EP1126142A2 - Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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EP1126142A2
EP1126142A2 EP01103398A EP01103398A EP1126142A2 EP 1126142 A2 EP1126142 A2 EP 1126142A2 EP 01103398 A EP01103398 A EP 01103398A EP 01103398 A EP01103398 A EP 01103398A EP 1126142 A2 EP1126142 A2 EP 1126142A2
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EP
European Patent Office
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cooling
cooling system
cooler
branch
circulation pump
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EP01103398A
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English (en)
French (fr)
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Christian Steinmann
Holger Rieckenbrauck
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.)
Continental ISAD Electronic Systems GmbH and Co OHG
ISAD Electronic Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
Continental ISAD Electronic Systems GmbH and Co OHG
ISAD Electronic Systems GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1126142A3 publication Critical patent/EP1126142A3/de
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    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
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    • F01P2060/18—Heater
    • F01P2060/185—Heater for alternators or generators
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    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control

Definitions

  • the invention relates to a cooling system, in particular for a Motor vehicle - according to the preamble of claim 1.
  • Electronic assemblies are increasingly being used in motor vehicles. Since the electronics generate heat loss during operation, the electronic assemblies must be cooled. Internal combustion engines as the drive of motor vehicles are also known to generate considerable heat loss. A cooler designed for the drive motor reaches temperatures of 110 - 120 ° C. Such high temperatures are unsuitable for cooling electrical assemblies.
  • thermoly sensitive component is to be cooled this is usually done by using a parallel (Second) circuit is established, as shown in FIG. 3. From this are the two structurally separate circuits I and II apparent, as well as the associated additional effort Units.
  • an electronic component to be cooled is here for example, an inverter.
  • a second pump must also have a second one Coolant tank are used.
  • DE 43 27 281 C1 proposes aggregates that are mutually related need different cooling temperature levels, each assign a separate coolant circuit, such as. B. 1 of the patent specification mentioned, are two cooling circuits 1 and 2 through the common Heat exchanger cooler (10) separated from each other.
  • the Heat exchanger cooler (10) is a technically complex Component because it does not just provide a thermal Link between the two circles 1 and 2, but also ensures heat exchange with the Ambient air using a cooler fan (22).
  • a separate circulation pump for each cooling circuit required. From all of this it is evident that to attain two different cooling temperatures a pretty great effort must be driven.
  • the object of the present invention is a relatively simple and therefore inexpensive cooling circuit arrangement for two different temperature levels.
  • the solution according to the invention a uniform Cooling circuit arrangement in which the electronic component to be cooled ⁇ z. B. an inverter) in a secondary circuit is integrated.
  • either the Branch I ⁇ internal combustion engine circuit> or branch II (Inverter circuit) can be operated as required. Since both cooling branches (circuit I and II) over the Circulation pump on the one hand and the clock valve on the other are connected to each other, only one only expansion tank required.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show two different ones Embodiments of the cooling system according to the invention each based on a block diagram;
  • Fig. 3 shows a conventional structure, also as Block diagram.
  • the conventionally constructed cooling system 2 'shown in FIG. 3 consists of two cooling circuits I' and II 'which are completely separate from one another.
  • Each of the two circuits I 'and II' has all the aggregates required for operation: a cooler 4, 6, a circulation pump 8, 10, a compensating tank 12, 14 and at least one component that generates heat loss.
  • the cooling jacket of the internal combustion engine 16 and the cooling jacket of a generator / electric motor 18 are located in the circuit I '.
  • the engine cooler 4 is an air / liquid heat exchanger, to which a fan fan 20 is assigned.
  • the units are connected to one another by pipe or hose lines 22a, the cooling jacket of the internal combustion engine 16, the cooling jacket of the stator 18, the cooler 4 and the circulation pump 8 forming the closed cooling circuit I '.
  • the circuit II ' comprises the cooler 6, the circulation pump 10, the cooling jacket of an inverter 24 generating heat loss and the expansion tank 14. Inverter 24, cooler 6 and pump 10 here form the closed cooling circuit II' connected by pipe or hose lines 22b.
  • the embodiment of the The cooling system 2 according to the invention has only one Cooling circuit, each with a heat loss producing component in two parallel to each other arranged branches I. II is integrated.
  • the common one Branch of the cooling system 2 has a circulation pump 8. about a three-way valve 26 branches the cooling circuit on the two branches I and II.
  • Branch I has a cooler 4 in addition to fan fan 20, the cooling jacket one Electric motor ⁇ Stators) 18 and the cooling jacket one Internal combustion engine 16.
  • the aggregates listed are Pipes leading through coolant in a conventional manner or hoses 22 connected together. On Expansion tank 12 can be at any point the pipe / hose system 22 may be connected.
  • the one Cooler 4 associated fan fan 20 can be put into operation as required.
  • the branch II has another (auxiliary) cooler 6 and Cooling jacket of an electronic component (e.g. one Inverter) 24.
  • an electronic component e.g. one Inverter
  • Through a thermostatic Control of the three-way valve 26 can be used in both Branches I, II of the cooling system 2 different Temperature levels can be set.
  • FIG. 2 shows a modification of that in FIG. 1 illustrated cooling system 2.
  • Fig. 1 is in a common branch Circulation pump 8, while in the two via a three-way valve 26 branches I, II formed each have at least one Component 18, 24 generating heat loss is integrated.
  • branch I is instead of the sequence: cooler 4 - stator 18 motor 16 the result: stator 18 - motor 16 - cooler 4 intended.
  • Expansion tank 12 connected.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)

Abstract

2.1 An ein einen Kühlmantel (16), einen Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher (4), eine Umwälzpumpe (8) und einen Ausgleichsbehälter (12) umfassendes Kühlsystem (2) einer Brennkraftmaschine soll auf einem niedrigen Temperatur-Niveau mindestens ein weiteres, Verlustwärme produzierendes Bauteil (24) angeschlossen werden. 2.2 Das Kühlsystem (2) weist einen ersten Zweig (I) mit einem Kühler (4) und dem Kühlmantel eines Verbrennungsmotors (16), einen zweiten Zweig (II) mit einem weiteren zu kühlenden Aggregat (24) und einen gemeinsamen Zweig mit einer Umwälzpumpe (8) auf. Erster (I), zweiter (II) und gemeinsamer Zweig können durch ein Dreiwegeventil (26) miteinander verbunden sein. Durch thermostatische Regelung des Dreiwegeventils (26) - vorzugsweise durch zeitliches Takten - können die beiden Zweige (I) und (II) auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten werden. In dem zweiten Zweig (II) des Kühlsystems (2) ist vorzugsweise ein weiterer als Kühler (6) dienender Luft/Flüssigkeits-Värmetauscher integriert. Die Kühler (4, 6) können mit thermostatisch gesteuerten Kühler-Ventilatoren (20, 30) ausgerüstet sein. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Kraftfahrzeugen kommen in wachsendem Maße elektronische Baugruppen zum Einsatz. Da die Elektronik während des Betriebes Verlustwärme erzeugt, müssen die elektronischen Baugruppen gekühlt werden.
Brennkraftmaschinen als Antrieb von Kraftfahrzeugen erzeugen bekanntlich ebenfalls beträchtliche Verlustwärme. Ein für den Antriebsmotor vorgesehener Kühler erreicht Temperaturen von 110 - 120°C. Derartig hohe Temperaturen sind für die Kühlung elektrischer Baugruppen ungeeignet.
D. h.: Werden z. B. in einem Kraftfahrzeug Bauteile und Komponenten eingesetzt, die aufgrund der auftretenden Verluste gekühlt werden müssen, ergibt sich oft das Problem, dass das Temperaturniveau des konventionellen Kühlkreislaufs zu hoch ist. Im "worst case" ist hier mit Wasservorlauftemperaturen von bis zu 120°C zu rechnen, während der Temperaturunterschied zum Rücklauf mit ca 5°C bis 7°C eher gering ausfällt, so dass sich nach dem Kühler Wassertemperaturen von deutlich über 110°C ergeben können.
Soll nun ein thermisch empfindliches Bauteil gekühlt werden, geschieht dies normalerweise, indem ein paralleler (zweiter) Kreislauf aufgebaut wird, wie Fig. 3 zeigt. Daraus sind die beiden, baulich getrennten Kreisläufe I und II ersichtlich, sowie der damit verbundene Mehraufwand an Baueinheiten. Als zu kühlendes Elektronik-Bauteil ist hier beispielsweise ein Wechselrichter eingezeichnet. Neben einer zweiten Pumpe muss auch zwangsläufig ein zweiter Kühlflüssigkeitsbehälter verwendet werden.
In der vorbekannten Patentschrift DE 32 08 199 C2 wird ein Kühl wasserkreis zur Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors beschrieben, wobei der Kühlwasserkreislauf gleichzeitig zur Kühlung weiterer, Verlustwärme erzeugender Aggregate herangezogen wird. über ein Dreiwegeventil werden verschiedene Zweige der Kühleranordnung mit Kühlflüssigkeit versorgt. Allerdings wird die Kühlflüssigkeit von der Kühlkreislaufpumpe immer über den Verbrennungsmotor gedrückt. Durch die Abwärme des Verbrennungsmotors erreicht die Kühlwassertemperatur ca 120°C, die auf Dauer für elektrische und elektronische Bauteile nicht genutzt werden kann. Will man elektrische Bauteile, wie z. B. die in einem Wechselrichter enthaltenene Leistungselektronik und/oder Steuerelektronik kühlen, so benötigt man ein Kühlmedium von maximal 80°C.
Da die mit der DE 32 08 199 C2 aufgezeigte technische Lehre trotz Verwendung eines Dreiwegeventils nicht in der Lage ist, ein Kühlsystem mit zwei unterschiedlich hohen Temperaturen zu schaffen, wird nach wie vor üblicherweise eine weitere Kühlkreisanordnung mit einem weiteren Kühler gewählt.
Die DE 43 27 281 C1 schlägt vor, Aggregate, die zueinander unterschiedliche Kühltemperaturniveaus benötigen, jeweils einem separaten Kühlmittelkreislauf zuzuordnen, wie z. B. aus Fig. 1 der genannten Patentschrift ersichtlich ist, sind zwei Kühlkreise 1 und 2 durch den gemeinsamen Wärmetauscher-Kühler (10) voneinander getrennt. Der Wärmetauscher-Kühler (10) ist ein technisch aufwendiges Bauteil, denn es stellt nicht nur eine thermische Verknüpfung zwischen den beiden Kreisen 1 und 2 dar, sondern sorgt zudem für einen Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft mit Hilfe eines Kühlerventilators (22). Zudem ist für jeden Kühlkreislauf eine separate Umwälzpumpe erforderlich. Aus alledem geht hervor, dass zur Erlangung zweier unterschiedlicher Kühltemperaturen ein ziemlich großer Aufwand getrieben werden muß.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine relativ einfache und damit preiswerte Kühlkreisanordnung für zwei unterschiedliche Temperaturniveaus zu schaffen.
Wie insbesondere aus Anspruch 1 hervorgeht, sieht die erfindungsgemäße Lösung eine einheitliche Kühlkreisanordnung vor, in der das zu kühlende Elektronik-Bauteil <z. B. ein Wechselrichter) in einem Nebenkreislauf integriert ist. über ein Taktventil kann nun entweder der Zweig I <Verbrennungsmotor-Kreislauf> oder der Zweig II (Wechselrichter-Kreislauf) bedarfsgerecht bedient werden. Da beide Kühlzweige (Kreislauf I und II) über die Umwälzpumpe einerseits und das Taktventil andererseits miteinander verbunden sind, wird insgesamt auch nur ein einziger Ausgleichsbehälter benötigt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsdetails der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kühlsystems jeweils anhand eines Blockschaltbildes; Fig. 3 zeigt einen herkömmlichen Aufbau, ebenfalls als Blockschaltbild.
Das in Fig. 3 dargestellte konventionell aufgebaute Kühlsystem 2' besteht aus zwei voneinander völlig getrennten Kühlkreisläufen I' und II'. Jeder der beiden Kreisläufe I' bzw. II' weist sämtliche für den Betrieb erforderlichen Aggregate auf: Jeweils einen Kühler 4, 6, jeweils eine Umwälzpumpe 8, 10, Jeweils einen Ausgleichsbehälter 12, 14 und jeweils mindestens ein Verlustwärme erzeugendes Bauteil.
Im vorliegenden Fall befindet sich im Kreis I' der Kühlmantel des Verbrennungsmotors 16 und der Kühlmantel eines Generators/Elektromotors 18. Der Motor-Kühler 4 ist ein Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher, dem ein Lüfter-Ventilator 20 zugeordnet ist. Die Aggregate sind durch Rohr- bzw. Schlauchleitungen 22a miteinander verbunden, wobei der Kühlmantel des Verbrennungsmotors 16, der Kühlmantel des Stators 18, der Kühler 4 und die Umwälzpumpe 8 den geschlossenen Kühlkreislauf I' bilden. Der Kreis II' umfasst den Kühler 6, die Umwälzpumpe 10, den Kühlmantel eines Verlustwärme erzeugenden Wechselrichters 24 und den Ausgleichsbehälter 14. Wechselrichter 24, Kühler 6 und Pumpe 10 bilden hier den durch Rohr- bzw. Schlauchleitungen 22b verbundenen, geschlossenen Kühlkreis II'.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems 2 weist nur einen einzigen Kühlkreis auf, wobei jeweils ein Verlustwärme produzierendes Bauteil in zwei parallel zueinander angeordneten Zweigen I. II integriert ist. Der gemeinsame Zweig des Kühlsystems 2 weist eine Umwälzpumpe 8 auf. über ein Dreiwegeventil 26 verzweigt sich der Kühlkreis auf die beiden Zweige I und II. Der Zweig I weist einen Kühler 4 nebst Lüfterventilator 20, den Kühlmantel eines Elektromotors <Stators) 18 und den Kühlmantel einer Brennkraftmaschine 16 auf. Die aufgezählten Aggregate sind in herkömmlicher Weise durch Kühlflüssigkeit führende Rohre oder Schläuche 22 miteinander verbunden. Ein Ausgleichsbehälter 12 kann an jeder beliebigen Stelle an das Rohr/Schlauchsystem 22 angeschlossen sein. Der dem Kühler 4 zugeordnete Lüfter-Ventilator 20 kann bedarfsgerecht in Betrieb gesetzt werden. Der Zweig II weist einen weiteren (Nebenaggregate-)Kühler 6 und den Kühlmantel eines Elektronik-Bauteils (z. B. eines Wechselrichters) 24 auf. Durch eine thermostatische Steuerung des Dreiwege-Ventils 26 können in den beiden Zweigen I, II des Kühlsystems 2 unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Kühlsystems 2. Wie gemäß Fig. 1 befindet sich in einem gemeinsamen Zweig eine Umwälzpumpe 8, während in den beiden über ein Dreiwege-Ventil 26 gebildeten Zweigen I, II jeweils mindestens ein Verlustwärme erzeugendes Bauteil 18, 24 integriert ist.
Im Zweig I ist statt der Folge: Kühler 4 - Stator 18-Motor 16 die Folge: Stator 18 - Motor 16 - Kühler 4 vorgesehen. Außerdem ist in dem Zweig I ein Ausgleichsbehälter 12 angeschlossen.
Der Kreis II weist hier - ebenso wie gemäß Fig. 1 - einen <Nebenaggregate-)Kühler 8 und den Kühlmantel eines Elektronik-Bauteils 24 auf. An den <Nebenaggregate->Kühler 6 kann ein Lüfter-Ventilator 28 angeschlossen sein.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können in den beiden Zweigen Jeweils voneinander unterschiedliche Temperaturniveaus eingestellt werden. Auch kann in jedem Zweig I, II des Kühlsystems 2 Jeweils mehr als ein einziges, Verlustwärme erzeugendes Bauteil integriert sein. Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform kann die Kühlleistung des Motorkühlers 4 für die Kühlung der in dem Zweig II integrierten Elektronik-Bauteile mit benutzt werden.
Mit Jeder der beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kühlsystems 2 sind folgende Zustandsänderungen einstellbar:
  • 1. Kein Bauteil muß gekühlt werden:
    • Da kein Kühlbedarf besteht, bleibt die Umwälzpumpe ausgeschaltet.
    • Das Dreiwegeventil wird nicht getaktet.
  • 2. Nur der Verbrennungsmotor muss gekühlt werden:
    • Das Dreiwegeventil (Taktventil) schaltet den Zweig II aus.
    • Die Kühlmittelführung erfolgt nur über den Verbrennungsmotor-Zweig I.
  • 3. Nur das andere, Verlustwärme erzeugende Bauteil (z. B. ein Wechselrichter) muss gekühlt werden:
    • Das Dreiwegeventil (Taktventil) schaltet den Verbrennungsmotor-Zweig I aus.
    • Die Kühlmittelführung erfolgt nur über den Wechselrichter-Zweig II.
  • 4. Wechselrichter und Verbrennungsmotor müssen gekühlt werden:
    • Das Dreiwegeventil (Taktventil) schaltet nun unter Berücksichtigung der tatsächlich in den Bauteilen (Verbrennungsmotor und Wechselrichter) vorliegenden und gewünschten Temperaturen, über ein Steuergerät getaktet (z. B. mit Hilfe einer digitalen Motoreketronik), bedarfsgerecht zwischen den beiden Zweigen I und II hin und her.
    • Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug Bezugszeichenliste
    2
    Kühlsystem
    2'
    konventionelles Kühlsystem
    I
    (Kühl-)Zweig I
    II
    <Kühl->Zweig II
    I'
    erster konventioneller Kühlkreis
    II'
    zweiter konventioneller Kühlkreis
    4
    <Motor->Kühler
    6
    (Nebenaggregate->Kühler, <Elektronikbauteile->Kühler
    8
    Umwälzpumpe
    10
    (weitere) Umwälzpumpe
    12
    Ausgleichsbehälter
    14
    <zweiter> Ausgleichsbehälter
    16
    Kühlmantel der Brennkraftmaschine
    18
    Kühlmantel eines E-Motors (Stators); weiteres, Verlustwärme erzeugendes Aggregat
    20
    Kühler-Lüfter, Lüfter-Ventilator
    22
    Rohr/Schlauchleitungen
    22a, 22b
    "
    24
    Elektronik-Bauteil, z. B. Wechselrichter
    26
    Dreiwege-Ventil
    28
    Lüfter-Ventilator

    Claims (6)

    1. Kühlsystem (2) - insbesondere für ein Kraftfahrzeug -, das
      einen Kühlmantel (16) für die Brennkraftmaschine,
      einen als Kühler (4) dienenden Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher,
      eine Umwälzpumpe (8) und
      einen Ausgleichsbehälter (12) aufweist, wobei Motor-Kühlmantel (16), Kühler (4) und Umwälzpumpe (8) mittels eines Kühlflüssigkeit führenden Rohr/Schlauch-Leitungssystems (22) einen in sich geschlossenen Kreislauf bilden,
      und wobei in dem Kühlsystem (2) ein Mehrwege-Ventil integriert ist, dem ein weiteres Verlustwärme erzeugendes Bauteil (24) nachgeschaltet ist,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass ein erster Zweig (I) des Kühlsystems (2) einen Kühler (4) und den Kühlmantel eines Verbrennungsmotors (16),
      dass ein zweiter Zweig (II) ein weiteres zu kühlendes Aggregat (24), und
      dass ein gemeinsamer Zweig eine Umwälzpumpe <8) aufweist.
    2. Kühlsystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass das Mehrwegeventil ein Dreiwege-Ventil (26) ist, an dessen Anschlüssen einerseits der gemeinsame Zweig und andererseits der erste (I) und der zweite Zweig (II) angeschlossen sind.
    3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass das Mehrwege-Ventil (26) durch zeitliches Takten thermostatisch regelbar ist.
    4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass in mindestens einem der beiden Zweige <I bzw. II> mindestens ein weiteres, Verlustwärme erzeugendes Aggregat (18) integriert ist.
    5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass mindestens einer der als Kühler dienenden Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher (4, 6) einen Kühlerventilator ("Lüfter") (20, 28) aufweist.
    6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass mindestens einer der Kühlerventilatoren (20, 28) thermostatisch steuerbar ist.
    EP01103398A 2000-02-16 2001-02-14 Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug Withdrawn EP1126142A3 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10006877 2000-02-16
    DE2000106877 DE10006877A1 (de) 2000-02-16 2000-02-16 Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1126142A2 true EP1126142A2 (de) 2001-08-22
    EP1126142A3 EP1126142A3 (de) 2003-03-12

    Family

    ID=7631080

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP01103398A Withdrawn EP1126142A3 (de) 2000-02-16 2001-02-14 Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug

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    Country Link
    EP (1) EP1126142A3 (de)
    DE (1) DE10006877A1 (de)

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