connection in the working position brought about by magnetic excitation. The additional pump 18 is arranged so that its delivery direction coincides with that of the delivery pump 12.

Die von der Förderpumpe 12 und der elektrischen Zusatzpumpe 18 umgewälzte Kühlflüssigkeit durchströmt unter Wärmeaufnahme die Brennkraftmaschine 10 und teilt sich dann auf die beiden Wärmetauscher 13,14 auf. Durch die durch die Wärmetauscher 13,14 geblasene Heizluft wird der Kühlflüssigkeit ein Teil der Wärme entzogen. Hinter den beiden Magnetventilen 16,17 werden die beiden Teilströme der Kühlflüssigkeit wieder vereinigt und der Kühlflfüssigkeitsstrom fließt über die Zusatzpumpe 18 und den Kühler 11, in dem der Kühlflüssigkeit die Restwärme entzogen wird, wieder zurück zur Förderpumpe 12.The coolant circulated by the feed pump 12 and the electric auxiliary pump 18 flows through the internal combustion engine 10, absorbing heat, and is then distributed between the two heat exchangers 13, 14. The hot air blown through the heat exchangers 13, 14 removes some of the heat from the coolant. Behind the two solenoid valves 16, 17, the two partial coolant flows are reunited and the coolant flow flows back to the feed pump 12 via the auxiliary pump 18 and the cooler 11, in which the residual heat is removed from the coolant.

Wird keine Heizleistung im Fahrgastraum benötigt, so werden die Magnetventile 16,17 umgeschaltet, wodurch nunmehr derIf no heating power is required in the passenger compartment, the solenoid valves 16,17 are switched, whereby the

Kühlflüssigkeitsdurchfluß durch die Wärmetauscher 13,14 gesperrt und der Bypaß 23 geöffnet ist. Die Kühlflüssigkeit strömt nunmehr nach Verlassen der Brennkraftmaschine über den Bypaß 23 und die beiden Magnetventile 16,17 zur Zusatzpumpe 18 und wird von dort über den Kühler 11 zur Förderpumpe 12 weitergefördert. Der Wärmeentzug der Kühlflüssigkeit erfolgt ausschließlich im Kühler 11 durch die von dem Ventilator hindurchgeblasene Kühlluft.The coolant flow through the heat exchangers 13, 14 is blocked and the bypass 23 is open. After leaving the internal combustion engine, the coolant now flows via the bypass 23 and the two solenoid valves 16, 17 to the additional pump 18 and is then pumped further via the cooler 11 to the feed pump 12. The heat is removed from the coolant exclusively in the cooler 11 by the cooling air blown through by the fan.

Zur Beeinflussung der Heizleistung der Wärmetauscher 13,14 können die Magnetventile 16,17 von einem Steuergerät 24 getaktet angesteuert werden. Durch das Taktverhältnis wird der mittlere Kühlflüssigkeitsdurchsatz durch die Wärmetauscher 13,14 beeinflußt und damit deren Heizleistung gesteuert. Durch die getrennte Ansteuerung der Magnetventile 16,17 kann dabei die Heizleistung der beiden Wärmetauscher 13,14 unterschiedlich festgelegt werden.To influence the heating output of the heat exchangers 13,14, the solenoid valves 16,17 can be controlled in a clocked manner by a control unit 24. The clock ratio influences the average coolant flow rate through the heat exchangers 13,14 and thus controls their heating output. By controlling the solenoid valves 16,17 separately, the heating output of the two heat exchangers 13,14 can be set differently.

Mit dem Steuergerät 24 wird auch die Zusatzpumpe 18 gesteuert, d.h. der Ein- und Abschaltzeitpunkt des Elektromotors 19 festgelegt. Dabei kann die Zusatzpumpe 18 während des gesamten Betriebs der Brennkraftmaschine eingeschaltet sein, es ist jedoch auch möglich, die Zusatzpumpe 18 unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine zu- und oberhalb dieser Drehzahl wieder abzuschalten, so daß sie nur in dem Bereich kleiner Drehzahlen der Brennkraftmaschine wirksam ist und hier einen für eine befriedigende Heizleistung ausreichenden Kühlflüssigkeitsdurchsatz durch die Wärmetauscher 13,14 sicherstellt. Zusätzlich ist im Steuergerät 24 eine sog.The control unit 24 also controls the additional pump 18, i.e. the switching on and off time of the electric motor 19 is determined. The additional pump 18 can be switched on during the entire operation of the internal combustion engine, but it is also possible to switch the additional pump 18 on below a predetermined speed of the internal combustion engine and off again above this speed, so that it is only effective in the range of low speeds of the internal combustion engine and here ensures a sufficient coolant flow through the heat exchangers 13, 14 for a satisfactory heating output. In addition, a so-called

Nachlaufschaltung vorgesehen, welche die Zusatzpumpe 18 nach Abstellen der Brennkraftmaschine für eine vorgegebene Zeitspanne eingeschaltet hält und sie erst danach abschaltet. Damit wird beim Abstellen der Brennkraftmaschine und dem damit verbundenen Stillsetzen der Förderpumpe 12 der Kühlflüssigkeitskreislauf durch die Zusatzpumpe 18A follow-up circuit is provided which keeps the additional pump 18 switched on for a specified period of time after the internal combustion engine has been switched off and only switches it off after that. This means that when the internal combustion engine is switched off and the feed pump 12 is shut down, the coolant circuit is switched off by the additional pump 18.

aufrechterhalten und eine Nachkühlung der Brennkraftmaschine sichergestellt. Damit wird ein schädlicher Temperaturanstieg an den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine nach deren
Abschalten verhindert. Mittels eines Temperaturfühlers an der Brennkraftmaschine kann dabei das Steuergerät 24 soand ensure that the internal combustion engine is cooled. This prevents a damaging rise in temperature at the cylinder heads of the internal combustion engine after
By means of a temperature sensor on the internal combustion engine, the control unit 24 can

beeinflußt werden, daß der Abschaltzeitpunkt der Zusatzpumpe 18 nach Unterschreiten einer vorgegebenen Temperaturschwelle liegt.be influenced so that the switch-off time of the additional pump 18 occurs after a predetermined temperature threshold is undercut.

Wie durch die strichpunktierte Umrahmung symbolisiert werden soll, sind die beiden Magnetventile 16,17 und die elektrische Zusatzpumpe 18 mit Elektromotor 19 zu der körperlichen
Baueinheit 15 zusammengefaßt. Diese Baueinheit 15 ist in
ihrer konstruktiven Gestaltung in Fig. 2 in Seitenansicht und in Fig. 3 in Draufsicht dargestellt. Die Anschlüsse für die
Leitungen des Kühlflüssigkeitskreislaufs sind in Fig. 1 und
Fig. 2 und 3 übereinstimmend mit 31 - 35 gekennzeichnet. Die elektrischen Steckanschlüsse sind übereinstimmend mit
36,37,38 und 39 angedeutet.As symbolized by the dash-dotted frame, the two solenoid valves 16,17 and the electric auxiliary pump 18 with electric motor 19 are connected to the physical
Unit 15. This unit 15 is in
their structural design is shown in Fig. 2 in side view and in Fig. 3 in plan view. The connections for the
Lines of the cooling liquid circuit are shown in Fig. 1 and
Fig. 2 and 3 are marked with 31 - 35. The electrical plug connections are marked with
36,37,38 and 39 indicated.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebeneThe invention is not limited to the described

Ausführungsbeispiel beschränkt. Soll in einer vereinfachten
Ausführung der Beheizung des Fahrgastraumes die Temperatur
nicht getrennt nach Fahrer- und Beifahrerseite sondernThis example is limited to a simplified
Execution of the heating of the passenger compartment the temperature
not separated into driver and passenger side but

einheitlich eingestellt werden, so kann auf einen der beiden Parallelzweige im Kühlflüssigkeitskreislauf verzichtet
werden. Damit entfällt ein Wärmetauscher und ein
Magnetventil. Die Baueinheit 15 besteht dann nur noch aus
einem Magnetventil und der Zusatzpumpe 18 mit Elektromotorbe set uniformly, one of the two parallel branches in the cooling liquid circuit can be dispensed with
This eliminates the need for a heat exchanger and a
Solenoid valve. The assembly 15 then consists only of
a solenoid valve and the additional pump 18 with electric motor

19.19.

Claims (4)

R. 23809 13.8.1990 ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10 Ansprüche 15R. 23809 13.8.1990 ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10 Claims 15 1. Kühlsystem für Brennkraftmaschinen mit einem über deren Verbrennungszylinder geführten Kühlflüssigkeitskreislauf, der eine Förderpumpe, einen Kühler und mindestens einen Wärmetauscher für eine Heizvorrichtung enthält, und mit mindestens einem im Kühlflüssigkeitskreislauf angeordneten 3/2-Wegeventil zum wechselweisen Sperren und Freigeben des Kühlflüssigkeitsflusses durch den Wärmetauscher und durch einen Bypaß zum Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlflüssigkeitskreislauf eine zusätzliche elektrisch angetriebene Kühlflüssigkeitspumpe (18) eingeschaltet ist.1. Cooling system for internal combustion engines with a coolant circuit guided over their combustion cylinders, which contains a feed pump, a cooler and at least one heat exchanger for a heating device, and with at least one 3/2-way valve arranged in the coolant circuit for alternately blocking and releasing the coolant flow through the heat exchanger and through a bypass to the heat exchanger, characterized in that an additional electrically driven coolant pump (18) is switched on in the coolant circuit. 2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzpumpe (18) und mindestens ein 3/2-Wegeventil (16,17) zu einer Baueinheit (15) zusammengefaßt sind.2. Cooling system according to claim 1, characterized in that the additional pump (18) and at least one 3/2-way valve (16, 17) are combined to form a structural unit (15). 3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine 3/2-Wegeventil (16,17) ein Magnetventil ist, das zur Steuerung der Heizleistung des Wärmetauschers (13,14) getaktet angesteuert wird.3. Cooling system according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one 3/2-way valve (16, 17) is a solenoid valve which is controlled in a clocked manner to control the heating power of the heat exchanger (13, 14). 4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzpumpe (18) mittels einer Nachlaufschaltung (24) bezogen auf den Abstellzeitpunkt der Brennkraftmaschine zeitverzögert abgeschaltet wird.4. Cooling system according to one of claims 1-3, characterized in that the additional pump (18) is switched off with a time delay by means of a follow-up circuit (24) in relation to the switch-off time of the internal combustion engine.
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