EP0861368A1 - Einrichtung und verfahren zum kühlen und vorwärmen - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum kühlen und vorwärmen

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EP0861368A1
EP0861368A1 EP97940120A EP97940120A EP0861368A1 EP 0861368 A1 EP0861368 A1 EP 0861368A1 EP 97940120 A EP97940120 A EP 97940120A EP 97940120 A EP97940120 A EP 97940120A EP 0861368 A1 EP0861368 A1 EP 0861368A1
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EP
European Patent Office
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cooling
flow
water
heat exchanger
temperature
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EP97940120A
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English (en)
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EP0861368B1 (de
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Winfrid Eckerskorn
Axel Temmesfeld
Heinz Lemberger
Christian Absmeier
Gerhart Huemer
Victor Brost
Klaus Kalbacher
Karl Schütterle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Laengerer and Reich GmbH and Co
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Publication date
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    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
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    • F01P2060/04—Lubricant cooler
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling and preheating, in particular gear oil, an internal combustion engine. with an expansion tank, with at least one water cooler. which can be switched into the cooling circuit by means of a motor thermostat when a predetermined temperature is reached and with a water / oil heat exchanger.
  • the invention further relates to a method for cooling and preheating. Oil cooling is often carried out by means of oil / air coolers using a thermostat which responds to corresponding oil temperatures.
  • the oil / water heat exchanger integrated in the normal water circuit for transmission oil cooling is used, which is often installed in a water box of the water cow
  • 25 lers are arranged enclosed, but can also be provided separately. In this solution, only the cooling but not the preheating or heating is achieved
  • the object of the invention is to provide an efficient, compact and inexpensive device for cooling and preheating operating materials, in particular gear oil, for internal combustion engines, with which both drafty warming of the gear oil in the starting phase of the engine Without significantly impairing the heating of the passenger compartment, more efficient oil cooling is also possible without having to use additional air-cooled or water-cooled oil coolers. Furthermore, an associated method for cooling and heating is to be specified. This object is achieved according to the invention with the features specified in the claims
  • the device according to the invention has only a single water / oil heat exchanger which can be used both for heating and for cooling operating materials, in particular gear oil.
  • a valve unit is provided which controls the flow of the heat exchanger mentioned.
  • the heat exchanger receives a cooling water flow which is branched off from the main cooling circuit which is quickly warmed up by the operation of the internal combustion engine.
  • this amount is so small that the warming up of the internal combustion engine itself and the heating of the passenger compartment are hardly affected.
  • the supply flow is essentially formed from the low-temperature range of the water cooler by means of the same valve unit in the secondary coolant flow.
  • the water / oil heat exchanger receives a cooling water flow which is about 10 ° C. lower, as a result of which the temperature difference oil to water increases and the cooling effect is improved the separate low-temperature cooler allows even higher temperature differences to be achieved.
  • a space-saving arrangement that is independent of the water cooler.
  • At a temperature of around 80 to 90 ° C there is a transition area between the heating phase and the cooling phase, in which the flow of the heat exchanger from the expansion tank with that from the low temperature range Water cooler or alternatively mixed from the separate low temperature cooler.
  • the oil temperature is optimized by adding a flow from the low temperature range of the water cooler or from the separate low temperature cooler to a minimal continuous flow from the expansion tank, i.e. a flow of higher temperature. Too low oil temperatures with their negative consequences, as they are in particular with oil / air cooling over large driving ranges are avoided.
  • the low temperature range of the water cooler is realized, as is known per se, by arranging at least one partition in at least one water tank, which divides part of the water flowing through the water cooler into a u- shaped or meandering flow through the water cooler.
  • an additional connection is also provided, which is connected to the flow channels to the oil-water heat exchanger via a valve unit Flow channels for the heat exchanger are formed, one of which is switchable in connection with the low temperature range of the water cooler or with the separate low temperature cooler and the other is in connection with the expansion tank.
  • the housing which includes the valve unit, preferably consists of an upper and a lower receptacle, which are joined together by means of a quick-plug connection.
  • the upper receptacle is molded directly into the bottom area of the surge tank and the lower receptacle forms a single plastic injection molded part with the flow channels of the heat exchanger.
  • the return channel of the heat exchanger and the return connection of the expansion tank and the return pipe leading to the coolant pump are also designed as a uniform injection molded component. All of these features mean that a compact design is achieved, since the components mentioned are to be fastened in the immediate vicinity, for example to the fan hood enclosing the water cooler. Lines requiring space are therefore unnecessary. All media connections are designed as quick-plug connections, which have a favorable effect on assembly and disassembly
  • Claims 13 to 16 are directed to a method for cooling and preheating, with which the efficiency of the cooling and preheating is to be improved. It has proven to be particularly effective if the switching point of the valve unit to cooling operation is negligible, approximately 5 ° C. below the switching point of the engine main thermostat The overall conclusion is that the dynamic control process cooler location or by to ischung w ä poorer Kuhlwassers over the entire control range in bes t he i se We affected is
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of the cooling phase of a transmission oil cooler.
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of the heating or preheating phase.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram in a transition phase
  • Fig. 4 water cooler (schematic) which has a partition in a water tank to form a low temperature range.
  • FIG. 6 housing forming receiving socket as Einzelhei t
  • FIG. 7 schematic circuit diagram of a separate low-temperature radiator in Figs 1 b i s 3 of the prince is shown i Pielle Kuhlwasserniklauf as beispielswe.se to C ooling an internal combustion engine 17 in a vehicle can be found.
  • Components of the circuit are the water block 4, the Break fluid 2, the motor thermostat 9 and the Kuhlstoffpumpe 8
  • the internal combustion engine 17 heats the cooling water in a short time.
  • the W ä rmeenergie of Kuhlwassers can be used for example for the Au l heating of the passenger ⁇ space, after which in the present case will not be discussed st
  • a single oil / water heat exchanger 5 for example, a Getriebeolkuhler, integrated whose forward stream 1 by means of a valve unit 3 adjustable i st.
  • the valve unit 3 has a terminal for Niede ⁇ emperatur Scheme 14 of the water ⁇ ready kuhlers 4 and a further connection to Break fluid 2 in the Kuhlphase, as shown in Fig.
  • the motor ⁇ has thermostat 9 the short path bere i ts asksper ⁇ so that the main cooling circuit 12 proceeds through the water block 4 and ü ck to 8 Kuhlstoffpumpe also, since the valve unit has selectsper ⁇ the way to Break fluid 2 3 - except for a small constant current - is the flow stream 1 of the heat exchanger 5 essentially from the low temperature range 14 of the water cooler 4.
  • This low temperature range 14 allows the water temperature to be further cooled, for example by 10 ° C., which is advantageous for the transmission oil cooling.
  • FIG. 4 shows how this low-temperature range is formed, which will be discussed in more detail below.
  • the valve unit 3 has opened the inlet on the left in the figure and closed the right inlet leading to the low temperature range! 4. A part of the cooling water quickly warmed up by the internal combustion engine 17 is thus provided for the rapid heating up of the transmission oil.
  • a transition range has been established, as shown in FIG. 3.
  • the flow stream 1 of the heat exchanger 5 comes both from the expansion tank 2 and from the low temperature range 14, which in turn is useful for optimizing the oil temperature.
  • Another operating situation not shown, occurs when the temperature continues to rise, even if the engine thermostat 9 is already partially open, the low temperature range 14 then only being flowed through by a subset of the water flowing through the water cooler 4, as is in principle also shown in FIG 1 is recognizable.
  • the schematic water cooler 4 is shown in FIG. 4.
  • a low temperature range 14 is separated by using a partition 16 in the left water box 15, which causes the water or part of the water to flow through the water cooler 4 again in the opposite direction and thereby cool down by an additional amount.
  • the main coolant flow 12 or a part thereof enters the water cooler 4 at the top left at the inlet connection 22 and leaves it after flowing through on the right side at the outlet connection 23 according to the arrow shown.
  • the portion flowing through the low-temperature region 14 forms the secondary coolant flow 13, which leaves the water cooler 4 at the bottom left in order to enter the flow channel designated 10, which leads to the heat exchanger 5.
  • a connection piece 24 for connection to the flow channel 10 is shown in a schematic form.
  • the flow channel 10 is also shown in FIGS. 5 and 6, which show an expansion tank 2 with a schematic valve unit 3 located in the bottom 21.
  • the valve unit 3 is located in an insert housing 19, which consists of a lower 18 and an upper receptacle 20. These sockets are preferably made of plastic.
  • the lower receiving nozzle 18 forms a single component together with the flow channel 10, which comes from the low temperature region 14 and the flow channel 11, which leads from the receiving nozzle 18 to the flow connection of the heat exchanger 5.
  • the return channel 28 from the heat exchanger 5 with the return connection 29 of the expansion tank 2 and the return pipe 30, which represents the connection to the return to the cooling water pump 8, forms a single injection molded part made of plastic.
  • the arrows drawn in FIG. 5 indicate the flow through the expansion tank 2 and the channels 10; 1 1; 28; 29 on. During the heating phase, the part of the area made clear with the upper horizontal arrow occurs
  • the cooling water comes from the low-temperature region 14 via the flow channel 10, into the flow channel 11, into the transmission oil cooler 5 and leaves it as described.
  • the flow stream 1 is controlled by means of the valve unit 3 so that part of the cooling water is fed via the channel 10 from the low-temperature area 14 and another part from the expansion tank 2 into the flow channel 11.
  • 6 shows the already described essential details of the housing 19 accommodating the valve unit 3, the valve unit 3 itself, for the sake of clarity, not being drawn but merely indicated by the reference number 3.
  • the two parts of the housing 19, the lower receptacle 18 and the upper receptacle 20, which is part of the expansion tank 2, are sealed to the outside by means of a suitable seal 32.
  • the connection is made through slots or groove 31 on the wall, in which there is a spring clip, which was not shown in the drawing.
  • the arrows indicate the flow of the water.
  • This illustration also shows the compact design which dispenses with separate lines, in which the lower receiving connector 18 and the flow channels 10 and 11 are designed as a single injection-molded part. Since the upper receptacle 20, as already described, is formed directly in the bottom 21 of the expansion tank 2, the number of individual parts is extremely small, which contributes to ease of installation.
  • FIG. 7 shows the pure cooling phase in which the main coolant flow 12 is passed through the water cooler 4a.
  • the low-temperature cooler 14a is connected downstream of the water cooler 4a and lies parallel to it. The water flowing into this cooler 14a reaches the valve unit 3 and from there into the gear oil cooler 5, where efficient oil cooling is possible due to the large temperature difference.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen, insbesondere von Getriebeöl, einer Brennkraftmaschine, mit einem Ausgleichsbehälter, mit mindestens einem Wasserkühler, der mittels Motorthermostat bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in den Kühlkreislauf einschaltbar ist und mit Wasser/Öl-Wärmetauscher. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen und Vorwärmen. Um eine effizientere Ölkühlung und Ölvorwärmung bei gleichzeitiger kompakter und kostengünstiger Gestaltung der Einrichtung zu erzielen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Vorlaufstrom (1) eines einzigen Wasser/Öl-Wärmetauschers (5) in der Heizphase mittels einer Ventileinheit (3) im wesentlichen aus dem Hauptkühlkreislauf (12) der Brennkraftmaschine (17) abzweigbar ist und daß dessen Vorlaufstrom (1) in der Kühlphase mittels der gleichen Ventileinheit (3) im wesentlichen im Kühlmittelnebenstrom (13) aus dem Niedertemperaturbereich (14) des Wasserkühlers (4) oder einem separaten, dem Kühler (4; 4a) im Nebenstrom nachgeschalteten Niedertemperatur-Kühler (14a) entnehmbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß der Vorlaufstrom (1) des Wasser/Öl-Wärmetauschers (5) in der Heizphase im wesentlichen aus dem den Wasserkühler (4) nicht durchströmenden Hauptkühlmittelstrom (12) entnommen wird, daß bei einer etwas unterhalb des Schaltpunktes des Motor-Hauptthermostaten (9) liegenden Temperatur die Umschaltung auf Kühlbetrieb erfolgt und im Kühlbetrieb der Vorlaufstrom (1) des Wasser/Öl-Wärmetauschers (5) im wesentlichen aus dem Niedertemperaturbereich (14) des Wasserkühlers (4) oder aus einem weiteren zum Wasserkühler (4, 4a) im Nebenstrom nachgeschalteten Niedertemperatur-Kühler (14a) abgezweigt wird.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Kuhlen und Vorwarmen 5 Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kuhlen und Vorwarmen, insbesondere von Getriebeöl, einer Brennkraftmaschine. mit einem Ausgleichsbehälter, mit mindestens einem Wasserkuhler. der mittels Motorthermostat bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in den Kuhlkreislauf einschaltbar ist und mit Wasser/Ol - Wärmetauscher Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen und Vorwarmen in Oftmals erfolgt die Olkühlung mittels Öl/Luftkühlern unter Verwendung eines auf entsprechende Oltempcraturen ansprechenden Thermostaten Diese Losungen sind zwar bei kleineren Kühlergroßen recht effektiv, fuhren jedoch bei großer geforderter Kühlleistung und entsprechend größeren Kühlern dazu, daß in manchen Betriebszustanden zu niedrige 01- temperaturen vorliegen, die den Kraftstoffverbrauch und die Lebensdauer der Brennkraft-
1 maschine negativ beeinflussen
Deshalb ist man bereits vor geraumer Zeit dazu übergegangen, die Oltemperatur zu optimieren, d h je nach Bedarf zu kühlen oder auch aufzuheizen Dazu ist ein zusätzlicher Ol/Wasser-Wärmetauscher in dem Kuhlkreislauf integriert, der mittels eines auf die Oltemperatur ansprechenden Thermostaten je nach Bedarf zu - oder abgeschaltet wird Oftmals
20 sind diese Thermostaten mit einer elektrischen Ansteuerung zu aktivieren Diese Lösungsgruppe vermag zwar optimierte Öltemperaturen bereitzustellen, besitzt aber auch anlagen- seitig beträchtliche Kosten
Ferner wei den zur Getriebeόlkuhlung in den normalen Wasserkreislauf integrierte Ol/Wasser-Warmetauscher eingesetzt, die oftmals in einem Wasserkasten des Wasserkuh-
25 lers eingeschlossen angeordnet sind, aber auch separat vorgesehen sein können In dieser Lösungsgnippe wird nur die Kühlung aber nicht die Vorwarmung beziehungsweise die Aufheizung erzielt
In der DE-OS 41 04 093 ist das Problem angesprochen worden, daß es in der .Startphase des Verbrennungmotors sowohl um die schnelle Aufheizung des Passagierraumes als auch um ) die schnelle Erreichung der Betriebstemperarur des Motors und des Getriebeöles geht Um diesen sich teilweise entgegenstehenden Restriktionen besser entsprechen zu können, hat man hier quasi ein Kühl-Management-System vorgestellt, bei dem ein Microprozessor auf Grund von Signalen einer Reihe von Temperaturfühlern in den verschiedenen Kreislaufen 5 die Leistung der verschiedenen Wärmetauscher beeinflussen soll. Diese Anlage scheint recht teuer zu sein sowie eine komplizierte und deshalb auch anfällige technische Struktur zu besitzen Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine effizient arbeitende sowie kompakte und kostengünstige Einrichtung zum Kuhlen und Vorwarmen von Betriebsstoffen, insbesondere Getriebeöl, für Verbrennungskraftmaschinen vorzustellen, mit der sowohl eine zugige Aufwärmung des Getriebeöles in der Startphase des Motors ohne wesentliche Beeinträchtigung der Aufheizung des Passagierraumes erreicht werden kann ais auch eine effizientere Olkühlung möglich ist, ohne zusatzliche luft-oder wassergekühlte Ölkühler einsetzen zu müssen. Ferner soll ein dazugehöriges Verfahren zum Kuhlen und Aufheizen angegeben werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit den in den Patentansprüche angegebenen Merkmaien gelost
Die erfindungsgemaße Einrichtung weist nur einen einzigen Wasser/Ol-Warmetauscher auf, der sowohl zur Aufheizung als auch zur Kühlung von Betriebsstoffen, insbesondere Getriebeöl, verwendbar ist. Dazu ist eine Ventileinheit vorgesehen, die den Vorlaufstrom des ge- nannten Wärmetauschers steuert In der Heizphase erhält der Wärmetauscher einen aus dem durch den Betrieb des Verbrennungsmotors schnell angewärmten Hauptkuhlkreisiauf abgezweigten Kühlwasserstrom. Diese Menge ist jedoch so gering, daß die Anwarmung des Verbrennungsmotors selbst sowie die Aufheizung des Passagierraumes kaum beeinträchtigt werden. In der Kύhlphase hingegen wird der Vorlaufstrom mittels der gleichen Ventileinheit im Kühlmittelnebenstrom im wesentlichen aus dem Niedeπemperaturbereich des Wasserkϋhlers gebildet Alternativ oder zusätzlich zu dem Nierdertemperaturberich des Wasser uhlers kann mindestens ein weiterer Niedertemperatur-Kühler vorgesehen sein, der dem erstgenannten Wasserkühier im Nebenstrom liegend nachgeschaltet ist. Durch den Niedeπemperaturbereich, der mittels einer zusatzlichen Durchstromung eines Teiles des Wasserkühlers realisier- bar ist, erhält der Wasser/Ol- Wärmetauscher einen Kühlwasserstrom, der um etwa 10°C niedriger ist, wodurch die Temperaturdifferenz Ol zu Wasser vergrößeπ und die Kuhlwirkung verbesseπ wird Durch den separaten Niedeπemperatur-Kühler lassen sich noch höhere Temperaturdifferenzen realisieren. Femer ist hier die Möglichkeit einer von dem Wasserkühler unabhängigen und platzsparenden Anordnung gegeben Bei einer Temperatur von etwa 80 bis 90°C befindet sich ein Übergangsbereich zwischen Heizphase und Kühlphase, in dem der Vorlaufstrom des Wärmetauschers aus dem Aus- gleichsbehalter mit dem aus dem Niedeπemperaturbereich des Wasserkuhlers oder alternativ aus dem separaten Niedeπemperatur-Kühler gemischt ist. Somit ist sowohl die Getriebeöl- kuhlung in allen Betriebssituationen als auch die Aufheizung nur mittels dieses einen Wärmetauschers möglich
Zusatzlich wird zur Optimierung der Oltemperatur dadurch beigetragen, daß einem minimalen Dauerstrom aus dem Ausgleichsbehälter, also einem Strom höherer Temperatur, ein Vorlaufstrom aus dem Niedeπemperaturbereich des Wasserkuhlers oder aus dem separaten Niedeπemperatur-Kühler beigemischt wird Zu niedrige Oltemperaturen mit ihren negativen Folgeerscheinungen, wie sie insbesondere bei Ol/Luftkuhlung über große Fahrbereiche auftreten, werden vermieden Der Niedeπemperaturbereich des Wasserkühlers wird, wie an sich bekannt, dadurch reali- sieπ, daß in mindestens einem Wasserkasten mindestens eine Trennwand angeordnet ist, die einen Teil des den Wasserkühler durchströmenden Wassers zu einer u-formigen oder maan- deraπigen Durchstromung des Wasserkuhlers veranlaßt. Im Wasserkasten, innerhalb des Niedeπemperaturbereiches, ist ferner ein zusatzlicher Anschluß vorgesehen, der mit den Vorlaufkanalen zum Ol-Wasser- Wärmetauscher über eine Ventileinheit verbunden ist Die Ventileinheit ist in einem Gehäuse untergebracht, das stromungsmechanisch in Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter bringbar ist und an dem zwei Vorlaufkanale für den Wärmetauscher angeformt sind, von denen einer in Verbindung mit dem Niedeπemperaturbereich des Wasserkühlers oder mit dem separaten Niedeπempeπur-Kühler schaltbar ist und der andere in Verbindung zum Ausgleichsbehalter ist. Vorzugsweise besteht das Gehäuse, wel- ches die Ventileinheit einschließt, aus einem oberen und einem unteren Aufnahmestutzen, die mittels Schnell-Steck-Anschluß zusammengefügt sind. Dabei ist der obere Aufnahmestutzen direkt im Bodenbereich des Ausgleichsbehaiters angeformt und der untere Aufhahrnestutzen bildet mit den Vorlaufkanalen des Wärmetauschers ein einziges Spritzgußteil aus Kunststoff. Außerdem sind der Rücklaufkanal des Wärmetauschers und der Rücklaufanschluß des Aus- gieichsbehälters sowie der zur Kühlmittelpumpe fuhrende Rücklaufstutzen ebenfalls als einheitliches Spritzgußbauteil konzipieπ. All diese Merkmale führen dazu, daß eine kompakte Bauweise erzielt wird, denn die genannten Bauteile sind in unmittelbarer Nähe, beispielsweise an der den Wasserkühler einschließenden Ventilatorhaube zu befestigen. Raumbedarf erfordernde Leitungen sind somit entbehrlich. Samtliche Medienanschlüsse sind als Schnell-Steck- Anschlüsse ausgeführt, die sich gunstig auf die Montage und Demontage auswirken
Die Ansprüche 13 bis 16 richten sich auf ein Verfahren zum Kühlen und Vorwarmen, mit dem die Effizienz der Kühlung und Vorwarmung zu verbessern ist Als besonders wirkungsvoll hat es sich herausgestellt, wenn der Schaltpunkt der Ventileinheit auf Kühlbetrieb gering- fugig, etwa 5°C, unterhalb des Schaltpunktes des Motor-Hauptthermostaten eingestellt wird Insgesamt hat sich gezeigt, daß der dynamische Regelungsprozeß durch die Zu ischung kuhleren oder wärmeren Kuhlwassers über den gesamten Regelungsbereich in bester Weise beeinflußt wird
Wegen weiterer erf.ndungswesentlicher Merkmale wird auf die Patentansprüche verwiesen Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschre.bung von Aus¬ fuhrungsbeispielen Dazu wird auf die Fig Bezug genommen Es zeigen
Fig 1 schematisches Schaltbild der Kuhlphase eines Getriebeolkuhlers Fig. 2 schematisches Schaltbild der Heiz-oder Vorwarmphase Fig. 3 schematisches Schaltbild in einer Ubergangsphase
Fig 4 Wasserkuhler (schematisch) der in einem Wasserkasten eine Trennwand zur Bildung eines Niedertemperaturbereiches aufweist.
Fig 5 Ausgleichsbehalter mit Aufnahmestutzen mit eingesetztem Thermostatventii und Ka¬ nälen zum angedeuteten Getriebeolkuhler und zum Niedertemperaturbereich des Wasserkuh- lers
Fig 6 Gehäuse bildende Aufnahmestutzen als Einzelheit Fig. 7 schematisiertes Schaltbild mit einem separaten Niedertemperatur-Kuhler In den Fig 1 bis 3 ist der prinzipielle Kuhlwasserkreislauf abgebildet, wie er beispielswe.se zur Kühlung einer Brennkraftmaschine 17 in einem Fahrzeug anzutreffen ist. Bestandteile des Kreislaufes sind der Wasserkuhler 4, der Ausgleichsbehalter 2, der Motorthermostat 9 und die Kuhlmittelpumpe 8 Beim Start der kalten Brennkraftmaschine 17 wird der Hauptkuhl¬ mittelstrom 12 mittels dem Motorthermostat 9 auf kurzem Weg, unter Ausschaltung des Wasserkuhlers 4, direkt zur Brennkraftmaschine 17 zurückgeführt Im rechten Teil der Fig.2 und 3 ist das abgebildet Dabei erwärmt die Brennkraftmaschine 17 das Kühlwasser in kurzer Zeit. Die Wärmeenergie des Kuhlwassers kann beispielsweise zur Aulheizung des Passagier¬ raumes benutzt werden, worauf vorliegend nicht eingegangen werden soll Zusatzlich ist in dem Kreislauf ein einziger Ol/Wasser-Warmetauscher 5, beispielsweise ein Getriebeolkuhler, eingebunden, dessen Vorlaufstrom 1 mittels einer Ventileinheit 3 regelbar ist. Die Ventileinheit 3 besitzt einen Anschluß zum Niedeπemperaturbereich 14 des Wasser¬ kuhlers 4 und einen weiteren Anschluß zum Ausgleichsbehalter 2 In der Kuhlphase, wie in Fig. I abgebildet, beispielsweise bei einer Kühlwasseπemperatur von 110°C, hat der Motor¬ thermostat 9 den kurzen Weg bereits abgesperπ, so daß der Hauptkühlkreislauf 12 durch den Wasserkuhler 4 und zurück zur Kuhlmittelpumpe 8 verlauft Da auch die Ventileinheit 3 den Weg zum Ausgleichsbehalter 2 abgesperπ hat - bis auf einen geringen Dauerstrom - kommt der Vorlaufstrom 1 des Wärmetauschers 5 im wesentlichen aus dem Niedeπemperaturbereich 14 des Wasserkühlers 4. Durch diesen Niedeπemperaturbereich 14 kann die Wassertemperatur beispielsweise um 10°C weiter abgekühlt werden, was für die Getriebeölkühiung von Vorteil ist. Die Fig. 4 zeigt in einer Abbildung, wie dieser Niedertemperaturbereich gebildet ist, worauf weiter unten näher eingegangen wird.
Die Fig. 2 zeigt die reine Vorwärmphase des Wärmetauschers 5, in der der Vorlaufstrom 1 aus dem Ausgleichsbehälter 2 entnommen wird, der von einem Teil des Hauptkühlmittelstromes 12 durchflössen wird. Die Ventileinheit 3 hat den im Bild linken Eingang geöffnet und den rechten, zum Niedertemperaturbereich !4 führenden Eingang, geschlossen. Ein Teil des durch die Brennkraftmaschine 17 schnell aufgewärmten Kühlwassers wird somit zur zügigen Aufwärmung des Getriebeöles bereitgestellt.
Beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 80 und 85°C, etwas vor der Aktionstemperatur des Motorthermostaten 9, die bei 90°C liegen könnte, hat sich ein Übergangsbereich eingestellt, wie er in Fig. 3 abgebildet ist. In diesem Temperaturbereich kommt der Vorlaufstrom 1 des Wärmetauschers 5 sowohl aus dem Ausgleichsbehälter 2 als aus dem Niedertemperaturbereich 14, was wiederum der Optimierung der Öltemperatur dienlich ist. Eine weitere nicht abgebildete Betriebssituation stellt sich bei weiter steigender Temperatur ein, wenn auch bereits der Motorthermostat 9 teilweise geöffnet ist, wobei der Niedeπemperaturbereich 14 dann nur noch von einer Teilmenge des den Wasserkühler 4 durchströmen- den Wassers durchflössen ist, wie es prinzipiell auch aus Fig. 1 erkennbar ist.
Der schematisieπe Wasserkühler 4 geht aus Fig. 4 hervor. Bei diesem Wasserkühler 4 ist ein Niedeπemperaturbereich 14 abgetrennt, indem im linken Wasserkasten 15 eine Trennwand 16 eingesetzt wurde, die das Wasser oder einen Teil des Wassers veranlaßt, den Wasserkühler 4 in entgegengesetzter Richtung noch einmal zu durchströmen und sich dabei um einen zusätzlichen Betrag abzukühlen. Der Hauptkühlmittelstrom 12 oder ein Teil desselben tritt oben links am Einlaufstutzen 22 in den Wasserkuhler 4 ein und verläßt diesen nach Durchströmen auf der rechten Seite am Auslaufstutzen 23 gemäß dem eingezeichneten Pfeil. Der den Niedertemperaturbereich 14 durchströmende Anteil bildet den Kühlmittelnebenstrom 13, der den Wasserkühler 4 unten links verläßt, um in den mit 10 bezeichneten Vorlaufkanal ein- zutreten, der zum Wärmetauscher 5 führt. Am Wasserkasten 15, innerhalb des Niedertemperaturbereiches 14, ist ein Anschlußstutzen 24 zum Anschluß an den Vorlaufkanal 10 in schematisierter Form dargestellt.
Der Vorlaufkanal 10 ist auch in den Fig. 5 und 6 eingezeichnet, die einen Ausgleichsbehälter 2 mit im Boden 21 befindlicher schematisierter Ventileinheit 3 zeigen. Die Ventileinheit 3 befindet sich in einem Einsatzgehäuse 19, das aus einem unteren 18 und einem oberen Aufnahmestutzen 20 besteht. Diese Stutzen sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. Dabei bildet der untere Aufnahmestutzen 18 ein einziges Bauteil gemeinsam mit dem Vorlaufkanal 10, der vom Niedertemperaturbereich 14 kommt und dem Vorlaufkanal 1 1 , der vom Auf- nahmestutzen 18 zum Vorlaufanschluß des Wärmetauschers 5 führt. In gleicher Weise bildet der Rücklaufkanal 28 vom Wärmetauscher 5 mit dem Rücklaufanschluß 29 des Ausgleichsbehälters 2 und dem Rücklaufstutzen 30, der den Anschluß zum Rücklauf zur Kühlwasserpumpe 8 darstellt, ein einziges Spritzgußteil aus Kunststoff. Die in Fig. 5 eingezeichneten Pfeile deuten die Durchströmung des Ausgleichsbehälters 2 und der Kanäle 10; 1 1 ; 28;29 an. In der Heizphase tritt der mit dem oberen horizontalen Pfeil deutlich gemachte Teil des
Hauptkühlmittelstromes 12 in den Ausgleichsbehälter 2 ein. Mittels der Ventileinheit 3 wird ein Teil dessen abgezweigt und über den Vorlaufkanal 1 1 dem Getriebeölkühler 5 zugeführt. Über den Rücklaufkanal 28 verläßt das Wasser den Getriebeölkühler 5 und geht in den Kreislauf zurück. In der Kühlphase kommt das Kühlwasser aus dem Niedertemperaturbereich 14 über den Vorlaufkanal 10, in den Vorlaufkanal 11, in den Getriebeölkühler 5 und verläßt diesen wie beschrieben. Im Übergangsbereich wird der Vorlaufstrom 1 mittels der Ventileinheit 3 so gesteuert, daß ein Teil des Kühlwassers über den Kanal 10 aus dem Niedertemperaturbereich 14 und ein anderer Teil aus dem Ausgleichsbehälter 2 in den Vorlaufkanal 11 eingespeist wird. Die Fig. 6 zeigt die bereits beschriebenen wesentlichen Einzelheiten des die Ventileinheit 3 aufnehmenden Gehäuses 19, wobei die Ventileinheit 3 selbst, der besseren Übersichtlichkeit halber, nicht gezeichnet sondern lediglich durch die Bezugsziffer 3 angedeutet wurde. Die beiden Teiie des Gehäuses 19, der untere Aufnahmestutzen 18 und der obere Aufnahmestutzen 20, der Teil des Ausgleichsbehälters 2 ist, sind nach außen hin mittels geeigneter Dich- tung 32 abgedichtet. Die Verbindung erfolgt durch wandseitige Schlitze oder Nut 31, in der sich eine Federklammer befindet, die zeichnerisch nicht dargestellt wurde. Die Pfeile deuten die Strömung des Wassers an. Erkennbar ist aus dieser Darstellung ebenfalls die auf separate Leitungen verzichtende kompakte Gestaltung, bei der der untere Aufnahmestutzen 18 und die Vorlaufkanäle 10 und 11 als einheitliches Spritzgußteil ausgebildet sind. Da der obere Aufnahmestutzen 20, wie bereits beschrieben, direkt im Boden 21 des Ausgleichsbehälters 2 angeformt ist, ist die Zahl der Einzelteile äußerst gering, was zur Montagefreundlichkeit beiträgt.
In der Variante nach Fig.7, bei der der Niedertemperaturbereich 14 entfallen ist und durch den separaten Niedertemperatur-Kühler 14a ersetzt wurde, stellt sich der Vorteil ein, daß größere Temperaturdifferenzen für die Olkühlung erzielt werden können. Ebenso kann diese Variante vorteilhaft sein, wenn aus Platzgründen der Wasserkuhler 4 mit dem Niedeπemperaturbereich 14 nicht untergebracht werden kann Dafür kann ein kleinerer Wasserkuhler 4a vorgesehen werden, wobei die Anordnung des separaten Niedeπemperatur-Kühlers 14a dort erfolgen kann, wo es die Platzverhaltnisse, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, gestatten Die Fig 7 stellt, wie auch die bereits erlauteπe Fig 1. die reine Kühlphase dar, bei der der Hauptkühlmittelstrom 12 durch den Wasserkuhler 4a geleitet wird. Die etwas kraftiger gezeichneten Pfeile zeigen den in dieser Phase vorherrschenden Stromungsweg des Kühlwassers Der Niedertemperatur-Kühler 14a ist dem Wasserkühler 4a nachgeschaltet und liegt zu diesem parallel. Das in diesen Kühler 14a einströmende Wasser gelangt zur Ventileinheit 3 und von dort in den Getriebeolkuhler 5, wo auf Grund der großen Temperaturdifferenz eine effiziente Olkühlung möglich ist.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Vorlaufstrom von 5
2 Ausgleichsbehalter
Thermostatregelventileinheit
4 Wasserkuhler
4a Wasserkuhler
5 Wärmetauscher (Ol-Wasser-Kuhler)
6 Rucklaufstrom von 5
7 Kühlmittelleitung
8 Kuhlmittelpumpe
9 Motor-Haupthermostat
10 Vorlaufkanal von 4 (14) nach 5
1 1 Vorlaufkanal von 2 nach 5
12 Hauptkuhlkreislauf
13 Kuhlmittelnebenstrom
14 Niedertemperaturbereich von 4
14a Niedertemperatur-Kuhler
15 Wasserkasten von 4
16 Trennwand in 15
17 B rennkraftmaschine
18 Aufnahmestutzen, unten
19 Einsatzgehause für 3
20 Aufnahmestutzen, oben am Ausgleichsbehalter 2
21 Boden des Ausgleichsbehaiters 2
22 Einlaufstutzen an 4
23 Auslaufstutzen an 4
24 Anschlußstutzen an 14
25 Flachrohre
26 Lamellen
27 Trennlinie für Niedertemperaturbereich 14
28 Rucklaufkanal von 5
29 Rucklaufanschluß an 2 Rücklaufstutzen Nut für Federklammer Dichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen, insbesondere von Getriebeöl, bei Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge , mit einem Ausgleichsbehälter, mit mindestens einem Wasserkühler, der mittels Motorthermostat bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in den Kühlkreis- lauf einschaltbar ist und mit Wasser/Öl - Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufstrom (1) eines einzigen Wasser/Öl-Wärmetauschers (5) in der Heizphase mittels einer Ventileinheit (3) im wesentlichen aus dem Hauptkühlkreislauf (12) der Brennkraftmaschine (17) abzweigbar ist und, daß dessen Vorlaufstrom (1) in der Kühlphase mittels der gleichen Ventileinheit (3) im wesentlichen im Kühlmittelnebenstrom (13) aus dem Niedertemperaturbereich (14) des Wasserkühlers (4) entnehmbar ist.
2. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen, insbesondere von Getriebeöl, bei Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge , mit einem Ausgleichsbehälter, mit mindestens einem Wasserkühler, der mittels Motorthermostat bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur in den Kühlkreislauf einschaltbar ist und mit Wasser/Öl - Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufstrom (1) eines einzigen Wasser/Öl-Wärmetauschers (5) in der Heizphase mittels einer Ventileinheit (3) im wesentlichen aus dem Hauptkühlkreislauf (12) der Brennkraftma- schine (17) abzweigbar ist und, daß dessen Vorlaufstrom (1) in der Kühlphase mittels der gleichen Ventileinheit (3) im wesentlichen aus dem im Kühlmittelnebenstrom (13) des Wasserkühlers (4 oder 4a) angeordneten Niedertemperatur-Kühler (14a) entnehmbar ist.
3. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Hauptkühlkreislaufes (12) in der Heizphase durch den Ausgleichsbehälter (2) geführt ist, von dort eine Teilmenge mittels Veπtileinheit (3) abzweigbar und als Vorlaufstrom (1) dem Wärmetauscher (5) zuleitbar ist, daß in der Kühiphase der Hauptkühlkreislauf (12) durch den Wasserkühler (4) geführt ist, der in mindestens einem seiner Wasserkästen (15) mindestens eine einen Niedertemperaturbereich (14) bildende Trennwand (16) aufweist und, daß das den Niedertemperaturbereich (14) durchströmende Wasser mittels der Ventileinheit (3) als Vorlaufstrom (1) dem Wärmetauscher (5) zuleitbar ist, und daß der Rücklaufstrom (6) des Wärmetauschers (5) in beiden Phasen in die Leitung (7) zur KühJmittel- pumpe (8) eingespeist ist.
4. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Hauptkühlkreislaufes (12) in der Heizphase durch den Ausgleichsbehälter (2) geführt ist, von dort eine Teilmenge mittels Ventileinheit (3) abzweigbar und als Vorlaufstrom (1) dem Wärmetauscher (5) zuleitbar ist, daß in der Kühlphase der Hauptkühlkreislauf (12) durch den Wasserkühler (4a) geführt ist, dem ein Niedertemperatur-Kühler ( 14a) im Nebenstrom liegend nachgeordnet ist, aus dem mittels der Ventileinheit (3) der Vorlaufstrom (1) dem Wärmetauscher (5) zuleitbar ist, und daß der Rücklaufstrom (6) des Wärmetauschers (5) in beiden Phasen in die Leitung (7) zur Kühlmittelpumpe (8) eingespeist ist.
5. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß in einem Temperaturbereich zwischen Heizphase und Kühlphase einem aus dem Ausgleichsbehälter (2) entnehmbaren Vorlaufstrom (1) ein Vorlaufstrom (1) aus dem Niedertemperaturbereich (14) des Wasserkühlers (4) oder aus dem Niedertemperatur-Kühler (14a) zumischbar ist.
6. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur der Ventileinheit (3) unterhalb der Reaktionstemperatur des Motor-Hauptthermostaten (9) eingestellt ist.
7. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen nach einem der Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventileinheit (3) in einem Einsatzgehäuse (19) befindet, das in Verbindung zum Ausgleichsbehälter (2) steht und das zwei Vorlaufkanäle (10; 1 1) zum Wärmetauscher (5) aufweist, von denen der eine Vorlaufkanal (10) in Verbindung mit dem Nie- dertemperaturbereich (14) des Wasserkühlers (4) oder mit dem Niedertemperatur-Kühler ( 14a) und der andere Vorlaufkanal ( 11 ) in Verbindung mit dem Ausgleichsbehälter (2) ist.
8. Einrichtung zum Kühlen und Vorwärmen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgehäuse (19) aus einem unteren (18) und einem oberen (20) Aufhah estutzen gebildet ist, die abdichtend ineinandersteckbar sind, daß der obere Aufnahmestutzen (20) vorzugsweise direkt am Boden (21) des Ausgleichsbehälters (2) angeformt ist und, daß der untere Aufhahmestutzen (18) gemeinsam mit den Vorlaufkanälen (10;11) ein einziges Bauteil, vorzugsweise ein Kunststoff-Spritzgußteii, darstellen.
9 Einrichtung zum Kuhlen und Vorwarmen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ventileinheit (3) aufnehmenden unteren und oberen Aufnahmestutzen (18,20) als m- einandersteckbare und abdichtende Schnell-Steck-Stutzen ausgebildet sind
10 Einπchtung zum Kuhlen und Vorwarmen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmestutzen (20) am Ausgleichsbehalter (2) innen eine einen O- Ring aufnehmende Nut aufweist und an seinem Umfang Schlitze (31 ) zur Aufnahme einer Federklammer besitzt und, daß der Aufnahmestutzen (18) eine konische Mantelfläche zeigt, die an dem O-Ring abdichtend anliegt sowie eine die Federklammer aufnehmende umlaufen- de Nut ( 1 ) besitzt
11 Einrichtung zum Kuhlen und Vorwarmen nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rucklaufkanal (28) des Wärmetauschers (5) mit dem Rucklaufanschluß (29) des Ausgleichsbehalters (2) in einem gemeinsamen Rύcklaufstut- zen (30) munden, der zur Kuhi ittelpumpe (8) führt
12. Einrichtung zum Kuhlen und Vorwarmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rucklaufkanal (28), der Rucklaufanschluß (29) und der Rücklaufstutzen (30) ein einziges Bauteil, vorzugsweise ein Kunststoff-Spritzgußteil, darstellen
13 Verfahren zum Kuhlen und Vorwarmen, insbesondere von Getriebeöl, einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufstrom (1) des Wasser/Ol- Warmetauschers (5) in der Heizphase im wesentlichen aus dem den Wasserkuhler (4oder 4a) nicht durchströmenden Hauptkühlmittelstrom (12) entnommen wird, daß bei einer etwas unterhalb des Schaltpunktes des Motor-Hauptthermostaten (9) liegenden Temperatur die Umschaltung auf Kühlbetrieb erfolgt und im Kuhlbetrieb der Vorlaufstrom (1) des Wasser/Ol-Warmetauschers (5) im wesentlichen aus dem Niedertemperaturbereich (14) des Wasserkuhlers (4) oder aus einem dem Wasserkühler (4 oder 4a) nachgeschalteten Niedertemperatur-Kuhler (14a) abgezweigt wird
14 Verfahren zum Kuhlen und Vorwarmen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem durch den Ausgleichsbehalter (2) geführten Strom ein minimaler Dauervorlaufstrom entnommen wird, dem in der Kühlphase mit steigender Temperatur ein großer werdender Strom aus dem Niedertemperaturbereich ( 14) des Wasserkuhlers (4) oder aus dem nachgeschalteten Niedertemperatur-Kuhler (14a) zugemischt wird
15 Verfahren zum Kuhlen und Vorwarmen nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch ge- kennzeichnet, daß nach Erreichen der Schalttemperatur bei weiter steigender Temperatur des Kuhlwassers, der .Anteil des den Vorlaufstrom (1) bildenden Kuhlwassers aus dem Niedertemperaturbereich (14) des Wasserkuhlers (4) oder dem Niedertemperatur-Kuhier (14a) erhöht und bei fallender Temperatur verringert wird
16 Verfahren zum Kuhlen und Vorwarmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Schalttemperatur bei weiter steigender Temperatur des Kuhlwassers, der Anteil des den Vorlaufstrom (1) bildenden Kuhlwassers aus dem Ausgleichsbehalter (2) bzw dem den Wasserkuhler (4) nicht durchströmenden Haupt- kuhliruttelstrom (12) verringert und bei fallender Temperatur erhöht wird
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